多个研究团队反映：使用纳秒脉冲电源（尤其是FID系列的超短纳秒脉冲电源）进行实验时会发生严重的电磁干扰，利用常用的电压/电流探针组合测量的波形失真且沉积能量与理论计算不匹配，很多团队甚至因此动摇了研究纳秒脉冲放电的信心。

工坊团队结合收集到的测试数据样本和前期的推送，针对以FID为代表的超短脉冲电源开发了一款测量准确、性能稳定且无电磁干扰的测量设备：纳秒脉冲回流器。

本期推送纳秒脉冲回流器与常用电压/电流探针测量电压、电流、沉积能量和电磁干扰情况的对比评测报告。

测试条件

电源参数：FID，上升沿2ns，脉宽10ns，频率1-10kHz，峰值电压20kV

放电形式：空载与表面介质阻挡放电

测试设备：高压探头Tektronix P6015A（下图右），电流探头Tektronix TCP0030A（下图中），AdP-BCS01纳秒脉冲回流器（下图左），DSN-MFC700质量流量控制器，Tektronix MDO3024示波器

使用纳秒脉冲回流器连接FID电源和负载端，进行空载和带负载放电测试，使用电压探头、电流探头和回流器测量电压、电流和放电能量沉积，评估测试设备对放电的影响以及电磁干扰情况。

空载放电测试（电压）

在空载端单独接入电压探针，测量电压波形如下图所示，波形与电源标称波形相差很大，且电压下降沿存在明显震荡失真。

高压端线路中接入回流器，测量电压波形如下图所示，成功分辨出入射和反射电压脉冲，电压波形与电源标称波形一致。

将电压探针和回流器单独测试结果绘制在一个坐标下，可以发现电压探针测量结果与回流器测量结果在峰值过后差异显著。

将电压探针和回流器同时接入电路测试，如下图所示。电压探针测量波形未发生明显变化，但是回流器的入射和反射信号均受到强烈干扰，说明电压探针可能会对整个电路的波形造成干扰。

空载放电测试（电压-电流-能量）

进行纳秒脉冲表面介质阻挡放电测试。在负载端接入电压探针，在高压端电路夹电流探针进行组合测量，结果如下图所示。电压波形在下降沿依然存在明显震荡，电流波形则无规律可循。结合空载测试时发现的回流器受干扰情况，电流探针也大概率受到电压探针的干扰。

在高压端电缆中接入回流器，测量电压-电流结果如下图所示。电压电流波形完好，未受干扰且同步。

分别使用上述两张图的测量结果计算单次脉冲沉积能量，结果显示电压-电流探针组合计算所得的能量为回流器测量结果的4倍。针对这一差别，与曾在普林斯顿大学访学的学生交流证实，数值计算发现通过探针实验测得的能量需要人为缩小4倍左右，才能使数值模型与光谱实验等结果相近。

短纳秒脉冲电源在实验中被发现存在电磁干扰现象，怀疑主要是电压探针等测试设备干扰电路。使用比较精密敏感的流量控制器为对象，分别用电压探针和回流器接入电路测试。结果如下图所示。

在电路中单独接入电压探针，打开电源，即使在最小放电电压下，流量控制器屏幕也发生闪烁扭曲，如上图左所示；单独接入回流器，在最大放电电压和频率下，流量控制器依然能够正常使用，如上图右所示。证明纳秒脉冲放电时的电磁干扰主要来源于线路（非空间电磁波）和测试设备（电压探针）。

综上，对于短脉冲放电，电压探针-电流探针组合诊断方法有明显缺陷：（1）错误的电压/电流数据；（2）错误的能量沉积结果；（3）严重的电磁干扰。该缺陷已经在多个实验团队中得到确证。

纳秒脉冲回流器是电压-电流探针组合的有益补充，能够精确、无干扰的测量短脉冲放电中的电压、电流、能量沉积大小。值得一提的是，纳秒脉冲回流器能够直接从电路中提取脉冲信号，还可以作为可控的触发源，便于在设定的时间精确的开启光谱、相机等设备。