JP2714197B2 - パルス発生装置 - Google Patents

パルス発生装置

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Description

【発明の詳細な説明】 [発明の目的] (産業上の利用分野) 本発明は、電子銃やクライストロンなどに高電圧矩形
波パルスを供給するパルス発生装置に関するものであ
り、特にその動作特性を改善する技術に係る。
(従来の技術) 従来、パルスを発生させる回路に用いられるスイッチ
素子には、許容電流上昇率が大きいこと、比較的耐電圧
高いことなどからサイラトロンが使われることが多かっ
た。第2図はサイラトロンを用いた矩形波パルストラン
ス発生装置の一例である。この装置においては、パルス
形成線路2を充電電源1によって一定電圧に充電してお
き、次にサイラトロン3をオンすることにより矩形波パ
ルスを負荷5に発生させることができる。この場合、サ
イラトロン3の耐電圧は通常数十kVであり、それ以上の
電圧を発生させる場合は、図のようにパルストランス4
を用いて昇圧する。パルス形成線路2を用いた場合、線
路のインピーダンスは負荷のインピーダンスに等しくし
ておく必要があり、出力電圧はパルストランスの一次側
で充電電圧の1/2になる。
出力電圧を高電圧にするにはパルストランスを用いる
以外に、ブルームライン形、スタックライン形などパル
ス形成線路を直列化する方法がある。第3図はブルーム
ライン6を用いた矩形波パルス発生装置で、スイッチン
グ素子としてはやはりサイラトロン3を用いている。ブ
ルームライン6を用いた場合、第1の導体61と第2の導
体62との間のインピーダンスをZ1、第2の導体62と第3
の導体63との間のインピーダンスをZ2とし、負荷5のイ
ンピーダンスをRとしたとき、R/2=Z1=Z2としておけ
ば、出力には充電電圧と等しい電圧の矩形波パルストラ
ンスが得られる。
[発明が解決しようとする課題] ところで、クライストロンなどの高周波増幅管による
粒子加速の効率を上るためには、パルスの電圧を高くし
て立上りを短くする必要がある。
出力電圧をさらに高くしたい場合、パルス形成線路の
直列化のみでは限度があり、スイッチング素子としてサ
イラトロンを用いる場合は結局パルストランスを用いざ
るを得なくなる。しかし、パルストランスを用いる方法
には次のような問題点がある。
即ち、クライストロンのような高インピーダンスの負
荷に立上りの速いパルスを印加する場合、パルストラン
スの漂遊キャパシタンスのもつインピーダンスが負荷の
インピーダンスに対して無視できなくなり、トランスの
一次側に印加した波形をそのまま二次側に発生させるこ
とが極めて難しくなる。
さらに、このようなパルス発生装置を高繰返しで使用
しようとすると、サイラトロンの寿命の低さが問題とな
る。即ち、一般にサイラトロンは108ショット程度の寿
命をもつが、例えば1000ppsという高繰返しで運転する
場合、30時間程度で交換を余儀なくされ装置全体の長時
間の連続運転が事実上不可能となる。
一方、パルストランスを使用しないで、パルスの電圧
を高くし且つ立ち上がりを短くするため、ブルームライ
ン形のパルス形成線路を使用する場合には、次のような
問題点がある。
即ち、従来のブルームライン形パルス形成線路におい
ては、パルス幅は線路の往復伝播時間で決るため、例え
ば数100nsというパルス幅の広いパルスを得るために
は、管路長が数10mにも及ぶブルームライン線路が必要
となってしまう。また、クライストロンの様な高インピ
ーダンスの負荷とブルームライン線路のインピーダンス
をマッチングさせるためには、ブルームライン線路の空
洞部分の幅を非常に大きくしなければならない。
これらのことから、高い負荷インピーダンスに、幅の
広いパルス電圧を供給するためには、巨大なブルームラ
イン線路が必要になってしまい、実用上設置が極めて困
難となってしまう。
本発明は、以上の点に鑑みてなされたもので、高電圧
で早い立ち上がりを持つパルス幅の長い矩形波パルス
を、高インピーダンス負荷に効率良く供給できる小形化
されたパルス発生装置を提供することを目的とする。
