(57)【要約】  本発明は、高電圧パルスを例えば誘導電圧重畳装置（ＩＶＡ）によって発生させる装置及び方法に関する。この場合、電磁波を半径方向伝送線路（１９）から同軸伝送線路（２１）へ伝送する目的で、初段（１７）において半径方向伝送線路（１９）と同軸伝送線路（２１）の間に、電磁的に結合を行うファネル状の中間部材（２３）が配置されている。
2016517237.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
高電圧パルス発生装置、例えば誘導電圧重畳装置（ＩＶＡ）であって、
パルス発生中、波動伝播主軸（ＨＡ）に沿って配置されたｎ個の個別の電圧源段の直列接続回路の複数の電磁界が、トランスにおいて合成され、
各段において波がそれぞれ、第１の特性インピーダンスを有する半径方向伝送線路（１９）に沿って、第２の特性インピーダンスを有する同軸伝送線路（２１）へ伝播する、
高電圧パルス発生装置において、
初段（１７）では後続の段とは異なり、前記半径方向伝送線路（１９）から前記同軸伝送線路（２１）へ途切れることなく連続する移行領域（ＵＥ）によって、前記第１の特性インピーダンスから前記第２の特性インピーダンスへの連続的な移行が行われることを特徴とする、
高電圧パルス発生装置。
【請求項２】
前記初段（１７）における連続的な移行は、前記半径方向伝送線路（１９）の前記第１の特性インピーダンスと、前記同軸伝送線路（２１）の内半径及び外半径と、電磁界の特性インピーダンスとによって行われる、
請求項１に記載の装置。
【請求項３】
前記初段（１７）の移行領域（ＵＥ）において、前記波動伝播主軸（ＨＡ）を横切る方向で延在する前記半径方向伝送線路（１９）の壁が、前記波動伝播主軸（ＨＡ）に対し回転対称で曲線状に推移しながら、該波動伝播主軸（ＨＡ）に沿って延在する前記同軸伝送線路（２１）の壁に、連続的に移行する、
請求項１又は２に記載の装置。
【請求項４】
前記初段（１７）の前記移行領域（ＵＥ）に、第１の立体的材料延在部分が設けられており、該第１の立体的材料延在部分は、前記波動伝播主軸（ＨＡ）に対し垂直方向に位置する円形の横断面を有しており、該円形の横断面の半径は、前記波動伝播主軸（ＨＡ）に沿って該波動伝播主軸の方向で、前記同軸伝送線路（２１）の外導体（２７）の外半径から出発して内導体（２５）の外半径まで、連続的に減少するように形成されている、
請求項３に記載の装置。
【請求項５】
前記第１の立体的材料延在部分の横断面の半径は、前記半径方向伝送線路（１９）の側から出発して前記同軸伝送線路（２１）の側へ向かう方向で、指数関数的に低減するように形成されている、
請求項４に記載の装置。
【請求項６】
前記初段（１７）の前記移行領域（ＵＥ）に、第２の立体的材料延在部分が設けられており、該第２の立体的材料延在部分は、前記波動伝播主軸（ＨＡ）に対し垂直方向に位置する円形の横断面を有しており、該円形の横断面の外半径は一定であり、該円形の横断面の内半径は、前記波動伝播主軸（ＨＡ）に沿って該軸の方向で、前記同軸伝送線路（２１）の外導体（２７）の外半径から出発して内半径に向かって、連続的に減少するように形成されている、
請求項３、４又は５に記載の装置。
【請求項７】
前記第２の立体的材料延在部分の横断面の内半径は、前記半径方向伝送線路（１９）の側から出発して、前記同軸伝送線路（２１）の側へ向かう方向で、指数関数的に低減するように形成されている、
請求項６に記載の装置。
【請求項８】
前記第１の立体的材料延在部分の横断面の半径の半径推移と、前記第２の立体的材料延在部分の横断面の内半径の半径推移とは、前記半径方向伝送線路（１９）の側から出発して前記同軸伝送線路（２１）の側へ向かう方向で、互いに平行に延在するように形成されている、
請求項６又は７に記載の装置。
【請求項９】
前記第１の立体的材料延在部分は、別個の中間部材（２３）として形成されている、
請求項４から８のいずれか１項に記載の装置。
【請求項１０】
前記中間部材（２３）は、前記波動伝播主軸（ＨＡ）に沿って該軸の方向で、テーパ状のファネルの外面推移を有する、
請求項９に記載の装置。
【請求項１１】
前記第１の立体的材料延在部分と第２の立体的材料延在部分は、同一の材料を含んでおり、例えば銅、鋼又はアルミニウムを含んでいる、
