JPH04501634A - 伝送回線装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるため要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 二■ 本発明は伝送回線、殊に同回線に沿って伝送されるパルスの立上り時間を短縮す るために使用可能な伝送面′ＩＬＩＡ（但し、それに限定されない）に関する。

今日、相対的にハイパワーの電気パルスを高い反復率で印加することによって駆 動されるパルスレーザや加速器の如き、種々の装置が存在する。かかる装置の性 能を向上させる一つの方法は、磁気スイッチングを活用してパルスを圧縮し、印 加パルスの振幅を大きくしてそれらの立上り時間を短縮することである。

磁気スイッチは磁気コア上に巻かれたインダクタであって、同インダクタのイン ピーダンスはコア内の磁界がコアが飽和するレベルに達した時に急速に変化する 。もしインダクタを横切って、十分長時間、十分に高い電圧値を印加した場合、 コアの飽和が生ずる。飽和時において、コア上の巻線のインダクタンスは、十分 に低い値に降下し、インダクタを流れる電流の上昇速度は大きくなる。そのため 、集中要素伝送回線や磁気衝撃回線中に磁気スイッチングを活用することによっ てそれらの回線に沿って走行するパルスの立上り時間を小さくすることができる 。現在、３００ＰＳの立上り時間を有する１００ＫＶのパルスを得ることができ る。

本発明は高速の立上り時間を得ることの可能なパルス圧縮をつくりだすために特 に好適な伝送回線を提供しようとする試みから生まれたものである。

本発明によれば、加えられた電界の強さに依存する誘電率を有する誘電体材料を 有する伝送回線を備える伝送回線装置が提供される。

本発明による装置に使用するに好適な材料の性質は、加えられる電界による材料 の分極性の変化を示すグラフによって説明することができよう、かかるグラフの 勾配は材料の誘電率と比例する。

第１図に一つの適当な極誘電性材料のグラフを示す。誘電材料を横切る電界が太 き（なるにつれて、その分権性もまた同時に大きくなるが、その増加率は電界が 大きくなるにつれて少なくなり、もし誘電材料を例えばコンデンサ中に含めた場 合には、装置のキャパシタンスは、それを横切って加えられる電界が太き（なる につれて降下することが判る。

これら非線形の電気的特性を示す誘電材料を一本の伝送回線内に含めた場合、同 材料中を流れる電気信号の伝播速度はその誘電率が小さくなるにつれて大きくな り、誘電率の変化は信号の振幅に依存する。そのため、この効果は、パルスの下 部振幅部分がその初めに高部振幅部分よりも回線に沿って低い周波数を有する時 にすこぶる高速の立上り時間を有するパルスを生成するために使用することがで きる。材料の特性の変化は極端に高速のプロセスである分極性の変化に依存する ために、従来の磁気スイッチングを活用することによって実現可能なよりもずっ と高速の立上り時間を実現することができる。従来技術の性能は、使用される材 料の強磁気共鳴の性能や、材料内の磁壁どうしが回転する速度によって究極的に 制限されている。

本発明による構成は、数百キロボルトの範囲の極端な高電圧と高電力（恐ら＜Ｉ ＧＷレベルに及ぶ）の下で動作するようにすることができると考えられる。

本発明と共に使用する上で特にふされしい材料の幾つかは強誘電体として知られ ているものである。これらは、それらを横切る電界が存在上ない場合に自発分権 を示す材料である。電界を加えた時に見られるかかる材料の分極の変化を示すグ ラフは、第２図に示すようなＰ−Ｅループである。このループはヒステリシス現 象を呈する磁気材料について得られるＢ−Ｈループと幾分類似している。本発明 による装置に使用可能な若干の極性強誘電体はチタン酸バリウムやチタン酸スト ロンチウムである。然しなから、強誘電体以外の極性誘電体材料も使用すること ができる。例えば、２硫化炭素の如き一連の橿性誘電体液があり、それらも使用 することができる。