[発明の構成] (課題を解決するための手段) 上記の目的を達成するため、本発明は、電源に接続さ
れたブルームラインとスイッチング素子を備え、このブ
ルームラインに接続された負荷に対して矩形波パルスを
発生させるパルス発生装置において、 ブルームラインとして円筒状導体内部に多重スパイラ
ル巻線が同心円状に配置された線路を用い、 前記多重スパイラル巻線を、前記円筒状導体内に配置
された中心導体及び、前記円筒状導体と内前記中心導体
の中間に配置された中間導体から形成し、 前記中心導体と前記中間導体及び前記中間導体と前記
円筒状導体の各伝播線路のサージインピーダンスが等し
くなるように設定したことを特徴とする。
(作用) 上記の様な構成を有する本発明においては、ブルーム
ラインを構成する導体をスパイラル状にすることによ
り、線路の円筒状導体の軸方向単位長当たりのインダク
タンスが増加し、大きな空洞部分がなくても出力端から
見たサージインピーダンスが大きくなる。また、円筒状
導体の管路長を長くしないでも、スパイラルに沿った全
線路長を長くできるため、全線路長の往復時間で決るパ
ルス幅を長くすることができる。
(実施例) 以下、本発明の一実施例を第1図を参照して具体的に
説明する。
*実施例の構成 第1図の実施例において、スパイラル状の中心導体11
と同じくその外周にスパイラル状に配置された中間導体
12が、円筒状導体13内部に同心円状に配置され、これら
各導体によってブルームラインが形成されている。ここ
で、円筒状導体13が前記第3図に示した第1の導体61
に、中間導体12が第2の導体62に、中心導体11が第3の
導体63に相当している。即ち、ブルームラインの入力端
側では、スパイラル状の中間導体12は抵抗16を介して充
電電源17に接続され、中心導体11と中間導体12の間に
は、短絡用のスイッチ18が設けられている。また、ブル
ームラインの出力端側では、中心導体11と円筒状導体13
との間に、矩形波パルスを供給すべき負荷15が設けられ
ている。
この場合、スパイラル状の中心導体11と中間導体12の
ターン間は、絶縁物14により絶縁されている。中心導体
11の巻き半径r1、中間導体12の巻き半径r2、及び円筒状
導体13の半径r3は、中心導体11と中間導体12から成る平
行平板分布定数線路のサージインピーダンスと、中間導
体12と円筒状導体13とから成る平行平板分布定数線路の
サージインピーダンスが一致する値となっている。ま
た、スパイラル状の導体11,12の円筒状導体13の軸方向
単位長当たりの巻き数は、中心導体11と中間導体12から
成る伝播線路、及び中間導体12と円筒状導体13から成る
伝播線路の、円筒状導体13の軸方向単位長サージインピ
ーダンスが、このブルームラインに接続された負荷15の
インピーダンスの1/2となるように調整されている。
さらに、円筒状導体13の長さlは、スパイラル状の中
心導体11及び中間導体12のスパイラルに沿った全長を電
気パルスが往復する時間が、負荷15に印加する矩形波パ
ルスのパルス幅となるように調整されている。
*実施例の作用 以上の様な構成を有する本実施例の作用は次の通りで
ある。
先ず、充電電源17により充電された中間導体12をスイ
ッチ18を閉じることにより接地する。すると、中心導体
11と中間導体12から構成される分布定数線路を、スイッ
チ18の特性で決まる立ち上がりを持つステップ波が伝播
して行く。このステップ波がブルームラインの出力端に
達した時、負荷15にステップ状の電圧が印加される。こ
のステップ波が出力端で分波して入力端側へ再び伝播し
て戻り、ここでもう一度反射して出力端へ到達した時、
負荷15に印加された立ち上がり電圧は0Vとなる。この結
果、負荷15にはスパイラル状の中心導体11及び中間導体
12のスパイラルに沿った往復時間のパルス幅を持つ矩形
波が印加される。
なお、この時、出力端から円筒状導体13に収納された
ブルームライン線路のインピーダンスを見た場合、負荷
15とマッチングするためには、中心導体11と中間導体12
から成る伝播線路及び中間導体12と円筒状導体13から成
る伝播線路の円筒状導体軸方向単位長当たりのサージイ
