Генератор мощных наносекундных импульсов Советский патент 1983 года по МПК H03K3/53 

Изобретение относится к импульсной технике и может найти применение для генерации сильноточных релятивистских электронных и ионных пучков Известен генератор для питания сильноточного диода, включающий генератор импульсных напряжений (ГИН подключенный через разрядник к одинар ной формирующей линии(ФЛ. ФЛ через две одиночные передающие линии подключена к сильноточному диоду. Между всеми линиями установлены разрядники причем линии имеют различные волновые сопротивления для изменения пара метров формируемого импульса,В данно генераторе частота срабатывания огра ничивается в основном .временем заряд ки конденсаторов ГИН и временем,требуемым для электрической прочности разрядников. Максимально возможная частота его срабатывания составляет приблизительно 1 Гц fl Наиболее близким по техническому решению является генератор, состоящий из коаксиальной двойной формирую щей линии (ДФЛ ), включающей средний и центральный электрод и заземленный корпус, причем центральный электрод .и корпус длиннее среднего электрода. Этим самым образована одиночная ФЛ, установленная на выходе ДОЛ, Центральный электрод через неуправляемый разрядник подсоединен к нагрузке, ДФ также имеет свой разрядник, включенный между корпусом и средним электродом. Средний и центральный электро ды подсоединены к ГИН 2 J, Первый им пульс формируется одиночной ФЛ, второй импульс - ДФЛ при срабатывании разрядников. Первый импульс получен на уровне- 150 кВ, второй - 700 кВ. Недостатком указанной схемы явЛяется то, что при зарядке центрального электрода от ГИН наводится потенциал на среднем электроде ДФЛ, а при зарядке ДФЛ наводится потенциа на внутреннем электроде. При времена задержки между импульсами, меньших, чем время задержки от ГИК ), это ведет к значительным потерям энергии Недостатком такой схемы являетсй также невозможность получения более двух шлпульсов,, Цель изобретения - увеличение КПД и получение серии импульсов напряжения на нагрузке с расширенным диапазоном задержки друг относительно дру га, начиная с нуля. Указанная цель достигается тем, что в генераторе мощных наносекундны импульсов, содержащем высоковольтные электроды, помещенные в корпус, гене раторы импульсных напряжений, подклю ченные квысоковольтным электродам и имеющие общий блок, синхронизации, нагрузку, подключенную через разрядник к одному из крайних высоковольтных электродов, между высоковольтными электродами установлены разрядники, причем каждый следующий разряд- , ник, начиная с разрядника, расположенного между нагрузкой и одним из крайних высоковольтных электродов, имеет зазор, больший, чем у предыдущего разрядника. Разрядники могут быть как Неуправляемыми, так и управляемыми, В первом случае ГИН должны настраиваться так, чтобы первая линия (от нагрузки ) заряжалась меньшими по амплитуде, а вторая, третья и т.д, - напряжением, большим на величину разброса амплитуды срабатывания разрядников (газовый разрядник под давлением атм имеет разброс/-/1%, которые соответственно настроены на большее напряжение. Во втором случае величина зарядного напряжения .линий не имеет принципиального значения, а импульсы синхронизации подаются также и на разрядники, На чертеже приведена принципиальная схема генератора на примере трехимпульсного генератора, с согласован- , ной нагрузкой (волновые сопротивления линий равны сопротивлению нагрузки ) и неуправляемых разрядников , Генератор мощных наносекундных импульсов содерЗкит вь1соковольтные электроды 1,2,3, между которьгМи включены разрядники 4 и 5, Крайний высоковольтный электрод подключен через разрядник 6 к нагрузке 7, Все высоковольтные электроды, ра зрядники и нагрузка заключены в общем корпусе 8, Каждый из высоковольтных электродой 1,2,3 подсоединен к соответствующему генератору 9,10,11 импульсных напряжений, которые имеют общий блок синх.