Способ измерения энергетических характеристик двухэлектродных газовых коммутаторов пикосекундного диапазона методом рефлектометрии Российский патент 2024 года по МПК G01R29/02 G01R31/333 

Изобретение относится к области пикосекундной импульсной техники и предназначено для измерения энергетических характеристик (потери коммутируемой энергии в разряднике, которые идут на световое излучение и нагрев рабочего газа; мгновенной выделяемой мощности) двухэлектродных газовых коммутаторов пикосекундного диапазона методом рефлектометрии. Пикосекундные газовые коммутаторы (ГК) широко используются в импульсной электрофизической аппаратуре: генераторы пикосекундных электронных пучков, пикосекундные рентгеновские источники, генерирование мощных пикосекундных микроволновых импульсов, источники сверхширокополосного радиочастотного излучения, и т.д. [1], и знание реальной коммутируемой ими мощности, поступающей в итоге в нагрузку, весьма актуально.

Двухэлектродный ГК включает в себя электроды (катод К и анод А, Фиг. 1) и межэлектродное расстояние (разрядный газовый промежуток) заполненное рабочим газом. Следует отметить, что двухэлектродные ГК пикосекундного диапазона обычно выполняются в виде разрыва центрального электрода коаксиального передающего тракта с газовым наполнением [2-9]. При этом известно [9], что большое разнообразие различных электрических цепей, в которых работает ГК, может быть в общем случае сведено к одному из двух типов включения ГК в зарядно-разрядный контур, показанных на Фиг. 1 а и 1 б. На Фиг. 1 конец нагрузочной линии L₂ (Фиг. 1а) и анод разрядного газового промежутка ГК (Фиг. 1б) заземлены. Вместо заземления к концу нагрузочной линии L₂ и аноду разрядного газового промежутка ГК может быть подключена полезная нагрузка.

Принцип работы ГК: формирующая линия L_ф генератора наносекундных импульсов (ГНИ) заряжается до напряжения U₀. Когда ключ S на выходе генератора замыкается, импульс напряжения U₁(t) с длительностью фронта до нескольких наносекунд и амплитудой U₀/2 распространяется по согласованной по волновому сопротивлению с выходным сопротивлением ГНИ передающей коаксиальной линии L₁ в сторону ГК. Условия в ГК выбраны так, чтобы обеспечить время переключения в пикосекундном временном диапазоне. В зависимости от функции ГК, этот ГК переключает линию L₁ к нагрузочной коаксиальной линии L₂ (см. Фиг. 1а) или на землю (см. Фиг. 1б). На предпробойной стадии амплитуда импульса U₁(t) удваивается на катоде ГК. Если пробой (коммутация) разрядного газового промежутка ГК не происходит (режим холостого хода), то напряжение на ГК будет соответствовать пунктирной линии U_хх(t) и достигнет в итоге напряжения зарядки ГНИ U₀ (см. Фиг. 2). В случае пробоя (коммутации) разрядного газового промежутка ГК, напряжение на ГК в стадии запаздывания пробоя и стадии коммутации будет соответствовать осциллограмме U(t) (Фиг. 2). При этом максимальное напряжение (U_пр) на осциллограмме U(t) является напряжением пробоя (или коммутации) разрядного газового промежутка ГК в импульсном режиме. При пробое разрядного газового промежутка ГК, отраженная от него на предпробойной стадии волна напряжения U₂(t) с амплитудой U_пр/2 распространяется обратно в сторону ГНИ. После пробоя разрядного газового промежутка ГК через него начинает распространяться волна напряжения U₃(t), которая поступает в нагрузочную коаксиальную линию L₂ (Фиг. 1а) или в нагрузку, подключенную непосредственно к аноду ГК А (Фиг. 1б). В частном случае, изображенном на Фиг. 1б, где анод разрядного газового промежутка ГК заземлен, волна напряжения U₃(t) отразится от анода, и будет распространяться обратно в сторону ГНИ. Волна напряжения U₃(t) передает в нагрузку ту мощность, что прошла через ГК в процессе коммутации.