請求項６から１０のいずれか１項に記載の装置。
【請求項１２】
前記ｎ個の段はすべて、電気工学的な結線に関して同一のモジュール構造を有する、
請求項１から１１のいずれか１項に記載の装置。
【請求項１３】
例えば誘導電圧重畳装置（ＩＶＡ）を用いた、高電圧パルス発生方法であって、
パルス発生中、波動伝播主軸（ＨＡ）に沿って配置されたｎ個の個別の電圧源段の直列接続回路の複数の電磁界を、トランスにおいて合成し、
各段において波をそれぞれ、第１の特性インピーダンスを有する半径方向伝送線路（１９）に沿って、第２の特性インピーダンスを有する同軸伝送線路（２１）へ伝播させる、
高電圧パルス発生方法において、
初段（１７）では後続の段とは異なり、前記半径方向伝送線路（１９）から前記同軸伝送線路（２１）へ途切れることなく連続する移行領域（ＵＥ）によって、前記第１の特性インピーダンスから前記第２の特性インピーダンスへ連続的に移行させることを特徴とする、
高電圧パルス発生方法。
【請求項１４】
前記初段（１７）における連続的な移行を、前記半径方向伝送線路（１９）の前記第１の特性インピーダンスと、前記同軸伝送線路（２１）の内半径及び外半径と、電磁界の特性インピーダンスとによって行う、
請求項１３に記載の方法。
【請求項１５】
前記初段（１７）の移行領域（ＵＥ）において、前記波動伝播主軸（ＨＡ）を横切る方向で延在する前記半径方向伝送線路（１９）の壁を、前記波動伝播主軸（ＨＡ）に対し回転対称で曲線状に推移させながら、該波動伝播主軸（ＨＡ）に沿って延在する前記同軸伝送線路（２１）の壁に、連続的に移行させる、
請求項１３又は１４に記載の方法。
【請求項１６】
前記初段（１７）の前記移行領域（ＵＥ）に、第１の立体的材料延在部分を設け、該立体的材料延在部分は、前記波動伝播主軸（ＨＡ）に対し垂直方向に位置する円形の横断面を有し、該円形の横断面の半径を、前記波動伝播主軸（ＨＡ）に沿って該軸の方向で、前記同軸伝送線路（２１）の外導体（２７）の外半径から出発して内導体（２５）の外半径まで、連続的に減少するように形成する、
請求項１４に記載の方法。
【請求項１７】
前記第１の立体的材料延在部分の横断面の半径を、前記半径方向伝送線路（１９）の側から出発して前記同軸伝送線路（２１）の側へ向かう方向で、指数関数的に低減するように形成する、
請求項１６に記載の方法。
【請求項１８】
前記初段（１７）の前記移行領域（ＵＥ）に、第２の立体的材料延在部分を設け、該第２の立体的材料延在部分は、前記波動伝播主軸（ＨＡ）に対し垂直方向に位置する円形の横断面を有し、該円形の横断面の外半径を一定にし、該円形の横断面の内半径を、前記波動伝播主軸（ＨＡ）に沿って該軸の方向で、前記同軸伝送線路（２１）の外導体（２７）の外半径から出発して内半径に向かって、連続的に減少するように形成する、
請求項１５、１６又は１７に記載の方法。
【請求項１９】
前記第２の立体的材料延在部分の横断面の内半径は、前記半径方向伝送線路（１９）の側から出発して、前記同軸伝送線路（２１）の側へ向かう方向で、指数関数的に低減するように形成されている、
請求項１８に記載の方法。
【請求項２０】
前記第１の立体的材料延在部分の横断面の半径の半径推移と、前記第２の立体的材料延在部分の横断面の内半径の半径推移とを、前記半径方向伝送線路（１９）の側から出発して前記同軸伝送線路（２１）の側へ向かう方向で、互いに平行に延在するように形成する、
請求項１８又は１９に記載の方法。
【請求項２１】
前記第１の立体的材料延在部分を、別個の中間部材（２３）として形成する、
請求項１６から２０のいずれか１項に記載の方法。
【請求項２２】
前記中間部材（２３）は、前記波動伝播主軸（ＨＡ）に沿って該軸の方向で、テーパ状のファネルの外面推移を有する、
請求項２１に記載の方法。
【請求項２３】
前記第１の立体的材料延在部分と第２の立体的材料延在部分は同一の材料を含み、例えば銅、鋼又はアルミニウムを含む、
請求項１８から２２のいずれか１項に記載の方法。
【請求項２４】
前記ｎ個の段すべては、電気工学的な結線に関して同一のモジュール構造を有する、