本発明の一つの有利な実施例では、誘電材料は分布形伝送回線内に含めることに よって誘電衝撃回線が構成される。伝送回線に沿って一個のパルスが走る時、立 上り中のパルスエツジの下部振幅部分は高振幅部分よりもずっと緩慢に走行する 。かくして、立ち上りエツジは鋭くなり、パルスの尾部は長くなる。

上記分布形伝送回線は一連の種々のタイプのうちの一つとすることができよう０ 例えば、ある構成では、分布形伝送回線は、平行板伝送回線の形をとることがで きる。

分布形伝送回線はテーパ状とすることによってその断面積がその長さの少なくと も一部にわたって非均等となるようにすることができる。かかる回線の場合、分 布インダクタンスは、断面積が大きくなり分布キャパシタンスが小さくなるにつ れて大きくなる。

そのため、同回線に沿って一個のパルスが走る時、その立上りエツジは鋭くなる と同時に、その振幅はキャパシタンスが小さくなると共に大きくなり、電磁気衝 撃波がつくりだされる。

本発明のもう一つの例では、伝送回線は集中要素タイプで、はしご形回路網とし て構成されたインダクタとコンデンサを内蔵し、同コンデンサが上記誘電材料を 備えていることが望ましい。１個のパルスが上記回路網に沿って伝送される時、 その立上り時間は各段階で小さくなる。一段のみを使用すれば満足のゆく性能を 得ることができるが、複数の段を備えることによってパルスの立上り時間がより 小さくなるようにすることが全体的にいって望ましい。

回路網のインダクタとコンデンサは略同−形とすることができる。然しなから、 別の実際例では、インダクタの値は伝送回線に沿って累進的に小さくなる一方、 各コンデンサは応力ゼロの下で同一の値を有する。かかる回路網を使用すること によって、所与の立上り時間を得るために必要とされる区画数は、インダクタど うしが同一であると仮定した時よりも少なくすることができる。

インダクタが同一値を取る構成の場合のように、パルス立上りエツジはコンデン サの誘導体材料を横切る電界が大きくなる時に鋭くなる。更に、インダクタ値は 回線に沿って小さくなるために、立上り時間は更に小さくなり、性能が向上する 。

はしご形回路網は、１パルスが同回路網に沿って走るにつれて、それが共に逐次 的に値が低くなるコンデンサとインダクタに遭遇するように構成することが望ま しいかもしれない。かくして、パルスの立上り時間は各段毎に短（なり、更に、 その振幅はパルス圧縮が生ずるにつれて大きくなる。パルス圧縮が得られるのは 、回線に沿って一定の電荷が流れそれが逐次より低いキャパシタンスに遭遇する 時にコンデンサを横切る電圧が増大するに違いないからである。

若干の用途では、インダクタとして飽和磁気材料と、コンデンサ中に非線形特性 を示す誘電材料とを共に使用することが有利であるかもしれない。このことによ ってもし磁気材料と誘電材料とが共にそれらの特性を適当に選ぶことによって共 に飽和するように構成される場合に、伝送回線のインピーダンスを一定レベルに 維・持することが可能になる。インピーダンス一定の回線は、伝送回線の入出力 双方で優れた電気的整合を実現することができるため電気的に効率的である。か かる構成の場合、インダクタは略同−とするか、回線に沿ってその値を累進的に 小さくすることができる。後者の場合、それに対応する値だけコンデンサ値も小 さくすることによって、インピーダンスを伝送回線に沿って一定に維持すること ができるようにする必・要がある。

本発明を活用することによって、極端に高速の立上り時間が得られ、光学周波数 に達し得るものと考えられる。それ故、若干の用途では、伝送回線がその長さの 少なくとも一部に沿って光輻射を伝送することができるように構成することが有 利であるかもしれない。