Для исследования коммутационных характеристик ГК обычно применяют метод рефлектометрии [2, 3, 5-7, 9]. Суть метода состоит в том, что при помощи емкостного делителя (Фиг.1), встроенного в коаксиальный тракт между ГНИ и ГК, и осциллографа позволяющего регистрировать однократные импульсные сигналы (осциллографа реального времени), измеряют волны напряжения U₂(t) отраженные от ГК в режимах отсутствия пробоя (режим холостого хода) и в случае пробоя. При измерениях делитель напряжения располагают на расстоянии от разрядного газового промежутка ГК, достаточном чтобы обеспечить временную развязку прикладываемого U₁(t) к разрядному промежутку и отраженного от него U₂(t) импульсов напряжения. В результате делитель напряжения регистрирует только половинное напряжение на разрядном газовом промежутке ГК. Поэтому за U_хх(t) и U(t) при измерениях методом рефлектометрии принимают 2×U₂(t), где U₂(t) регистрируется в режимах холостого хода и пробоя, соответственно. Ток i(t) коммутируемый ГК при измерениях методом рефлектометрии рассчитывают по формуле i(t) = (U_хх(t) - U(t))/z, где z - эквивалентное сопротивление коаксиальных линий L_ф, L₁ и L₂ [3, 6, 9]. Если волновые сопротивления линий L_ф, L₁ и L₂ одинаковы и равны ρ (то есть коаксиальный тракт согласован по волновому сопротивлению), то для условий Фиг. 1(а) z = 2ρ и для условий Фиг. 1(б) z = ρ [9]. Зная временные зависимости напряжения на разрядном промежутке U(t) и тока разряда i(t) рассчитывают энергетические характеристики ГК - потери коммутируемой энергии в разряднике, которые идут на световое излучение и нагрев рабочего газа; мгновенную выделяемую мощность.

Следует отметить, что напрямую, без применения метода рефлектометрии, измерить в эксперименте ток i(t) достаточно сложно. Дело в том, что при измерении высоковольтных импульсных сигналов емкостные делители напряжения встраивают в участок коаксиального тракта, заполненный трансформаторным маслом. В этом случае обеспечивается высокая электрическая прочность зазора между центральным электродом коаксиального тракта и емкостным делителем. Если встраивать делитель напряжения в участок коаксиального тракта, заполненный газом, существует очень высокая вероятность вывести из строя (сжечь) применяемый для измерений осциллограф [7]. Стоимость осциллографов реального времени предназначенных для измерения одиночных пикосекундных импульсов напряжения в настоящее время превышает сто тысяч долларов США. Для измерения тока i(t) в цепи, изображенной на Фиг. 1а, в нагрузочной коаксиальной линии L₂ должна быть дополнительно предусмотрена секция, заполненная трансформаторным маслом. В этой маслонаполненной секции можно разместить емкостной делитель напряжения и измерять ток в цепи как i(t) = U₃(t)/ρ_L2, где ρ_L2 - волновое сопротивление коаксиальной линии L₂ (в случае если коаксиальный тракт согласован по волновому сопротивлению ρ_L2= ρ). Это значительно усложняет конструкцию линии L₂, т.к. необходимо предусмотреть проходной изолятор, разделяющий секции коаксиальной линии L₂ заполненные газом и маслом, дополнительно предусмотреть согласующий по волновому сопротивлению секции заполненные газом и маслом участок коаксиального тракта, что увеличивает стоимость, и габариты электрофизического прибора в котором применен ГК. Такое усложнение прибора редко применяется на практике. В цепи, изображенной на Фиг. 1б, в принципе невозможно разместить емкостной делитель напряжения между ГК и землей (нагрузкой). И в этом случае метод рефлектометрии остается единственным методом для измерения коммутационных характеристик ГК. Поэтому метод расчета тока i(t), описанный выше, очень широко применяется в экспериментах [3, 6, 9].

