Генератор наносекундных импульсов

Изобретение относится к высоковольтной импульсной технике. Достигаемый технический результат - генерирование цуга биполярных импульсов. Генератор наносекундных импульсов содержит источник зарядного напряжения, формирующую линию, разрядник, конденсатор, при этом источник зарядного напряжения выполнен двухполярным, а высоковольтный проводник формирующей линии выполнен с разрывами, при этом отрезки высоковольтного проводника подключены к источнику зарядного напряжения таким образом, что знак потенциалов отрезков чередуется с положительного на отрицательный вдоль всей формирующей линии. 1 ил.

 

Изобретение относится к высоковольтной импульсной технике, а именно к устройствам генерирования наносекундных импульсов.

Известен генератор наносекундных импульсов (Введенский Ю.В. Генератор наносекундных импульсов. А.С. СССР № 122823, заявлено 13.12.1958, опубл. БИ № 19 1959), содержащий источник зарядного напряжения, к которому подключена формирующая линия (ФЛ) таким образом, что один проводник находится под нулевым потенциалом, а другой является высоковольтным, высоковольтный проводник ФЛ подключен через тиратрон к нагрузке. ФЛ выполнена в виде коаксиального кабеля. При подаче управляющего импульса на сетку тиратрона он поджигается и предварительно заряженная от источника зарядного напряжения ФЛ начинает разряжаться через сопротивление нагрузки, формируя на нем импульс напряжения.

Недостаток этого генератора заключается в невозможности генерирования цуга (последовательности) биполярных импульсов при однократной зарядке линии.

Наиболее близким к заявляемому устройству является генератор наносекундных импульсов (Ремнев Г.Е., Логачев Е.И., Исаков И.Ф, Печенкин С.А. Мощный генератор сдвоенных импульсов. Авторское свидетельство СССР № 1254994, 30.09.94, БИ № 18), содержащий источник зарядного напряжения, к которому подключена первая ФЛ таким образом, что один проводник находится под нулевым потенциалом и подсоединен к общей шине и к нагрузке, а другой является высоковольтным, высоковольтный проводник первой ФЛ подключен через газовый разрядник к высоковольтному проводнику второй ФЛ и к нагрузке. Первая ФЛ заряжается до полного напряжения от источника зарядного напряжения. При срабатывании разрядника первая ФЛ разряжается и на нагрузке формируются два импульса напряжения одинаковой полярности, если вторая ФЛ разомкнута (если замкнута, то формируются импульсы разной полярности). Пауза между импульсами равна двойной длине пробега по второй ФЛ и изменяется ее длиной.

Недостаток этого генератора заключается в невозможности генерирования цуга биполярных импульсов при однократной зарядке линии.

Технической задачей предлагаемого изобретения является создание генератора, генерирующего цуг биполярных импульсов.

Техническим результатом данного решения является генерирование цуга биполярных импульсов.

Данный технический результат достигается тем, что в генераторе наносекундных импульсов, содержащем источник зарядного напряжения, к которому подключена формирующая линия, таким образом, что один проводник находится под нулевым потенциалом и подсоединен к общей шине и к нагрузке, а другой является высоковольтным и подключен к нагрузке через разрядник, новым является то, что источник зарядного напряжения выполнен двухполярным, а высоковольтный проводник формирующей линии выполнен с разрывами, при этом полученные отрезки высоковольтного проводника подключены к источнику таким образом, что знак потенциала отрезков чередуется с положительного на отрицательный вдоль всей формирующей линии, причем концы положительно заряженных отрезков высоковольтного проводника формирующей линии подключены к одному электроду разрядника, а концы отрицательно заряженных отрезков - к другому электроду, кроме того, между разрядником и нагрузкой дополнительно включен конденсатор.

Отрезки ФЛ, подключенные вышесказанным образом к двухполярному источнику зарядного напряжения, к разряднику и к нагрузке, после срабатывания разрядника начинают последовательно разряжаться через нагрузку и вдоль формирующей линии распространяются биполярные волны напряжения разрядки формирующей линии. Так как знак потенциала отрезков формирующей линии чередуется с положительного на отрицательный вдоль всей формирующей линии, то на нагрузке сформируется последовательность (цуг) чередующихся биполярных импульсов. Дополнительно введенный конденсатор позволяет заряжать отрезки формирующей линии, так как предотвращает попадание постоянной составляющей напряжения на нагрузку. Для того чтобы биполярные волны напряжения разрядки формирующей линии могли проходить через конденсатор, емкость конденсатора должна быть много больше (на порядок) емкости одного отрезка формирующей линии.

На чертеже схематически изображен предложенный генератор наносекундных импульсов. Заявляемый генератор наносекундных импульсов содержит двухполярный источник зарядного напряжения 1, электрод 2 разрядника, находящийся под положительным потенциалом, электрод 3 разрядника - под отрицательным потенциалом, формирующую линию, представляющую собой отрезки 4 формирующей линии, состоящей из неразрывного проводника 5, находящегося под нулевым потенциалом и высоковольтного проводника 6, выполненного с разрывами, конденсатор 7, нагрузку 8, зарядные сопротивления R1 и R2. На фиг. приведен пример ФЛ с шестью отрезками формирующей линии.

