Формирователь импульсов Советский патент 1984 года по МПК H03K5/01 

1 Изобретение относится к радиоизме рительной технике и может быть ис пользовано в технике формирования и измерения импульсов с пикосекундной длительностью фронта (среза). Известно формирукндее устройство,, предназначенное для формирования импульсов напряжения с пикосекундной длительностью фронта на диоде с накоплением заряда (ДНЗ) и туннельном диоде. В устройстве ДНЗ включен между центральным проводником коаксиальной конструкции и ее корпусом со входом и выходом с помощью держателя и пружины. В разрыв центрального проводника включен последовательный диод lj . Однако в этом устройстве не преду смотрено согласованиетракта со сто роны активного элемента с выходным сопротивлением внешнего генератора, поэтому форма импульса с неравномерностью 3% гарантируется только до значения 30 не за счет кабеля длиной 3 метра между формирователе л 8ыход ным сопротивлением внешнего геиера- тора, а после этого может достигать100. Другим недостатком является использование для формирования коаксиальной конструкции, обладающей большой индуктивностью подключения активного элемента, В результате про исходит увеличение длительности фрон та выходных импульсов. Известен также формировать импуль сов, содержащий активньй элементj на пример диод с накоплением заряда, включенный между центральньм проводником и корпусом несимметричной част устройства. В разрыв центрального проводника включены два последовател но соединенных резистора, один из которых со стороны входного централь ного проводника замкнут проволочкой, образующей индуктивность согласующего устройства, а на конце центрально го проводника между ним и корпусом включен полукольцевой диэлектрический элемент, образукнций емкость согласукицего устройства формирователя Размеры элементов (конденсатора и индуктивной проволочки) выбираются такими, чтобы отношение значения индуктивности к значению емкости равня лось квадрату значения резистора, а также значению характеристического импеданса тракта передачи сигнала. При этом со.стороны активного элемен (Та ко входу формирователя (входной 1 центральный проводник) обеспечивается постоянный импеданс в верхнем диапазоне частот спектра сигнала. Устройство позволяет формировать импульсы с длительностью фронта 25 пс и неравномерностьк) вершины 57, 2 . Недостатком известного формирователя импульсов является сложность конструкции, а отсюда ее низкая надежность, так как активный элемент (туннельньй диод) подключается прижимом в точку пайки двух последовательных резисторов, включенных в разрыв центрального проводника. Такое подключение легко вьщавливает резисторы. Настройка согласующего устройства, осуществляемая изменением длины индуктивной проволочки, производится многократной перепайкой последней. Это приводит к отслоению торцового контактирующего слоя одного из резисторов и выходу формирователя из строя. В результате велика относительная гарантируемая неравномерность вершины формируемьк импульсов (5%). Кроме того, за счет влияния согласующего устройства на параметры (быстродействие) активного элемента происходит увеличение длительности фронта выходных формируемых импульсов. Целью изобретения является упрощение формироватсгля импульсов при со хранении малой неравномерности вершитны формируемого импульса, и уменьшение влияния согласующего устройства на длительность фронта выходных им:пульсов. Поставленная цель достигается тем, что в фор1 шроЕатель импульсов, содержащий линию передачи, в разрьш которой помещен резистор, а на выходе линии включены активный элемент, например диод с накоплением заряда или тунелБный диод и согласующее устройство, состоящее из резистора, индуктивного элемента, выполненного в виде проволочки, соединенной с первым проводником линии передачи со стороны входа, и конденсатора, первая обкладка которого образована вторым проводником линии передачи, а вторая обкладка отделена от первой диэлектриком, дополнительно введены две гибкие.металлические пластины, а линия передачи вьпюлнена в виде несимметричной полосковой линии, при этом один из выводов резистора подсоединен к точке соединения индуктивного элемента с одним из концов первой гибкой металлической пластины, другой конец которой закреплен на первом проводнике нecи fмeтpичнoй полосковой линии со стороны катода активного элемента, при этом второй вывод резистора соединен со средней частью второй гибкой, металлической пластины, образующей вторую обкладку конденсатора, с которой связан дополнительно введенный механизм прижима.

