Главная страница  |  Описание сайта  |  Контакты
ТРАНСФОРМАТОР НАНОСЕКУНДНЫХ ИМПУЛЬСОВ
ТРАНСФОРМАТОР НАНОСЕКУНДНЫХ ИМПУЛЬСОВ

ТРАНСФОРМАТОР НАНОСЕКУНДНЫХ ИМПУЛЬСОВ

Патент Российской Федерации
Суть изобретения: Использование: питание ускорителей и лазеров, СВЧ- и рентгеновских диодов. Достигаемый технический результат: расширение динамического диапазона по энергии и входному и выходному сопротивлению. Сущность изобретения: трансформатор содержит n≥2 групп отрезков однородных длинных линий, группы отрезков однородных длинных линий соединены на входе и выходе параллельно, в каждую группу, в свою очередь, входит n отрезков однородных длинных линий, соединенных на входе параллельно, на выходе последовательно и расположенных в одной плоскости одна над другой, группы отрезков однородных длинных линий размещены в параллельных плоскостях или в плоскостях, повернутых одна относительно другой на угол ϕ=2π/m. 2 з. п. ф-лы, 5 ил.
Поиск по сайту

1. С помощью поисковых систем

   С помощью Google:    

2. Экспресс-поиск по номеру патента


введите номер патента (7 цифр)

3. По номеру патента и году публикации

2000000 ... 2099999   (1994-1997 гг.)

