RU2751542C1 - Gas-discharge generator of high-frequency pulses - Google Patents
Gas-discharge generator of high-frequency pulses Download PDFInfo
- Publication number
- RU2751542C1 RU2751542C1 RU2020136619A RU2020136619A RU2751542C1 RU 2751542 C1 RU2751542 C1 RU 2751542C1 RU 2020136619 A RU2020136619 A RU 2020136619A RU 2020136619 A RU2020136619 A RU 2020136619A RU 2751542 C1 RU2751542 C1 RU 2751542C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- gas
- discharge chamber
- discharge
- frequency
- working space
- Prior art date
Links
Images
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
- H01J17/00—Gas-filled discharge tubes with solid cathode
- H01J17/38—Cold-cathode tubes
Abstract
Description
Изобретение относится к высокочастотной технике и может быть использовано при создании генераторов высокочастотного (ВЧ) излучения.The invention relates to high-frequency technology and can be used to create generators of high-frequency (HF) radiation.
Газовый разряд с полым катодом [Москалев Б.И., Разряд с полым катодом, - М.: Энергия, 1969] имеет следующую особенность - при определенных условиях (то есть при определенных геометрических параметрах полости, при значениях давления разрядного газа, лежащих в определенном диапазоне, и при величинах плотности тока разряда, превышающих некоторое пороговое значение) в процессе его развития происходит ВЧ-модуляция разрядного напряжения [ArbelD., Bar-LevZ., FelsteinerJ., RosenbergA., SlutskerYa.Z. "Collisionless Instability of the Cathode Sheath in a Hollow-Cathode Discharge", Physical Review Letters. 1993. V.71. №18. P. 2919], при этом амплитуда ВЧ-модуляций может достигать 100% от величины напряжения разряда. Данное явление авторы объясняют тем, что при указанных условиях в силу некоторых причин газоразрядная цепь функционирует как электрический колебательный контур с собственной ВЧ-частотой колебаний ƒк, определяемой эффективными значениями индуктивности Lк и емкости Ск колебательного контура согласно следующей зависимости: ƒк ~ (Lк⋅Ск)-1/2.A gas discharge with a hollow cathode [Moskalev B.I., A discharge with a hollow cathode, - M .: Energiya, 1969] has the following feature - under certain conditions (that is, under certain geometric parameters of the cavity, at values of the discharge gas pressure lying in a certain range, and at values of the discharge current density exceeding a certain threshold value) in the process of its development occurs HF modulation of the discharge voltage [ArbelD., Bar-LevZ., FelsteinerJ., RosenbergA., SlutskerYa.Z. "Collisionless Instability of the Cathode Sheath in a Hollow-Cathode Discharge", Physical Review Letters. 1993. V.71. No. 18. P. 2919], while the amplitude of HF modulations can reach 100% of the discharge voltage. The authors explain this phenomenon by the fact that under these conditions, for some reason, the gas-discharge circuit functions as an electric oscillatory circuit with its own high-frequency oscillation frequency ƒ k , determined by the effective values of the inductance L k and capacitance C k of the oscillating circuit according to the following relationship: ƒ k ~ ( L to ⋅C k ) -1/2 .
Известны газоразрядные генераторы ВЧ-импульсов на основе разряда с полым катодом, аналогичные заявляемому генератору [Булычев С.В., Вялых Д.В., Дубинов А.Е. и др. "Результаты исследований генераторов мощных ВЧ-импульсов на основе разряда с полым катодом", Физика плазмы. 2009, т. 35, №11, с. 1019; Патент РФ 134697, опубл. 20.11.2013, бюл. №32, Вялых Д.В., Дубинов А.Е., Жданов B.C. и др., «Генератор высокочастотного излучения на основе разряда с полым катодом»], содержащие газоразрядную камеру, систему создания газовой среды, источник питания и блок электрической нагрузки, содержащий электрическое сопротивление. Газоразрядная камера состоит из полого катода и изолированного от него анода, задающих рабочее пространство камеры (включающее в себя катодную полость, межэлектродиый промежуток и прианодное пространство). Электроды камеры подключены к источнику питания, электрическая нагрузка включена между электродами. С помощью системы создания газовой среды рабочее пространство заполняется рабочим газом при определенном уровне давления. При подаче с источника питания на электроды газоразрядной камеры импульса высокого напряжения в рабочем пространстве газоразрядной камеры инициируется импульсный газовый разряд с полым катодом. Происходит высокочастотная модуляция напряжения разряда (напряжения между электродами), и на электрическом сопротивлении блока нагрузки возникает импульс ВЧ-колебаний напряжения.Known gas-discharge generators of high-frequency pulses based on a discharge with a hollow cathode, similar to the claimed generator [Bulychev SV, Vyalykh DV, Dubinov A.E. et al. "Research results of high-power RF-pulse generators based on a hollow cathode discharge", Plasma Physics. 2009, vol. 35, no. 11, p. 1019; RF patent 134697, publ. 20.11.2013, bul. No. 32, Vyalykh DV, Dubinov AE, Zhdanov B.C. and others, "Generator of high-frequency radiation based on a discharge with a hollow cathode"], containing a gas-discharge chamber, a system for creating a gaseous medium, a power source and an electrical load unit containing electrical resistance. The gas-discharge chamber consists of a hollow cathode and an anode isolated from it, which define the working space of the chamber (including the cathode cavity, the interelectrode gap, and the anode space). The chamber electrodes are connected to a power source, an electrical load is connected between the electrodes. With the help of the system for creating a gaseous medium, the working space is filled with working gas at a certain pressure level. When a high voltage pulse is supplied from a power source to the electrodes of the gas discharge chamber, a pulsed gas discharge with a hollow cathode is initiated in the working space of the gas discharge chamber. High-frequency modulation of the discharge voltage (voltage between the electrodes) occurs, and a pulse of high-frequency voltage oscillations arises at the electrical resistance of the load unit.