ронизации 12, Устройство работает следующим образом. С блока синхронизации 12 подается запускающий импульс на ГИН 9, после его срабатывания заряжается первая формирующая линия, образованная высоковольтным электродом 1 и корпу- . сом 8. При достижении максимального напряжения срабатывает разрядник б и на нагрузке 7 выделяется импульс напряжения, равный по амплитуде половине напряжения срабатывания разрядника б (при условии его идеальной коммутации }, Длительность формируемого импульса равна двойной электрической длине первой формирующей линии. Через необходимое время запаздывания подается импульс синхрониз.ации на ГИН 10, который после включения заряжает вторую формирующую линию, образованную высоковольтным электродом 2 и корпусом 8, При достижении максимального напряжения срабатывает разрядник 4 и импульс напряжения передается через первую формирующую линию в нагрузку. В этом случае первая формирующая линия играет роль передающей тинии. Зарядное напряжение ВТ рой формирующей линии и напряжение срабатывания разрядника 4 больше зарядного напряжения первой линий на величину разброса срабатывания разрядника 4, чтобы он не срабатывал преждевременно при зарядке первой линии. Далее через определенное время запаздывания подается импульс синхронизации на ГИН 11, далее заряжается формирующая линия, образованная высоковольтным электродом 3 с корпусом 8, срабатывает разрядник 5, и импульс найряжения по первой и второй формирующим линиям передается в нагрузку 7. Зарядное напряжение третьей формирующей линии и напряжение срабатывания разрядника 5 должно превышать зарядное напряжение второй формирующей линии. Такой генератор позволяет в самых широких пределах регулировать задерж ку между импульсами от нуля и выше и получать два и более импульсов напряжения. При временах задержки между импульсами больше времени деионизации в разрядниках, они срабатывают вновь на проходящем импуль се напряжения. Вместо ГИН могут быть использованы импульсные трансформаторы и ис точники постоянного напряжения. Сле дует отметить, что часть энергии от второй и последующих линий ответ вляется в ГИНы, но импеданс их, как правило, во много раз превосходит волновые сопротивления формирующих линий. Эти потери незначительны и не превышают потерь при формировании импульсов напряжения,в обычных генераторах одиночных импульсов. Это позволяет исключить электрическую связь формирующих линий при их зарядке, -чем достигается более высокий КПД. Генератор мощных наносекундных импульсов при подсоединении к диоду позволяет получать пучки электронов с регулируемой задержкой друг относительно друга, которые могут использоваться для колд;ективного ускорения ионов, генерации СВЧ-сигналов. Возможно также использование генератора для получения рентгеновскихвспышек, для питания искровых и стримернЕлх камер, исследований по пробою диэлектриков и т.д. Следует также отметить принципиально важный факт - получение одного длинного прямоугольного импульса напряжен,ия, длительность которого равна двойной электрической длине всех ЛИНИЙ с высоким КПД. Использование для этого одиночной длинной линии на таком распространенном диэлектрике как вода (она имеет диэлектрическую проницаемость, равную 80, что сокращает размеры установки) ,ведет к значительным потерям энергии |при формировании импульса, когда вся линия заряжена до нужного напряжения. В этом случае происходит разрядка линии за счет омических потерь в диэлектрике.

ГЕНЕРАТОР МОЩНЫХ НАНОСЕКУНДНЫХ ИМПУЛЬСОВ, содержащий высоко)вольтные электроды, помещенные в корпус, генераторы импульсных напряжений, подключенные к высоковольтным электродам и имеющие общий блок синхронизации и нагрузку, подключенную через разрядник к одному из крайних высоковольтных электродов, отличающийся тем, что, с целью увеличения КПД при одновременном расширениифункциональных возможностей,между высоковольтными электродами установлены разрядники,причем казкдый следующий разрядник,начиная с разрядника, расположенного между нагрузкой н. одним из крайних высоковольтных электродов, 1«4еет зазор, больший, чем у предыдущего разрядника.§ (Л ас ел to Од СП