Согласующее устройство оконечных каскадов импульсных генераторов

Согласующее устройство оконечных каскадов импульсных генераторов

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

0 558378

ОПИСАН И Е

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Союз Советских

Социалистических

Республик (61) Дополнительное к авт. свид-ву (22) Заявлено 22.08.72 (21) 1822265/21 с присоединением заявки № (23) Приоритет

Опубликовано 15.05.77. Бюллетень № 18

Дата опубликования описания 14.06. (51) М. Кл.2 Н ОЗК 3/02

Государственный комитет

Совета Мннистров СССР по делам изобретений н открытий (53) УДК 621.374(088.8) (72) Авторы изобретения (71) Заявитель

П. П. Вершинин, М. И. Козлов и М, В. Паладий

Днепродзержинский ордена Трудового Красного Знамени индустриальный институт им. М. И. Арсеничева (54) СОГЛАСУЮЩЕЕ УСТРОЙСТВО ОКОНЕЧНЪ|Х КАСКАДОВ

ИМПУЛЪСНЪ|Х ГЕНЕРАТОРОВ

Изобретение относится к области импульсной техники и может найти применение при изготовлении наносекундных импульсных генераторов.

Известны согласующие устройства оконечных каскадов импульсных генераторов, содержащих линии с распределенными параметрами, выполненные в виде активных поглощающих сопротивлений (1).

Недостатком такого согласующего устройства являются трудности выполнения активных сопротивлений, особенно для наносекундного диапазона времени, в качестве которых применяют углеродистые, пленочные, металлопленочные и композиционные сопротивления, которые должны обладать малой паразитной индуктивностью и емкостью и которые должны рассеивать большую мощность (в идеальном случае вся мощность бегущей волны поглощается согласованной нагрузкой), оставаясь при этом термически стабильными.

Наиболее близкими по технической сущности к изобретению являются согласующие устройства оконечных каскадов импульсных генераторов, содержащие линии с распределенными параметрами, к выходу первой из которых подключена нагрузка (2) .

Недостатком таких устройств является необходимость линии большой длины, обладающей большими активными и диэлектрическими потерями.

Для уменьшения коэффициента отражения и расширения полосы пропускания в предла5 гаемом устройстве к точкам соединения нагрузки и выхода первой линии с распределенными параметрами подключены две дополнительные линии, к концам одной из которых подключены две параллельно включенные ли10 нии одна из которых замкнута на конце, а к концам другой дополнительной лшши подключены две последовательно соединенные линии, одна из которых замкнута на конце.

Задача согласования заключается в устра15 пении отраженной волны. Исходя из этого, можно представить согласованную нагрузку в виде устройства, которое включают на конце линии и которое трансформируе падающую волну в две волны противоположной по20 лярности, которые, распространяясь от этого устройства к генератору, уже не оказывают никакого влияния на нагрузку, требуемую по условиям работы и включенную между генератором и устройством.

25 На фиг. 1 представлена принципиальная электрическая схема согласующего устройства при последовательном включении дополнительных согласующих линий; на фиг. 2— принципиальная электрическая схема соглаЗО сующего устройства при параллельном вклю558378

1о получаем

3 чении дополнительных согласующих линий; па фиг. 3, 4 — временные диаграммы, поясняющие принцип работы устройства.

Согласующее устройство оконечных каскадов импульсных генераторов состоит из линий 1 — 7 с распределенными параметрами и нагрузки 8, включенной в конце линии 1, генератора. По условиям работы эта нагрузка должна испытать воздействие только падающей волны.

Работает согласующее устройство следук>щим образом.

Пусть по линии 1 от генератора распространяется прямоугольный импульс (падающая волна) положительной полярности конечной длительности т с амплитудой, равной

1 (фиг. З,а). Не учитывая затухания, предположим, что длина линий 2 — 7 одинакова, время задержки линий t!)т, линия 1 имеет волновое сопротивление Zi, линия 2 имеет волновое сопротивление Z2 и так далее, Z2=

=Z3> Z4=Z5, Z6=Z7. Будем считать момент времени t=0, когда падающая волна в линии

1 достигает места соединений линий 1, 2 и 3.

Чтобы не возникала отраженная волна от места соединения линий, должно выполняться условие: 1 = Z2+Z6 так как линии 2 и 3 соединены между собой последовательно. Если Z!=Z, то Z2=Z6 ——

=Z/2. При этих условиях в линии 2 и 3 в интервале времени 0(/

Чтобы не возникали отраженные волны от места соединения линий 2, 4, 5 и 3, б, 7, должны выполняться условия:

Z + Z6 так как линии 4 и 5 соединены между собой параллельно, а линии 6 и 7 — последовательно.