請求項１３から２３のいずれか１項に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、独立請求項の上位概念に記載の高電圧パルス発生装置、及びこの装置に対応する方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
電気工学においてパワーパルス技術（パルスパワー）の分野では、科学技術及び産業上の用途として、数ｋＷ〜数１００ＴＷの振幅の高電圧パルス及び高電力パルスが利用され、この場合、パルス持続時間はｐｓ〜ｍｓの範囲にある。
【０００３】
産業上の用途の一例を挙げると、いわゆるエレクトロポレーションのためには、例えば２５０ｋＶの電圧、数１０ｋＡの電流を、１μｓ〜２μｓのパルス持続時間で発生させることができるようなパルス発生装置が必要とされる。
【０００４】
このようなパルス発生装置を実現するために可能なトポロジーは、いわゆる誘導電圧重畳装置 "inductive voltage adder"であり、これはＩＶＡと略される。このような発生装置によって、コンパクトな構造が実現される。その理由は、この発生装置はパルス発生中、ｎ個の個別の電圧源から成る直列接続回路として合成されるからである。物理的には、トランスとみなされる導体ジオメトリにおいて、ＩＶＡ内の電磁界が合成される。
【０００５】
Hansjoahim Bluhm著 "Pulsed Power Systems Principles and Applications" Springer Verlag Berlin Heidelberg, 2006には、特にその第７章第１９２頁〜２０１頁に、ＩＶＡの構造及び動作が開示されている。
【０００６】
この手法によれば、ＩＶＡ（誘導電圧重畳装置）の設計は実質的にトランスによって決定される。個々のトランス段を適切に設計することによって、ＩＶＡのサイズを最適化するためのモジュール構造を得ることができる。ここで特に必要とされるのは、順次連続する個々の段を電気的に最適に互いに整合させて、ＩＶＡの動作にとって問題となるような電気信号の反射が各段の間に発生しないようにすることである。このことは特に、初段と２番目の段についてあてはまる。その理由は、従来一般に用いられている同軸の配置であると、２番目の段自体は入力端を備えていないことから、初段を２番目の段と同一のジオメトリで構成することができないからである。
【０００７】
ＩＶＡによれば、スイッチオンプロセス中及び定常状態中、反射係数に基づき、波動特性を利用して電流振幅を高めることができる。図１には、従来のＩＶＡの原理が示されている。図１には、具体例として４段のＩＶＡの基本原理が示されている。図１の左側に描かれている複数の電圧源の直列接続配置の場合と同様に、図１の右側に描かれているように、パルス線路を電圧増倍回路として実現することができ、これは１つの線路の正の導体を別の線路の負の導体と接続することによって行われる。このように導体を交互に接続しても短絡が発生しないようにする目的で、パルス持続時間中は接続を絶縁しておかなければならない。このような絶縁はＩＶＡの実施形態に応じて、ケーブルトランスの形態の十分に長い伝送線路によっても達成できるし、あるいは十分に大きい結合インダクタンスによる結合を介して達成できる。伝播遅延時間ではなく個々の段のパルス線路を加えて誘導的な絶縁を利用すれば、いっそうコンパクトな構造を実現することができる。図２には、ＩＶＡによる磁気的な絶縁を利用した電圧重畳の原理が示されている。
【０００８】
図２には、磁気的な絶縁を利用したＩＶＡの従来の実施例が示されている。図２には、同軸に配置された６つの段が示されている。参照符号１は真空インタフェースであり、参照符号３は真空、参照符号５はリング状ギャップ、参照符号７は磁気コア、参照符号９はダイオード、さらに参照符号１１はオイルである。シリンダ状のキャビティによってＩＶＡの内導体が形成されており、このキャビティに対し、同軸に配置された慣用の電圧源Ｕｘから半径方向で給電が行われる。ここで説明している適用事例の場合、個々のキャビティ各々は、例えば０．１〜５０μｓの持続時間のパルスを、例えば１〜１０ｋＶの範囲にある数ｋＶの電圧振幅Ｕ0と、１０ｋＡよりも大きい１０数ｋＡないしは数１０ｋＡの最大電流振幅Ｉ0で供給する。電圧振幅を重畳する目的で、同軸伝送線路への移行領域における電磁界のベクトル加算が利用される。