При использовании генераторов данного типа в импульсно-периодических режимах с достаточно высокими частотами следования импульсов (сотни Гц и выше) и при долговременных включениях (десятки секунд и больше) в разрядной электрической цепи выделяется весьма существенное количество тепловой энергии. Тепловая нагрузка на камеру (зафиксированы случаи нагрева на сотни градусов °С) может оказывать значительное влияние на техническое состояние как собственно камеры, так и ВЧ-генератора в целом. Такие факторы, как отравление газовой среды в камере вследствие интенсивного газовыделения из разогретых элементов камеры, обгорание рабочих поверхностей электродов могут привести к ухудшению характеристик генерации и даже стать причиной функционального сбоя устройства.When using generators of this type in pulse-periodic modes with sufficiently high pulse repetition rates (hundreds of Hz and above) and with long-term switching on (tens of seconds or more), a very significant amount of thermal energy is released in the discharge electric circuit. The thermal load on the chamber (cases of heating by hundreds of degrees C are recorded) can have a significant effect on the technical condition of both the chamber itself and the RF generator as a whole. Factors such as poisoning of the gas environment in the chamber due to intense gas release from the heated elements of the chamber, burning of the working surfaces of the electrodes can lead to a deterioration in the generation characteristics and even cause a functional failure of the device.
Прототипом заявляемого устройства является ВЧ-генератор на основе разряда с полым катодом [С.В. Булычев, А.Е. Дубинов, Д.В. Вялых и др., Импульсно-периодический генератор на основе разряда с полым катодом и антенная система для излучения мощных радиоимпульсов, ПТЭ, 2011, №5, с. 106-110]. Генератор содержит газоразрядную камеру, образованную двумя электродами - полым катодом и изолированным от него анодом, задающими рабочее пространство газоразрядной камеры, а также источник питания, блок электрической нагрузки и систему создания газовой среды, причем полый катод подключен к высоковольтной шине источника питания, анод подключен к нулевой шине, между электродами включен блок электрической нагрузки, при этом блок электрической нагрузки соединен с катодом через разделительный конденсатор и с анодом посредством обратного токопровода.The prototype of the claimed device is an RF generator based on a hollow cathode discharge [S.V. Bulychev, A.E. Dubinov, D.V. Vyalykh et al., Pulse-periodic generator based on a discharge with a hollow cathode and an antenna system for emitting powerful radio pulses, PTE, 2011, No. 5, p. 106-110]. The generator contains a gas-discharge chamber formed by two electrodes - a hollow cathode and an anode isolated from it, which set the working space of the gas-discharge chamber, as well as a power source, an electrical load unit and a system for creating a gaseous medium, and the hollow cathode is connected to the high-voltage bus of the power source, the anode is connected to the zero bus, an electrical load unit is connected between the electrodes, while the electrical load unit is connected to the cathode through a blocking capacitor and to the anode through a return current lead.
Система создания газовой среды заполняет рабочее пространство камеры (включающее в себя катодную полость, межэлектродный промежуток и прианодное пространство) рабочим газом, давление газа соответствует уровню, требуемому для реализации ВЧ-модуляций разрядного напряжения при зажигании разряда в промежутке между катодом и анодом.The system for creating a gaseous medium fills the working space of the chamber (including the cathode cavity, the interelectrode gap, and the anode space) with the working gas; the gas pressure corresponds to the level required for the implementation of RF modulations of the discharge voltage when the discharge is ignited in the gap between the cathode and the anode.