Записывая иначе 2

Z/2= 4 и Z/2=2Z„

Z4 — — 25 = Z u Z = Z, = Z/4.

В интервале времени f,

В интервале времени 2/4<((34 в этих линиях происходит отражение волн от концов линий, причем в короткозамкпутых линиях 4 и 7 это отражение происходит с переменной полярности (фиг. З,d). Отраженные волны распространяются к местам соединения линий, по отношению к которым они становятся падающими волнами.

В интервале времени 3/4

25 зо

4О

5О

4 с амплитудой 1/ переходит с большого волнового сопротивления Z4 —— Z на малое волновое сопротивление

Z2. Z; Л/2. Z

Z2 + Z6 Z/2+ Z

В этом случае возникают преломленные и отраженные волны. Коэффициент преломления в данном случае равен !

2, Z

1/2, s,зл., z а коэффициент огражения

1/З Z

1/ЗК â€”, Z т. е. преломленные волны, поступающие в линии 2 и 5, имеют отрицательную полярность и амплитуду /4, а отраженная волна в линии

4 имеет положитсльнуIo полярность и амплитуду /4 (фиг. З,е). Аналогично, положительная волна линии 5 с аплитудой 1/2 переходит с большого волнового сопротивления Z5=Z на малое волновое сопротивление /6Л, коэффициент преломления равен 1/, коэффициент отражения равен 1/, т. е. преломленные волны, поступающие в линии 2 и 4, имеют положительную полярность и амплитуду /4, а отра>кенная волна в линии 5 имеет отрицательную полярность и амплитуду /4 (фиг. З,е).

Падающая волна линии 6 переходит с малого волнового сопротивления Z6 — — 1/4Z на большое 22+27 —— /4 Z. Аналогично, падающая волна линии 7 переходит с малого волнового сопротивления /4Z на большое 6/4Z.

Коэффициент преломления в этом случае равен /2, а коэффициент отражения — 1/. Преломленная волна от волны линии 6 делится пропорционально волновым сопротивлениям линий 3 и 7. При этом в линию 3 поступает положительная волна с амплитудой /4, а в линию 7 — отрицательная волна с амплитудой /6 (фиг. 3,е). Аналогично, делится преломленная волна от волны линии 7. При этом в линию 3 поступает отрицательная волна с амплитудой 1/4, а в линию 6 — положительная волна с амплитудой /6. Ора>кенная волна в линии 6 имеет положительную полярность и амплитуду /6, а отраженная волна в линии 7— отрицательную полярность и амплитуду /6.

Таким образом, в интервале 34(t<4t, в линии 2 и 3 поступают по две преломленные волны противополо>кной полярности. Каковы бы ни были условия преломления и огра>кения при дальнейшем распространении этих волн, в любом случае в результате преломления и отражения возникнут симметричные преломленные и симметрично отраженные волны. Исходя из этого, целесообразно симметричные волны в линиях 2 и 3 из дальнейшего рассмотрения исключить.

При указанных выше соотношениях между вол новы ми сопротивлениями линий справедливы следующие закономерности, 558378

1. При псреходе падаю!цей волны с большого волнового сопрогивления на малое (например, при параллельном соединении линий

2, 4 и 5) возникают отраженная волна противополо кно!! полярности с амплитудой, равной половине амплитуды нада!ошей волны, преломленные волны, по амплитуде равные половине падающей волны, и преломленные волны, по амплитуде равные половине падающей волны и одинаковой полярности с ней.

2. При переходе падающей волны с малого волнового сопротивления на большое (например, при последовательном соединении линий

3, б, 7) во" íèêàþò отрмкснная волна, равная половине амплитуды падающей волны и одинаковой с ней полярности, и преломленные волны. В линии с большим волновым сопротивлением преломленная волна равна IIQ амплитуде падаюшей волне и имеет одинаковую с ней полярность, а в линии с малым во7HQвым сопротизлснием преломленная волна по амплитуде равна падающей волне и имеет противоположную полярность.

Дальнейший процесс преломления и отражения волн представлен с применением этих правил на диаграммах (фиг. 3, f — р). Во всех случаях на диаграммах фиг. 3 отраженные и преломленные волны одинаковой полярности и амплитуды, распространяющиеся в линии одновременно, изображены в виде одного прямоугольника. При построении последующих диаграмм из предыдуших исключались волны, распространяющиеся в линии одновременно и пмеюшие равные амплитуды, но противоположную полярность.

Как видно из диаграмм, до момента времени t=12t; в линию 1 периодически поступают симметричные преломленные волны равной амплитуды В /4 /, /I >, /, но про тивоположной полярности. Вследствие симметричной структуры, эти волны не оказывают никакого влияния на нагрузку 8, требуемую по условиям работы. Только в интервале 12t;(t(13t, в линию 1 поступает импульс с амплитудой %,, что составляет 1,5% от амплитуды первоначального импульса.