Однако указанная методика измерения напряжений и последующего расчета коммутируемого тока имеет существенный недостаток, приводящий к значительным ошибкам измерения в пикосекундном диапазоне времен. Емкостной делитель напряжения и измерительная цепь (аттенюаторы напряжения, измерительные кабели и т.д.) имеют паразитную индуктивность. В результате не удается корректно измерять производную изменения тока di/dt в пикосекундных процессах, длительность которых меньше или соизмерима со временем переходных процессов в измерительной цепи. В результате на заднем фронте импульсов U_хх(t) и U(t) регистрируется выброс напряжения противоположной полярности относительно прикладываемого к ГК напряжения (Фиг. 3а и 3б, кривые 1 и 2). То есть при измерениях теряется значительная часть заднего фронта импульса, который в реальности должен плавно стремиться к нулевой линии без выброса напряжения противоположной полярности (см. Фиг. 2). Аналогичные выбросы напряжения противоположной полярности наблюдаются и в других экспериментах по пробою в газах в пикосекундном диапазоне (например, рис. 3 в [2], рис. 3 в [3], рис. 3 в [5], рис. 3 в [6], рис. 2 и 5 в [7], рис. 6 в [8]). Ранее, при измерении длинных фронтов напряжения (десятки наносекунд - микросекунды), эта проблема не была критичной и задний фронт импульса U(t) корректно регистрировался. В итоге для расчета импульса тока i(t) (кривая 4 на Фиг. 3а и 3б) в пикосекундном диапазоне берут только часть осциллограммы импульса напряжения U(t) (полуволну напряжения U(t) по знаку совпадающую с волной напряжения U_хх(t)). Та часть осциллограммы импульса напряжения U(t), где меняется полярность напряжения [3, 6], заменяется при расчетах нулевым сигналом. Результатом такого расчета является осциллограмма импульса тока i(t) с завышенной амплитудой. Таким образом, способ - прототип не в состоянии обеспечить корректный расчет тока на завершающей стадии падения напряжения на ГК при измерениях в пикосекундном диапазоне времен. Что приводит к измерению энергетических характеристик ГК со значительной ошибкой.

Задачей предложенного изобретения является устранение указанного недостатка и разработка способа восстановления заднего фронта на измеренной в эксперименте методом рефлектометрии осциллограмме импульса напряжения U(t), последующий корректный расчет импульса тока разряда i(t), и в итоге корректное измерение энергетических характеристик ГК.

Для аппроксимации потерянного при измерениях завершающего участка на заднем фронте осциллограммы импульса напряжения U(t) (далее для удобства обозначим эту осциллограмму как U_и(t)) в предложенном изобретении предлагается проанализировать динамику изменения частоты ионизации рабочего газа в ГК в ходе спада напряжения. Известно, что частота ионизации сильно зависит от напряженности электрического поля при фиксированном давлении [10]. При падении напряжения на ГК до определенного уровня (лежит в пределах примерно 0.2÷0.3 от U_пр и рассчитывается индивидуально для каждой осциллограммы U_и(t)) характерное время ионизации τ_i = 1/ν_i, где ν_i - частота ионизации, становится на порядок больше длительности прикладываемого к разрядному промежутку импульса напряжения. С этого момента времени (обозначим его как t₁) концентрацию электронов в плазме развивающегося в ГК разряда можно считать квазипостоянной и, следовательно, сопротивление газоразрядной плазмы в дальнейшем можно так же считать неизменным (обозначим его как R_p). Таким образом, при падении напряжения на разрядном промежутке ниже уровня U_и(t₁), разрядный промежуток можно условно заменить постоянным резистором.

При восстановлении заднего фронта измеренной методом рефлектометрии осциллограммы U_и(t), для обеспечения гладкости решения (непрерывности первой производной) при t≥t₂ предлагается ввести переходную функцию сопротивления в виде:

R(t) = (R₁-R_p)×exp(-(t - t₂)/(2×(t₁- t₂))) + R_p

где: t₁ - момент времени, когда характерное время ионизации становится на порядок больше длительности импульса напряжения. При этом сопротивление плазмы становится равным R_p;

t₂ - момент времени, когда напряжение на спадающем участке измеренной методом рефлектометрии осциллограммы U_и(t₂) становится равным 1.5×U_и(t₁), а сопротивление плазмы в этот момент равно R₁;

Сопротивления R₁ и R_p вычисляют как частное U_и(t)/i₁(t), где i₁(t) вычисляют по описанной выше методике прототипу (Фиг. 3а и 3б, кривая 4) как i₁(t) = (U_хх(t) - U_и(t))/z. Для выбора момента времени t₁ использовали расчетную зависимость частоты ионизации азота, как функции приведенной напряженности электрического поля, которая получена моделированием методом Монте-Карло для гибридной модели газового разряда, представленной в [11].