При подаче на электроды камеры импульса высокого напряжения от источника питания в промежутке между полым катодом и анодом инициируется газовый разряд с полым катодом.When a high voltage pulse is applied to the chamber electrodes from a power source, a gas discharge with a hollow cathode is initiated in the gap between the hollow cathode and the anode.
При инициации в газоразрядной камере сильноточного газового разряда электрическая цепь, включающая в себя токоведущие части газоразрядной камеры, разделительный конденсатор, блок электрической нагрузки и обратный токопровод, выполняет функцию электрического колебательного контура, обладающего собственной емкостью, определяемой главным образом емкостью рабочего пространства газоразрядной камеры, и собственной индуктивностью, определяемой собственными индуктивностями составляющих контур элементов.When a high-current gas discharge is initiated in the gas-discharge chamber, the electric circuit, which includes the current-carrying parts of the gas-discharge chamber, a separating capacitor, an electrical load unit and a return conductor, performs the function of an electric oscillatory circuit with its own capacity, which is mainly determined by the capacity of the working space of the gas-discharge chamber, and its own inductance, determined by the intrinsic inductances of the elements that make up the circuit.
В результате возбуждения в контуре ВЧ-колебаний в блоке нагрузки формируется ВЧ-импульс напряжения, являющийся источником ВЧ-энергии.As a result of excitation in the HF oscillation circuit in the load unit, an HF voltage pulse is formed, which is a source of HF energy.
В конкретном исполнении генератора-прототипа обратный токопровод представляет полую оболочку, внутри которой расположены токоведущая часть газоразрядной камеры и разделительный конденсатор. Подобное исполнение обратного токопровода позволяет существенно уменьшить паразитное рассеяние ВЧ-энергии, передаваемой в блок нагрузки (идея данного технического решения обоснована в [Патенте РФ 2335032, опубл. 27.09.2008, бюл. №27, Булычев С.В., Вялых Д.В., Дубинов А.Е. и др., «Высокочастотный генератор на основе разряда с полым катодом»]).In a specific embodiment of the prototype generator, the return current lead is a hollow shell, inside which the current-carrying part of the gas-discharge chamber and the separating capacitor are located. A similar design of the return conductor allows you to significantly reduce the parasitic scattering of HF energy transmitted to the load unit (the idea of this technical solution is substantiated in [RF Patent 2335032, publ. 09/27/2008, bulletin No. 27, Bulychev S.V., Vyalykh D.V. ., Dubinov AE et al., "High-frequency generator based on a discharge with a hollow cathode"]).
Недостатком данного газоразрядного генератора является сильно ограниченный срок его стабильного функционирования при эксплуатации в интенсивных (свыше 1000 Гц) импульсно-периодических режимах. Ограничение вызвано значительной тепловой нагрузкой на элементы генератора, в первую очередь на газоразрядную камеру. Спустя довольно непродолжительное время работы устройства в интенсивном режиме мощность и длительность ВЧ-импульсов понижаются вследствие изменения формы газового разряда из-за обгорания рабочих поверхностей электродов камеры и отравления разрядной газовой среды газами, выделяемыми из подвергшихся тепловому воздействию и обгоранию элементов камеры.The disadvantage of this gas-discharge generator is the very limited period of its stable operation when operating in intense (over 1000 Hz) pulse-periodic modes. The limitation is caused by a significant thermal load on the generator elements, primarily on the gas-discharge chamber. After a rather short time of operation of the device in an intensive mode, the power and duration of the HF pulses decrease due to a change in the shape of the gas discharge due to the burning of the working surfaces of the chamber electrodes and poisoning of the discharge gaseous medium by gases released from the elements of the chamber exposed to heat and burning.
