本技术属于大功率高压脉冲技术和通信技术的交叉领域，涉及一种基于复合触发极调制的真空触发间隙。
背景技术：
1、近年来脉冲功率技术在国防、科研、工业等多个重要领域取得广泛应用。在一些重要场合，例如特种通信，需要对大功率高压脉冲的瞬间大电流波形直接进行调制，以在电流波形上直接加载信息。目前对大功率高压脉冲的控制，多体现为用大功率开关来控制工作电流的通断。对瞬间大电流通断的要求，也主要集中在电流开通的时延控制方面，要求短时延、低抖动性时延等。目前为获得上述时延特性，采用的主要方法是：真空触发间隙、气体开关、伪火花开关、电力电子开关等技术。但是，上述开关技术难以灵活、有效地直接调制瞬间大电流的波形。
2、在上述开关的切换速度受到应用场合限制的情况下，就需要在每次产生的大功率高压脉冲瞬间大电流上加载信号以传递信息，也就是需要直接调制这种瞬间大电流波形以传递更多信息，而不能单纯地利用瞬间大电流的通、断状态来传递信息，否则，信息传递的效率就过于低效。
3、针对这种需求，本实用新型针对传统的真空触发间隙进行了创新，提出了一种基于复合触发极调制的真空触发间隙，创造性地创新了复合触发极以替代传统的触发极，巧妙地以复合触发机制，实现对瞬间大电流的波形的直接调制。
4、真空触发间隙开通大电流的过程，实际上是等离子体电物理反应过程，本实用新型通过复合触发极来增加这个等离子体电物理反应过程的复杂度、多样性，使导通的瞬间大电流波形的频率分量和时域特征变得复杂、多样，并且可控，从而实现信号调制，加载信息。
5、本实用新型选择真空触发间隙进行革新，是因为上述各种开关中，真空触发间隙的电流大、可靠性高、无工作噪音、热效应好、成本较低。
6、本实用新型的一种基于复合触发极调制的真空触发间隙，使其成为大功率高压脉冲系统的信号调制器，并提供了相应的大功率高压脉冲系统的信号调制方法，直接利用瞬间大电流波形传递信息，在一些重要的国防、科学、工业应用上，有很大实用价值，在国内外均属填补空白。
技术实现思路
1、本实用新型的目的：
2、革新传统的真空触发间隙开关，使得具备直接调制大功率高压脉冲系统的瞬间大电流波形的能力，使瞬间大电流能表达、传递丰富的信息，为大功率高压脉冲控制和通信技术提供一种信号调制器和信号调制方法。
3、传统的真空触发间隙的工作原理：
4、传统的真空触发间隙的核心部分是触发极，如图11所示，触发极由触发针a3、阴极a1、触发介质材料a5、触发极绝缘支撑a4构成。触发针a3接外触发源电路的正极，阴极法兰接外触发源电路的负极。阳极、阴极之间加载直流高压，外触发电路给出瞬间脉冲高压，在触发介质材料a5上的触发针a3、阴极a1之间产生很高的脉冲电场，在阴极a1、触发介质材料a5、主间隙之间的三面交界处，阴极发射电子，发射的电子沿触发介质材料a5表面运动，在电场加速下，撞击触发介质材料a5表面产生更多的电子，这种倍增关系发展到触发针端。大量电子碰撞使触发介质材料a5表面逸出正离子和气体，气体被高能电子碰撞进一步电离，在触发介质材料a5表面形成等离子体导电的自持性放电通道，产生初始等离子体a7。初始等离子体a7向主间隙扩散，在阴极a1表面产生阴极斑点a6，阴极斑点a6从阴极a1向阳极a2发射电子、金属蒸气，形成电弧等离子体a8。当阴极斑点a6温度高到一定程度，金属蒸气密度达到临界，阴极斑点a6喷发足够的金属蒸气在阴极a1、阳极a2之间形成真空电弧放电。传统的真空触发间隙的触发导通过程是等离子体的电物理反应过程，这个电物理反应过程分先后4个阶段：触发等离子体产生过程、触发等离子沿触发介质材料a5表面向主间隙扩散过程、触发等离子沿阴极a1表面向主间隙扩散过程、触发等离子引发主间隙电弧过程，其中第2个、第3个阶段几乎是同时发生。