このようにしてＩＶＡは、ｎ個（ｎは段数）の個々の電圧源の合計によって重畳された１つの電圧パルスを発生する。したがって図２による装置は、６倍の電圧パルスを発生する。電圧振幅を重畳する目的で、１つの電圧源の正の導体が次の電圧源の負の導体と接続される。このことから各キャビティにおいて、中央電極と電流の流れる方向で下流にある外電極との間で、必然的に導電接続が形成される。このようにして線路出力端において短絡が発生するのを回避するために、この区間において相対的な透磁率を高めることで、接続のインピーダンスが著しく高められる。この目的で、電圧源の容積の一部分が、強磁性材料から成るトロイダルコアによって充填される。
【０００９】
図３には、初段に関する従来の実施例が示されている。図３には、波動伝播主軸ＨＡを中心に回転対称に形成された、従来のシミュレーションモデルの一部分が示されている。この場合、端子１３（又はポート）に信号が供給されて、端子１５まで案内される。この場合、半径方向伝送線路１９における中空シリンダダクト１８に沿って、同軸線路又は同軸伝送線路２１における中空シリンダダクト２０へと案内され、さらにこの同軸伝送線路２１に沿って案内される。ダクト１８と２０は、導電性材料２２を含む壁によって仕切られて形成されている。
【００１０】
図４には、上方の特性曲線によって給電信号Ｅの時間推移が示されており、中央の特性曲線によって反射信号成分Ｒの時間推移が示されており、下方の信号経過特性によって、伝送される信号成分Ｔが示されている。このような構造において、図示されていないパルス発生モジュールは、端子１３として表されている。このようなジオメトリによれば、後続の段とほぼ同一のジオメトリである、という利点が得られる。しかしながら、例えば図４に示されているように、シミュレーションの結果からわかるのは、１番目の結合段もしくはトランス段では入力信号の反射が著しく多い、ということであり、その結果、端子１５において必要とされる出力電力が得られるようにするためには、実際の適用において入力電力がかなり大きくなってしまう。したがってこのような従来の解決手法は、端子１３のモジュールを後続の段で用いられるモジュールとは電気的に大きく異ならせなければならないことから、技術的に極めて不都合である。
【００１１】
このためＩＶＡの初段は従来、一般的には同軸の給電を介して実現されており、ゆえに初段のジオメトリは、後続の段とは大きく異なったものとなっている。その結果、公知の解決手段の場合には、配置構成が複雑になっており、ひいてはそれにかかるコストも高いものとなっている。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【００１２】
【非特許文献１】Hansjoahim Bluhm著 "Pulsed Power Systems Principles and Applications" Springer Verlag Berlin Heidelberg, 2006
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】
したがって本発明の課題は、誘導電圧重畳装置（ＩＶＡ）の初段を適切なジオメトリで配置することにあり、この場合、初段を、後続の段においてパルスを発生させるために用いられるサブモジュールとできるかぎり同一のサブモジュールによって実現できるようにすることである。さらに本発明の課題は、パルス整合のための対応する方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
この課題は、独立請求項に記載の装置及び方法により解決される。
【００１５】
本発明の第１の観点によれば、本発明は、高電圧パルス発生装置、例えば誘導電圧重畳装置に関する。この場合、パルス発生中、波動伝播主軸に沿って配置されたｎ個の個別の電圧源段の直列接続回路の複数の電磁界が、トランスにおいて合成され、各段において波がそれぞれ、第１の特性インピーダンスを有する半径方向伝送線路に沿って、第２の特性インピーダンスを有する同軸伝送線路へ伝播する。本発明の特徴によれば、初段では後続の段とは異なり、半径方向伝送線路から同軸伝送線路へ途切れることなく連続する移行領域によって、第１の特性インピーダンスから第２の特性インピーダンスへの連続的な移行が行われる。