ンピーダンスが、それぞれ負荷15の1/2となっていれば
良いので、前記の様にスパイラルの単位長当たりの巻き
数を調整することにより、線路のインダクタンスを変え
て達成することができる。
以上の様に、本実施例によれば、次の様な効果が得ら
れる。
ブルームライン線路をスパイラル状導体を用いて構成
するので、広いパルス幅の矩形波を発生するとき、従来
の手段に比べて、著しく短いブルームライン線路で済
む。
ブルームライン線路のサージインピーダンスをスパイ
ラルの巻き数で調整することができるので、従来の手段
に比較し、著しく小さい形状で、高インピーダンス負荷
とマッチングを取ることができる。
(他の実施例) 前記実施例は、2重同心スパイラル導体を円筒状導体
内部に収納した構造であるが、本発明は、上記の実施例
に限定されるものではなく、スパイラル導体を2重以上
の多重に構成することもできる。
また、スパイラルの構造も円筒に限らず、角筒状でも
楕円形でも、分布定数線路を構成する形状なら、他の形
状でも良い。
また、スパイラルは、平面上絶縁距離がなくても、絶
縁物を介して重ね巻きにしても良い。
[発明の効果] 以上の様に、本発明によれば、ブルームラインの円筒
状導体内部に収納する中心導体多び中間導体をスパイラ
ル状の導体から構成するという極めて簡単な手段によ
り、円筒状導体の管路長を長くすることなく、高インピ
ーダンス負荷とマッチングしたパルス幅の広い矩形波を
発生し得るパルス発生装置を得ることができる。すなわ
ち、ブルームラインとして、各伝播線路のサージインピ
ーダンスが等しくなるように円筒状導体内部に多重スパ
イラル巻線が配置された線路を使用することにより、広
いパルス幅の矩形波を発生するとき、従来と比較して著
しく短いブルームライン線路で済むという効果を奏する
ことが可能となる。また、ブルームラインのサージイン
ピーダンスがスパイラルの巻き数で調整可能であるた
め、著しく小さい形状で高インピーダンス負荷とマッチ
ングを取れるという効果を奏することができる。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明のパルス発生装置の一実施例を示す部分
切断斜視図、第2図は従来のパルス発生装置の一例を示
す回路図、第3図は従来のブルームラインを用いた矩形
波パルス発生装置回路を示す回路図である。 1……充電電源、2……パルス形成線路、3……サイラ
トロン、4……パルストランス、5……負荷、6……ブ
ルームライン、61……第1の導体、62……第2の導体、
63……第3の導体、11……中心導体、12……中間導体、
13……円筒状導体、14……絶縁物、15……負荷、16……
抵抗、17……充電電源、18……スイッチング素子。
フロントページの続き (72)発明者 村瀬 洋 神奈川県川崎市川崎区浮島町2番1号 株式会社東芝浜川崎工場内 (72)発明者 柳父 悟 神奈川県川崎市川崎区浮島町2番1号 株式会社東芝浜川崎工場内 (56)参考文献 特開 昭60−96180(JP,A) 特開 昭60−96181(JP,A) 特開 昭61−176007(JP,A) 特公 昭52−44697(JP,B2)

Claims (1)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】電源に接続されたブルームラインとスイッ
    チング素子を備え、このブルームラインに接続された負
    荷に対して矩形波パルスを発生させるパルス発生装置に
    おいて、 ブルームラインとして円筒状導体内部に多重スパイラル
    巻線が同心円状に配置された線路を用い、 前記多重スパイラル巻線を、前記円筒状導体内に配置さ
    れた中心導体及び、前記円筒状導体と内前記中心導体の
    中間に配置された中間導体から形成し、 前記中心導体と前記中間導体及び前記中間導体と前記円
    筒状導体の各伝播線路のサージインピーダンスが等しく
    なるように設定したこと、 を特徴とするパルス発生装置。
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