CN104267421A - 一种行波选通分幅相机mcp微带线装置及阻抗匹配方法 - Google Patents

一种行波选通分幅相机mcp微带线装置及阻抗匹配方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种微通道板行波选通分幅相机MCP微带线装置及阻抗匹配方法。输出端包括并联的电阻吸收匹配通道和监测通道；监测通道用于示波器监测；电阻吸收匹配通道采用串联电阻吸收匹配；微带线装置的MCP微带线特征阻抗等于电阻吸收匹配通道与监测通道并联的等效阻抗。本发明提供了一种不仅从根本上消除阻抗不连续引起的电压反射，还可实现选通脉冲幅值与波形监测的微通道板行波选通分幅相机MCP微带线装置及阻抗匹配方法。

Description

一种行波选通分幅相机MCP微带线装置及阻抗匹配方法
技术领域
本发明属于超快诊断技术领域，涉及一种微通道板行波选通分幅相机技术，尤其涉及一种微通道板行波选通分幅相机MCP微带线装置及阻抗匹配方法。
背景技术
微通道板(MCP，Microchannel plate)行波选通分幅相机作为一种两维图像测量装置，广泛用于X射线和紫外光谱范围内的超快现象诊断，已经成为惯性约束核聚变(ICF)，高能高密度物理(HEDP)、Z箍缩(Z-Pinch)等研究领域的标准诊断设备。
MCP行波选通分幅相机将阴极直接镀在MCP输入面上，制作成微带状，既作为输入电极又作为光阴极。高压选通脉冲在MCP微带上行波传输，被选通区域的光电子经MCP倍增放大，再轰击荧光屏转换成可见光，最后由CCD读出系统记录。选通脉冲的形状、幅值直接影响分幅相机的时间分辨率和增益均匀性。由于MCP微带线特征阻抗一般较低(小于50欧姆)，而输出监测系统为50欧姆系统，若直接耦合输出，将在阻抗不连续点发生电压反射，致使选通脉冲波形畸变、失真，并最终导致MCP增益的不均匀性及图像失真，因此MCP微带线输出端阻抗匹配尤为关键。
MCP行波选通分幅相机微带线阻抗匹配常用的办法是渐变线匹配，例如山冰等人(山冰、常增虎、刘进元等，四通道X射线MCP行波选通分幅相机，光子学报，Vol.26，No.5，1997)研制的国内第一台MCP行波选通分幅相机采用的就是渐变线阻抗匹配方法。另外，美国劳伦斯·利弗莫尔国家实验室(Los Alamos National Laboratory,LosAlamos)David D.Clark等人(David D.Clark et al，A New GatedX-Ray Detector for the Orion Laser Facility，Proc.SPIE 8505,Target Diagnostics Physics and Engineering for InertialConfinement Fusion,85050K，October 19,2012)在其最新研制的X光分幅相机中采用了传输线变压器阻抗匹配法。渐变线匹配法一定程度上降低了反射信号对MCP选通脉冲的影响，但是增加了分幅变像管的结构尺寸；而传输线变压器阻抗匹配法只能实现某些固定的阻抗变换比，使其应用得到很大限制。MCP微带线输出监测端阻抗匹配无论是采用渐变线匹配法还是传输线变压器阻抗变换法都只能实现触发同步跟踪功能，而不能实现真正意义上的MCP选通脉冲幅值与波形监测功能。
发明内容
为了解决背景技术中所存在的技术问题，本发明提供一种MCP微带线输出端阻抗匹配方案，其解决了背景技术中MCP微带线输出监测端阻抗匹配设计中存在的问题。
本发明的具体技术解决方案是：一种微通道板行波选通分幅相机MCP微带线装置，包括依次连接的输入端、MCP及输出端，其特殊之处在于：上述输出端包括并联的电阻吸收匹配通道和监测通道；上述监测通道用于示波器监测；上述电阻吸收匹配通道采用串联电阻吸收匹配；上述微带线装置的MCP微带线特征阻抗等于电阻吸收匹配通道与监测通道并联的等效阻抗；
上述电阻吸收匹配通道包括串连的并联吸收微带线和吸收电阻；上述并联吸收微带线由印刷电路板设计而成；上述吸收电阻选用表贴封装电阻器，其一端与并联吸收微带线串接，另一端通过过孔与PCB地层相连；上述输出监测微带线由印刷电路板设计而成。
上述MCP镀有若干条独立、互相平行的微带线，每条微带线既作为光电阴极，同时也作为选通脉冲的传输线。
基于权利要求1所述的一种微通道板行波选通分幅相机MCP微带线装置的MCP微带线输出端阻抗匹配方法，其特殊之处在于：包括以下步骤：
1】使用时域反射仪测量MCP微带线特征阻抗ZMCP。根据MCP等效介电常数、厚度及MCP微带线宽度计算MCP微带线特征阻抗ZMCP。
2】使用印制电路板设计特征阻抗Z0等于50欧姆的PCB微带线作为输出监测。
3】根据步骤1】和步骤2】所得的MCP微带线特征阻抗ZMCP和PCB输出监测微带线阻抗Z0计算输出并联吸收微带线特征阻抗ZL，使用PCB设计特征阻抗为ZL的并联吸收微带线，并联吸收微带线串接RL等于ZL的吸收电阻，其中ZMCP、Z0、ZL、RL满足关系式：
ZMCP＝(ZL×Z0)/(ZL+Z0)，
RL＝ZL。
上述步骤3】吸收电阻选用表贴封装电阻器，所述电阻器一端与并联吸收微带线串接，另一端通过过孔与PCB地层相连。
本发明的优点是：本发明采用并联输出并串接吸收电阻的MCP微带线输出端匹配方案，不仅从根本上消除阻抗不连续引起的电压反射，还可实现选通脉冲幅值与波形的监测。
附图说明
图1为本发明结构示意图。
具体实施方式
参见图1，一种微通道板行波选通分幅相机MCP微带线装置，包括依次连接的输入端、MCP及输出端，输出端包括相互并联的电阻吸收匹配通道与用于供示波器监测的监测通道；匹配通道采用串联电阻吸收匹配；微带线装置的MCP微带线特征阻抗等于电阻吸收匹配通道与监测通道并联的等效阻抗。
MCP微带线输出端分成两路，一路采用串联电阻吸收匹配，另一路输出供示波器监测，具体实现步骤如下：
1)使用时域反射仪(TDR)测量MCP微带线特征阻抗ZMCP。
2)使用印制电路板(PCB)设计特征阻抗(Z0)等于50欧姆的PCB微带线作为输出监测。
3)根据MCP微带线特征阻抗ZMCP和PCB输出监测微带线阻抗Z0计算输出并联微带线特征阻抗ZL，使用PCB设计特征阻抗为ZL的并联吸收微带线，并联吸收微带线串接RL等于ZL的吸收电阻。
行波选通分幅相机MCP微带线受限于微带线宽度及MCP介质厚度等的影响，其特征阻抗一般远低于50欧姆标准阻抗，为了实现选通脉冲的有效耦合及MCP输出脉冲监测，往往需要进行相应的阻抗变换。如图所示，为分幅变像管MCP微带线及阻抗匹配设计示意图。根据实际需要，MCP1上一般镀有几条独立、互相平行的微带线，每条微带线既作为光电阴极，同时也作为选通脉冲的传输线。图中示意性的画了四条MCP微带线2、3、4、5，并以MCP微带线4为例进行阻抗匹配说明。选通脉冲从MCP微带线一端41进入，沿着MCP微带线4传输，并从另一端输出。输出端阻抗匹配由输出监测微带线42、并联吸收微带线43及串联吸收电阻44构成。输出监测微带线42、并联吸收微带线43由印刷电路板PCB6设计而成，吸收电阻44可选用表贴封装电阻器，其一端与并联吸收微带线43串接，另一端通过过孔与PCB地层相连。
MCP微带线4的特征阻抗为ZMCP，输出监测微带线42特征阻抗Z0等于50欧姆，并联吸收微带线43特征阻抗为ZL，由于输出监测微带线42与吸收微带线43并联再与MCP微带线4串联匹配，所以三条微带线特征阻抗满足关系式：ZMCP＝(ZL×Z0)/(ZL+Z0)，其中串联吸收电阻44的阻值RL等于ZL。

