Согласующее устройство оконечных каскадов импульсных генераторов
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/ /г 7/Ó 1/В 1/16 1/16 7/ 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
