RU2542755C1 - Pulse transformer at inhomogeneous line - Google Patents

Pulse transformer at inhomogeneous line Download PDF

Info

Publication number
RU2542755C1
RU2542755C1 RU2013147936/07A RU2013147936A RU2542755C1 RU 2542755 C1 RU2542755 C1 RU 2542755C1 RU 2013147936/07 A RU2013147936/07 A RU 2013147936/07A RU 2013147936 A RU2013147936 A RU 2013147936A RU 2542755 C1 RU2542755 C1 RU 2542755C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
transformer
pulse transformer
impedance
inhomogeneous
line according
Prior art date
Application number
RU2013147936/07A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Владимир Михайлович Ефанов
Михаил Владимирович Ефанов
Original Assignee
Владимир Михайлович Ефанов
Михаил Владимирович Ефанов
Ефанов Алексей Владимирович
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Владимир Михайлович Ефанов, Михаил Владимирович Ефанов, Ефанов Алексей Владимирович filed Critical Владимир Михайлович Ефанов
Priority to RU2013147936/07A priority Critical patent/RU2542755C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2542755C1 publication Critical patent/RU2542755C1/en

Links

Images

Landscapes

  • Coils Or Transformers For Communication (AREA)

Abstract

FIELD: electricity.
SUBSTANCE: transformer includes radial line with radius R that consists of flat conductive discs with gap h between them and dielectric with permeability ε placed in it. Outside perimeter of the radial line is the input of transformer with impedance ρR having value
Figure 00000014
In the centre of the upper conductive disc there is an opening with radius r, which inner perimeter is the output of transformer. n of electrodes are coupled to the transformer input with interval Δl between edges of neighbouring electrodes, at that their quantity corresponds to the value
Figure 00000002
where Δx is electrode connection width, at that value of interval Δl corresponds simultaneously to condition:
Figure 00000003
where c is light velocity in vacuum; τ is duration of rising edge of input voltage pulses. Timing accuracy Δt of input voltage pulses delivery corresponds to condition Δt<±τ/2. Transformation coefficient k is equal to the value
Figure 00000016
in what connection
Figure 00000017
where ρin is impedance at transformer input; ρout is impedance at transformer output and it meets conditions
Figure 00000006
where T is duration of transformed pulse.
EFFECT: increase of input pulse voltage.
15 cl, 13 dwg

Description

Изобретение относится к импульсным трансформаторам и может быть использовано для формирования высоковольтных импульсов напряжения в плазмохимии, ускорителях, медицинской технике и других областях.The invention relates to pulse transformers and can be used to form high-voltage voltage pulses in plasma chemistry, accelerators, medical equipment and other fields.

Известен импульсный коаксиальный трансформатор на неоднородной линии, содержащий наружный электрод в виде проводящей трубы и внутренний электрод, выполненный из группы отрезков труб с дискретно изменяющимися в одну сторону значениями диаметров, пространство между электродами заполнено трансформаторным маслом, входной узел трансформатора предназначен для подключения к источнику трансформируемого сигнала, а выходной узел - к нагрузке (см. В.В. Кремнев, Г.А. Месяц «Методы умножения и трансформации импульсов», Новосибирск, Наука, 1987, стр.14-15).Known pulsed coaxial transformer on an inhomogeneous line, containing an external electrode in the form of a conducting pipe and an internal electrode made of a group of pipe segments with diameters discretely changing in one direction, the space between the electrodes is filled with transformer oil, the input node of the transformer is designed to connect to the source of the transformed signal , and the output node to the load (see V.V. Kremnev, G.A. Mesyats "Methods of multiplication and transformation of pulses", Novosibirsk, Nauka, 1987, p.14- fifteen).

В данном трансформаторе изменение импеданса достигается переменным сечением одного электрода с заданными значениями спада вершины импульса напряжения.In this transformer, the change in impedance is achieved by a variable cross section of one electrode with the specified values of the peak drop of the voltage pulse.

Известен импульсный коаксиальный трансформатор на неоднородной линии, содержащий наружный и внутренний электроды с диэлектрической средой между ними, при этом один из электродов выполнен с переменным плавно изменяющимся в одну сторону значений сечением, входной узел трансформатора предназначен для подключения к источнику трансформируемого импульса, а выходной узел - к нагрузке, при этом выходной узел расположен от входного на расстоянии L, на котором обеспечена трансформация сигнала с допустимой величиной спада вершины импульса заданной длительности (В.В. Кремнев, Г.А. Месяц «Методы умножения и трансформации импульсов», Новосибирск, Наука, 1987, стр.15-16).Known pulsed coaxial transformer on an inhomogeneous line containing the outer and inner electrodes with a dielectric medium between them, while one of the electrodes is made with a cross section that varies continuously in one direction, the input node of the transformer is designed to connect to the source of the transformed pulse, and the output node is to the load, while the output node is located from the input at a distance L, at which the signal is transformed with an acceptable value of the peak drop of the peak hydrochloric duration (VV silicon GA Month "Methods pulse multiplication and Transformation", Novosibirsk, Nauka, 1987, str.15-16).

Недостатками известных устройств являются малый коэффициент трансформации, большие размеры, вес и неудобство использования выхода с низким значением импеданса.The disadvantages of the known devices are the small transformation ratio, large size, weight and inconvenience of using the output with a low impedance value.

