Способ интегрирования импульсного напряжения на полосковой линии

 

ОПИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

297092

Союа Советски»

Социалистических

Республик

Зависимое от авт. свидетельства №вЂ”

Заявлено 05.VII.1969 (№ 1342818/26-9) с присоединением заявки №вЂ”

Приоритет

Опубликовано 02.III.1971. Бюллетень № 9

Дата опубликования описания 29.IX.1971

МПК Н 01р 1/16

Комитет по делам ивооретеиий и открытий при Совете Министров

СССР

УДК 621.317.799:621.318. .1 (088.8) Автор изобретения

А. Б. Герасимов

Заявитель

СПОСОБ ИНТЕГРИРОВАНИЯ ИМПУЛЬСНОГО НАПРЯЖЕНИЯ

НА ПОЛОСКОВОЙ ЛИНИИ

Изобретение относится к измерительной технике и, в частности, может быть использовано для измерения параметров тонких магнитных пленок.

Класс интегрирующих цепей ограничен схемами, использующими интегрирующие свойства RC- или LR-звеньев.

Однако такие схемы характеризуются противоречивостью требований, предъявляемых к постоянной времени интегрирующей цепи. С повышением постоянной времени точность интегрирования возрастает, но эффективность интегрирующей цепи понижается и величина выходного напряжения уменьшается, составляя десятые или сотые доли входного напряжения. Особые трудности возникают при использовании полосковых линий. Непосредственное интегрирование наносекундных импульсных сигналов, снимаемых с тонких магнитных пленок с помощью отрезков полосковых линий, вряд ли осуществимо из-за малого уровня снимаемого сигнала, а также трудности широкополосного согласования передающей полосковой линии с интегрирующей RC-цепочкой в наносекундном диапазоне.

Цель изобретения — показать способ интегрирования сигнала, передаваемого полосковой линией, с одновременным усилением его по напряжению непосредственно на полосковой линии.

Сущность изобретения заключается в том, что интегрируемый сигнал подают на вход разомкнутой на противоположном конце полосковой линии, длину которой выбирают так, чтобы время пробега волны напряжения вдоль линии было больше половины длительности входного импульса, а выходное напряжение снимают между началом и концом линии, разбитой на фиксированные непрерывно

10 следующие друг за другом участки, которые электрически соединены последовательно относительно выходных зажимов для суммирования напряжений, действующих на указанных участках линии. Последовательное соеди1s нение участков линии, обеспечивающее суммирование напряжений на них за время значительно меньшее времени пробега волны вдоль всей линии, достигается сворачиванием полосковой линии в плотно намотанный рулон.

На фиг. 1 изображена длинная линия с распределенными параметрами длиной 1, разбитой на и равных участков. На входные зажимы аб подается в момент времени t=0 импульс

2S напряжения j(t), возбуждающий в линии паХ а дающую волну напряжения fIt — — 1, которая распространяется по линии (вдоль оси х) со

30 скоростью v. Для фиксированного момента

297092 времени t усредненное напряжение,,действующее на Й-ом участке линии, запишется как

За время t волна пробежит расстояние x=vt, и для этого момента времени выходное напряжение, равное сумме усредненных напряжений, действующих на каждом из и участков, выражается

Здесь интегрирование проводится по пространственной координате х, а время 1 выступает как параметр. х

Произведя замену переменной 1 — — = у, V окончательно получим о — и о Jf(V)dV — и v F(y)t 1

n F(t)

Т где F (t) — первообразная для функции f (t), Т вЂ” время пробега волны вдоль линии.

Итак, суммирование напряжений, снятых с фиксированных участков линии, приводит к

1 вычислению определенного интеграла j f(t)dt о с точностью, определяемой способом снятия и суммирования усредненных напряжений

U„, (t) . Пусть на вход линии аб подается прямоугольный импульс напряжения U»(t) =

=Е 1 Я вЂ” Е 1 1(1 — т) от генератора с внутренним сопротивлением, равным волновому сопротивлению (см. фиг. 2). При длительности импульса т(2Т с учетом отражения волны от разомкнутого конца линии согласно выражению 1 можно написать (живых() = —" (. 1-1 () — (— t) 1-) (— т)—

Т вЂ” (t — 2Т) 1, (1 — 2T) + (t — 2T — c) 1 (t— — 2Т вЂ” т) 1.

К моменту времени 1=т интегрирование закончено, и выходное напряжение достигает своего максимального значения у Bn выхмаке Т

Далее это максимальное интегральное значение поддерживается, причем в работу включаются новые участки длинной линии, в то время как участки линии, примыкающие к генератору, освобождаются от зарядов.

В моментвремени 2Т вЂ” i начинается форми.рование заднего фронта трапецеидального импульса с поглощением его на внутреннем сопротивлении генератора импульсов. Предельное значение амплитуды выходного импульса при т=2Т равно

Увр,д — 2ПЕ.