Снизить тепловую нагрузку на газоразрядную камеру и, тем самым, интенсивность нагревания элементов камеры и обгорания их поверхностей, подвергаемых воздействию разрядной плазмы, можно за счет увеличения геометрических размеров рабочего пространства газоразрядной камеры, в котором происходят акты горения разрядов. Во-первых, для увеличения рабочего пространства камеры потребуется увеличение габаритов электродов камеры, следовательно, и массы камеры. Таким образом, при неизменном количестве тепловой энергии, рассеиваемой в газоразрядной цепи, степень нагрева камеры снизится. Во-вторых, при увеличении геометрических размеров рабочего пространства камеры увеличится площадь рабочих поверхностей электродов, следовательно, понизится плотность разрядного тока, а значит, уменьшится интенсивность обгорания рабочих поверхностей электродов и поверхности межэлектродного изолятора (разумеется, уменьшать плотность газоразрядного тока возможно в допустимых пределах, не выходя за границы условий возникновения ВЧ-модуляций разрядного напряжения).It is possible to reduce the thermal load on the gas-discharge chamber and, thereby, the intensity of heating of the chamber elements and the burning of their surfaces exposed to the discharge plasma, by increasing the geometric dimensions of the working space of the gas-discharge chamber, in which acts of combustion of discharges take place. First, to increase the working space of the chamber, it will be necessary to increase the dimensions of the chamber electrodes, and hence the chamber mass. Thus, with a constant amount of thermal energy dissipated in the gas-discharge circuit, the degree of heating of the chamber will decrease. Secondly, with an increase in the geometric dimensions of the working space of the chamber, the area of the working surfaces of the electrodes will increase, therefore, the density of the discharge current will decrease, which means that the intensity of burning of the working surfaces of the electrodes and the surface of the interelectrode insulator will decrease (of course, it is possible to reduce the density of the gas-discharge current within acceptable limits, not going beyond the limits of the conditions for the occurrence of HF modulations of the discharge voltage).
Однако, согласно установленным авторами закономерностям функционирования ВЧ-генераторов на основе разряда с полым катодом (см. [Булычев С.В., Вялых Д.В., Дубинов А.Е. и др. "Результаты исследований генераторов мощных ВЧ-импульсов на основе разряда с полым катодом", Физика плазмы. 2009, т. 35, №11, с. 1019]), при увеличении размеров рабочего пространства газоразрядной камеры (и, соответственно, камеры в целом) уменьшается несущая частота ВЧ-импульсов, так как собственные индуктивность и емкость колебательного контура при этом возрастают.However, according to the regularities established by the authors of the functioning of RF generators based on a discharge with a hollow cathode (see [Bulychev SV, Vyalykh DV, Dubinov AE et al. " discharge with a hollow cathode ", Plasma Physics. 2009, vol. 35, No. 11, p. 1019]), with an increase in the size of the working space of the gas-discharge chamber (and, accordingly, the chamber as a whole), the carrier frequency of the RF-pulses decreases, since the inductance and capacitance of the oscillating circuit increase in this case.
Технической проблемой изобретения является создание газоразрядного генератора высокочастотных импульсов, менее, по сравнению с устройством-прототипом, подверженного воздействию тепловой нагрузки, при неизменной величине несущей частоты генерации.The technical problem of the invention is the creation of a gas-discharge generator of high-frequency pulses, less, in comparison with the prototype device, exposed to a thermal load, with a constant value of the carrier frequency of generation.
Технический результат изобретения заключается в понижении тепловой нагрузки на газоразрядный генератор высокочастотных импульсов в интенсивных импульсно-периодических режимах эксплуатации за счет увеличения массово-габаритных характеристик газоразрядной камеры, входящей в состав прибора, при неизменной величине несущей частоты генерации.The technical result of the invention consists in lowering the thermal load on the gas-discharge generator of high-frequency pulses in intense repetitively pulsed modes of operation by increasing the mass-dimensional characteristics of the gas-discharge chamber, which is a part of the device, at a constant value of the carrier frequency of generation.
Требуемый технический результат достижим за счет того, что в отличие от известного газоразрядного генератора высокочастотных импульсов, содержащего газоразрядную камеру, образованную двумя электродами - полым катодом и изолированным от него анодом, задающими рабочее пространство газоразрядной камеры, а также источник питания, блок электрической нагрузки и систему создания газовой среды, причем полый катод подключен к высоковольтной шине источника питания, анод подключен к нулевой шине, между электродами включен блок электрической нагрузки, при этом блок электрической нагрузки соединен с катодом через разделительный конденсатор и с анодом посредством обратного токопровода, причем организованная при этом электрическая цепь, включающая в себя токоведущие части газоразрядной камеры, разделительный конденсатор, блок электрической нагрузки и обратный токопровод, выполняет при инициации в газоразрядной камере сильноточного газового разряда функцию электрического колебательного контура, обладающего собственной емкостью, определяемой главным образом емкостью рабочего пространства газоразрядной камеры, и собственной индуктивностью, определяемой собственными индуктивностями составляющих контур элементов, в предложенном генераторе геометрические параметры газоразрядной камеры выбраны из условия увеличения ее рабочего пространства, причем возрастание за счет этого емкости рабочего пространства газоразрядной камеры и собственной индуктивности токоведущих частей газоразрядной камеры скомпенсировано снижением совокупной индуктивности остальных элементов колебательного контура, так что собственная частота колебаний контура сохраняется.The required technical result is achievable due to the fact that, in contrast to the known gas-discharge generator of high-frequency pulses, containing a gas-discharge chamber formed by two electrodes - a hollow cathode and an anode isolated from it, which set the working space of the gas-discharge chamber, as well as a power source, an electrical load unit and a system creating a gaseous environment, and the hollow cathode is connected to the high-voltage bus of the power source, the anode is connected to the zero bus, an electrical load unit is connected between the electrodes, while the electrical load unit is connected to the cathode through a decoupling capacitor and to the anode through a return current lead, and the electrical the circuit, which includes the current-carrying parts of the gas discharge chamber, the separating capacitor, the electric load unit and the return current conductor, performs the function of an electric oscillatory circuit when a high-current gas discharge is initiated in the gas discharge chamber, having with its own capacity, determined mainly by the capacity of the working space of the gas-discharge chamber, and its own inductance, determined by the intrinsic inductances of the elements constituting the circuit, in the proposed generator the geometric parameters of the gas-discharge chamber are selected from the condition of increasing its working space, and due to this the increase in the capacity of the working space of the gas-discharge chamber and the self-inductance of the current-carrying parts of the gas-discharge chamber is compensated for by a decrease in the total inductance of the remaining elements of the oscillatory circuit, so that the natural frequency of the oscillations of the circuit is preserved.