Наиболее близким по технической сущности к заявляемому решению является импульсный коаксиальный трансформатор на неоднородной линии, использующий изменение импеданса неоднородной линии по ее длине (см. патент RU №2149485, H01P 5/12, H01P 5/19, 1998).The closest in technical essence to the claimed solution is a pulsed coaxial transformer on an inhomogeneous line using a change in the impedance of an inhomogeneous line along its length (see patent RU No. 2149485, H01P 5/12, H01P 5/19, 1998).

Устройство содержит коаксиальные наружный и внутренний электроды, один из которых имеет плавно изменяющееся сечение, входной и выходной узлы, последний выполнен в виде n идентичных коаксиальных каналов, оси которых расположены равномерно радиально в плоскости, перпендикулярной оси трансформатора в точке, находящейся на заданном расстоянии от входного узла.The device contains a coaxial outer and inner electrodes, one of which has a smoothly varying cross section, input and output nodes, the latter is made in the form of n identical coaxial channels whose axes are uniformly radially in a plane perpendicular to the axis of the transformer at a point located at a given distance from the input node.

Внутренний и наружный электроды каждого канала подключены соответственно к внутреннему и наружному электроду трансформатора, волновые сопротивления каналов и трансформатора согласованы выбором соотношения диаметров электродов трансформатора в плоскости подключения каналов.The inner and outer electrodes of each channel are connected respectively to the inner and outer electrodes of the transformer, the wave impedances of the channels and the transformer are coordinated by choosing the ratio of the diameters of the electrodes of the transformer in the plane of connection of the channels.

В этой плоскости кратчайшее расстояние по поверхности наружного электрода трансформатора между соседними наружными электродами каналов и диаметром наружного электрода связаны приведенным расчетным соотношением с учетом заданного значения погрешности длительности фронта трансформируемого импульса, скорости света в межэлектродной диэлектрической среде, заданного значения длительности фронта трансформируемого импульса и диэлектрической проницаемости среды между электродами трансформатора.In this plane, the shortest distance along the surface of the transformer’s outer electrode between adjacent outer channel electrodes and the diameter of the outer electrode is related by a given calculated relation taking into account the specified error in the duration of the front of the transformed pulse, the speed of light in the interelectrode dielectric medium, the given value of the duration of the front of the transformed pulse and the dielectric constant of the medium between the electrodes of the transformer.

Изменение импеданса достигается переменным сечением одного электрода, а выход выполнен в виде параллельно включенных n коаксиальных линий с импедансом 50 Ом.The change in impedance is achieved by a variable cross-section of one electrode, and the output is made in the form of parallel-connected n coaxial lines with an impedance of 50 Ohms.

Недостатком данного трансформатора является то, что он позволяет только понижать входное напряжение, а также имеет большие размеры и вес.The disadvantage of this transformer is that it only allows lowering the input voltage, and also has large dimensions and weight.

Задачей изобретения является создание компактного в одном измерении импульсного трансформатора на неоднородной линии, технологичного в изготовлении.The objective of the invention is to create a compact in one dimension pulse transformer on an inhomogeneous line, manufacturable.

Техническим результатом изобретения является повышение импульсного входного напряжения с большим диапазоном коэффициента умножения в сочетании с плоской формой трансформатора, один из размеров которого может быть на несколько порядков меньше других размеров, и возможностью выбора значений входного и выходного импедансов.The technical result of the invention is to increase the pulse input voltage with a wide range of the multiplication factor in combination with a flat transformer shape, one of the sizes of which can be several orders of magnitude smaller than the other sizes, and the ability to select the values of the input and output impedances.

Для достижения указанного технического результата в импульсном трансформаторе на неоднородной линии, использующем изменение импеданса неоднородной линии по ее длине, согласно изобретению, неоднородная линия выполнена радиальной, состоящей из плоских проводящих дисков, верхнего и нижнего, расположенных соосно с зазором h между ними, в который помещен диэлектрик с проницаемостью ε, при этом внешний периметр радиальной линии является входом трансформатора с импедансом ρR со значением

Figure 00000001
где ε - диэлектрическая проницаемость среды между проводящими дисками; R - радиус радиальной линии; h - зазор между проводящими дисками, в центре верхнего проводящего диска выполнено отверстие с радиусом r, внутренний периметр которого является выходом трансформатора, при этом к входу трансформатора равномерно присоединены n электродов подключения с интервалом Δl между краями соседних электродов, причем их количество соответствует значению
Figure 00000002
где Δx - ширина электродов подключения, при этом одновременно значение интервала Δl соответствует условию
Figure 00000003
где с - скорость света в вакууме; τ - длительность фронта нарастания входных импульсов напряжения, а точность синхронизации Δt подачи входных импульсов напряжения соответствует условию Δt<±τ/2, при этом коэффициент трансформации k равен значениюTo achieve the specified technical result in a pulse transformer on an inhomogeneous line using the change in impedance of an inhomogeneous line along its length, according to the invention, the inhomogeneous line is made radial, consisting of flat conductive disks, upper and lower, located coaxially with a gap h between them, into which a dielectric with a permeability ε, while the outer perimeter of the radial line is the input of the transformer with an impedance ρ R with the value
Figure 00000001
where ε is the dielectric constant of the medium between the conducting disks; R is the radius of the radial line; h is the gap between the conducting disks, a hole with a radius r is made in the center of the upper conducting disk, the inner perimeter of which is the output of the transformer, while n connection electrodes are uniformly connected to the transformer input with an interval Δl between the edges of adjacent electrodes, and their number corresponds to the value
Figure 00000002
where Δx is the width of the connection electrodes, while at the same time the value of the interval Δl corresponds to the condition
Figure 00000003
where c is the speed of light in vacuum; τ is the duration of the rise front of the input voltage pulses, and the synchronization accuracy Δt of the input voltage pulses corresponds to the condition Δt <± τ / 2, and the transformation coefficient k is

Figure 00000004
причем
Figure 00000005
где ρвх - импеданс на входе трансформатора; ρвых - импеданс на выходе трансформатора, и удовлетворяет условию
Figure 00000004
moreover
Figure 00000005
where ρ I - impedance at the input of the transformer; ρ o - impedance at the output of the transformer, and satisfies the condition

Figure 00000006
где Т - длительность трансформируемого импульса.
Figure 00000006
where T is the duration of the transformed pulse.