Таким образом, при t ≥ t₂ разрядный промежуток можно заменить переменным резистором сопротивлением R(t), которое при t ≥ t₁ будет стремиться к постоянному значению равному R_p.

Зная зависимость сопротивления плазмы, формирующейся в разрядном газовом промежутке ГК, от времени можно восстановить потерянный при измерениях методом рефлектометрии нижний участок заднего фронта на осциллограмме импульса напряжения U(t) (далее для удобства обозначим эту осциллограмму как U_в(t)):

при t < t₂

при t ≥ t₂

Техническим результатом изобретения является измеренная методом рефлектометрии осциллограмма напряжения U(t) (для удобства обозначенная нами ранее как U_в(t)) с восстановленным по предложенной методике задним фронтом (кривая 3 на Фиг. 3а и 3б); соответственно, более точно рассчитанная осциллограмма тока разряда в ГК i₂(t) = (U_хх(t) - U_в(t))/z (кривая 5 на Фиг. 3а и 3б); и более точное измерение энергетических характеристик ГК.

В качестве демонстрации применения заявляемого изобретения приводится измерение энергетических характеристик ГК, встроенного в коаксиальный тракт с волновым сопротивлением 50 Ом и выполненного в виде разрыва центрального электрода. Эквивалентная схема разрядного контура в этом случае соответствует Фиг. 1а. Конструкция электродов ГК обеспечивала конфигурацию в разрядном промежутке достаточно однородного электрического поля. Длина разрядного газового промежутка ГК равнялась 0.5 мм; давление рабочего газа (азот) 5 атм (Фиг. 3а) и 40 атм (Фиг. 3б). Для определения энергетических характеристик ГК воспользуемся измеренными методом рефлектометрии осциллограммами, изображенными на Фиг. 3, и подробно описанными выше.

Энергетические потери в ГК (это потери энергии на световое излучение и нагрев газа) определяют следующим образом:

где: w₁ - энергетические потери в ГК, полученные по способу - прототипу настоящего изобретения (заниженные);

w₂ - энергетические потери в ГК, полученные по методике, предложенной в настоящем изобретении;

i₁(t) - восстановленная по методике прототипу представленного изобретения осциллограмма тока разряда.

i₂(t) - восстановленная по предлагаемой в изобретении методике осциллограмма тока разряда.

U_и(t) - измеренная методом рефлектометрии и не откорректированная осциллограмма напряжения на разрядном промежутке на предпробойной стадии и стадии пробоя (при расчете i(t) учитывались только отрицательные полуволны напряжения, поскольку положительный выброс напряжения обусловлен отличной от нуля индуктивностью измерительной цепи. Та часть осциллограммы импульса напряжения U_и(t), где меняется полярность напряжения, заменялась при расчетах нулевым сигналом.);

U_в(t) - откорректированная осциллограмма напряжения на разрядном промежутке на предпробойной стадии и стадии пробоя;

z = 100 Ом, так как в нашем случае схема включения ГК соответствует изображенной на Фиг. 1а.

t₀₀, t₀₁ - время когда обращаются в ноль осциллограммы U_xx(t) и U_и(t), соответственно, т.е. U_хх(t₀₀)=0, U_и(t₀₁)=0.

Результаты определения энергетических характеристик сведены в таблицу 1.

Таблица 1 Давление, атм w₁, Дж w₂, Дж Сопротивление плазмы R_p, Ом 5 3.2×10^-3 7.1×10^-3 5.6 40 6.1×10^-3 1.4×10^-2 28.0

На графике (Фиг. 4) показана зависимость мгновенной мощности, затрачиваемой на нагрев газа и световое излучение, от времени. Кривая 1 - азот 5 атм, кривая 2 - азот 40 атм.

Полученные результаты показывают, что энергетические потери в ГК, полученные по методике, предложенной в изобретении, оказались существенно (более чем в два раза) выше, чем энергетические потери в ГК, полученные по методике прототипу. Использование изобретения позволит адекватно определить реальные энергетические характеристики ГК пикосекундного диапазона, широко используемых в различной импульсной электрофизической аппаратуре - генераторы пикосекундных электронных пучков, пикосекундные рентгеновские источники, генерирование мощных пикосекундных микроволновых импульсов, источники сверхширокополосного радиочастотного излучения, и т.д. Более того, меняя конфигурацию катода и анода, длину разрядного промежутка ГК, тип и давление рабочего газа, и используя предложенную в изобретении методику измерения энергетических характеристик ГК, можно экспериментально подобрать параметры ГК обеспечивающие минимальные потери передаваемой в нагрузку энергии в конкретном электрофизическом приборе.