Claims (5)

1.一种微通道板行波选通分幅相机MCP微带线装置，包括依次连接的输入端、MCP及输出端，其特征在于：所述输出端包括并联的电阻吸收匹配通道和监测通道；所述监测通道用于示波器监测；所述电阻吸收匹配通道采用串联电阻吸收匹配；所述微带线装置的MCP微带线特征阻抗等于电阻吸收匹配通道与监测通道并联的等效阻抗。
2.根据权利要求1所述的微通道板行波选通分幅相机MCP微带线装置，其特征在于：所述电阻吸收匹配通道包括串连的并联吸收微带线和吸收电阻；所述并联吸收微带线由印刷电路板设计而成；所述吸收电阻44选用表贴封装电阻器，其一端与并联吸收微带线串接，另一端通过过孔与PCB地层相连；所述输出监测微带线由印刷电路板设计而成。
3.根据权利要求1或2所述的微通道板行波选通分幅相机MCP微带线装置，其特征在于：所述MCP镀有若干条独立、互相平行的微带线，每条微带线既作为光电阴极，同时也作为选通脉冲的传输线。
4.基于权利要求1所述的一种微通道板行波选通分幅相机MCP微带线装置的MCP微带线输出端阻抗匹配方法，其特征在于：包括以下步骤：
1】使用时域反射仪测量MCP微带线特征阻抗ZMCP。根据MCP等效介电常数、厚度及MCP微带线宽度计算MCP微带线特征阻抗ZMCP；
2】使用印制电路板设计特征阻抗Z0等于50欧姆的PCB微带线作为输出监测；
3】根据步骤1】和步骤2】所得的MCP微带线特征阻抗ZMCP和PCB输出监测微带线阻抗Z0计算输出并联吸收微带线特征阻抗ZL，使用PCB设计特征阻抗为ZL的并联吸收微带线，并联吸收微带线串接RL等于ZL的吸收电阻，其中ZMCP、Z0、ZL、RL满足关系式：
ZMCP＝(ZL×Z0)/(ZL+Z0)，
RL＝ZL。
5.根据权利要求4所述的MCP微带线输出端阻抗匹配方法，其特征在于：所述步骤3】吸收电阻选用表贴封装电阻器，所述电阻器一端与并联吸收微带线串接，另一端通过过孔与PCB地层相连。
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