Согласующее устройство оконечных каскадов импульсных генераторов Советский патент 1977 года по МПК H03K3/02 

чении дополнительных согласующих линий; на фиг. 3, 4-временные диаграммы, ноясняющие принцип работы устройства. Согласующее устройство оконечных каскадов импульсных генераторов состоит из лиНИИ 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 следующим образом. Пусть по линии 1 от генератора распространяется прямоугольный импульс (падающая волна) положительной полярности конечной длительности т с амплитудой, равной 1 (фиг. 3,а). Пе учитывая затухания, предположим, что длина линий 2-7 одинакова, время задержки линий , линия 1 имеет волновое сопротивление Z, линия 2 имеет волновое сопротивление Zj и так далее, Z2 7з, , Z(,Zj. Будем счптать момент времени 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: Zi Z2+Z3, так как линии 2 и 3 соединены между собой последовательно. Если Zi Z, то Z2 Z3 Z/2. При этих условиях в линии 2 и 3 в интервале времени поступают падающие волны с амплитудой Vs положительной полярности (фиг. 3,б). Чтобы не возникали отрал еиные волны от места соединения линий 2, 4, 5 и 3, 6, 7, должны выполняться условия: 2 и Z, - Ze + Z,, fy так как линии 4 и 5 соединены между собой параллельно, а линии 6 и 7-последовательно. Записывая иначе nZ/2 2Z,, zz. получаем Z4 Zj : Z И Ze Z, Z/4. в интервале времени ,2ti при этих условиях в линии 4 и 5 поступают падающие волны с амплитудой Va, а в линии 6 и 7 поступают падающие волны с амплитудой /4 также положительной полярности (фиг. 3,с). В интервале времени .3ti в этих линиях происходит отражение волн от концов линий, причем в короткозамкиутых линиях 4 и 7 это отражение происходит с переменной полярности (фиг. 3,d). Отраженные волны распространяются к местам соединения лиНИИ, по отношению к которым опи становятся падающими волнами. В интервале времени происходит преломление и отражение этих волн. Падающая волна линии 4 отрицательной полярности с амплитудой /а переходит с больщого волпового сопротивления Z Z на малое волновое сопротивление Z/2-Z j в этом случае возникают преломленные и отраженные волны. Коэффициент преломления в данном случае равен ITsFT а коэффициент огражепия 1/3Z -Z1 1/3Z + Z т. е. преломленные волны, поступающие в линии 2 и 5, имеют отрицательную полярность и амплитуду /4, а отраженная волна в линии 4 имеет ноложительную полярность и амплитуду /4 (фиг. 3,е). Аналогично, положительная волна линии 5 с аплитудой Va переходит с больщого волнового сопротивления на малое волновое сопротивление VsZ, коэффициент преломления равен Va, коэффициент отражения равен V, т. е. преломленные волны, поступающие в линии 2 и 4, имеют положительную полярность и амплитуду /4, а отраженная волна в линии 5 имеет отрицательную полярность и амплитуду /4 (фиг. 3,е). Падающая волна линии 6 переходит с малого волпового сопротивления на большое lnZ. Аналогично, падающая волна линии 7 переходит с малого волнового сопротивления /4 Z на больщое UZ. Коэффициент преломления в этом случае равен 2/2, а коэффициент отражения-1/2. Преломленная волна от волны линии 6 делится пропорционально волновым сопротивлениям линий 3 и 7. При этом в линию 3 поступает положительная волна с амнлитудой Д, а в линию 7-отрицательная волна с амплитудой /8 (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 Vs. Сраженная волна в липии 6 имеет положительную полярность и амплитуду /8, а отраженная волна в линии 7- отрицательную полярность и амплитуду /аТаким образом, в интервале в линии 2 и 3 поступают по две преломленные волны противоположной полярности. Каковы бы ни были условия преломления и отражения при дальнейщем 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 дальнейщего рассмотрения исключить. При указанных выше соотношениях между волновыми сопротивлениями линий справедливы следующие закономерности. 1.При переходе падающей волпы с большого волпового сопротивления на малое (например, при параллельном соединении линий 2,4 и 5) возникают отраженная волна противоположпой полярности с амплитудой, равпой половине амплитуды падающей волны, преломленные волны, по амплитуде равные половине падающей волны, и преломленные волпы, по амплитуде равные половине падающей волны и одинаковой полярности с ней. 2.