Brevet FR2614742A1 — publié le 19881104

GENERATEUR D'IMPULSIONS ELECTRIQUES DU TYPE A INDUCTANCE SATURABLE DESCRIPTION La présente invention a pour objet un générateur d'impulsions électriques du type à inductance saturable. Un moyen pour augmenter la puissance d'une impulsion électrique consiste à réduire considérablement sa durée sans trop affecter son amplitude. Une telle compression peut être obtenue au moyen d'une ligne de transmission comprenant des condensateurs et des inductances saturables. Le schéma d'une telle ligne est représenté sur la figure 1: des condensateurs 10, 20, 30 alternent avec des inductances saturables 12, 22, 32. Une impulsion de tension VE est appliquée à l'entrée, au point A, et charge le condensateur 10. Cette impulsion est constituée par exemple par une arche de sinusoïde. L'inductance 12 est d'abord de forte valeur, mais lorsque le condensateur 10 est chargé, sa valeur chute et l'énergie électrique se propage vers la droite o le même mécanisme se reproduit dans la cellule condensateur 20- inductance 22 et ainsi de suite. La figure 2 montre le raidissement progressif du front de montée de l'impulsion de tension lorsqu'on passe du point A aux points B et C de la ligne. Dans la pratique, on connaît des générateurs de ce type qui sont constitués comme indiqué sur la figure 3. Une ligne coaxiale L1 servant de condensateur est suivie d'un commutateur C1 à inductance saturable. Une seconde ligne L2 est suivie d'un second commutateur C1. Bien que donnant satisfaction à certains égards, de tels dispositifs présentent cependant des inconvénients qui tiennent à ta multiplication des interfaces ligne-commutateur. Ces dispositifs sont donc complexes et coûteux. Par ailleurs, ils posent des problèmes de tenue de tension. Le but de la présente invention est justement de remédier à cet inconvénient. A cette fin, l'invention'préconise une structure beaucoup plus compacte, qui facilite en outre les problèmes de tenue en tension. Par ailleurs, la structure de l'invention permet l'utilisation de lignes à eau qui sont beaucoup plus simples que les lignes à huile utilisées- dans l'art antérieur. En ce qui concerne les performances électriques obtenues, les impulsions engendrées ont des fronts plus raides que dans l'art antérieur et un sommet plus plat. Par ailleurs, le rendement électrique se trouve amélioré. De façon précise, l'invention a pour objet un générateur d'impulsions électriques comprenant au moins un condensateur réalisé sous forme de ligne coaxiale et une inductance saturable servant de commutateur, ce générateur étant caractérisé par le fait que l'inductance saturable est disposée à l'intérieur de la ligne coaxiale. Selon un premier mode de réalisation priviligié, l'inductance saturable comprend une seule spire en forme de tore. De toute façon, les caractéristiques de l'invention apparaîtront mieux à la lumière de la description qui suit. Cette description se réfère à des dessins annexés sur lesquels: - la figure 1, déjà décrite, représente le schéma électrique d'une ligne à compression d'impulsion, - la figure 2, déjà décrite, montre des formes de tensions en divers points de la ligne précédente, - la figure 3, déjà décrite, montre un générateur de l'art antérieur, - la figure 4 montre un premier exemple de réalisation de l'invention, - la figure 5 montre un deuxième exemple de réalisation de l'invention, - la figure 6 montre l'allure de tensions prises en divers points du dispositif précédent, - la figure 7 montre un troisième exemple de réalisation de l'invention, - la figure 8 montre l'évolution des tensions dans le 26 1 4742 cas précédent, - la figure 9 montre un autre mode de réalisation de l'invention. Sur la figure 4, on voit une enceinte extérieure 40 reliée à la masse, un conducteur central 42 et un cylindre central 44 coaxial au conducteur central 42. A l'intérieur de ce cylindre se trouve un tore 46 en matériau ferromagnétique (ferrite ou toles suivant la fréquence de fonctionnement). A l'intérieur du cylindre 44, le conducteur central présente une forme tronconique 43. Le volume compris entre le cylindre 44 et le tronc de cône 43 est rempli d'huile 48. L'étanchéité est assurée par un disque isolant 50 et par le fond 52 du cylindre 44. Extérieurement, l'ensemble baigne dans un liquide diélectrique 54, par exemple de l'eau désionisée. L'étanchéité est assurée par un bouchon isolant 56. La sortie électrique est constituée par une ligne 58 reliée au conducteur central 42. L'enceinte externe 40, le cylindre 44 et le conducteur intérieur 