В частном случае снижение совокупной индуктивности остальных элементов колебательного контура помимо токоведущих частей газоразрядной камеры обеспечено за счет использования разделительного конденсатора, обладающего малой собственной индуктивностью.In a particular case, a decrease in the total inductance of the remaining elements of the oscillatory circuit, in addition to the current-carrying parts of the gas-discharge chamber, is ensured by using a separating capacitor with a low intrinsic inductance.
Собственная индуктивность колебательного контура, формируемого при инициировании разряда в газоразрядной камере, складывается из индуктивности токоведущих частей газоразрядной камеры и совокупной индуктивности остальных элементов колебательного контура: Lк=Lкам+Lост. Основной вклад в значение собственной емкости колебательного контура вносит величина емкости рабочего пространства газоразрядной камеры Ск≈Скам. Таким образом, Lк⋅Ск=(Lкам+Lост)⋅Скам. Собственная частота колебательного контура, определяемая зависимостью ƒк ~ (Lк⋅Ск)-1/2, останется неизменной, если не изменится величина произведения емкости контура на индуктивность контура Lк⋅Ск. Этого можно добиться, если при увеличении величин Lкам и Скам уменьшить соответственно величину Lост.The intrinsic inductance of the oscillating circuit formed when the discharge is initiated in the gas-discharge chamber consists of the inductance of the current-carrying parts of the gas-discharge chamber and the total inductance of the remaining elements of the oscillatory circuit: L k = L cam + L rest . The main contribution to the value of self-capacitance value of the oscillation circuit makes the workspace capacitance C of the gas discharge chamber ≈S cam. Thus, L to ⋅S to = (L + L Cams ost) ⋅S cam. The natural frequency of the oscillatory circuit, determined by the dependence ƒ to ~ (L to ⋅C to ) -1/2 , will remain unchanged if the value of the product of the capacitance of the circuit and the inductance of the circuit L to ⋅C to does not change. This can be achieved if, with an increase in the values of L kam and C kam, the value of L rest is reduced, respectively.
Иными словами, при увеличении геометрических параметров рабочего пространства газоразрядной камеры добиться сохранения величины частоты осцилляций, возбуждаемых в электрическом колебательном контуре, можно, скомпенсировав увеличение емкости и индуктивности контура, имеющее место в результате увеличения габаритов газоразрядной камеры, уменьшением совокупной индуктивности остальных элементов, входящих в состав колебательного контура (уменьшением собственной индуктивности либо всех, либо некоторых, либо хотя бы одного из остальных элементов колебательного контура помимо токоведущих частей газоразрядной камеры).In other words, with an increase in the geometric parameters of the working space of the gas-discharge chamber, it is possible to maintain the value of the frequency of oscillations excited in the electric oscillatory circuit by compensating for the increase in the capacitance and inductance of the circuit, which occurs as a result of the increase in the dimensions of the gas-discharge chamber, by reducing the total inductance of the other elements that make up of the oscillating circuit (by reducing the intrinsic inductance of either all, or some, or at least one of the other elements of the oscillatory circuit, in addition to the current-carrying parts of the gas-discharge chamber).