Согласно изобретению, зазор h является величиной постоянной или переменной вдоль радиуса R радиальной линии.According to the invention, the gap h is a constant or variable along the radius R of the radial line.

Согласно изобретению, значение диэлектрической проницаемости среды ε является величиной постоянной вдоль радиуса R радиальной линии и находится в диапазоне от 1 до 1000 или величиной переменной.According to the invention, the dielectric constant of the medium ε is a constant value along the radius R of the radial line and is in the range from 1 to 1000 or a variable value.

Согласно изобретению, в отверстии верхней проводящей поверхности установлен коаксиальный разъем с импедансом ρС для снятия выходного импульса напряжения, при этом центральный электрод коаксиального разъема подключен к центру нижнего проводящего диска, а его внешний экран соединен по периметру с краем отверстия верхнего проводящего диска.According to the invention, a coaxial connector with an impedance ρ C is installed in the hole of the upper conductive surface to remove the output voltage pulse, while the central electrode of the coaxial connector is connected to the center of the lower conductive disk and its outer screen is connected around the perimeter with the edge of the hole of the upper conductive disk.

Согласно изобретению, в центре нижнего проводящего диска также выполнено отверстие с радиусом r.According to the invention, an opening with radius r is also made in the center of the lower conductive disk.

Согласно изобретению, электроды подключения выполнены в виде металлических проводов, или полосковых линий, или коаксиальных кабелей, в последнем случае экраны коаксиальных кабелей присоединены к нижнему проводящему диску, а центральные электроды присоединены к верхнему проводящему диску.According to the invention, the connection electrodes are made in the form of metal wires, or strip lines, or coaxial cables, in the latter case, the screens of the coaxial cables are connected to the lower conductive disk, and the central electrodes are connected to the upper conductive disk.

Согласно изобретению, устройство содержит m раздельных полосковых линий с изменяющимся импедансом, включенных параллельно и образующих радиальную линию, при этом расстояние между соседними полосковыми линиями является величиной переменной или постоянной.According to the invention, the device contains m separate strip lines with varying impedance, connected in parallel and forming a radial line, while the distance between adjacent strip lines is a variable or constant.

Сущность предложения поясняется чертежами, где на фиг.1 представлен общий вид устройства с электродами подключения в виде металлических проводов; на фиг.2 изображен поперечный разрез А-А трансформатора; на фиг.3 изображен общий вид устройства с электродами подключения в виде коаксиальных кабелей; на фиг.4 изображен общий вид устройства с электродами подключения в виде полосковых линий; на фиг.5 изображена радиальная линия с переменным зазором между дисками; на фиг.6 изображен поперечный разрез Б-Б трансформатора; на фиг.7 изображен общий вид устройства с выходным коаксиальным разъемом; на фиг.8 представлено устройство с резистором нагрузки на выходе трансформатора; на фиг.9 показано устройство на нескольких неоднородных полосковых линиях; на фиг.10 изображен поперечный разрез В-В трансформатора; на фиг.11 представлены временные диаграммы, на которых отображены моменты прихода импульсов напряжения по электродам подключения; на фиг.12 представлена осциллограмма входных импульсов напряжения, подаваемых по коаксиальным кабелям к входу трансформатора; на фиг.13 представлена осциллограмма выходного импульса напряжения, снимаемого с коаксиального разъема, установленного на выходе трансформатора.The essence of the proposal is illustrated by drawings, where figure 1 shows a General view of the device with connection electrodes in the form of metal wires; figure 2 shows a cross section aa of the transformer; figure 3 shows a General view of the device with the connection electrodes in the form of coaxial cables; figure 4 shows a General view of the device with connection electrodes in the form of strip lines; figure 5 shows a radial line with a variable gap between the disks; figure 6 shows a transverse section bB transformer; figure 7 shows a General view of the device with the output coaxial connector; on Fig presents a device with a load resistor at the output of the transformer; figure 9 shows the device on several heterogeneous strip lines; figure 10 shows a cross section bb transformer; figure 11 presents the timing diagrams, which display the moments of arrival of voltage pulses along the connection electrodes; on Fig presents a waveform of the input voltage pulses supplied through coaxial cables to the input of the transformer; on Fig presents a waveform of the output voltage pulse removed from the coaxial connector installed at the output of the transformer.

Следует учесть, что на чертежах представлены только те детали, которые необходимы для понимания существа предложения, а сопутствующее оборудование, хорошо известное специалистам в данной области, на чертежах не представлено.It should be noted that the drawings show only those details that are necessary for understanding the essence of the proposal, and the accompanying equipment, well known to specialists in this field, is not presented in the drawings.