【００１６】
本発明の第２の観点によれば、本発明は、例えば誘導電圧重畳装置を用いた、高電圧パルス発生方法に関する。この場合、パルス発生中、波動伝播主軸に沿って配置されたｎ個の個別の電圧源段の直列接続回路の複数の電磁界を、トランスにおいて合成し、各段において波をそれぞれ、第１の特性インピーダンスを有する半径方向伝送線路に沿って、第２の特性インピーダンスを有する同軸伝送線路へ伝播させる。本発明の特徴によれば、初段では後続の段とは異なり、半径方向伝送線路から同軸伝送線路へ途切れることなく連続する移行領域によって、第１の特性インピーダンスから第２の特性インピーダンスへの連続的な移行を行わせる。
【００１７】
本発明によれば、コンパクトでありかつできる限り低コストで構成可能なパルス発生装置が形成されて使用される。本発明によれば、以下のような第１トランス段の構成が提案される。即ち、本発明によって提案されたジオメトリによって、すべての整合回路網、スイッチ、キャパシタ、及びドライバ回路を、他のすべてのトランス段に対しモジュール式に選択することができる。このようにすれば、第１トランス段と後続のトランス段との間で、モジュール式の構造を実現することができる。ＩＶＡをモジュール式構造にすることによって、コストが低減され、かつ、よりコンパクトな構造を実現することができる。本発明によれば、以下のようなＩＶＡの第１トランス段の構成が提案される。即ちこの場合、電磁波は、半径方向伝送線路を経て同軸伝送線路へと伝送される。これら２つの線路は、ファネル状の中間部材（テーパ部材）によって互いに結合される。ＩＶＡの初段に関する本発明の実施形態によれば、電力が反射なく初段へ給電される。この場合、パルス発生モジュールが結合される領域（第１端子１３）において、後続の段と同様に半径方向の配置が得られる。２番目の段に反射なく結合されることから、初段においても後続の段と同じ電力で動作させることができる。このようにすれば、初段においても後続のすべての段と同じモジュールを使用することができ、それによってこの種の装置の複雑さ、不確実性及びコストが著しく小さくなる。このようにすれば、システム全体をそのモジュール性能及び構造体積に関して、最適化することができる。さらにこの種のシステムの総コストを、効果的に削減することができる。
【００１８】
従属請求項には、本発明のさらに別の有利な実施形態が記載されている。
【００１９】
１つの有利な実施形態によれば、初段における連続的な移行を、半径方向伝送線路の第１の特性インピーダンスと、同軸伝送線路の内半径及び外半径と、電磁界の特性インピーダンスとによって行うことができる。
【００２０】
さらに別の有利な実施形態によれば、初段の移行領域において、波動伝播主軸を横切る方向で延在する半径方向伝送線路の壁を、波動伝播主軸に対し回転対称で曲線状に推移させながら、この波動伝播主軸に沿って延在する同軸伝送線路の壁に、連続的に移行させることができる。
【００２１】
さらに別の有利な実施形態によれば、初段の移行領域に、第１の立体的材料延在部分を設け、この立体的材料延在部分が、波動伝播主軸ＨＡに対し垂直方向に位置する円形の横断面を有するようにし、この円形の横断面の半径を、波動伝播主軸に沿ってこの軸の方向で、同軸伝送線路の外導体の外半径から内導体の外半径まで、連続的に減少するように形成することができる。この場合、立体的材料延在部分とは例えば、ある材料を含む一般的な三次元の物理的なボディ又はこの種のボディの領域のことである。
【００２２】
ここで、「波動伝播主軸（ＨＡ）に沿ってこの軸の方向で」とは、「波動伝播主軸（ＨＡ）に沿って、波動伝播主軸（ＨＡ）の方向で」という意味であり、例えば「波動伝播主軸に対し平行に延在し、しかも波動伝播主軸が指す方向に延在し」ということを意味する。この方向とは、波が主として伝播する方向のことである。
【００２３】
さらに別の有利な実施形態によれば、初段の移行領域ＵＥに、第２の立体的材料延在部分を設け、この第２の立体的材料延在部分が、波動伝播主軸に対し垂直方向に位置する円形の横断面を有するようにし、この円形の横断面の外半径を一定にし、この円形の横断面の内半径を、波動伝播主軸に沿ってこの軸の方向で、同軸伝送線路の外導体の外半径から出発して内半径に向かって、連続的に減少するように形成することができる。