5、本实用新型的技术思路：
6、真空触发间隙的触发导通过程，由于上述触发等离子体与电弧等离子体相互作用过程复杂，导致电弧电流在开通的瞬间上升段，含有较丰富的波形特征，这些特征主要反映在：开通瞬间上升段呈现若干个区间段，每个区间段呈不同的爬升斜率，有些区间段出现若干局部尖峰，有些区间段出现若干锯齿，有些区间段出现不同程度的振荡起伏。
7、因此，在触发导通的上升段，设法人为地将波形特征复杂化、多样化，就能以此表达和传递信息。控制触发等离子体与电弧等离子体相互作用过程，通过让触发等离子体的电物理反应过程变得复杂化、多样化，而实现电弧等离子体反应过程的复杂化、多样化，即调制电弧电流的上升段波形。
8、进一步的，提出一种基于复合触发极的真空触发间隙，在复合触发极内有多个相互独立的触发极，每个触发极引发起的等离子体电物理反应过程都各不相同。
9、进一步的，让这些不同的电物理反应组合迭加，得到一个复合的电物理反应过程；每一种迭加的组合态，对应着一个复合电物理反应过程；每一种复合电物理反应过程，对应一个独特而唯一的电弧电流特征。
10、进一步的，让这些不同的电物理反应延迟产生、组合迭加，得到一个复合的电物理反应过程；每一种延迟、迭加的组合态，对应着一个复合电物理反应过程；每一种复合电物理反应过程，对应一个独特而唯一的电弧电流特征。
11、总的来说，通过控制复合触发极的具体触发态，实现对瞬间大电流的信号调制；通过对瞬间大电流的波形上升段特征进行分类识别，实现对瞬间大电流的信号解调。
12、本实用新型的技术方案：
13、本实用新型的技术方案包括以下4节内容，依次展开介绍.
14、第1节，原理结构；
15、第2节，单元组成；
16、第3节，单元实现方法；
17、第4节，信号调制方法。
18、现在开始依次介绍技术方案。
19、第1节，原理结构：
20、根据上述本实用新型的思路，提出了一种基于复合触发极调制的真空触发间隙，如图1所示，包括，但不限于，阴极1、阳极2、触发针(a)3、触发针(b)4、半导体涂层(a)5、半导体涂层(b)6、触发极绝缘套柱7、阴极端导电杆8、阳极端导电杆9、阴极端法兰10、阳极端法兰11、绝缘外壳12、主屏蔽罩13、阴极辅助屏蔽罩14、阳极辅助屏蔽罩15、绝缘圆环体支撑(a)16、绝缘圆环体支撑(b)17、绝缘圆环体支撑(c)18、绝缘支撑垫块19、阴极平面20、触发极鱼鳍21。
21、第2节，单元组成：
22、本实用新型的一种基于复合触发极调制的真空触发间隙，为了层次清晰地描述技术方案，如图5所示，将上述各构件按照组成层次划分为以下几个组成单元：复合触发极fc、阴极单元u1、阳极单元u2、外壳单元u3、主屏蔽单元u4、阴极辅助屏蔽单元u5、阳极辅助屏蔽单元u6。这几个单元是为了清晰划分组成层次而命名的名称，每个单元由不同的物理实体构成。
23、阴极单元u1的实体组成是：包括但不限于所述的阴极1、阴极端导电杆8、阴极端法兰10。阳极单元u2的实体组成是：包括但不限于所述的阳极2、阳极端导电杆9、阳极端法兰11。外壳单元u3的实体组成是：包括所述的绝缘外壳12。主屏蔽单元u4的组成是：包括所述的主屏蔽罩13、绝缘圆环体支撑(a)16。阴极辅助屏蔽单元u5的实体组成是：包括所述的阴极辅助屏蔽罩14、绝缘圆环体支撑(b)17。阳极辅助屏蔽单元u6的实体组成是：包括阳极辅助屏蔽罩15、绝缘圆环体支撑(c)18、绝缘支撑垫块19。
24、复合触发极fc的实体组成是：
25、复合触发极是本实用新型的核心内容之一。复合触发极包括2～4个相互独立的触发极、一个触发极鱼鳍、一个触发极绝缘套柱7；每个触发极又包括一个触发针、一个半导体涂层；多个触发极共用一个触发极绝缘套柱7、一个触发极鱼鳍。