Импульсный трансформатор на неоднородной линии представляет собой радиальную линию, состоящую из двух плоских проводящих дисков, верхнего диска 1 и нижнего диска 2, расположенных соосно с зазором h между ними, в который помещен диэлектрик с проницаемостью ε (фиг.1, 2).The pulse transformer on the inhomogeneous line is a radial line consisting of two flat conductive disks, the upper disk 1 and the lower disk 2, located coaxially with a gap h between them, in which a dielectric with a permeability ε is placed (Figs. 1, 2).

Внешний периметр радиальной линии является входом трансформатора с импедансом ρR, соответствующим значению

Figure 00000001
где ε - диэлектрическая проницаемость среды между проводящими дисками; R - радиус радиальной линии; h - зазор между проводящими дисками.The outer perimeter of the radial line is the input of the transformer with an impedance ρ R corresponding to the value
Figure 00000001
where ε is the dielectric constant of the medium between the conducting disks; R is the radius of the radial line; h is the gap between the conductive disks.

Зазор h между проводящими дисками 1 и 2 может меняться вдоль радиуса R радиальной линии (фиг.5, 6).The gap h between the conductive disks 1 and 2 can vary along the radius R of the radial line (Fig.5, 6).

Изменение зазора h, также как и изменение радиуса R, обеспечивает изменение величины импеданса (волнового сопротивления) ρR вдоль радиуса радиальной линии.Changing the gap h, as well as changing the radius R, provides a change in the value of the impedance (wave impedance) ρ R along the radius of the radial line.

Диэлектрическую проницаемость ε между проводящими дисками 1 и 2 выбирают в диапазоне от 1 до 1000, значение ε также может быть величиной переменной вдоль радиуса R радиальной линии.The dielectric constant ε between the conducting disks 1 and 2 is selected in the range from 1 to 1000, the value of ε can also be a variable value along the radius R of the radial line.

Изменение ε позволяет регулировать импеданс ρR вдоль радиуса радиальной линии и регулировать время прохождения импульса напряжения вдоль радиуса R радиальной линии.Changing ε allows you to adjust the impedance ρ R along the radius of the radial line and to adjust the transit time of the voltage pulse along the radius R of the radial line.

В центре верхнего проводящего диска 1 выполнено отверстие 3 с радиусом r. В этом случае выходом трансформатора являются внутренний периметр отверстия 3 диска 1 и поверхность диска 2, находящаяся под отверстием 3 диска 1.In the center of the upper conductive disk 1, a hole 3 is made with a radius r. In this case, the output of the transformer is the inner perimeter of the hole 3 of the disk 1 and the surface of the disk 2, located under the hole 3 of the disk 1.

И в центре нижнего проводящего диска 2 может быть выполнено отверстие 4 с радиусом r. Периметры отверстий 3 и 4 дисков 1 и 2 являются выходом трансформатора (фиг.1, 2).And in the center of the lower conductive disk 2, a hole 4 with a radius r can be made. The perimeters of the holes 3 and 4 of the disks 1 and 2 are the output of the transformer (figure 1, 2).

В отверстии 3 с радиусом r диска 1 может быть установлен коаксиальный разъем 5 с импедансом ρC (фиг.7).In the hole 3 with a radius r of the disk 1 can be installed coaxial connector 5 with an impedance ρ C (Fig.7).

В этом случае центральный электрод коаксиального разъема 5 подключен к центру диска 2, не имеющего отверстия, а внешний экран коаксиального разъема 5 соединен по периметру с краем отверстия 3 диска 1.In this case, the central electrode of the coaxial connector 5 is connected to the center of the disk 2 without a hole, and the outer screen of the coaxial connector 5 is connected around the perimeter with the edge of the hole 3 of the disk 1.

Для подключения импульсов напряжения к входу трансформатора устройство содержит n электродов подключения 6, равномерно расположенных по внешнему периметру радиальной линии (фиг.1, 3, 4, 7, 8).To connect voltage pulses to the input of the transformer, the device contains n connection electrodes 6, evenly spaced along the outer perimeter of the radial line (Figs. 1, 3, 4, 7, 8).

Электроды подключения 6 могут быть выполнены в виде, например, металлических проводов, при этом ширину каждого электрода обозначим Δх, а расстояние между краями электродов обозначим Δl (фиг.1, 2).The connection electrodes 6 can be made in the form of, for example, metal wires, and the width of each electrode is denoted by Δx, and the distance between the edges of the electrodes is denoted by Δl (Figs. 1, 2).

Электроды подключения 6 могут быть выполнены в виде коаксиальных кабелей, экраны которых присоединены к диску 2, а центральные электроды кабелей присоединены к диску 1. Расстояние между краями электродов также будет Δl (фиг.3).The connection electrodes 6 can be made in the form of coaxial cables, the screens of which are attached to the disk 2, and the central cable electrodes are connected to the disk 1. The distance between the edges of the electrodes will also be Δl (Fig. 3).

Электроды подключения 6 могут быть выполнены в виде полосковых линий с шириной Δх, расстояние между краями соседних полосок будет Δl (фиг.4).The connection electrodes 6 can be made in the form of strip lines with a width Δx, the distance between the edges of adjacent strips will be Δl (figure 4).

Заявляемое устройство может быть выполнено из m раздельных полосковых линий с изменяющимся импедансом, включенных параллельно и образующих радиальную линию, при этом расстояние между соседними полосковыми линиями Δz является величиной переменной или постоянной (фиг.9).The inventive device can be made of m separate strip lines with varying impedance, connected in parallel and forming a radial line, while the distance between adjacent strip lines Δz is a variable or constant (Fig. 9).