При переходе падающей волны с малого волнового сопротивления на больщое (например, при последовательном соединении линий 3,6, 7) возникают отраженная волна, равная половине амплитуды падающей волны и одинаковой с ней полярности, и преломленные волны. В линии с большим волновым сопротивлением преломленная волна равна по амплитуде падающей волне и имеет одинаковую с ней полярность, а в линии с малым волновым сопротивлением преломленная волна по амплитуде равна падающей волне и имеет противоположную полярность. Дальнейщий процесс прелоглления и отражения волн представлен с применением этих правил на диаграммах (фиг. 3,/-р). Во всех случаях на диаграммах фиг. 3 отраженные и преломленные волны одинаковой полярности и амплитуды, распространяюгдиеся в линии одновременно, изображены в виде одного прямоугольника. При построении последующих диаграмм из предыдущих исключались волны, распространяющиеся в линии одновременно и пмеюпше равные амплитуды, но противоположную полярность. Как видно из диаграмм, до момента времени в линию 1 периодически поступают симметричные прелом.ленные волны равной амплитуды в /4, Vs, Vie, /32, но противоположной полярности. Вследствие симметричной структуры, эти волны не оказывают никакого влияния на нагрузку 8, требуемую по условиям работы. Только в интервале в линию 1 поступает импульс с амплитудой Ve, что составляет 1,5% от амплитуды первоначального импульса. Если учесть, что одновременно с преломлением и отражением волн в линиях 2, 3, 4, 5, 6,7 происходит еще и затухаиие воли, то амплитуда импульса, поступающего в линию 1, будет составлять менее 1,5% и влиянием его на нагрузку 8 можно пренебречь. На фиг. 4, а-р приведены диаграммы, иллюстрируюил.ие процессы преломления к отражения волн в линиях в различные интервалы времени для случая параллельного включения дополнительных согласующих линий. За время принят момент времени, когда падающая волпа 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 амплитуды в /4, Vs, ViG, V.42, но противоположной полярности и только в интервале 12гг |- 13 г в линию 1 поступает импульс отрицательной полярности с амплитудой /64 (1,5% от амплитуды первоначального импульса). Влиянием этого импульса па нагрузку 8 можно пренебречь. Таким образом, возмол ны два типа соединений линий 2-7, которые выполняют роль согласованной нагрузк, подключаются к вы.ходной линии генератора п трансформируют падающие волпы в парные волны противоположной полярности. Конструктивно линии с распрделенными параметрами выполняют самим различным образом. Наиболее простыми по устройству являются полосковые лпнпи, выполняемые из полос проводящего материала, н коаксиальные 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 помощью которых осуществляют согласование, обладают щцрокой полосой пропускания вплоть до нескольких Гигагерц. Поэтому однан ды выполненное согласующее устройство может применяться для согласования линии, в которой распространяются импульсы различной длительности и скважности. Вся энергия падающей волпы, не использованная полезной нагрузкой, рассеивается не только в линиях согласующего устройства, но и во всех проводниках и диэлектрике линии генератора, что позволяет использовать предложенный способ при согласовании особо мощных линий. При изготовлении согласующих устройств по данному способу требуется небольшая длина линий 2-7. Длину этих линий выбирают одинаковой и равной по 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 менее наносекунд. Ф о р м } л а изобретения Согласующее устройство оконечных каскадов импульсных генераторов, содержащее лиНИИ с распределепными параметрами, к выходу первой из которых подключена нагрузка, отличающееся тем, что, с целью уменьшения коэффициента отражен 1я и расщиренпя полосы пропускания, к точкам соединения нагрузки и выхода первой линии с распределеннылм 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 линии подключены две последовательно соединенные линии, одна из которых замкнута на конце. Источники информации, принятые во виимание при экспертизе 1.Г. А. Месяц и др. «Формирование наносекукдных импульсов высокого напряжения. «Энергия, 1970. 2.Ф. Тишер. «Техника измерения на сверхвысоких частотах, пер. с немецкого. М.. 1970 (прототип).

А

9иг.1