26、所述的复合触发极的组成示意图如图6、图7、图8所示，图6是复合触发极含2个触发极的示例，图7是复合触发极含3个触发极的示例，图8是复合触发极含4个触发极的示例。
27、每个所述的触发极包括1个触发针、1个半导体涂层。多个触发极共用1个触发极绝缘套柱7、1个触发极鱼鳍。每个触发极均能独立地触发导通本实用新型的一种基于复合触发极调制的真空触发间隙；多个触发极能共同参与触发导通本实用新型的一种基于复合触发极调制的真空触发间隙。
28、包括2个触发极示例的复合触发极的具体组成：包括触发极(a)、触发极(b)、1个触发极鱼鳍21、1个触发极绝缘套柱7；触发极(a)包括1个触发针(a)3、1个半导体涂层(a)5；触发极(b)包括触发针(b)4、1个半导体涂层(b)6。
29、包括3个触发极示例的复合触发极的具体组成：包括触发极(c)、触发极(d)、触发极(e)、1个触发极鱼鳍21、1个触发极绝缘套柱7；触发极(c)包括1个触发针(c)31、1个半导体涂层(c)34；触发极(d)包括触发针(d)32、1个半导体涂层(d)35；触发极(e)包括触发针(e)33、1个半导体涂层(e)36。
30、包括4个触发极示例的复合触发极的具体组成：包括触发极(f)、触发极(g)、触发极(h)、触发极(i)、1个触发极鱼鳍21、1个触发极绝缘套柱7；触发极(f)包括1个触发针(f)41、1个半导体涂层(f)45；触发极(g)包括触发针(g)42、1个半导体涂层(g)46；触发极(h)包括触发针(h)43、1个半导体涂层(h)47；触发极(i)包括触发针(i)44、1个半导体涂层(i)48。
31、第3节，单元实现方法：
32、阴极单元u1的实现是：阴极1、阴极端导电杆8、阴极端法兰10为一体化结构，为无氧铜材料，材料牌号为tu0。阳极单元u2的实现是：阳极2、阳极端导电杆9、阳极端法兰11为一体化结构，为无氧铜材料，材料牌号为tu0。外壳单元u3的实现是：绝缘外壳12是本实用新型的一种基于复合触发极调制的真空触发间隙的密封、绝缘、支撑主结构，为高压绝缘陶瓷材料，厚度为5毫米，对阴极端法兰10、阳极端法兰11、主屏蔽罩13起绝缘和结构支撑作用。主屏蔽单元u4的实现是：主屏蔽罩13为无氧铜材料，材料牌号为tu0，厚1.5毫米；绝缘圆环体支撑(a)16为高压绝缘陶瓷材料，对主屏蔽罩13起绝缘和结构支撑作用。阴极辅助屏蔽单元u5的实现是：阴极辅助屏蔽罩14为无氧铜材料，材料牌号为tu0，厚1.5毫米；绝缘圆环体支撑(b)17为高压绝缘陶瓷材料，对阴极辅助屏蔽罩14起绝缘和结构支撑作用。阳极辅助屏蔽单元u6的实现是：阳极辅助屏蔽罩15为无氧铜材料，材料牌号为tu0，厚1.5毫米；绝缘圆环体支撑(c)18为高压绝缘陶瓷材料，对阳极辅助屏蔽罩15起绝缘和结构支撑作用。绝缘支撑垫块19为高压陶瓷绝缘材料，在阳极辅助屏蔽罩15与阳极端法兰11之间起绝缘和结构支撑作用。
33、复合触发极fc的实现是：
34、复合触发极是本实用新型的核心内容之一。复合触发极采用沿面击穿触发的方式来触发导通本实用新型的一种基于复合触发极调制的真空触发间隙。如图1所示，触发极绝缘套柱7由圆柱体高压绝缘陶瓷构成，起绝缘和结构支撑作用；中间穿过触发针；触发极绝缘套柱7的底部端平面涂覆半导体涂层，半导体涂层充当触发介质材料；触发极绝缘套柱7的底端面中央凸起为触发极鱼鳍，以绝缘隔离不同的半导体涂层。触发针的底端平面被半导体涂层的平面轮廓围在中间。
35、包括2个触发极示例的复合触发极的实现：
36、图2是包括2个触发极示例的复合触发极的结构示意图。触发针共有2个：触发针(a)3、触发针(b)4为无氧铜材料，材料牌号为tu0。在触发极绝缘套柱7的底部端平面上，半导体涂层共有2个：半导体涂层(a)5、半导体涂层(b)6，在触发极鱼鳍21与阴极1之间，呈半圆扇形状，2个半圆扇形的外形和尺寸都相同，半圆扇形的半径为7.5毫米。