Для достижения указанного технического результата значения n, Δl, Δt должны выбираться с учетом следующих условий.To achieve the specified technical result, the values of n, Δl, Δt must be selected taking into account the following conditions.

Число электродов подключения 6 равно значению

Figure 00000007
The number of connection electrodes 6 is equal to
Figure 00000007

Интервал Δl между краями электродов

Figure 00000003
где τ - длительность фронта нарастания входных импульсов напряжения; с - скорость света в вакууме.The interval Δl between the edges of the electrodes
Figure 00000003
where τ is the duration of the rise front of the input voltage pulses; c is the speed of light in vacuum.

Точность синхронизации Δt входных импульсов напряжения Δt<±τ/2, где τ - длительность фронта нарастания входных импульсов напряжения.The synchronization accuracy Δt of the input voltage pulses is Δt <± τ / 2, where τ is the duration of the rise front of the input voltage pulses.

Коэффициент трансформации k импульсного трансформатора на неоднородной линии равен значению:The transformation coefficient k of a pulse transformer on an inhomogeneous line is equal to the value:

Figure 00000004
причем
Figure 00000005
где ρвх - импеданс на входе трансформатора; ρвых - импеданс на выходе трансформатора.
Figure 00000004
moreover
Figure 00000005
where ρ I - impedance at the input of the transformer; ρ o - impedance at the output of the transformer.

Также k одновременно удовлетворяет условиюAlso, k simultaneously satisfies the condition

Figure 00000006
где Т - длительность трансформируемого импульса, с - скорость света в вакууме.
Figure 00000006
where T is the duration of the transformed pulse, c is the speed of light in vacuum.

Для достижения максимального коэффициента полезного действия (далее - КПД) импульсного трансформатора необходимо обеспечивать следующие условия:To achieve the maximum efficiency (hereinafter - the efficiency) of the pulse transformer, it is necessary to provide the following conditions:

1. На вход трансформатора, которым является внешний периметр радиальной линии с длиной окружности 2πR, подают n одинаковых импульсов напряжения по электродам подключения 6, равномерно распределенных вдоль окружности с интервалом Δl между краями соседних электродов. Общий импеданс n электродов подключения 6 ρZ должен быть равен входному импедансу радиальной линии ρR, то есть ρZ=ρR.1. At the input of the transformer, which is the external perimeter of the radial line with a circumference of 2πR, n identical voltage pulses are applied across the connection electrodes 6, uniformly distributed along the circle with an interval Δl between the edges of adjacent electrodes. The total impedance n of the connection electrodes 6 ρ Z must be equal to the input impedance of the radial line ρ R , that is, ρ Z = ρ R.

2. Интервал Δl выбирают с минимально возможным значением, то есть Δl стремится к нулю.2. The interval Δl is chosen with the lowest possible value, that is, Δl tends to zero.

3. Точность синхронизации Δt входных импульсов напряжения должна быть максимальной, то есть Δt стремится к нулю.3. The synchronization accuracy Δt of the input voltage pulses should be maximum, that is, Δt tends to zero.

4. Необходимо обеспечить ρвых=ρразъема=Rнагрузки.4. It is necessary to provide ρ o = ρ connector = R load .

При выполнении этих условий исходный импульс передается на выход трансформатора с минимальными искажениями и с минимальными потерями энергии.When these conditions are met, the initial pulse is transmitted to the transformer output with minimal distortion and with minimal energy loss.

Импульсы напряжения, поступающие на вход радиальной линии, распространяются к центру радиальной линии, при этом амплитуда импульсов напряжения трансформируется согласно изменению импеданса радиальной линии.The voltage pulses arriving at the input of the radial line propagate to the center of the radial line, while the amplitude of the voltage pulses is transformed according to the change in the impedance of the radial line.

Радиальная линия одновременно трансформирует исходные импульсы напряжения и объединяет их на выходе, что позволяет получить трансформатор плоской конструкции, где толщина трансформатора значительно меньше всех других габаритных размеров.The radial line simultaneously transforms the initial voltage pulses and combines them at the output, which makes it possible to obtain a transformer of a flat design, where the thickness of the transformer is much smaller than all other overall dimensions.

Представляем пример конкретного исполнения импульсного трансформатора на неоднородной линии, выполненного на фольгированном стеклотекстолите, диэлектрическая проницаемость стеклотекстолита ε=4.We present an example of a specific embodiment of a pulse transformer on an inhomogeneous line made on foil-coated fiberglass, dielectric constant of fiberglass ε = 4.

Из листа стеклотекстолита толщиной 3 мм, фольгированного медной фольгой с двух сторон, вырезают цилиндр диаметром 30,0 см. Верхний слой фольги является верхним проводящим диском 1, а нижний слой фольги - нижним проводящим диском 2.A cylinder with a diameter of 30.0 cm is cut out of a 3 mm thick fiberglass sheet foil with copper foil on both sides. The upper layer of the foil is the upper conductive disk 1, and the lower layer of the foil is the lower conductive disk 2.