本発明の第１の特徴によれば、伝送回線装置は、それぞれが電気的に並列に配列 された本発明によるほぼ同一の第１と第２の同一伝送回線と、上記第２の伝送回 線に続く信号反転器と、上記第１の伝送回線を経て伝送された信号を上記反転器 内を伝送された信号と結合する手段と、を備え、一方の伝送回線内を通る信号と 他方の伝送回線内を通る信号との間に遅れが存在するようになっている。かかる 構成を使用することによって、それに加えられる１パルスの立下り時間はパルス 立上り時間の外に制御され、高速な成端が実施可能になっている。上記遅れは可 変で、結合手段の出力で可変長のパルスを与えるようになっている。

本発明の第２の特徴によれば、パルス圧１１装置は、本発明による伝送回線装置 を備え、一連のパルスを上記伝送回線、又はその各々に加える手段を含むことに よって、上記パルスが圧縮されその圧縮されたパルスがリードへ加えられるよう になっている。

さて、本発明が実施される幾つかの方法を図面に従って例解する。

第３．４．５．６図は、それぞれ本発明による集中要素伝送回線を含むパルス圧 縮装置図である。

第７．８図は本発明による一段伝送回線図である。

第９．１０図は本発明による衝撃回線の概略図である。

第１１図は本発明による装置の概略ブロック線図である。

第１２．１３図は本発明による別の伝送回線装置図である。

第３図について述べると、パルス立上り時間を小さくする装置は、集中素子はし ご形回路網タイプの本発明の伝送回線を備えている。

電圧源１は、複数のインダクタＬとコンデンサＣを含む伝送回線部分３を介して エネルギーを負荷２に伝送するように構成されている。コンデンサは強誘電性の 極性誘電体材料を備え、それらを横切る電界が太き（なるにつれてそれらのキャ パシタンスは小さくなるような性質を備えている。インダクタは応力ゼロの下で 同一値を有するコンデンサとほぼ同一である。

スイッチ４が閉成されると、電圧源１を横切って接続されたコンデンサ５からの エネルギーのパルスは区画３に沿って伝送される。第１のコンデンサＣ１のキャ パシタンスは最初は比較的高いが、それを横切るポテンシャルが大きくなるにつ れて、その値は低下する。パルスが伝送回線に沿って走るにつれて、その立上り 時間は各段で小さくなり、区画あたりの遅延時間特性は誘電材料を横切る電界が 大きくなるにつれて小さくなる。

第４図に示す本発明のもう一つの例によれば、集中要素伝送回線は、更にほぼ同 一のコンデンサＣを備えている。伝送回線区画は、また、各々が先行するものよ りも低い値を備える一連のインダクタＬ１、Ｌ２、Ｌ３を備えており、最も低い 値のインダクタＬ３は負荷６へ接続されている。この構成によれば、第３図に示 すものよりも短い立上り時間を実現することが可能になる。何故ならば、キャパ シタンスＣ中に含まれる誘電材料の誘電率の変化によって立上りエツジが急勾配 になることの他に、回線に沿うインダクタの値の低下も同様に立上り時間を小さ くする上で効果を有するからである。

第５図について述べると、本発明によるもう一つの伝送回線の場合、インダクタ の値は第４図に示す実施例におけると同様、伝送回線に沿って低下する。複数の コンデンサＣＩ、Ｃ２、Ｃ３が含まれていて、それらも伝送回線区画８に沿って 累進的に小さくなる値をもっているが、Ｃ３が最小値である。コンデンサは、本 発明による強誘電材料を備えている。

スイッチ７が閉じると、パルスエネルギーが区画８に沿って伝送される。第　の コンデンサＣ１のキャパシタンスは最初は比較的高いが、それを横切るポテンシ ャルが大きくなるにつれてその値は下部する。

コンデンサＣＩ、Ｃ２、およびＣ３の間をエヌルギーが転送されるにつれて、電 圧パルスの立上り時間は小さくなる。同様にして、電圧パルスは圧縮され、その 振幅は増大する。