Кроме этого, активный элемент установлен от резистора на расстоянии определяемом соотношением

f 1. .t;

2 Е f где - расстояние между активньм

элементом и резистором; .С - скорость света в вакууме;

Е - относительная диэлектричей: кая проницаемость материала-заполнителя несимметричной полосковой линии; Ьф - ожидаемая длительность

фронта выходного импульса. На фиг.1 изображено формирунк е устройство, на фИ1:.2 - эквивалентйая схема устройства.

В формирователе резистор 1 поцчключается со стороны активйого эяв мента 2 одним концом, в jPo4Ky со«яй нения проводника 3.(узкого) иесям метричной полосковой линии 4, кота рая имеет в этом месте разрыв для размещения резистора 1, и индуктнвао проволочки 5 (индуктивный элемент), перемыкающий этот разрыв), а другимк нижней обкладке конденсатора, которой служит гибкая металлическая пластина 6 (выгнутая). Верхней обкладкой конденсатора является проводник 7 (широкий) несимметричной полосковой линии 4 передачи. Гибкая металлическая пластина б, соединенная с резистором 1, с помощью механизма 8 прижима позволяет изменять расстояни между обкладками кокяенсагора. Ш яектрик 9, выполненный, например) в виде шайбы, установлен меяэду обкладками конденсатора для изоляции нижней обкладки от проводника 7 несимметричной полосковой линии 4. Эта изоляция может быть выполнена и другим способом. Активный элемент 2 устанавливается между проводниками 3 и 7, с которыми он соединяется, на выходе формирователя импульсов. Гибкая металлическая пластина 10 служит для

подвижного соединения резистора 1 с проводником 3.

Форми рователь импульсов работает следуищим образом.

Импульс внешнего генератора (не показан) с относительно крутым фронтом поступает на вход формирователя и через согласующее устройство подается на активнь элемент 2, например ДНЗ, включаеьблй для входного сигнала в обратном направлении. При этом от внешнего источника постоянного тока в базе ДНЗ накоплен заряд. На время рассасы&ания этого заряда ДНЗ замкнут накоротко в результате входной сигнаА- отражается от активного элемента 2 назад во внешний генератор. После рассасывания заряда ДНЗ резко восстававливаат свое обратное сопротивление и на выход формирователя поступает ютульс с длительностью фронта зяачитеяьно короче чем у -входного (40-50 яс), а на вход поступает та часть шгаульса, которая отразилась . от ottcpwroro активного элемента 2, но полярности и с длительностыо среза, равной длительности фронгй выходного импульса. Этот отражен1ШЙ импульс с очень гафоким спектром (до 10 ГГц) пшадает на согласованное только до 0,5-1 ГГц выходное соЩютивленйе внешнего генератора и выделяется 8а его 1и азитных индуктивttocTftx и бсостях в виде осцшшяций иапряженяя ail вершше сигяаЛта. Амтлитуда ОСЦЮШЯ1ЩЙ может быть сравнима с амюштудой сигнала. Тракт со стороны активного элемента 2 согласовывается с выходньм сопротивлением внешнего 1 енератора в области частот от верхней частоты спектра импульса до нижней, определяемой из соотношения

.

(1)