В центре образца выполняют отверстие 3 диаметром 4,0 мм, в котором устанавливают коаксиальный разъем 5 с импедансом 50,0 Ом. Центральный электрод разъема 5 припаивают центру нижнего слоя фольги 2, а экран разъема 5 припаивают по периметру отверстия 3 диска 1. По внешнему периметру дисков 1 и 2 припаивают 100 коаксиальных кабелей 6 с импедансом 50,0 Ом. Кабели 6 присоединяют с интервалом 9,0 мм. Экраны кабелей 6 припаяны к диску 2, а центральные электроды кабелей 6 припаяны к диску 1.In the center of the sample, a hole 3 with a diameter of 4.0 mm is made, in which a coaxial connector 5 with an impedance of 50.0 Ohms is installed. The central electrode of connector 5 is soldered to the center of the lower layer of foil 2, and the screen of connector 5 is soldered around the perimeter of hole 3 of disk 1. Along the outer perimeter of disks 1 and 2, 100 coaxial cables 6 with an impedance of 50.0 Ohms are soldered. Cables 6 are connected at 9.0 mm intervals. The screens of the cables 6 are soldered to the disk 2, and the central electrodes of the cables 6 are soldered to the disk 1.

Суммарный импеданс всех 100 кабелей 6 равен ρкабеля/100=0,5 Ом.The total impedance of all 100 cables 6 is equal to ρ cable / 100 = 0.5 Ohms.

Входной импеданс трансформатора

Figure 00000008
Transformer Input Impedance
Figure 00000008

Таким образом, обеспечено хорошее согласование кабелей подключения 6 с входным импедансом трансформатора.Thus, good coordination of the connection cables 6 with the input impedance of the transformer is ensured.

Величина Δl равняется 8,0 мм.The Δl value is 8.0 mm.

Из формулы

Figure 00000009
определяем, что допустимая минимальная длительность фронта для данного трансформатора
Figure 00000010
From the formula
Figure 00000009
determine that the permissible minimum edge duration for a given transformer
Figure 00000010

Для трансформации использовали импульс напряжения колоколообразной формы с фронтом в 100,0 пс и длительностью 250,0 пс. Длительность фронта отвечает условию минимально допустимого значения 100,0 пс > 27,0 пс.For the transformation, a bell-shaped voltage pulse with a front of 100.0 ps and a duration of 250.0 ps was used. The duration of the front meets the condition of the minimum allowable value of 100.0 ps> 27.0 ps.

Выходной импеданс трансформатора

Figure 00000011
что хорошо согласуется с импедансом выходного разъема 50,0 Ом.Transformer Output Impedance
Figure 00000011
which is in good agreement with the impedance of the 50.0 ohm output connector.

Коэффициент трансформации

Figure 00000012
.Transformation ratio
Figure 00000012
.

Коэффициент трансформации должен соответствовать условию,

Figure 00000013
The transformation ratio must meet the condition
Figure 00000013

Таким образом, коэффициент трансформации k=8<16, что соответствует условию допустимого значения коэффициента трансформации для импульса длительностью 250,0 пс.Thus, the transformation coefficient is k = 8 <16, which corresponds to the condition of an acceptable value of the transformation coefficient for a pulse with a duration of 250.0 ps.

Устройство работает следующим образом.The device operates as follows.

По всем 100 кабелям 6 подают одинаковые импульсы напряжения колоколообразной формы с фронтом 100,0 пс, длительностью 250,0 пс, амплитудой 10,0 В.All 100 cables 6 supply the same voltage pulses of a bell-shaped shape with a front of 100.0 ps, a duration of 250.0 ps, an amplitude of 10.0 V.

Точность синхронизации Δt составила ±10,0 пс, что отвечает условию правильной работы трансформатора Δt<±τ/2=±50,0 пс.The synchronization accuracy Δt was ± 10.0 ps, which corresponds to the condition for the correct operation of the transformer Δt <± τ / 2 = ± 50.0 ps.

На выходе трансформатора был зарегистрирован импульс напряжения амплитудой 75,0 В, фронтом 100,0 пс и длительностью 240,0 пс, коэффициент трансформации составил 7,5 раза, что близко к расчетному значению, равному 8.A voltage pulse with an amplitude of 75.0 V, a front of 100.0 ps and a duration of 240.0 ps was recorded at the output of the transformer, the transformation coefficient was 7.5 times, which is close to the calculated value of 8.

Таким образом, реализован трансформатор на радиальной линии, имеющий вес меньше 1,0 кг, толщину 3,0 мм, при диаметре 300,0 мм, имеющий компактный размер в одном измерении, технологичный в изготовлении.Thus, a transformer is implemented on a radial line, having a weight of less than 1.0 kg, a thickness of 3.0 mm, with a diameter of 300.0 mm, having a compact size in one dimension, technologically advanced to manufacture.

Claims (15)

