12.3. Схемы гни с умножением напряжения

Уровень напряжения наносекундного импульса в рассматриваемых схемах равен половине зарядного, а в схемах с двойной линией - полному зарядному. Очевидно, что этот уровень ограничен электрической прочностью ЛРП и коммутаторов. Повышение напряжения выше 100 кВ сильно усложняет их конструкции, которые являются факторами, ухудшающими формирующие качества ГНИ.

Для получения более высоких напряжений используются схемы умножения. С этой целью наиболее целесообразно использовать полосковые линии, заряжаемые параллельно и путем коммутации переключаемые последовательно.

Конструктивно система представляет собой «сендвич» (рис. 12.7).

В исходном состоянии ключи К разомкнуты и соответствующие отрезки линий заряжены до напряжения U₀ , напряжение на нагрузке отсутствует. После одновременной коммутации ключей К в каждой паре обкладок линии начнется волновой разряд, при этом оказывается, что они соединяются последовательно, при этом напряжение на нагрузке составит:

.

(12.11)

Рис. 12.7. ГНИ с последовательным соединением полосковых линий.

Выходное сопротивление генератора на полосковых линиях равно:

.

(12.12)

– количество полосковых линий; – расстояние между полосами; – их ширина.

Генератор (рис. 7) требует большое число коммутаторов. В схеме (рис. 12.8) он заменен на один.

Рис. 12.8. ГНИ с последовательным соединением полосковых линий и одним коммутатором.

В этом генераторе > и соответственно > . Здесь - так называемые развязывающие импедансы - волновые сопротивления пассивных линий, образуемых обкладками основных линий. Напряжение в линиях развязывающих импедансов равно:

, и оно вычитается из .

12.4. Искажения импульсов в линиях с распределенными параметрами

Рассматривая процессы формирования наносекундных импульсов генераторами, предполагались идеальные условия, а именно:

- ЛРП без потерь и не искажают формируемый и передаваемый импульс;

- коммутаторы имеют характеристику:

- при t = - 0 R_к = ∞

- при t = + 0 R_к = 0

В реальных ЛРП происходит искажение импульсов и причины этого следующие.

1. Появление волн высшего порядка. Если в спектре импульса есть волны с длиной, соизмеримой с поперечным размером коаксиального кабеля, то в ЛРП появляются волны типа ТМ и ТЕ. За счет этого высокочастотные компоненты начинают отражаться и ведут к искажению формы импульса. Нижняя критическая частота появления таких волн определяется:

,

(12.13)

где с – скорость света; D, d – диаметры проводников коаксиальной линии.

2. Искажения за счет потерь в металле, диэлектрических потерь в диэлектрике и потерь на ионизацию. Потери на ионизацию зависят от газовых включений в изоляции и также наличия газовых зазоров между изоляцией и верхней оплеткой ЛРП. Данная проблема решается повышением уровня технологий.

Потери в полиэтиленовом диэлектрике до частоты f  50 МГц не превышает 5% потерь в металле и ими можно пренебречь. С ростом частоты диэлектрические потери растут быстрее, чем в металле и при частотах около 1,5 ГГц они преобладают.

Потери в металле кабеля определяются рядом параметров, отражающихся на переходной функции на единичный скачек импульса.

3. Третьей причиной искажения передаваемых импульсов являются неоднородности в линиях, которые делятся на следующие типы:

- неоднородности, связанные с электрической схемой соединения узлов: подключения к ЛРП коммутаторов, нагрузки, других линий и т. д.

- неоднородности конструктивно-монтажного характера (резкое изменение размеров проводников, включение опорных изоляторов и т. д.).

Таким образом, при выборе или проектировании формирующей, передающей или согласующей линии, работающей в наносекундном диапазоне длительностей, указанные факторы необходимо учитывать.