37、进一步的，触发极鱼鳍21是触发极绝缘套柱7的底端平面中央的凸起部分，触发极鱼鳍21顶部的俯视图外形为一字形，触发极鱼鳍21侧壁与触发极绝缘套柱7的底部平端面垂直，触发极鱼鳍21凸起的宽度为2毫米，触发极鱼鳍21凸起的高度为3毫米，触发极鱼鳍21与触发极绝缘套柱7底部端平面的交会平面的几何中心，正是阴极平面20的圆心。触发针(a)3的底端平面、触发针(b)4的底端平面在半导体涂层内，它们的中心分别距触发极鱼鳍21侧壁1.8毫米。半导体涂层被触发极鱼鳍21隔离开，对称分布在触发极鱼鳍21两侧。
38、进一步的，半导体涂层材料为氢化钛粉、硝棉的膏状混合物；每个半导体涂层的具体厚度都各不相同，一组有效的参数配置是，半导体涂层(a)5厚度为20微米，半导体涂层(b)6厚度为40微米，该组参数配置有效，但有效的参数配置并不受限于该组参数配置；每个半导体涂层的氢化钛的含量也都各不同；半导体涂层的烧结温度为970℃，在保温12分钟条件下粘接。
39、包括3个触发极示例的复合触发极的实现：
40、图3是包括3个触发极示例的复合触发极的结构示意图，此时复合触发极的实现方法，与所述的包括2个触发极示例的复合触发极的实现方法类似。触发针共有3个：触发针(c)31、触发针(d)32、触发针(e)33为无氧铜材料，材料牌号为tu0。在触发极绝缘套柱7的底部端平面上，半导体涂层共有3个：半导体涂层(c)34、半导体涂层(d)35、半导体涂层(e)36，在触发极鱼鳍30与阴极1之间，呈扇形状，3个扇形的外形和尺寸都相同，扇形的半径为7.5毫米。
41、进一步的，触发极鱼鳍30是触发极绝缘套柱7的底端平面中央的凸起部分，触发极鱼鳍30顶部的俯视图外形为y字形，触发极鱼鳍30侧壁与触发极绝缘套柱7的底部端平面垂直，触发极鱼鳍30凸起的宽度为2毫米，触发极鱼鳍30凸起的高度为3毫米，触发极鱼鳍30与触发极绝缘套柱7底部端平面的交会平面的几何中心，正是阴极平面20的圆心。触发针(c)31的底端平面、触发针(d)32的底端平面、触发针(e)33的底端平面在半导体涂层内，它们的中心分别距触发极鱼鳍30侧壁1.8毫米。半导体涂层被触发极鱼鳍30隔离开，对称分布在触发极鱼鳍30旁侧。
42、进一步的，半导体涂层材料为氢化钛粉、硝棉的膏状混合物；每个半导体涂层的具体厚度都不相同，一组有效的参数配置是，半导体涂层(c)34厚度为20微米，半导体涂层(d)35厚度为33微米，半导体涂层(e)36厚度为40微米，该组参数配置有效，但有效的参数配置并不受限于该组参数配置；每个半导体涂层的氢化钛的含量也都各不同；半导体涂层的烧结温度为960℃，在保温12分钟条件下粘接。
43、包括4个触发极示例的复合触发极的实现：
44、图4是包括4个触发极示例的复合触发极的结构示意图，此时复合触发极的实现方法与所述包括2个触发极示例的复合触发极的实现方法类似。触发针共有4个：触发针(f)41、触发针(g)42、触发针(h)43、触发针(i)44为无氧铜材料，材料牌号为tu0。在触发极绝缘套柱7的底部端平面上，半导体涂层共有4个：半导体涂层(f)45、半导体涂层(g)46、半导体涂层(h)47、半导体涂层(i)48，在触发极鱼鳍40与阴极1之间，呈扇形状，4个扇形的外形和尺寸都相同，扇形的半径为7.5毫米。