【００２４】
さらに別の有利な実施形態によれば、第１の立体的材料延在部分の横断面の半径を、及び／又は、第２の立体的材料延在部分の横断断面の内半径を、半径方向伝送線路の側から出発して同軸伝送線路の側へ向かう方向で、指数関数的に低減するように形成することができる。
【００２５】
さらに別の有利な実施形態によれば、第１の立体的材料延在部分の横断面の半径の半径推移と、第２の立体的材料延在部分の横断断面の内半径の半径推移とを、半径方向伝送線路の側から出発して同軸伝送線路の側へ向かう方向で、互いに平行に延在するように形成することができる。
【００２６】
さらに別の有利な実施形態によれば、第１の立体的材料延在部分を、ソリッドな別個の中間部材として形成することができる。
【００２７】
さらに別の有利な実施形態によれば、この中間部材は、波動伝播主軸（ＨＡ）に沿ってこの軸の方向で、例えば半径方向に先細りする、ソリッドなファネル形状の外面推移を有することができる。
【００２８】
さらに別の有利な実施形態によれば、第１の立体的材料延在部分と第２の立体的材料延在部分が、同一の材料を含むようにすることができ、例えば銅、鋼又はアルミニウムを含むようにすることができる。
【００２９】
さらに別の有利な実施形態によれば、ｎ個の段はすべて、それらの電気工学的な結線又はそれらの電気的な接続に関して、同一のモジュール構造を有することができる。
【００３０】
次に、図面を参照しながら実施例に基づき本発明について詳しく説明する。
【図面の簡単な説明】
【００３１】
【図１】ＩＶＡの従来の実施例を示す図
【図２】ＩＶＡの従来の別の実施例を示す図
【図３】ＩＶＡの第１トランス段の従来の実施例を示す図
【図４】第１トランス段の従来の実施例によるシミュレーションを示す図
【図５】ＩＶＡの第１トランス段の本発明による実施例を示す図
【図６】ＩＶＡの第１トランス段の本発明による実施例による信号推移を示す図
【図７】本発明によるＩＶＡの初段の電界を示す図
【図８】ＩＶＡの初段に関する本発明による実施例の磁界を示す図
【図９】ＩＶＡの初段に関する本発明による実施例を別の示すさらに別の図
【発明を実施するための形態】
【００３２】
図５には、ＩＶＡ（誘導電圧重畳装置）の初段に関する本発明による第１実施例が示されている。この実施例によれば、初段は波動伝播主軸ＨＡに沿って回転対称に延在している。図３と同様に、第１端子１３に信号が給電され、第２端子１５へと導かれる。
【００３３】
この初段１７において、最初に電磁波が半径方向伝送線路１９に沿って伝送され、その後、同軸伝送線路２１に沿って伝送される。つまりこの図では垂直方向の中空シリンダ状伝送線路１９に沿って、この図では水平方向の中空シリンダ状の同軸線路２１へと電磁波が導かれていき、この同軸線路２１の外側には外導体２７が、内側には内導体２５が設けられている。
【００３４】
移行領域ＵＥおいて、波動伝播主軸ＨＡを横切る方向で延在する半径方向伝送線路１９の中空シリンダダクト１８が、曲線状の境界を有する導電性材料２２の表面に沿って、曲線状に推移しながら、波動伝播主軸ＨＡに沿って延在する同軸伝送線路２１の中空シリンダダクト２０へ、均質に連続的に移行する。
【００３５】
半径方向伝送線路１９から同軸伝送線路２１への移行部分に沿って、この実施例ではソリッドな中間部材２３が配置されている。この中間部材２３は、有利には円形の横断面を有するように、波動伝播主軸ＨＡに対し回転対称にこの軸に沿って、第１半径を有する第１外周面から、第１半径よりも小さい第２半径を有する第２外周面まで、三次元的にもしくは立体的に延在している。この場合、第２半径は有利には、内導体２５の外半径と等しく、つまりは中空シリンダ状の同軸線路２１の内半径と等しい。さらに、中空シリンダ状の同軸線路２１を外側に対して区切っている外導体２７と、外導体２７と接触し外導体に属する材料２２との間で、移行領域ＵＥにおいて、第２の立体的なもしくは三次元の材料延在部分が設けられていると有利である。この第２の立体的材料延在部分は、波動伝播主軸ＨＡに対し垂直方向に位置する円形の横断面を有しており、その外半径は一定であり、内半径は、波動伝播主軸ＨＡに沿ってこの軸の方向で、同軸伝送線路２１の外導体の外半径から出発して内半径まで、連続的に小さくなるように形成されている。半径方向伝送線路１９の側から出発して同軸伝送線路２１の側へ向かう方向で、横断面の半径及び／又は内半径を、指数関数的に小さくなるように形成することができる。有利には、第１及び第２の空間的材料延在部の半径の半径推移及び／又は内半径の半径推移は、半径方向伝送線路１９の側から出発して同軸伝送線路２１の側まで、互いに平行に推移するように形成されている。