Добиться же уменьшения совокупной остальных элементов колебательного контура помимо токоведущих частей газоразрядной камеры можно, воспользовавшись техническим решением, изложенным в [Патенте РФ 164 563, Генератор высокочастотного излучения на основе разряда с полым катодом, Вялых Д.В., Жданов B.C., Львов И.Л. и др.] - предусмотрев в качестве разделительного конденсатора вместо дискового конденсатора с аксиальными выводами (применяемого в устройстве-прототипе) использование дискового конденсатора безвыводной конструкции, обладающего низкой собственной индуктивностью.It is possible to achieve a reduction in the total remaining elements of the oscillatory circuit in addition to the current-carrying parts of the gas-discharge chamber by using the technical solution set forth in [RF Patent 164 563, High-frequency radiation generator based on a hollow cathode discharge, Vyalykh DV, Zhdanov VS, Lvov I.L. ... and others] - providing as a decoupling capacitor instead of a disk capacitor with axial leads (used in the prototype device) the use of a leadless disk capacitor with a low intrinsic inductance.
Пример газоразрядного генератора высокочастотных импульсов, выполненного согласно данному техническому решению, показан на чертеже.An example of a gas-discharge high-frequency pulse generator made according to this technical solution is shown in the drawing.
Газоразрядный генератор высокочастотных импульсов, содержащий газоразрядную камеру, образованную двумя электродами - полым катодом (1) и изолированным от него, посредством изолятора (3), анодом (2), задающими рабочее пространство газоразрядной камеры, а также источник питания (4), блок электрической нагрузки (5) и систему создания газовой среды (6). Полый катод (1) подключен к высоковольтной шине источника питания (4), анод (2) подключен к нулевой шине. Блок электрической нагрузки (5) включен между электродами (1) и (2), при этом с катодом (1) он соединен через разделительный конденсатор (7), а с анодом (2) - посредством обратного токопровода (8).Gas-discharge generator of high-frequency pulses, containing a gas-discharge chamber formed by two electrodes - a hollow cathode (1) and isolated from it, by means of an insulator (3), an anode (2), setting the working space of the gas-discharge chamber, as well as a power source (4), an electrical unit load (5) and the system for creating a gaseous environment (6). The hollow cathode (1) is connected to the high-voltage bus of the power supply (4), the anode (2) is connected to the zero bus. The electrical load unit (5) is connected between the electrodes (1) and (2), while it is connected to the cathode (1) through a separating capacitor (7), and to the anode (2) through a return current lead (8).
При инициации в газоразрядной камере сильноточного газового разряда электрическая цепь, включающая в себя токоведущие части газоразрядной камеры (то есть полый катод (1), рабочее пространство газоразрядной камеры и частично анод (2)), разделительный конденсатор (7), блок электрической нагрузки (5) и обратный токопровод (8), выполняет функцию электрического колебательного контура.When a high-current gas discharge is initiated in the gas-discharge chamber, an electrical circuit including the current-carrying parts of the gas discharge chamber (i.e., the hollow cathode (1), the working space of the gas discharge chamber and partly the anode (2)), the separating capacitor (7), the electric load unit (5 ) and a return conductor (8), performs the function of an electric oscillatory circuit.
В качестве разделительного конденсатора используется низкоиндуктивный дисковый конденсатор безвыводной конструкции (марки TDK GA14), взамен используемого в устройстве-прототипе дискового конденсатора с аксиальными выводами (марки КВИ-3 10 кВ 3300 пФ).A low-inductive disc capacitor of a leadless design (TDK GA14 brand) is used as a decoupling capacitor, instead of the disc capacitor with axial leads used in the prototype device (KVI-3 10 kV 3300 pF brand).
Генератор-прототип, формирующий ВЧ-импульсы на частоте 120 МГц, имеет следующие габаритные характеристики газоразрядной камеры: диаметр катодной полости 25 мм, глубина 50 мм, совокупная длина токоведущих частей камеры 70 мм. У генератора, выполненного согласно патентуемому техническому решению, габаритные характеристики увеличены: диаметр катодной полости 44 мм, глубина 66 мм, совокупная длина токоведущих частей камеры 90 мм.The prototype generator, which generates high-frequency pulses at a frequency of 120 MHz, has the following overall characteristics of the gas-discharge chamber: the diameter of the cathode cavity is 25 mm, the depth is 50 mm, and the total length of the current-carrying parts of the chamber is 70 mm. The generator, made according to the patented technical solution, has increased overall characteristics: the diameter of the cathode cavity is 44 mm, the depth is 66 mm, and the total length of the current-carrying parts of the chamber is 90 mm.