45、进一步的，触发极鱼鳍40是触发极绝缘套柱7的底端平面中央的凸起部分，触发极鱼鳍40顶部的俯视图外形为十字形，触发极鱼鳍40侧壁与触发极绝缘套柱7的底部端平面垂直，触发极鱼鳍40凸起的宽度为2毫米，触发极鱼鳍40凸起的高度为3毫米，触发极鱼鳍40与触发极绝缘套柱7底部端平面的交会平面的几何中心，正是阴极平面20的圆心。触发针(f)41的底端平面、触发针(g)42的底端平面、触发针(h)43的底端平面、触发针(i)的44底端平面在半导体涂层内，它们的中心分别距触发极鱼鳍40侧壁1.8毫米。半导体涂层被触发极鱼鳍40隔离开，对称分布在触发极鱼鳍40旁侧。
46、进一步的，半导体涂层材料为氢化钛粉、硝棉的膏状混合物；每个半导体涂层的具体厚度都不相同，一组有效的参数配置是，半导体涂层(f)45厚度为20微米，半导体涂层(g)46厚度为27微米，半导体涂层(h)47厚度为34微米，半导体涂层(i)48厚度为40微米，该组参数配置有效，但有效的参数配置并不受限于该组参数配置；每个半导体涂层的氢化钛的含量也都各不同；半导体涂层的烧结温度为950℃，在保温12分钟条件下粘接。
47、第4节，信号调制方法：
48、信号调制方法，是本实用新型的另一个核心内容。
49、单个触发极触发时，以一个高压触发脉冲波形，每次仅对复合触发极中的单个触发极实施触发时，由于每个触发极对应的半导体涂层的厚度、氢化钛含量各不相同，导致每个触发极触发的等离子体电物理反应各不相同，使得与其作用的电弧电流波形在上升段也各不相同。
50、多个触发极触发时，是采用波形相同而又相互独立的高压脉冲触发源的多路输出脉冲，去触发多个触发极，最终得到一个复合的等离子体电物理反应，即产生一个复合的电弧电流。此处的多个触发极可以是全部触发极，也可以是全部触发极中的子集。
51、多个触发极触发时，每个触发极可以是实时触发，也可以是延时触发，每个触发极所激发起的等离子体电物理反应就有实时、延时多种可能。多个触发极触发时，不同触发极触发的等离子体电物理反应过程，相互之间可以相互影响、作用、叠加，最终形成一个复合的等离子体电物理反应。
52、本实用新型的具体触发态，决定于触发极之间的排列分布、每个触发极的延时分布；触发态的种类数就是上述排列分布、延时分布的复合排列组合的总数；具体触发态与这种复合排列组合呈一一对应的映射关系。通过设定具体的触发态，而激起对应的等离子体电物理反应，实现对电弧电流波形上升段具体细节特征的控制，使其表达和传递复杂、多样的信息，从而实现对瞬间大电流的信号调制。
53、本实用新型的有益效果：
54、实现了直接对大功率高压脉冲系统的瞬间大电流的模拟信号调制，不仅为大功率高压脉冲的控制和通信技术提供了直接实施模拟信号调制的方法和装置，而且使大功率高压脉冲的控制和通信的效率大大提高。
1.一种基于复合触发极调制的真空触发间隙，其特征在于：包括复合触发极(fc)、阴极(1)、阳极(2)、触发极绝缘套柱(7)、阴极端导电杆(8)、阳极端导电杆(9)、阴极端法兰(10)、阳极端法兰(11)、绝缘外壳(12)、主屏蔽罩(13)、阴极辅助屏蔽罩(14)、阳极辅助屏蔽罩(15)、绝缘圆环体支撑(a)(16)、绝缘圆环体支撑(b)(17)、绝缘圆环体支撑(c)(18)、绝缘支撑垫块(19)、阴极平面(20)；
2.如权利要求1所述的一种基于复合触发极调制的真空触发间隙，其特征在于：所述的复合触发极(fc)，其特征在于，触发极相互之间可以任意组合地参与触发过程。
3.如权利要求2或1所述的一种基于复合触发极调制的真空触发间隙，其特征在于：所述的复合触发极(fc)，其特征在于，触发极相互之间可以同时或相互有时延地参与触发过程。
4.如权利要求3所述的一种基于复合触发极调制的真空触发间隙，其特征在于：
5.如权利要求2所述的一种基于复合触发极调制的真空触发间隙，其特征在于：
6.如权利要求1所述的一种基于复合触发极调制的真空触发间隙，其特征在于：