【００３６】
ソリッドな中間部材２３は例えばソリッドなファネル状であり、半径方向伝送線路を同軸伝送線路と結合し、テーパと呼ぶこともできる。中間部材２３を、ソリッドでない構造で形成してもよく、例えば貫通開口部又は孔を備えたファネルとして形成してもよい。その際、特に有利であるのは、半径方向伝送線路と同軸伝送線路の特性インピーダンスが互いに整合されていることである。半径方向伝送線路の第１の特性インピーダンスは、次式によって記述することができる。
【００３７】
【数１】
2016517237.tif 000003
ただし、ｋは波数ベクトル、Ｚ0は３７７Ωの値の電磁界の特性インピーダンス、さらにＧ0（Ｋｒ）及びＧ1（Ｋｒ）は、Hankeと類似しておりHollandにより定義された関数である。
【００３８】
同軸線路の第２の特性インピーダンスは、例えば次式によって記述することができる。
【００３９】
【数２】
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ただし、Ｒ1は同軸線路の内半径、Ｒ2は同軸線路の外半径、Ｚ0は３７７Ωの値の電磁界の特性インピーダンスである。同様に、Ｒ1は内導体２５の半径であり、さらにＲ2は外導体２７の内半径である。式（１）及び（２）から、特性インピーダンスの作用を認識することができる。本発明によれば、半径方向伝送線路１９を同軸伝送線路２１と、ファネル状構造の形態で的確に結合することによって、両方の特性インピーダンスを互いに整合させようというものである。このようにすることで、半径方向伝送線路１９から同軸伝送線路２１及びＩＶＡの同軸構造へ、反射のない給電を行うことができる。
【００４０】
図６には、本発明によるＩＶＡの初段を用いた場合の、反射信号Ｒと伝送信号Ｔの時間推移が、時間領域で示されている。このシミュレーションによれば、反射Ｒが近似的に２％よりも小さいことが示されている。半径方向伝送線路１９と同軸伝送線路２１との整合も、両方の線路を互いに結合する指数関数によって達成することができる。この種の指数関数は、構造が互いに連続的に移行するような特性を有していなければならない。
【００４１】
図７には、本発明によるＩＶＡの初段における電界の推移が示されている。この場合、矢印はベクトル場を表す。
【００４２】
図８には、本発明によるＩＶＡの初段における磁界が示されている。この場合、矢印はベクトル場を表す。
【００４３】
図９には、本発明によるファネル状の中間部材２３が別の視点で示されている。この図によれば、異なる導体構造への上述の中間部材２３もしくはテーパ部材の整合は、半径方向伝送線路１９から同軸伝送線路２１への内半径及び外半径をそれぞれ異なるように選定することによって行われる。図９には具体例として、外導体２７の外半径Ｒが５３．５の値を有し、内導体２５の半径Ｒ1がＲ＝４５であることが示されている。図９には、ファネル状の中間部材２３によって結合されている半径方向伝送線路１９と同軸伝送線路２１との整合について示されており、この場合、それらの内半径と外半径は結合部分に沿って変化している。実際の適用においては、半径方向伝送線路１９と同軸線路２１を、異なる２つの半径で結合すれば十分である。
【００４４】
本発明は、高電圧パルスを例えば誘導電圧重畳装置ＩＶＡによって発生させる装置及び方法に関する。この場合、電磁波を半径方向伝送線路１９から同軸伝送線路２１へ伝送する目的で、初段１７において半径方向伝送線路１９と同軸伝送線路２１の間に、電磁的に結合を行うファネル状の中間部材２３が配置されている。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【国際調査報告】
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