Расчет увеличенных геометрических характеристик газоразрядной камеры из условий сохранения собственной частоты колебаний контура при уменьшении собственной индуктивности разделительного конденсатора выполнен авторами на основе методик расчета величин индуктивности и емкости различных электрических структур, приведенных в [Калантаров П.Л., Цейтлин Л.А. Расчет индуктивностей: Справочная книга. Л.: Энергоатомиздат, 1986, 488 с.; Бессонов Л.А. Теоретические основы электротехники. М: Высшая школа, 1964, 750 с.].The calculation of the increased geometric characteristics of the gas-discharge chamber from the conditions of maintaining the natural frequency of the circuit oscillations with a decrease in the intrinsic inductance of the separating capacitor was carried out by the authors on the basis of the methods for calculating the values of the inductance and capacitance of various electrical structures given in [Kalantarov PL, Zeitlin LA. Calculation of inductances: Reference book. L .: Energoatomizdat, 1986, 488 p .; Bessonov L.A. Theoretical foundations of electrical engineering. M: Higher school, 1964, 750 p.].
Возрастание емкости рабочего пространства газоразрядной камеры и собственной индуктивности токоведущих частей газоразрядной камеры, имеющее место за счет увеличения геометрических параметров газоразрядной камеры, выбранных из условия увеличения ее рабочего пространства, скомпенсировано снижением совокупной индуктивности остальных элементов колебательного контура (за счет использования разделительного конденсатора, обладающего малой собственной индуктивностью), так что собственная частота колебаний контура сохраняется. Соответственно, сохраняется несущая частота ВЧ-импульсов, формируемых данным устройством.An increase in the capacity of the working space of the gas-discharge chamber and the intrinsic inductance of the current-carrying parts of the gas-discharge chamber, which occurs due to an increase in the geometric parameters of the gas-discharge chamber, selected from the condition of increasing its working space, is compensated for by a decrease in the total inductance of the remaining elements of the oscillatory circuit (due to the use of a separating capacitor having a small intrinsic inductance), so that the natural frequency of the circuit is maintained. Accordingly, the carrier frequency of the RF pulses generated by this device is preserved.
Испытания газоразрядного генератора высокочастотных импульсов, изготовленного в соответствии с указанными параметрами, показали равенство несущих частот генерации у генератора-прототипа и у нового генератора - 120 МГц.Tests of a gas-discharge generator of high-frequency pulses, manufactured in accordance with the specified parameters, showed the equality of the carrier frequencies of generation in the prototype generator and in the new generator - 120 MHz.
При этом суммарная масса элементов, подвергаемых тепловому воздействию, у генератора-прототипа равняется 0,5 кг, а у данного генератора - 1,3 кг. Таким образом, использование патентуемого технического решения позволяет более чем в 2,5 раза снизить тепловую нагрузку на газоразрядный ВЧ-генератор при сохранении частоты генерации - поставленную техническую задачу можно считать решенной.In this case, the total mass of the elements subjected to thermal action is 0.5 kg for the prototype generator, and 1.3 kg for this generator. Thus, the use of the patented technical solution allows more than 2.5 times to reduce the thermal load on the gas-discharge HF generator while maintaining the generation frequency - the technical problem posed can be considered solved.
Claims (2)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2020136619A RU2751542C1 (en) | 2020-11-06 | 2020-11-06 | Gas-discharge generator of high-frequency pulses |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2020136619A RU2751542C1 (en) | 2020-11-06 | 2020-11-06 | Gas-discharge generator of high-frequency pulses |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2751542C1 true RU2751542C1 (en) | 2021-07-14 |
Family
ID=77019955
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2020136619A RU2751542C1 (en) | 2020-11-06 | 2020-11-06 | Gas-discharge generator of high-frequency pulses |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2751542C1 (en) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2793096C1 (en) * | 2022-03-30 | 2023-03-29 | Российская Федерация, от имени которой выступает Государственная корпорация по атомной энергии "Росатом" (Госкорпорация "Росатом") | Method for manufacturing gas discharging chamber for gas discharging high-frequency pulses generator with a set carrier generation frequency |
Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6417604B1 (en) * | 1996-12-12 | 2002-07-09 | Siemens Aktiengesellshaft | Low pressure gas discharge switch |
| US20050280345A1 (en) * | 2004-06-21 | 2005-12-22 | Mikhail Strikovski | Cylindrical electron beam generating/triggering device and method for generation of electrons |