Следует отметить, что предложенный в изобретении способ измерения энергетических характеристик ГК пикосекундного диапазона методом рефлектометрии можно использовать в случае включения ГК в разрядный контур по схеме, показанной на Фиг. 1а. В том случае, если используется схема включения ГК показанная на Фиг. 1б, использовать предложенный в изобретении способ можно только в случае подключения к аноду ГК полезной нагрузки, согласованной по волновому сопротивлению с коаксиальным трактом, в который встроен ГК. При использовании схемы включения Фиг. 1б, когда анод ГК заземлен, в разрядном промежутке ГК одновременно распространяются две встречных волны напряжения U₂(t) и U₃(t). В этом случае предложенный в изобретении способ нуждается в модификации учитывающей этот факт, однако возможность замены разрядного газового промежутка ГК постоянным сопротивлением остается актуальной.

Фигуры, поясняющие описание изобретения:

Фиг. 1. Эквивалентная схема разрядного контура. L_Ф- формирующая линия ГНИ; S - ключ; L₁- передающая 50-Омная коаксиальная линия; L₂- нагрузочная 50-Омная коаксиальная линия заполненная газом; ГК - газовый коммутатор (разрядный газовый промежуток, выполненный в виде разрыва центрального электрода коаксиальной линии); А - анод; К - катод; U₀ - напряжение зарядки ГНИ; U₁(t) - падающая на разрядный промежуток ГК волна напряжения; U₂(t) - волна напряжения отраженная от разрядного промежутка ГК на стадиях запаздывания пробоя и пробоя; U₃(t) - волна напряжения возникающая в цепи после пробоя разрядного промежутка ГК (Фиг. 1а: U₃(t) распространяется в нагрузочной линии L₂ и далее отражается от короткозамкнутого конца линии L₂ обратно в сторону ГНИ; Фиг. 1б: отражается от анода разрядного газового промежутка ГК обратно в сторону ГНИ). На этой фигуре показаны схемы, когда конец нагрузочной линии L₂ (Фиг. 1а) и анод разрядного газового промежутка ГК (Фиг. 1б) заземлены. Вместо заземления к ним может быть подключена полезная нагрузка.

Фиг. 2. Напряжение на разрядном газовом промежутке ГК. U_хх(t) - напряжение на разрядном газовом промежутке ГК в случае отсутствия пробоя (режим холостого хода); U(t) - напряжение на разрядном газовом промежутке ГК на стадиях запаздывания пробоя и пробоя; U₀ - напряжение зарядки генератора наносекундных импульсов; U_пр - напряжение пробоя (или коммутации) в импульсном режиме; t_з - время запаздывания пробоя в режиме импульсного пробоя; t_комм - время коммутации (обычно за t_комм принимают временной промежуток в течении которого напряжение на разрядном газовом промежутке падает от уровня 0.9×U_пр до уровня 0.1×U_пр).

Фиг. 3. Измеренные методом рефлектометрии осциллограммы напряжения и тока на ГК (длина разрядного газового промежутка ГК d = 0.5 мм; однородное распределение электрического поля в разрядном газовом промежутке; рабочий газ - азот, давление 5 атм (Фиг. 3а) и 40 атм (Фиг. 3б)).

Кривая 1 - напряжение на разрядном газовом промежутке ГК в режиме холостого хода U_хх(t).

Кривая 2 - напряжение на разрядном газовом промежутке ГК на предпробойной стадии и стадии пробоя U(t). Далее для удобства обозначим эту осциллограмму как U_и(t). Осциллограммы (кривые 1 и 2) измерены методом рефлектометрии с помощью осциллографа Tektronix TDS 6604 (полоса пропускания 6 GHz, время установления переходной характеристики 70 пс).

Кривая 3 - восстановленная по предлагаемой в изобретении методике осциллограмма напряжения на разрядном газовом промежутке ГК на предпробойной стадии и стадии пробоя U(t). Далее для удобства обозначим эту осциллограмму как U_в(t).