Рассмотренный пример отчетливо выявляет весьма полезное свойство интегрирующей цепи на длинной линии — процесс интегрирования

1р входного сигнала сопровождается умножением его по напряжению. Механизм суммирования напряжений на фиксированных участках полосковой линии будет реализован практически, если одинарную изолированную ленту

15 из проводящего материала (см. фиг.З) намотать в плотный рулон. Изоляция между смежными витками рулона в простейшем случае осуществляется совместной намоткой на каркас сложенных вместе ленты из проводящего материала и ленты из изоляционного материала (лавсан, полиэтилен, бумага). Длина фиксированных участков линии, на которые разбита полосковая линия для нахождения интегральной функции, равна периметру окружности с диаметром D, равным среднему диаметру намотки ленты. Входной сигнал подается на зажимы ab. Выходное напряжение снимается между наружным и внутренним витками рулона при коаксиальном выводе напряжения или между точками а и с при линейном выводе напряжения. Смежные витки намотки образуют непрерывную полосковую линию, разомкнутую на противоположном конце (в точке с), общая длина l которой равна

35 l=pD и, где n — число витков полосковой линии.

Волновое сопротивление полосковой линии

377d

4Ý Р yаВ где  — ширина проводящей ленты, d — толщина изоляции между лентами.

Выполнение полосковой линии в виде спирали вносит искажения в работу длинной линии, так как в таком исполнении каждый элементарный участок линии закорочен одним оборотом ленты. Так мы видим из фиг. 3, что входной сигнал напряжения нагружен, помимо волнового сопротивления полосковой линии, индуктивностью одного витка ленты .об, определяемой формулой (и — 1)

55 К у< ракЮ об—

LB

7 где р — относительная магнитная проницаемость, 6D

К вЂ” коэффициент, зависящий от отношеВ ния—

0,2(К (0,6.

297092

6к)

Введем в рассмотрение время пробега волны по одному обороту полосковой линии т1 и постоянную времени т, равную

2 65 10 КЕМ,я 1 (сек).

Ма..:;.имально возможное число оборотов ленты можно качественно оценить из следующего неравенства

2пт1 «т .

Пример, D=5 10 — м; d=l 10 — м; т =

=300 нсек и т;=1 нсек. При и, =1 максимально возможное число оборотов окажется равным примерно 10.

Для увеличения точности интегрирования при одновременном увеличении амплитуды выходного сигнала помещаем рулон в замкнутый ферритовый сердечник броневого типа. Эта операция позволяет перейти на большее число оборотов ленты, так как увеличение магнитной проницаемости среды р приводит к увеличению индуктивности оборота ленты L, что уменьшает паразитную индуктивную связь между участками линии. Процесс интегрирования по предлагаемому способу протекает следующим образом. Входной импульс напряжения подают на зажимы ab полосковой линии, образованной намоткой в рулон изолированной ленты из проводящего материала. За. время Т волна напряженчя распространится до разомкнутого конца линии т, где она отразится без изменения полярности. Если длительность импульса т меньше двойного времени пробега волны вдоль линии т(2Т, весь импульс успеет «набежать» на линию, и изменение его амплитуды во времени найдет свое зеркальное отображение в распределении напряжения вдоль линии, то есть по пространственной координате х. Выходное напряжение на зажимах ас, снятое с разных участков линии, непосредственно примыкающих друг к другу в рулоне, являясь суммой напряжений, действующих в данный момент времени на всех участках (оборотах) линии, пропорционально интегралу «набежавшей» на линию к этому моменту времени части импульса.

Динамика процесса интегрирования заклю10 чается в том, что с течением времени один и тот же участок линии вносит переменный вклад в интегральную сумму на зажимах ас, меняющийся соответственно изменению входного напряжения во времени. Для момента

15 времени (t(2T напряжение на зажимах ас поддерживается постоянным и пропорциональным интегралу от входного импульса, хотя в распределении напряжения вдоль линии происходят непрерывные изменения, связанные с

20 распространением волны. Процессы в линии для времени t)2T зависят от условий согласования линии с источником входных импульсов и здесь не рассмотрены.

Предмет изобретения

Способ интегрирования импульсного напряжения на полосковой линии, отличающийся тем, что, с целью получения многократно умно30 женного по напряжению выходного сигнала, пропорционального интегралу импульсного напряжения, интегрируемый сигнал подают на вход разомкнутой на противоположном конце полосковой линии, образованной плотно свер35 нутой в рулон одинарной изолированной лентой из проводящего материала, а выходной сигнал снимают относительно крайних витков линии, вдоль которой время пробега волны выбирают равным не менее половины длительно40 сти входного импульса.

297092 «г,. (Составитель В. Курныков

Редактор Е. Гончар Техред А. А. Камышникова Корректоры: О. С, 3айцева и В. П, Федулова

Заказ 2513/17 Изд. № 911 Тираж 473 Подписное

ЦНИИПИ Комитета по делам изобретений и открытий при Совете Министров СССР

Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Типография, пр. Сапунова, 9