2100000 ... 2199999   (1997-2003 гг.)
Номер патента: 2006085
Класс(ы) патента: H01F19/04
Номер заявки: 5018752/07
Дата подачи заявки: 25.12.1991
Дата публикации: 15.01.1994
Заявитель(и): Картелев Анатолий Яковлевич
Автор(ы): Картелев Анатолий Яковлевич
Патентообладатель(и): Картелев Анатолий Яковлевич
Описание изобретения: Изобретение относится к трансформаторам на отрезках длинных линий и может использоваться в таких областях, как ускорительная и лазерная техника, мощная СВЧ-электроника и управляемый термоядерный синтез.
Известны широкополосные трансформаторы сопротивления и напряжения, выполненные из двухпроводных согласованных линий, соединенных параллельно на входах и последовательно на выходах. Линии имеют равную длину и размещаются на раздельных или общем магнитопроводах [1] .
Недостаток широкополосного трансформатора на линиях - ограниченный числом n = 3 коэффициент трансформации и большие продольные напряжения на витках линий.
Наиболее близким по технической сущности (совокупности признаков) к предлагаемому изобретению является трансформатор наносекундных импульсов напряжения, содержащий несколько (в общем случае n) однородных длинных линий, соединенных на входе параллельно, на выходе последовательно. Линии имеют одинаковую длину и размещены в одной плоскости последовательно одна над другой. Достоинствами трансформатора являются равномерное распределение напряжения по линиям и малые значения паразитных параметров, что позволяет трансформировать с небольшими искажениями импульсы длительностью в десятки наносекунд и напряжением в сотни киловольт [2] .
Недостаток трансформатора на отрезках однородных линий - узкий динамический диапазон, а именно ограниченная пропускная способность по току и энергии и большой шаг (через 50-75 Ом) изменения выходного сопротивления.
Цель изобретения - расширение динамического диапазона трансформатора по энергии и входному и выходному сопротивлениям.
Это достигается тем, что в трансформаторе, содержащем группу из n отрезков однородных длинных линий, расположенных в одной плоскости и соединенных на входе параллельно на выходе последовательно, количество групп из n отрезков однородных длинных линий равно по меньшей мере двум, группы на входе и выходе соединены параллельно.
Кроме того, группы отрезков однородных длинных линий расположены в параллельных плоскостях и образуют в сечении прямоугольную матрицу.
Кроме того, группы отрезков однородных длинных линий расположены в плоскостях, повернутых одна относительно другой на угол ϕ = 2π /m, где m - число групп, и образуют в сечении круглую матрицу.
Увеличение числа групп отрезков однородных линий до m ≥ 2 и их параллельное соединение на входе и выходе обеспечивает регулирование входного и выходного сопротивлений трансформатора с помощью двух сомножителей m˙ n, т. е. в более широком диапазоне (от долей и единиц Ом на входе до единиц и десятков Ом на выходе) и с более частым шагом (от 1/2 до 1/20 волнового сопротивления линии); увеличение и регулирование в широких пределах пропускной способности трансформатора по току и энергии; уменьшение индуктивности трансформатора, продольных напряжений на линиях и степени искажения трансформируемых импульсов.
При расположении групп отрезков однородных длинных линий в параллельных плоскостях становится возможным соединение трансформатора с большими полосковыми линиями и моделирование наносекундных электромагнитных ТЕМ-волн; питание одновременно нескольких идентичных нагрузок.
При расположении групп отрезков однородных линий в плоскостях, повернутых одна относительно другой на угол ϕ = 2 π/m, где m - число групп, возможны соединение трансформатора с большими коаксиальными, например, водяными линиями и питание мощных ускорителей; создание общего металлического кожуха, экранировка и безопасное обслуживание трансформатора.
На фиг. 1 показан предлагаемый трансформатор в виде прямоугольного параллелепипеда, вид сбоку; на фиг. 2 - то же, вид сверху; на фиг. 3 - разрез А-А на фиг. 1; на фиг. 4 - цилиндрический вариант предлагаемого трансформатора, продольный разрез; на фиг. 5 - разрез Б-Б на фиг. 4. Первая цифра указывает номер группы, вторая - соответствует номеру длинной линии в каждой группе.
Предлагаемый трансформатор наносекундных импульсов содержит m ≥ 2 групп отрезков однородных длинных линий. Группы отрезков однородных длинных линий соединены на входе и выходе параллельно. В каждую группу, в свою очередь, входит n ≥ ≥ 2 отрезов однородных длинных линий, соединенных на входе параллельно, на выходе - последовательно и расположенных в одной плоскости одна над другой. Линии имеют идентичную длину и волновое сопротивление.
Группы отрезков однородных длинных линий располагаются в параллельных плоскостях (см. фиг. 1) или в плоскостях, повернутых одна относительно другой на угол ϕ = 2 π/m (см. фиг. 2). Соответственно в поперечном сечении группы отрезков длинных линий образуют прямоугольную или круглую матрицы из m х n = 5 х 4 и 8 х 4 элементов (линий).
Цилиндрический вариант трансформатора может оснащаться наружным экранирующим кожухом, а внутренняя полость кожуха заполняется изолирующей жидкостью, например трансформаторным маслом.
На входе трансформатор соединен через ключ К1 с генератором импульсного напряжения U1, на выходе - с одной общей или несколькими идентичными нагрузками Rн.
Входное и выходное сопротивления трансформатора Rвх = ρ/(n˙ m) и Rвых = = ρ ˙ (n/m), где ρ- волновое сопротивление отрезка однородной длинной линии. Коэффициенты трансформации сопротивления и напряжения Кр = n2 и Кu = n.
Шаг изменения входного и выходного сопротивлений трансформатора:
при постоянном числе групп и варьиpуемом числе отрезков линий в группе
ΔRвх= ·
ΔRвых= при постоянном числе отрезков линий в группе и варьируемом числе групп
ΔRвх= ·
ΔRвых=
Работают трансформаторы следующим образом.
Импульс напряжения U1, поданный на вход трансформатора через ключ К1, например, при разряде на трансформатор малоиндуктивного конденсатора, достигает выхода трансформатора через время
t3 = l/v, где l - длина отрезка однородной длинной линии;
v - скорость распространения электромагнитной волны в линии.
Так как отрезки однородных длинных линий в каждой группе включены последовательно и нагружены сопротивлениями Rн = = n ˙ ρ , где ρ - волновое сопротивление отрезка длинной линии, то на нагрузках Rн в каждой группе амплитуда напряжения U2 увеличивается в n раз по сравнению с напряжением на входе трансформатора. (56) 1. Лондон С. Е. и Томашевич С. В. Справочник по высокочастотным трансформаторным устройствам. М. : Радио и связь, 1984, с. 10-27, рис. 1.3, табл. 13.
2. Кремнев В. В. и Месяц Г. А. Методы умножения и трансформации импульсов сильноточной электронике. Новосибирск: Наука, 1987, с. 5-14, рис. 11.
Формула изобретения: 1. ТРАНСФОРМАТОР НАНОСЕКУНДНЫХ ИМПУЛЬСОВ, содержащий группу из n ≥ 2 отрезков однородных длинных линий, расположенных в одной плоскости и соединенных на входе параллельно, на выходе - последовательно, отличающийся тем, что количество групп отрезков однородных длинных линий равно, по крайней мере двум, группы на входе и выходе соединены параллельно.
2. Трансформатор по п. 1, отличающийся тем, что группы отрезков однородных длинных линий расположены в параллельных плоскостях и образуют в сечении прямоугольную матрицу.
3. Трансформатор по п. 1, отличающийся тем, что группы отрезков однородных длинных линий расположены в плоскостях, повернутых одна относительно другой на угол ϕ= 2π / m , где m - число групп, и образуют в сечении круглую матрицу.