Кривая 4 - восстановленная по прототипу представленного изобретения осциллограмма тока разряда i₁(t). Ток i₁(t) рассчитывался по формуле i₁(t) =(U_хх(t) - U_и(t))/z, где z = 100 Ом - эквивалентное сопротивление разрядного контура. В расчете учитывалась только отрицательная полуволна напряжения осциллограммы U_и(t), поскольку положительный выброс напряжения обусловлен отличной от нуля индуктивностью делителя напряжения. Та часть осциллограммы импульса напряжения U_и(t), где меняется полярность напряжения, заменялся при расчетах нулевым сигналом.

Кривая 5 - восстановленная по предлагаемой в изобретении методике осциллограмма тока разряда i₂(t). Ток i₂(t) рассчитывался по формуле i₂(t) =(U_хх(t) - U_в(t))/z, где z = 100 Ом - эквивалентное сопротивление разрядного контура.

Фиг. 4. Зависимость мгновенной мощности, затрачиваемой на нагрев газа и световое излучение, от времени. Кривая 1 - азот 5 атм, кривая 2 - азот 40 атм.

Список цитируемой литературы:

1. Месяц Г.А., Импульсная энергетика и электроника / Г.А. Месяц. - М.: Наука, 2004. - 704 c.

2. Иванов С.Н. Исследование времени формирования самостоятельного субнаносекундного разряда в газах высокого и сверхвысокого давления / С.Н. Иванов, В.В. Лисенков // Физика плазмы. - 2018 - Т. 44, № 3. - С. 323 - 332.

3. Ivanov S.N. Investigation of the Prebreakdown Stage of the Self-Sustained Subnanosecond Discharge in High Pressure Nitrogen / S.N. Ivanov, V.V. Lisenkov // Journal of Applied Physics. - 2018. - Vol. 124. - art. no 103304.

4. Иванов С.Н. Электронно-оптические исследования начальной фазы субнаносекундного импульсного электрического пробоя газовых промежутков / С.Н. Иванов, В.В. Лисенков, В.Г. Шпак // ЖТФ. - 2008. - Т. 78, № 9. - С. 62 - 68.

5. Иванов С.Н. Генерация убегающих электронов вблизи микронеоднородностей на поверхности катода в субнаносекундных самостоятельных разрядах в широком диапазоне высоких давлений / С.Н. Иванов, В.В. Лисенков // Физика плазмы. - 2023. - Т. 49, № 11. - С. 1222 - 1236.

6. Ivanov S.N. Investigation of the switching characteristics of high-pressure subnanosecond gas dischargers with the purpose of a sharp increasing of the breakdown voltages and the switching speed / S.N. Ivanov // Plasma Sources Sci. Technol. - 2022. - Vol. 31. - Art. no 055001.

7. Пикосекундные пучки убегающих электронов в воздухе / Г.А. Месяц, М.И. Яландин, А.Г. Реутова, К.А. Шарыпов, В.Г. Шпак, С.А. Шунайлов // Физика плазмы. - 2012. - Т. 38, № 1. - C. 34 - 51.

8. Месяц А.Г. Пикосекундная электроника больших мощностей / А.Г. Месяц, М.И. Яландин // УФН. - 2005. - Т. 175, № 3. - С. 225 - 146.

9. Korolev Y.D. High-Voltage Spark Gap in a Regime of Subnanosecond Switching / Y.D. Korolev, N.M. Bykov // IEEE Transactions on Plasma Science. - 2012. - Vol. 40, № 10. - P. 2443 - 2448.

10. Райзер Ю.П. Физика газового разряда / Ю.П. Райзер. - Изд. 2-е, доп. и перераб. - М.: Наука, 1992. - 536 c.

11. Lisenkov V.V. Application of a hybrid model for the numerical study of the generation of runaway electrons and the formation of high-pressure gas discharge / V.V. Lisenkov, Y.I. Mamontov // Journal of Physics: Conf. Series. - 2018. - Vol. 1141. - Art. no 012051.

