Способ формирования высоковольтных субнаносекундных импульсов Советский патент 1979 года по МПК H03K5/00 

Изобретение относится к импульсно технике и может найти применение в генераторах высоковольтных импульсов субнаносекундного диапазона. Известные способы формирования высоковольтных субнаносекундных импульсов основаны на пробое двух электродного промежутка, заполнен- . ного диэлектрическоЯ средой или находящегося в вакууме, при подаче на разрядный промежуток высоковольтного импульса Р; . Такие способы формирования субнаносекундных импульсов не позволяют Получить высокую частоту следования импульсов при со15ранении повыленной стабильности их параметров. Известен способ формирования высо ковольтных субнаносекундных импульсо путем заполнения разрядного промежутка газом и подачи на него высоковольтных наносекундных импульсов положительной полярности 2J. Диэлектрическая среда пробивается при перенапряжении на промежутке, в результате чего фронт начального наносекундного импульса уменьшается до долей наносекунд. Полученный импульс с субнаносекундным фронтом подают затем на срезающий разрядник для формирования заднего фронта импульса, уменьшая его длительность. Данный способ по технической сущности и достигаемому результату является наиболее близким к предлагаемому способу формирования высоковольтных субнаносекундных импульсов . Этот способ Обладает следушцими недостат ками: низкой частотой следования импульсов, определяемой временем восстановления электрической прочности разрядного промежутка после пробоя, плохой воспроизводимостью параметров выходного импульса, обусловленной нестабильностью пробоя. При формировании импульсов известным способом необходимы, как минимум, два формирующих элемента: один из них формирует передний фрюнт импульса, в другой - задний фронт и длитель ность импульсА. Формирующие устройства, основанные на известном способе, имеют сравнительно малый ресурд из-за того, что ток электронной эмиссии неравномерно распределен по поверхности электродов и вызывает их эрозий Цель изобретения состоит в повышений частоты следования ri улучшения электрических парз1метров субнаносе- RyHifHfiK импульсов. Указанная цель достигается тем, что в способе фЬрмирования высоковольтных субнаносекундных импульсов предусматривающем заполнение разрядного промежутка газом и подачу на него высоковольтных наносекундных импульсов положительной полярности, газ перед подачей наносекундного импульса предварительно ионизируют и поддерживают отнсяаение периода лен мюровских колебаний к длительности передного фронта наносекундного импульса в пределах от 0,1 до 10. Предлагаемый способ реализуется н примере устройства, функииональная схема которого прилагается. Устройство содержит разрядный промежуток 1, устройство 2 для запол нения разрядного промежутка газом, устройство 3 для предварительной ионизации газа в разрядном промежутке,генератор 4 высоковольтных наносекундных импульсов .положительной по лярности и камеру 5,стенки которой выполнены из диэлектрика. Формируемый на выходе устройства высоковольт ный субнаносекундный импульс 6 отводится с разрядного промежутка 1 Устройство работает следую 11им образом. Разрядный промежуток 1 заполняют газом с помощью устройства 2. Газ в разрядном промежутке 1 ионизируют с помощью устройства 3. На разрядный промежуток 1 подают высоковольтный наносекундный импульс положительной полярности от генератора 4. При ,этом поддерживают отношение периода ленгмюровских колебаний к длительности переднего фронта подаваемого наносекундного импульса в пределах 0,l7 После чего с разрядного промежутка 1 снимают высоковольтный субнаносекундный импульс 6. В описанном устройстве формирование высок9вольтных субнаносекундных импульсов основано на том, что в ука занных условиях происходит новая фор развития разряда, заключающаяся в возникновений и распространении элек рической волны ионизации через плазм с данной степенью ионизации. Когда фронт волны достигает второго электрода, на нем генерируется субнаносекундный высоковольтный импульс. Возникновение волны ионизации зависит от начальных условий и происходит в том случае, когда отношение периода ленгмюровских колебаний к длительности фронта наносекундного импульса поддерживают пределах 0,1т10. Когда указанное отношение больше чем 10, то градиен потенциала фронта электрической вол нй ионизации мал, волна не возбуж ЖаЖтся и сформирования субнаносекунд ных импульсов не происходит. В эксперименте, при приближении отношения к 10 амплитуда субнаносекундных импульсов падает, а длитель ность импульса растет до тех пор, пока амплитуда не станет равной нулю. Таким образом, цель изобретения не достигается .. Когда указанное отношение меньше чем 0,1, то проводимость плазмы становится высокой, и в этом случае плазма играет роль проводника, замыкающего электроды. При этом формирование волны ионизации затруднено и импульс проходит через разрядный промежуток без процесса формирования субнаносёкундного импульса. Плазма экранирует электрическое поле импульса в случае, если частота ленгмюровских колебаний Ыр будет существенно меньше характерных частот ы подаваемого импульса. Наиболее высокая характерная частота ш содержится во фронте и приблизительно равна 1/tcp , где -йф -длительность переднего фронта. Экранирование должно обязательно иметь место при co/wp :0,l, что соответствует нижнему пределу. Возможность повышения частоты следования связана с тем, что время возвращения плазмы в рабочее состояние значительно меньше времени деионизации, которое требуется для восстановления диэлектрической прочности . разрядного промежутка в известном способе. Наличие высокой концентрации электронов обеспечивает равномерный гокосъем с поверхности электродов, что уменьшает их эрози|6 и увеличивает ресурс формирующего устройства, основанного на предлагаемом способе. Улучшение электрических параметров в том числе воспроизводимости выходного импульса, обеспечивается высокой воспроизводимостью волны ионизации,, возникающей в формирующем устройстве при указанных условиях. Устройство, основанное на предлагаемом способе,генерирует субнаносекундные импульсы без дополнительных устройств формирующих длительность и задний фронт импульса. Предлагаемый способ прост в осуществлении и не требует специального оборудования. Использование данного способа формирования субнаносекундных высоко- . вольтных импульсов обеспечит по сравнению с cs цecтвyющими способами следующие преимущества: возможность формирования субнаносекундных высоковольтных импульсов без дополнительных устройств для формирования... длительности и заднего фронта импульса. При этом достигается повышение .частоты следования импульсов до одного мегагерца, что выше частоты следования, достижимой в известных способах (100 кГц) . Улучшается, воспроизводимость временных параметров до 5 10 сек, электрических до 1%, что

лучше аналогичных параметров в известных способах (10 410 сек и 3%)

Возможно создание формирующих устройств на указанные параметры с повышенным ресурсом не менее импульсов, что значительно превы1иает ресурс формирующих устройств на теже параметры, основанных на известных способах.

Формула изобретения

Способ формирования высоковольтных субнаносекундных импульсов путем заполнения разрядного промежутка газом и подачи на него высоковольтных наносекундных импульсов положительной полярности, отличающийся тем, что, с целью повышения частоты следования и электрических параметров формируемых импульсов, газ перед подачей наносекундного импульса предварительно ионизируют и поддерживают отношение периода ленгмюровских колебаний i длительности переднего фронта наносекундного импульса в пределах от 0,1 до 10.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Месяц Г.А. Генерирование мощных наносекундных импульсов, М.,

1974, с.92..

Советское радио

2. Авторскоесвидетельство СССР

15 155826, кл. Н ,01 Т 3/00., 1963.