ни«ц

2j,2RC 2iJRC нижняя частота согласов где F

Ни ния; f - значение резистора согласователя

- значение емкости согласователя, выбором отношения значения индуктивной проволочки 5 к емкости согласующего устройства, равного квадрату значения резистора 1 (квадрату значения характеристического импеданса полбсковой линии передачи) . Выбор отношения осу ществляется изменением (перестройкой) емкости. Прижимное устройство,: воздействуя на нижнюю обкладку конденсатора (ниж ний гибкий металлический проводник), и за счет гибкого металлического про водника, 11(ада1кл оченного к резистору сверху, позволяет изменять расстоянне между обкладками конденсатора при настройке согласующего устройства. Выполненный таким образом формирователь импульсов позволяет включат в Линию передачи несколько согласующах. устройств (многозвенная структуipa) для увеличения значений емкости и индуктивности. Это, в свою очередь позволяет согласовать тракт со сторо ны активного элемента с выходньм сопротивлением внешнего генератора в широкой полосе частот. Это связано с тем, что размеры элементов сЪгласователя должны быть меньше четверти длины волны верхней гра спектра сигнала, но при этом согласование осуществляется тоЛько в области высоких частот. Для согласования в более низкрчастотйой области необходимо увелячя вать значения реактивных элементов, а следовательно, размеры, так как йн дуктивность может быть увеличена только увеличением ее дгшнЫ, но не иa юткoй в спираль (вследствие появления паразитной межвитковой емкос ти) путем плавного изменения расстоя тя между обкладками конденсатора. HiaK, введение в предлагаемый фор Юфователь новых связей позволяет йсюиочить перепайку индуктивного проводника ( а значит, исключить от слоение торцово1 о контактирующего слоя резистора), вьщавливание резистора, так как исключается его прижим к линии передачи. Все это упрощает конструкцию, повышает ее надежность, упрощает настройку и более полно использует формирукяцие свойства активного элемента, что позволяет гарантировать для данного формирователя малую стабильную неравномерность вершины фopмиpye a Ix импульсов, чего нельзя получить от известного устройства. Но щнозвенным согласователем рё ально удается понизить частоту спектра отраженного сигнала до значения 1-2 ГГц. Для. согласования до более . низких частот согласующее устройство вьвюлняется мвогозвеяным (двухтрехзвенш«|) с постоянным увеличением значений ивдуктивной проволочки 5 и емкости согласукяцего устройства. Это позволяет согласовать тракт со стороны активного элемента 2 в полосе частот 0,5-20 rfu, с неравномерностыо we более 2„5%, так как размеры первого звена легко выполняются меяе« четверти длиЯы волны верхней граничной частоты спектра (на 20 ГГц4 мм). Установка активного элемента 2 от резистора на расстоянии f, зависящем от дшителышсти сформированного 4фонта( 8 «-т Jg-Lffl) , позволяет .исключить влияние емкости С согласующего устройства через паразитную емкость Сддррезистора 1, так как теперь Otto йе подключается параллель но собственной емкости активного элемента. В результате появляется возможность фо1 «ровать импульсы с длйтельностью фронта до 50 пс.

Ф14г.2 /

1.ФОРМИРОВАТЕЛЬ ИМПУЛЬСОВ, содержащий линию передачи, в разрыв которой псмещен резистор, а на выходе линии включены активньй элемент, например диод с накоплением заряда или тунельный диод и согласующее устройство, состоящее из резистора, индуктивного элемента, выполненного в виде проволочки, соединенной с первым проводником линии передачи со стороны входа, и конденсатсфа, первая обкладка которого образована вторым проводником лииии передачи, а вторая обкладка отделена от первой диэлектриком, отличаю щи йс я тем, что, с целью упрощения формирователя импульсов при сохранении малой неравномерности вершины формируемого импульса, в него дополнительно введены две гибкие металлические пластины, а линия передачи выполнена IB виде несимметричной полосковой линии, при этом один из выводов резистора подсоеда нен к точке соединения индуктивного элемента с одним из концов первой гибкой металлической пластины, другой конец которой закреплен на первом проводнике несимкютричной полосковой линии со стороны катода активного элемента, при этом второй вывод резистора соединен со средней частью второй гиб- . кой металлической пластины, образующей вторую обкладку конденсатора, с которЫ связан дополнительно введен-ный механизм прижима. 2. Формирователь по п.1, отличающийся тем, что, с целью еньшения влияния согласующего устройства на дпительность фронта формируемых импульсов, активный элемент установлен от резистора на расстоянии, определяемом соотношением 1-1 чКЭ э где - расстояние между активным элементом и резистором; С - скорость света в вакууме; Е - относительная диэлектрическая проницаемость материаала заполнителя несимметрич ной полосковой линии; (& - ожидаемая длительность фронта импульса.