Формирователь высоковольтных импульсов

 

Формирователь высоковольтных импульсов, содержащий генератор и преобразователь импульсов, каждый из которых выполнен на однорядных линиях с распределенными параметрами, выход генератора соединен с входом преобразователя непосредственно или через согласованную передающую линию, преобразователь состоит из двух линий с равными волновыми сопротивлениями и электрическими длинами, равными четверти длительности импульса генератора, одна из линий на выходе закорочена, а другая соединена через коммутатор или непосредственно с нагрузкой, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что, с целью повышения импульсной мощности при одновременном снижении длительности выходных импульсов, в качестве генератора используется генератор униполярных импульсов, входы однородных линий преобразователя включены последовательно, а волновые сопротивления каждой из них равны половине выходного сопротивления генератора импульсов.

Изобретение относится к высоковольтной импульсной технике, к генераторам и ускорителям на основе линий с распределенными параметрами. Целью изобретения является повышение импульсной мощности при одновременном снижении длительности выходных импульсов. На фиг.1 приведена функциональная электрическая схема формирователя высоковольтных импульсов; на фиг.2 временная диаграмма волновых процессов в формирователе. Формирователь высоковольтных импульсов содержит генератор 1 и преобразователь 2 импульсов, каждый из которых выполнен на двух однородных линиях 3, 4 и 5, 6 с распределенными параметрами и с одинаковыми волновыми сопротивлениями, которые имеют в преобразователе 2 одинаковую электрическую длину. Выход генератора соединен с входом преобразователя 2 непосредственно или через согласованную передающую линию 7. Электрическая длина τ линий генератора 1 в частном случае может быть в два раза больше электрической длины линий преобразователя 2, которая равна четверти длительности импульса генератора, одна 5 из линий преобразователя закорочена на выходе, а другая 6 соединена через коммутатор 8 с нагрузкой 9, в качестве которых (8 и 9) может использоваться управляемый пучок заряженных частиц. Входы обеих линий 5 и 6 преобразователя 2 включены последовательно друг с другом. Генератор 1 может быть выполнен, например, на основе широко используемой схемы с двойной формирующей линий (ДФЛ). Он состоит из линии 3, разомкнутой на входе, и коммутатора 10, установленного на входе другой линии 4. Передающая линия 7 имеет волновое сопротивление 2ρ и электрическую длину t_r. Формирователь высоковольтных импульсов работает следующим образом. В момент времени τ = 0, когда зарядное напряжение в генераторе 1 достигает требуемой величины -V (положительным напряжением считается направленное снизу вверх), срабатывает коммутатор 10, возбуждая в линии 4 волну разрядки V. В момент t = τ_o эта волна вызывает в передающей линии 7 волну зарядки , а в линии 3 волну разрядки (волна переходит в линию 3 с изменением знака) , при этом в линию 4 отразится волна . После отражения от входных концов линий ( с коэффициентом 1 в линии 3 и -1 в линии 4), в момент времени 3τ_o волны суммируются на выходе ДФЛ, возбуждая в передающей линии 7 волну -V. Волна, пришедшая в момент времени t = τ_o+ τ_п на вход преобразователя 2V (фиг.2а), возбуждает в линиях 5 и 6 волны (фиг.2б). В дальнейшем для упрощения будем считать этот момент началом отсчета. Через время τ_o (фиг.2) эти волны возвращаются к входу преобразователя 2, отразившись от входных концов линии (в короткозамкнутой линии 5 с коэффициентом -1, в разомкнутой 6 с коэффициентом 1), при этом на разомкнутом конце линии 6 появляется напряжение +V. Волны, прошедшие в передающую линию 7 из линий 5 и 6, компенсируются. В линии 5 возбуждается волна (фиг.2), а в линии 6 . Волна в линии 6, приближаясь к разомкнутому концу в момент времени , вызывает появление дополнительного напряжения V, которое обеспечивает увеличение суммарного напряжения на конце линии до 2V. В этот момент с помощью коммутатора 8 включается согласованная нагрузка 9 (R_г= ρ) и напряжение на конце линии 6 снижается до V (фиг.2д), при этом в линии 6 возникает отраженная волна , разряжая ее до напряжения V. В момент времени 2τ_o на входе преобразователя 2 встречаются три волны: -V из передающей линии 7, из линии 5 и из линии 6, которые образуют в линии 6 волну В момент времени (фиг.2е) волна компенсирует напряжение на нагрузке 9. Таким образом, на нагрузке 9 формируется импульс напряжения с амплитудой V, равной зарядному напряжению, длительностью , т.е. вдвое меньшей длительности, чем формируемый в генераторе 1 импульс, и вдвое большей импульсной мощности.

Формула изобретения

Формирователь высоковольтных импульсов, содержащий генератор и преобразователь импульсов, каждый из которых выполнен на однорядных линиях с распределенными параметрами, выход генератора соединен с входом преобразователя непосредственно или через согласованную передающую линию, преобразователь состоит из двух линий с равными волновыми сопротивлениями и электрическими длинами, равными четверти длительности импульса генератора, одна из линий на выходе закорочена, а другая соединена через коммутатор или непосредственно с нагрузкой, отличающийся тем, что, с целью повышения импульсной мощности при одновременном снижении длительности выходных импульсов, в качестве генератора используется генератор униполярных импульсов, входы однородных линий преобразователя включены последовательно, а волновые сопротивления каждой из них равны половине выходного сопротивления генератора импульсов.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2