第６図に示すもう一つの実施例では、インダクタは磁気スイッチとして作用する ように構成されている。磁気材料と誘電材料の飽和特性は整合させることによっ て伝送回線に沿ってほぼ一定のインピーダンスが附与され、優れた電気的整合が 得られるようにしである。図例では、インダクタはコンデンサと同一の値である 。

然しなから、それらは共に伝送回線の長さに沿って値が小さくなるように構成す ることができる。

第７図と第８図は、それぞれ一区画のみから成る２本の伝送回線を示す。第７図 に示す伝送回線は一定値のインダクタと、非線形誘電材料を備えるコンデンサと を含んでいる。第８図の伝送回線は飽和可能なインダクタを備えることによって 、インピーダンス一定の整合を実現できるようになっている。

第９図は、パルスジェネレータ９が誘電衝撃回線１１を介して負荷１０に対して エネルギーを運ぶようになった構成を示す。この場合、上記回線は強電材料やチ タン酸バリウムを含む材料の如きその他の極性誘電材料によって充填されている 。

パルスジェネレータ９から運ばれる電圧パルスの振幅が増大するにつれて、衝撃 回線１１内の誘電材料の誘電率の値は小さくなる。このため、パルスの立上りエ ツジは、立上り中のパルスエ。

ジの下部振幅部分がパルスの高部振幅部分よりも緩慢に走るにつれてスピードア ップする。

誘電材料は光輻射を通すことによって、衝撃回線１１に沿って高周波信号が伝送 できるようになっている。

第１０図について述べると、分布形伝送回線はテーパ形であって、回線に沿って 負荷に至る方向にその径が大きくなるようになっている。この形のため、回線に 沿って伝送されるパルスの立上り時間はパルス圧縮と共に小さくなる。

第１１図について述べると、パルス生成装置は２個のほぼ同一の誘電衝撃回線１ ２．１３を備えていて、それらは電気的に並列に構成され、パルスジェネレータ １４の出力を受取るように接続される。衝撃回線１３の出力は反転器１５に加え られ、その後所望値にセフ）可能な遅れ１６を伴った後、アダー１７の他の衝撃 回線１３の出力と結合されるようになっている。更に、衝撃回線１２．１３とは 加えられた電界の強さに依存する誘電率を備える誘電材料により構成される。便 宜上、この材料は極性強誘電材と、　しであるが、例えば二硫化炭素の如き液体 を含めて非線形誘電材であれば何れでも差支えない。

上記装置の運転中、ジェネレータ１４の出力は同時に衝撃回線１２．１３の双方 に加えられる。上記回線１２．１３は、共に、第９図に関脱したものと同一の方 法で動作して、すこぶる高速の立上り時間を備えたパルスを生成する。その後、 衝撃回線１３がらのパルスは反転器１５へ加えられる。同反転器１５は、この場 合、伝送回線変成器である。反転されたパルスは遅れ１６を介してアダー１７へ 通される。かくして、アダー１７の出力は、その幅が遅れ１６の値によって支配 され、すこぶる短い立上り、立下り時間を有するパルスである。上記遅れは可変 であって合成パルスの長さが変化できるようになっている。

第１２図について述べると、集中要素はしご形伝送回線は、複数のインダクタＬ とコンデンサＣを含み、同コンデンサは非線形誘電材料を備えている。上記装置 は、伝送回線の入出力にｄ、ｃブロッキングコンデンサを備え、各コンデンサ１ ８．１９は、それを横切って並列に接続されたスイッチ２０．２１を備えている 。

上記装置は、分離形インダクタ２２を含み、同インダクタ２２はスイッチ２３を 介してｄ、ｃ高圧バイアス電源２４へ接続される。

上記装置は、スイッチ２３を開きスイッチ２０．２１を閉じることによってバイ アスが回線から断続された時、伝送回線に沿って伝送された電気パルスの前縁部 を鋭くするために使用できる。