Генератор наносекундных импульсов работает следующим образом. Часть ФЛ, выполненная в виде отрезков 4 формирующей линии XW, TS, FE, заряжается положительно от двухполярного источника зарядного напряжения 1 через зарядное сопротивление R1, а оставшаяся часть ФЛ, выполненная в виде отрезков 4 формирующей линии VU, HG, DB, заряжается отрицательно через зарядное сопротивление R2. При этом концы положительно заряженных отрезков высоковольтного проводника 6 ФЛ подключены к электроду разрядника 2, концы отрицательно заряженных отрезков высоковольтного проводника 6 ФЛ подключены к электроду разрядника 3, а проводник 5, находящийся под нулевым потенциалом, проходит разрядник без разрывов. После пробоя разрядного промежутка разрядника отрезки 4 формирующей линии начинают последовательно разряжаться через сопротивление нагрузки 8 и вдоль формирующей линии начинают распространяться биполярные волны напряжения разрядки формирующей линии через разрядник в двух направлениях: через конденсатор 7 к сопротивлению нагрузки 8 (волновое сопротивление нагрузки равно волновому сопротивлению формирующей линии) и к началу ФЛ (зарядному сопротивлению R1). Так как зарядное сопротивление R1 много больше волнового сопротивления формирующей линии, то волны напряжения, подошедшие к нему, будут отражаться и распространяться в обратную сторону такой же полярности. Волна напряжения положительной полярности начнет распространяться от точки Х к точке Y и к сопротивлению нагрузки 8, в то же время от точки W к точке V, затем по отрезку 4 формирующей линии VU к точке U и, пройдя по всем оставшимся отрезкам 4 формирующей линии, подойдет к зарядному сопротивлению R1. Волна напряжения отрицательной полярности начнет распространяться от точки V к точке W и по отрезку 4 формирующей линии WX к сопротивлению нагрузки 8, в то же время от точки U к точке Т и, пройдя по отрезкам 4 формирующей линии TS, HG, FE, DB, подойдет к зарядному сопротивлению R1. Волна напряжения отрицательной полярности начнет распространяться от точки D к точке Е и, пройдя по отрезкам 4 формирующей линии EF, GH, ST, UV, WX, подойдет к сопротивлению нагрузки 8, в то же время от точки В к точке А (к зарядному сопротивлению R1), затем отражается от него и проходит путь по отрезкам 4 формирующей линии до сопротивления нагрузки 8. Аналогичным образом разряжаются остальные отрезки 4 ФЛ. Таким образом, к сопротивлению нагрузки 8 последовательно подходит волна напряжения положительной полярности от точки X, затем волна напряжения отрицательной полярности от точки V, потом волна положительного напряжения от точки Т и так далее. Волны напряжения разрядки формирующей линии, отраженные от зарядного сопротивления R1, начнут распространяться в обратную сторону, то есть к сопротивлению нагрузки 8. И после основной последовательности импульсов на сопротивлении нагрузки 8 сформируется дополнительная последовательность из отраженных импульсов. Если количество отрезков 4 ФЛ n штук, то на сопротивлении нагрузки 8 сформируется цуг из 2n биполярных импульсов длительностью L/v и амплитудой ±U/2, где L - длина отрезка, v - скорость распространения электромагнитной волны в формирующей линии, ±U - соответствующее напряжение двухполярного источника зарядного напряжения. Пробой разрядного промежутка разрядника можно осуществить, например, повышая напряжение источника зарядного напряжения. Чтобы сформировать единый разрядный промежуток, точки X, W, Т, S, F, Е подключаются в точке А к разряднику, а точки Y, V, U, H, G, D, В подключаются в точке Z к разряднику.

В примере выполнения генератора наносекундных импульсов формирующая линия выполнена из коаксиального кабеля РК75-9-13, вышесказанным образом подключена, например, к источнику питания СБПК20, к воздушному разряднику с электродами, выполненными в виде пластин из стали, и к нагрузке (резистор с сопротивлением 75 Ом). Отрезки ФЛ выполнены длиной 3 м, поэтому длительность одного импульса - 15 нс. Сопротивления R1 и R2 - мегаомного диапазона, емкость конденсатора - 0.25 мкФ.

Таким образом, данный генератор позволяет формировать цуг биполярных импульсов.

Генератор наносекундных импульсов, содержащий источник зарядного напряжения, к которому подключена формирующая линия таким образом, что один проводник находится под нулевым потенциалом и подсоединен к общей шине и к нагрузке, а другой является высоковольтным и подключен к нагрузке через разрядник, отличающийся тем, что источник зарядного напряжения выполнен двухполярным, а высоковольтный проводник формирующей линии выполнен с разрывами, при этом полученные отрезки высоковольтного проводника подключены к источнику зарядного напряжения таким образом, что знак потенциала отрезков чередуется с положительного на отрицательный вдоль всей формирующей линии, причем концы положительно заряженных отрезков высоковольтного проводника формирующей линии подключены к одному электроду разрядника, а концы отрицательно заряженных отрезков - к другому электроду разрядника, кроме того, между разрядником и нагрузкой дополнительно включен конденсатор.