43 peuvent être réalisés en inox. Le matériau magnétique constituant le tore 46 est de préférence un matériau ferromagnétique à cycle rectangulaire, comme par exemple un fersilicium à grains orientés ou certains alliages de nickel (comme l'alliage de la marque RECTIMPHY) ou encore certains des alliages amorphes. La figure 5 représente une variante de réalisation dans laquelle on utilise un deuxième cylindre 45 associé à un deuxième tore magnétique 47. Une pièce étanche 60 isole les volumes intérieurs de ces deux lignes. Une ultime inductance saturable 62 peut terminer l'ensemble. Les points A, B, C et D marquent quatre emplacements particuliers sur la ligne. L'évolution de la tension en ces points est représentée sur la figure 6 en supposant qu'on applique à l'entrée une arche de sinusoïde d'amplitude Vo (tension en A). Les tensions disponibles en B, C et D ont l'amplitude Vo/2. 2 6 1 4 7 4 2 Sur la figure 7, le dispositif se prolonge par une ligne coaxiale dite de BLUMLEIN. Cette ligne comporte deux cylindres 70, 72, le premier relié au cylindre 44 et le second au conducteur tronconique intérieur 43. Une pièce tronconique 74 assure l'étanchéité à l'huile. Une inductance 75 peut être placée en bout de ligne pour constituer un commutateur raidisseur de front avant. Ce commutateur peut aussi être placé en 76 à l'extérieur de la ligne. La figure 8 illustre les formes des tensions apparaissant aux points E et F, c'est-à-dire à l'extrémité de la double ligne et après le dernier commutateur. Selon un deuxième mode préféré de réalisation de l'invention illustré sur la figure 9 un transformateur 77 délivre une impulsion permettant de charger un condensateur à eau 78 constitué par au moins deux électrodes coaxiales placées en regard l'une de l'autre. Ce condensateur est relié à une inductance saturable 79 comportant un ou plusieurs tours bobinés autour d'un noyau ferromagnétique présentant un cycle d'hystérésis aussi rectangulaire que possible. Cette inductance est placée à l'intérieur de l'électrode centrale d'une ligne à eau coaxiale 80, de telle sorte qu'elle permette d'alimenter cette ligne par son centre. De cette façon la capacité de la ligne coaxiale 80 est reliée au condensateur 78 par une inductance saturable 79 ce qui constitue une cellule de compression magnétique selon le principe de la figure 1. La ligne 80 est en fait une ligne de mise en forme d'impulsion permettant d'obtenir en sortie, sur une série de câbles coaxiaux 82, reliés en parallèle sur l'extrémité de la ligne 80, une impulsion rectangulaire. Les âmes des câbles 82 passent à l'intérieur du noyau 81 qui introduit une inductance série saturable dont le fonctionnement peut s'apparenter à un commutateur magnétique. Ainsi, dès que la saturation du noyau 81 est atteinte la ligne 80 se décharge dans les câbles 82 dont l'impédance équivalente est déterminée de façon à être voisine de celle de la ligne 80. 26 1 4742 On peut ainsi obtenir des impulsions rectangulaires de plusieurs centaines de kitovolts, ayant des durées de plusieurs dizaines de nanosecondes. REVENDICATIONS 1. Générateur d'impulsions électriques comprenant au moins un condensateur réalisé sous forme de ligne coaxiale et une inductance saturable servant de commutateur, caractérisé par le fait que L'inductance saturable (46) est disposée à l'intérieur de la ligne coaxiale (43, 44). 2. Générateur selon la revendication 1, caractérisé par le fait que l'inductance saturable comprend une seule spire en forme de tore. 3. Générateur selon la revendication 1, caractérisé par le fait qu'il comprend une première ligne coaxiale (44) avec une première inductance saturable (46) et une seconde ligne coaxiale (45) avec une seconde inductance (47), ces deux lignes coaxiales ayant un même conducteur central (42). 4. Générateur selon la revendication 1, caractérisé par le fait qu'il comprend une première ligne coaxiale (43, 44) avec une première inductance saturable (46) et une deuxième ligne de type double constituée d'un premier cylindre (70) relié au conducteur extérieur (44) de la première ligne coaxiale et un second cylindre (72) coaxial au premier et relié au conducteur intérieur (43) de la première ligne coaxiale. 5. Générateur selon la revendication 1, caractérisé par le fait que le volume intérieur de la ligne baigne dans de l'huile (58) et que la ligne dans son ensemble baigne dans un liquide isolant par exemple de l'eau (54) , des moyens étanches et électriquement isolants (50, 56, 60, 74) étant prévus pour isoler l'intérieur et l'extérieur de la ligne.