Изобретение относится к области пикосекундной импульсной техники и предназначено для измерения энергетических характеристик двухэлектродных газовых коммутаторов (ГК) пикосекундного диапазона методом рефлектометрии. Сущность: измеряют волну напряжения отраженной от ГК в режиме отсутствия пробоя разрядного промежутка ГК (в режиме холостого хода) и волну напряжения отраженной от ГК в режиме пробоя разрядного промежутка ГК с потерянной за счет паразитной индуктивности измерительного тракта нижней частью заднего фронта. Восстанавливают потерянную при измерениях нижнюю часть заднего фронта волны напряжения, отраженной от ГК в режиме пробоя разрядного промежутка ГК. Для этого в момент времени, в который напряжение на разрядном промежутке ГК в случае его пробоя падает до уровня, когда характерное время ионизации плазмы разрядного промежутка становится на порядок больше, чем длительность прикладываемого к разрядному промежутку ГК импульса напряжения, меняющееся во времени сопротивление разрядного промежутка заменяют постоянным фиксированным сопротивлением. Для обеспечения гладкости решения вводят переходную функцию сопротивления. С использованием полученной зависимости сопротивления плазмы, формирующейся в разрядном газовом промежутке ГК при его пробое, от времени восстанавливают потерянный при измерениях методом рефлектометрии нижний участок заднего фронта на осциллограмме импульса напряжения отраженной от ГК при его пробое. С использованием измеренной волны напряжения, отраженной от ГК в режиме отсутствия пробоя разрядного промежутка ГК и измеренной и далее восстановленной волны напряжения отраженной от ГК в режиме пробоя разрядного промежутка ГК рассчитывают осциллограмму импульса тока коммутируемого ГК и энергетические характеристики ГК. Технический результат: повышение точности получения осциллограммы тока разряда в ГК и измерения энергетических характеристик ГК. 4 ил.

Способ измерения энергетических характеристик двухэлектродных газовых коммутаторов (ГК) пикосекундного диапазона методом рефлектометрии, включающий в себя измерение волны напряжения U_хх(t) отраженной от ГК в режиме холостого хода при отсутствии пробоя разрядного промежутка ГК, измерение волны напряжения U(t), отраженной от ГК в режиме пробоя разрядного промежутка ГК, расчет импульса тока i(t), коммутируемого ГК, по формуле i(t) = (U_хх(t) - U(t))/z, где z – эквивалентное сопротивление коаксиальных линий коаксиального тракта, в который встроен ГК в виде разрыва центрального электрода тракта, определение энергетических потерь в ГК по формуле , где t₀₀ – время, когда обращается в ноль осциллограмма U_xx(t), т.е. U_хх(t₀₀)=0, отличающийся восстановлением потерянной при измерениях в пикосекундном диапазоне нижней части заднего фронта волны напряжения U(t), состоящем в том, что в момент времени t₁, в который напряжение на разрядном промежутке ГК U(t) падает до уровня, когда характерное время ионизации τ_i = 1/ν_i, где ν_i – частота ионизации, плазмы разрядного промежутка становится на порядок больше, чем длительность прикладываемого к разрядному промежутку ГК импульса напряжения, меняющееся во времени сопротивление разрядного промежутка заменяют постоянным фиксированным сопротивлением плазмы R_p = U(t₁)/i(t₁), при этом для обеспечения гладкости решения при t≥t₂ вводят переходную функцию сопротивления в виде: R(t)=(R₁-R_p)×exp(-(t - t₂)/(2×( t₁- t₂)))+R_p, где: t₁ – момент времени, когда характерное время ионизации становится на порядок больше длительности импульса напряжения и сопротивление плазмы становится равным R_p; t₂ - момент времени, когда напряжение U(t₂) на заднем фронте измеренной методом рефлектометрии осциллограммы U(t) становится равным 1.5×U(t₁), а сопротивление плазмы в этот момент равно R₁, с использованием полученной зависимости сопротивления плазмы от времени восстанавливают потерянный при измерениях методом рефлектометрии нижний участок заднего фронта на осциллограмме импульса напряжения U(t): U(t)= при t<t₂, U(t)= при t≥t₂, где U_и(t) – измеренная методом рефлектометрии и не откорректированная осциллограмма напряжения на разрядном промежутке на предпробойной стадии и стадии пробоя U(t), U_в(t) - измеренная методом рефлектометрии и откорректированная осциллограмма напряжения на разрядном промежутке на предпробойной стадии и стадии пробоя U(t).