Если учесть, что одновременно с преломлением и отражением волн в ли!!иях 2, 3, 4, 5, б,7 происходит еше и затухание волн, то амплитуда импульса, поступающего в линию 1, будет составлять менее 1,5% и влиянием его HB нагрузку 8 мо;кно пренебречь.

На фнг. 4, а — р приведены диаграммы, иллюстрируюшие процессы преломления и отражения волн в линиях в различные интервалы времени для случая параллельного включения дополнительных согласующих линий.

3а время t=0 принят момент времени, когда падающая волна в линии 1 достигает места разветвления.

Из диаграмм фиг. 4, а — р видно, что как и при последовательном соединении линий 2 и

3 в линию 1 периодически поступают симметричные преломленные волны равной амплиту10

2э

65 ды в /4, !/, /«, />., но противоположной полярности н только в интервале 12 I(t(13t; в линию 1 поступает импульс отрицательной полярности с амплитудой /!!; (1,5% от амплитуды первоначального импульса). Влиянием этого импульса на нагрузку 8 можно пренебречь.

Таким образом, возможны два типа соединений линий 2 — 7, которые выполняют роль согласованной нагрузки, подключаются к выходной лпн!ш генератора н трансформируют падающие волны в парные волны противоположной полярности.

Конструктивно линии с распрделеннымн параметрамп выполняют самим различным образом. Наиболес простыми по устройству являются полосковые линии, выполняемые нз полос проводяшего материала, и коакспальные линии.

Если выходная линия генератора выполнена в виде полосковой линии, то согласующие устройства по данному способу выполняют также на полосковых линиях.

Линии с распределенными параметрами, с пох4ошь4о которых осуществляют согласование. обладают широкой полосой поопускания вплоть до нескольких Гигагерц. Поэтому однажды выполненное согласующее устройство может применяться для согласования линии, в которой распространяются импульсы различной длительности и скважности.

Вся энергия падающей волны, не использованная полезной нагрузкой, рассеивается не только в линиях согласующего устройства, но и во всех проводниках и диэлектрике лиш!и генератора, что позволяет использовать предложенный способ при согласовании особо мо!цных линий.

Прн изготовлении согласующих устройств по данному способ . требуется небольшая длина линий 2 — 7. Длину этих IIIH!III выбирают одинаковой и равной IIO времени немного более половины длительности импульса.

Особенно широкое применение предложенный способ может найти в наносекундной технике при согласовании линий, в которых распространяются импульсы длительностью

50 и мснее наносекунд.

Формула изобретения

Согласуюшее устройство оконечных каскадов импульсных генераторов, содержащее линии с распределеннымп параметрами, к выходу первой из которых подключена нагрузка, отличаю!цееся тем, что, с целью уменьшения коэффициента отражения и рас-! иирения полосы пропускания, к точкам соединения нагрузки и выхода первой линии с распределенными параметрами подключены две дополнительные линии. к концам одной из которых подключены две параллельно включенные линии, одна из которых замкнута на конце, а к концам другой дополнительной

558378 линии подключены две последовательно соединенные линии, одна из которых замкнута на конце.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Г. Л. Месяц и др. «Формирование наносекундных импульсов высокого напряжения».

«Энергия», 1970.

2. Ф. Тишер. «Техника измерения на сверх5 высоких частотах», пер. с немецкого. М,.

1970 (прототип).

7/ã

1/ã

1/В

1/Р

7/яг

7/Â

/г

7/Ó

1/В

1/16

1/16

7/Â

7/16

r/16

1/16

7/16

1/уг

7/Ë

7/16

7/зг

Фсгв

112

1 У

1/а

r/à

7/Ф

7/6

1/В

7!W

1/

1/В

1/зг

77бб

71677

7/ÿã

1/вг

7/Ки

7/6

7/БФ

1/бб

1/1гВ

1/1гв

558378

7/г

7/р

7 /1б

1/1б

7/Çã

:, 1á

17бг

1/б

7Р, <1 77t

7/Л

, 7/б

1/1б

7//б

cg c 1З

7/1б

Редактор И. Шейкин

Корректор О. Тюрина

Заказ 1161/17 Изд. № 429 Тираж 1077 Подписное

ЦНИИПИ Государственного комитета Совета Министров СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, K-35, Раугпская наб., д. 4/5

Типография, ир. Сапунова, 2

1/

1/

1/

1/б

Составитель В. Назарова

Техред М. Семенов

/г

7/ã

7/г

/71

1/Ф .

/г

7!г тф

7/76

7/:1