1. Импульсный трансформатор на неоднородной линии, использующий изменение импеданса неоднородной линии по ее длине, отличающийся тем, что неоднородная линия выполнена радиальной, состоящей из плоских проводящих дисков, верхнего и нижнего, расположенных соосно с зазором h между ними, в который помещен диэлектрик с проницаемостью ε, при этом внешний периметр радиальной линии является входом трансформатора с импедансом ρR со значением
Figure 00000001
где:
ε - диэлектрическая проницаемость среды между проводящими дисками;
R - радиус радиальной линии;
h - зазор между проводящими дисками,
а в центре верхнего проводящего диска выполнено отверстие с радиусом r, внутренний периметр которого является выходом трансформатора, при этом к входу трансформатора равномерно присоединены n электродов подключения с интервалом Δl между краями соседних электродов, причем их количество соответствует значению
Figure 00000002
где:
Δx - ширина электродов подключения,
при этом одновременно значение интервала Δl соответствует условию
Figure 00000003
где:
с - скорость света в вакууме;
τ - длительность фронта нарастания входных импульсов напряжения, а точность синхронизации Δt подачи входных импульсов напряжения соответствует условию Δt<±τ/2, при этом коэффициент трансформации k равен значению
Figure 00000004
причем
Figure 00000005
где
ρвх - импеданс на входе трансформатора;
ρвых - импеданс на входе трансформатора,
и одновременно удовлетворяет условию
Figure 00000006
где:
Т - длительность трансформируемого импульса.1. A pulse transformer on an inhomogeneous line using a change in the impedance of an inhomogeneous line along its length, characterized in that the inhomogeneous line is made radial, consisting of flat conductive disks, upper and lower, located coaxially with a gap h between them, in which a dielectric with permeability is placed ε, while the outer perimeter of the radial line is the input of the transformer with an impedance ρ R with the value
Figure 00000001
Where:
ε is the dielectric constant of the medium between the conducting disks;
R is the radius of the radial line;
h is the gap between the conductive disks,
and a hole with a radius r is made in the center of the upper conducting disk, the inner perimeter of which is the transformer output, while n connection electrodes with an interval Δl between the edges of adjacent electrodes are evenly connected to the transformer input, and their number corresponds to the value
Figure 00000002
Where:
Δx is the width of the connection electrodes,
at the same time, the value of the interval Δl corresponds to the condition
Figure 00000003
Where:
c is the speed of light in vacuum;
τ is the duration of the rise front of the input voltage pulses, and the synchronization accuracy Δt of the input voltage pulses corresponds to the condition Δt <± τ / 2, while the transformation coefficient k is equal to
Figure 00000004
moreover
Figure 00000005
Where
ρ I - impedance at the input of the transformer;
ρ o - impedance at the input of the transformer,
and at the same time satisfies the condition
Figure 00000006
Where:
T is the duration of the transformed pulse. 2. Импульсный трансформатор на неоднородной линии по п. 1, отличающийся тем, что зазор h является величиной постоянной вдоль радиуса R радиальной линии.2. A pulse transformer on an inhomogeneous line according to claim 1, characterized in that the gap h is a constant along the radius R of the radial line. 3. Импульсный трансформатор на неоднородной линии по п. 1, отличающийся тем, что зазор h является величиной переменной вдоль радиуса R радиальной линии.3. A pulse transformer on an inhomogeneous line according to claim 1, characterized in that the gap h is a variable value along the radius R of the radial line. 4. Импульсный трансформатор на неоднородной линии по п. 1, отличающийся тем, что значение диэлектрической проницаемости среды ε является величиной постоянной вдоль радиуса R радиальной линии и находится в диапазоне от 1 до 1000.4. The pulse transformer on an inhomogeneous line according to claim 1, characterized in that the dielectric constant ε of the medium is constant along the radius R of the radial line and is in the range from 1 to 1000. 5. Импульсный трансформатор на неоднородной линии по п. 1, отличающийся тем, что значение диэлектрической проницаемости среды ε является величиной переменной вдоль радиуса R радиальной линии.5. A pulse transformer on an inhomogeneous line according to claim 1, characterized in that the dielectric constant ε of the medium is a variable value along the radius R of the radial line. 6. Импульсный трансформатор на неоднородной линии по п. 1, отличающийся тем, что в отверстии верхней проводящей поверхности установлен коаксиальный разъем с импедансом ρС для снятия выходного импульса напряжения.6. A pulse transformer on an inhomogeneous line according to claim 1, characterized in that a coaxial connector with an impedance ρ C is installed in the hole of the upper conductive surface to remove the output voltage pulse. 7. Импульсный трансформатор на неоднородной линии по п. 6, отличающийся тем, что центральный электрод коаксиального разъема подключен к центру нижнего проводящего диска, а его внешний экран соединен по периметру с краем отверстия верхнего проводящего диска.7. The pulse transformer on a non-uniform line according to claim 6, characterized in that the central electrode of the coaxial connector is connected to the center of the lower conductive disk, and its external screen is connected around the perimeter with the edge of the hole of the upper conductive disk. 8. Импульсный трансформатор на неоднородной линии по п. 1, отличающийся тем, что в центре нижнего проводящего диска также выполнено отверстие с радиусом r.8. A pulse transformer on an inhomogeneous line according to claim 1, characterized in that a hole with a radius r is also made in the center of the lower conductive disk. 9. Импульсный трансформатор на неоднородной линии по п. 1, отличающийся тем, что электроды подключения выполнены в виде металлических проводов.9. A pulse transformer on an inhomogeneous line according to claim 1, characterized in that the connection electrodes are made in the form of metal wires. 10. Импульсный трансформатор на неоднородной линии по п. 1, отличающийся тем, что электроды подключения выполнены в виде коаксиальных кабелей.10. A pulse transformer on an inhomogeneous line according to claim 1, characterized in that the connection electrodes are made in the form of coaxial cables. 11. Импульсный трансформатор на неоднородной линии по п. 10, отличающийся тем, что экраны коаксиальных кабелей присоединены к нижнему проводящему диску, а центральные электроды присоединены к верхнему проводящему диску.11. The pulse transformer on a non-uniform line according to claim 10, characterized in that the screens of the coaxial cables are connected to the lower conductive disk and the central electrodes are connected to the upper conductive disk. 12. Импульсный трансформатор на неоднородной линии по п. 1, отличающийся тем, что электроды подключения выполнены в виде полосковых линий.12. A pulse transformer on an inhomogeneous line according to claim 1, characterized in that the connection electrodes are made in the form of strip lines. 13. Импульсный трансформатор на неоднородной линии по п. 1, отличающийся тем, что содержит m раздельных полосковых линий с изменяющимся импедансом, включенных параллельно и образующих радиальную линию.13. A pulse transformer on an inhomogeneous line according to claim 1, characterized in that it contains m separate strip lines with varying impedance, connected in parallel and forming a radial line. 14. Импульсный трансформатор на неоднородной линии по п. 13, отличающийся тем, что расстояние между соседними полосковыми линиями является величиной переменной.14. A pulse transformer on an inhomogeneous line according to claim 13, characterized in that the distance between adjacent strip lines is a variable value. 15. Импульсный трансформатор на неоднородной линии по п. 13, отличающийся тем, что расстояние между соседними полосковыми линиями является величиной постоянной. 15. A pulse transformer on an inhomogeneous line according to claim 13, characterized in that the distance between adjacent strip lines is a constant value.
RU2013147936/07A 2013-10-29 2013-10-29 Pulse transformer at inhomogeneous line RU2542755C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2013147936/07A RU2542755C1 (en) 2013-10-29 2013-10-29 Pulse transformer at inhomogeneous line