バイアス電源２４を装置に加えるには、スイッチ２３を閉じ、スイッチ２０．２ １を開いてｄ、ｃブロッキングコンデンサ１８．１９を回路網の入出力と直列に 挿入する。非線形要素がバイアスを受けると、はしごに沿って伝播する電気信号 の位相速度は、パルス振幅が大きくなると共に小さくなり、その結果、衝撃波が パルスの後縁部上に形成され、その後部が鋭くなる。

第１３図について述べると、伝送回線装置は、はしご形回路網内に配列された複 数のインダクタＬとコンデンサＣを備え・コンデンサＣは非線形誘電材料を備え ている＊　ｄ、ｃ、電流バイアス源２２は分離形インダクタ２６．２７とスイッ チ２８．２９を介して伝送回線の入出力を横切って接続される。回線に沿って伝 送されるパルスの前縁部を鋭くしたい場合には、スイッチ２８．２９が開かれる 。パルス後縁部は、スイッチ２８．２９を閉じてバイアスミ電源２５を加えるこ とによって鋭くする。

ＦＩｏ−７ＦＩＧ、　２ ＦＩＧ、３ ＦＩＧ、Δ ＦＩｏ、　５ ＦＩＧ、　６ ＦＩＧ、　７　ＦＩＧ　、　８ ＦＩＧ、　９ ＦＩＧ、７０ ＦＩＧ、７７ 国際調査報告 １Ｍｌｌ１’Ｒ１１４１１ｊｌＡＩｌｌ（１！４＋ｈａ？：）／Ｇ３９フ１０ｍ Ｅ５７国際調査報告 ＧＢ　９００１３５７ ＳＡ　４００００

Claims (16)

【特許請求の範囲】
1. １．加えられる電界の強さに依存する誘電率を有する誘電材料を含む伝送回線を 備える伝送回線装置。
2. ２．上記伝送回線が分布形伝送回線である請求項１の装置。
3. ３．上記分布形伝送回線がテーパ形であってその長さの少なくとも一部にわたる 横断面が非均等である請求項２の装置。
4. ４．上記伝送回線が集中要素を備える請求項１の装置。
5. ５．上記伝送回線が、インダクタとコンデンサとを含む集中要素はしご形回路網 であり、上記コンデンサが前記誘電材料を含む請求項４の装置。
6. ６．上記インダクタが飽和性磁気材料であって磁気スイッチとして作用するよう に構成される請求項５の装置。
7. ７．上記インダクタが直列に配列されて、それらの値が回線に沿って累進的に低 下する請求項５の装置。
8. ８．上記コンデンサが直列に配列され；それらの値が、電気応力ゼロの下で回線 に沿って累進的に低下するようになった請求項５の装置。
9. ９．非線形誘電材料を含む要素が、伝送回線に沿って伝送する信号の位相速度を 、その振幅が大きくなるにつれて小さくするように構成された請求項１の装置。
10. １０．信号振幅が増大するに応じて上記位相速度を低下させるようにするバイア ス手段を備える請求項９の装置。
11. １１．上記バイアス手段の印加を制御するスイッチング手段を備える請求項１０ の装置。
12. １２．誘電材料が極性強電材料である請求項１ないし１．１の装置。
13. １３．誘電材料が液体である請求項１ないし１２の装置。
14. １４．伝送回線がその長さの少なくとも一部に沿って光輻射を伝送可能な請求項 １ないし１３の装置。
15. １５．それぞれが上記誘電材料を含み、電気的に並列に配列された略同一の第１ と第２の伝送回線と、同第２の伝送回線に続く信号反転器と、上記第１の伝送回 線内を伝送される信号と、上記反転器内を伝送される信号とを結合する手段とを 備え、上記第１と第２の伝送回線内を通る信号どうしの間に遅れが存在する請求 項１ないし１４の装置より成る伝送回線装置。
16. １６．一連のパルスを伝送回線又はその各々に印加することによってパルスが圧 縮されるようにする手段と、同圧縮パルスを負荷に印加する手段とを備える請求 項１ないし１５の伝送回線を備えるパルス圧縮装置。