| RU2335032C1 (en) * | 2007-03-01 | 2008-09-27 | Российская Федерация, от имени которой выступает Государственный заказчик - Федеральное агентство по атомной энергии | High-frequency generator built around hollow arc-cathode |
| RU134697U1 (en) * | 2013-04-30 | 2013-11-20 | Российская Федерация, от имени которой выступает Государственная корпорация по атомной энергии "Росатом" | HIGH-FREQUENCY RADIATION GENERATOR BASED ON A Hollow Cathode Discharge |
| RU164563U1 (en) * | 2015-06-24 | 2016-09-10 | Российская Федерация, от имени которой выступает Государственная корпорация по атомной энергии "Росатом" (Госкорпорация "Росатом") | HIGH-FREQUENCY RADIATION GENERATOR BASED ON A Hollow Cathode Discharge |
-
2020
- 2020-11-06 RU RU2020136619A patent/RU2751542C1/en active
Patent Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6417604B1 (en) * | 1996-12-12 | 2002-07-09 | Siemens Aktiengesellshaft | Low pressure gas discharge switch |
| US20050280345A1 (en) * | 2004-06-21 | 2005-12-22 | Mikhail Strikovski | Cylindrical electron beam generating/triggering device and method for generation of electrons |
| RU2335032C1 (en) * | 2007-03-01 | 2008-09-27 | Российская Федерация, от имени которой выступает Государственный заказчик - Федеральное агентство по атомной энергии | High-frequency generator built around hollow arc-cathode |
| RU134697U1 (en) * | 2013-04-30 | 2013-11-20 | Российская Федерация, от имени которой выступает Государственная корпорация по атомной энергии "Росатом" | HIGH-FREQUENCY RADIATION GENERATOR BASED ON A Hollow Cathode Discharge |
| RU164563U1 (en) * | 2015-06-24 | 2016-09-10 | Российская Федерация, от имени которой выступает Государственная корпорация по атомной энергии "Росатом" (Госкорпорация "Росатом") | HIGH-FREQUENCY RADIATION GENERATOR BASED ON A Hollow Cathode Discharge |
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| БУЛЫЧЕВ С.В. Импульсно-периодический генератор на основе разряда с полым катодом и антенная система для излучения мощных радиоимпульсов, ПТЭ, 2011, N5, c.106-110. * |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2793096C1 (en) * | 2022-03-30 | 2023-03-29 | Российская Федерация, от имени которой выступает Государственная корпорация по атомной энергии "Росатом" (Госкорпорация "Росатом") | Method for manufacturing gas discharging chamber for gas discharging high-frequency pulses generator with a set carrier generation frequency |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Li et al. | Repetitive gas-discharge closing switches for pulsed power applications | |
| RU134697U1 (en) | HIGH-FREQUENCY RADIATION GENERATOR BASED ON A Hollow Cathode Discharge | |
| Bickel et al. | High-repetition rate sealed-off pseudospark switches for pulsed modulators | |
| JPH0212035B2 (en) | ||
| US7251263B2 (en) | Capillary discharge x-ray laser | |
| RU2751542C1 (en) | Gas-discharge generator of high-frequency pulses | |
| Legentil et al. | Corona-plasma triggered pseudospark discharges | |
| RU2497225C2 (en) | Generator of high-frequency emission based on discharge with hollow cathode | |
| RU2683962C1 (en) | Open-chamber for generator of high-frequency pulse based on discharge with hollow cathode | |
| RU2736772C1 (en) | Gas-discharge device based on hollow cathode for generation of powerful hf-pulses | |
| RU2089003C1 (en) | Gasous-discharge device with cold cathode | |
| RU178906U1 (en) | HIGH-FREQUENCY PULSE GENERATOR BASED ON A Hollow Cathode Discharge | |
| Yudin et al. | Efficiency of pumping of the active medium of metal vapor lasers: gas-discharge tubes with electrodes in the hot zone of the discharge channel | |
| RU2465697C2 (en) | Method to stabilise volume charge in hf/df pulse-periodic chemical laser | |
| RU58785U1 (en) | HIGH FREQUENCY GENERATOR BASED ON A HOLLOW CATHODE DISCHARGE | |
| Dubinov et al. | Ultraminiature pulsed periodic generator of powerful microwave pulses, based on gas discharge in hollow cathode | |
| US4788691A (en) | Method for the operation of a gas laser and a gas laser operated in accord therewith | |
| RU2618477C1 (en) | Impulse-periodic laser on pairs of chemical elements | |
| RU2725439C1 (en) | Method and device for producing high-temperature plasma with magnetic stabilization of z-pinch | |
| RU2707267C2 (en) | High-frequency pulses generator based on hollow cathode discharge | |
| Bulychev et al. | Study of high-power pulsed RF generators based on a hollow-cathode discharge | |
| RU2793096C1 (en) | Method for manufacturing gas discharging chamber for gas discharging high-frequency pulses generator with a set carrier generation frequency | |
| Li et al. | Pulsed chemical oxygen iodine lasers excited by pulse gas discharge with the assistance of surface sliding discharge pre-ionization | |
| Val’shin et al. | Significant Decrease in the Breakdown Threshold Voltage of the Commercial Laser Flash Lamp under kHz Pumping | |
| Dimitrov et al. | High-power and high-efficiency copper bromide vapor laser |