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2013147936/07A RU2542755C1 (en) 2013-10-29 2013-10-29 Pulse transformer at inhomogeneous line

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2542755C1 true RU2542755C1 (en) 2015-02-27

Family

ID=53289969

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2013147936/07A RU2542755C1 (en) 2013-10-29 2013-10-29 Pulse transformer at inhomogeneous line

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2542755C1 (en)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2642805C1 (en) * 2016-12-29 2018-01-26 Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт электрофизики Уральского отделения Российской академии наук Radial-distributed pulse summator

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4103262A (en) * 1976-10-07 1978-07-25 Rca Corporation Dual channel transmission of microwave power through an interface of relative rotation
US4163955A (en) * 1978-01-16 1979-08-07 International Telephone And Telegraph Corporation Cylindrical mode power divider/combiner with isolation
SU1171881A1 (en) * 1983-04-15 1985-08-07 Предприятие П/Я Х-5734 Multichannel power divider
US5142253A (en) * 1990-05-02 1992-08-25 Raytheon Company Spatial field power combiner having offset coaxial to planar transmission line transitions
RU2109373C1 (en) * 1993-04-08 1998-04-20 Российский научный центр "Курчатовский институт" Shf power divider-summer
RU2149485C1 (en) * 1999-03-24 2000-05-20 Государственное унитарное предприятие Всероссийский научно-исследовательский институт оптико-физических измерений Coaxial pulse transformer on heterogeneous line

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4103262A (en) * 1976-10-07 1978-07-25 Rca Corporation Dual channel transmission of microwave power through an interface of relative rotation
US4163955A (en) * 1978-01-16 1979-08-07 International Telephone And Telegraph Corporation Cylindrical mode power divider/combiner with isolation
SU1171881A1 (en) * 1983-04-15 1985-08-07 Предприятие П/Я Х-5734 Multichannel power divider
US5142253A (en) * 1990-05-02 1992-08-25 Raytheon Company Spatial field power combiner having offset coaxial to planar transmission line transitions
RU2109373C1 (en) * 1993-04-08 1998-04-20 Российский научный центр "Курчатовский институт" Shf power divider-summer
RU2149485C1 (en) * 1999-03-24 2000-05-20 Государственное унитарное предприятие Всероссийский научно-исследовательский институт оптико-физических измерений Coaxial pulse transformer on heterogeneous line

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2642805C1 (en) * 2016-12-29 2018-01-26 Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт электрофизики Уральского отделения Российской академии наук Radial-distributed pulse summator

Similar Documents

Publication Publication Date Title
RU2556438C1 (en) Non-jamming delay line
RU2606709C1 (en) Meander delay line with face connection, which protects from ultrashort pulses
RU2542755C1 (en) Pulse transformer at inhomogeneous line
US2171219A (en) High frequency condenser
EP3203633A3 (en) Multiresonator non-adjacent coupling
US8760237B2 (en) High-voltage wideband pulse load
US8598813B2 (en) High voltage RF opto-electric multiplier for charge particle accelerations
CN104459276A (en) Rogowski coil for measuring nanosecond pulse current
RU2656834C2 (en) Improved delay line, protecting against short-term pulses with the increased duration
CN106405186B (en) Dual-purpose voltage divider based on standard capacitor
CN104051070A (en) Large-current conveying bus
RU2600098C1 (en) Meander delay line of two coils, which protects from ultrashort pulses
Voeten Matching high voltage pulsed power technologies
RU2382488C1 (en) Device for generating subnanosecond pulses
CN204694784U (en) Pressure wave method model cable space charge test macro
RU2597940C1 (en) Delay line protecting from ultrashort pulses
RU2642805C1 (en) Radial-distributed pulse summator
CN203747767U (en) Annular solid-state pulse forming line
CN207474751U (en) A kind of no-welding high performance radio frequeney connector
RU131904U1 (en) DOUBLE-LINE TRANSFORMER
CN207338045U (en) A kind of resistance unit structure of shielding
RU2649652C1 (en) Capacitor voltage divider
RU2606776C1 (en) Meander delay line of two coils with different separations protecting from ultrashort pulses
RU2747104C1 (en) Method for routing conductors of modal filter with circular section
CN114843010B (en) Laminated winding Blumlein wire based on combined insulation energy storage