УСТРОЙСТВО КОММУТАЦИИ ПЕРЕДАЮЩЕЙ ЛИНИИ
SWITCHING DEVICE OF TRANSMISSION LINE

Область техники
Изобретение относится к области высоковольтной импульсной техники и может быть использовано при создании импульсных или импульсно-периодических источников электромагнитного излучения.
Уровень техники
Известно устройство коммутации [1], представляющее собой многозазорный разрядник, состоящий из пускового электрода и цепочки электродов, между которыми образованы искровые промежутки, шунтированные резисторами высокоомного делителя напряжения. Запуск многозазорного разрядника производится подачей импульса напряжения на пусковой электрод, имеющий емкостную связь с другими электродами разрядника. Перенапряжения между электродами, возникающие в процессе коммутации, приводят к пробою искровых промежутков и запуску разрядника. Электроды разрядника могут быть включены в схему генератора импульсных напряжений по разным схемам включения.
Основной недостаток данного устройства заключается в том, что при применении этого устройства коммутации нескольких передающих линий на согласованную нагрузку произойдут искажения сгенерированных импульсов, связанные с рассогласованием волновых сопротивлений передающих линий и участка, образованного разрядником (системой разрядников).
Наиболее близким по техническому решению к заявляемому устройству является устройство коммутации передающей линии [2], включающее в себя корпус с изолированными внутри него электродами разрядника, управляющий электрод, и общий проводник. Разрядник коаксиально включен между коаксиальной передающей линией (волновое сопротивление 50 Ом) и коаксиальной нагрузочной линией (волновое сопротивление 45 Ом), которая в свою очередь нагружена на резистор нагрузки величиной 50 Ом - все это является единой коаксиальной линией. Электроды разрядника и плазма разряда, заполняющая разрядный промежуток при работе разрядника, являются продолжением внутреннего проводника коаксиальной линии, второй проводник единой коаксиальной линии является общим и подсоединен к нагрузке.
Основной недостаток данного устройства заключается в невозможности одновременной коммутации нескольких передающих линий на согласованные нагрузки.
Раскрытие изобретения
Техническим результатом данного решения является коммутация нескольких передающих линий с одним напряжением и постоянным волновым сопротивлением на согласованную нагрузку, представляющую собой такое же количество передающих линий, заряженных до другого напряжения.
Данный результат достигается тем, что устройство коммутации передающей линии, преимущественно на передающую линию с тем же волновым сопротивлением, включает в себя корпус с изолированными внутри него электродами разрядника, управляющий электрод и общий проводник. Новым является то, что общий проводник линий выполнен в виде отдельных проводников, каждый из которых отделен друг от друга изолятором и соединен с соответствующими проводниками дополнительных передающих линий, причем проводники каждой передающей дополнительной линии, не являющиеся общими, подключены к соответствующим электродам, при этом корпус выполнен из диэлектрического материала.
Кроме этого, отдельные проводники могут быть выполнены в виде вложенных друг в друга проводящих полых цилиндров или групп соединительных проводников, расположенных в корпусе или вне корпуса, а также электроды разрядника могут быть выполнены в виде системы электродов.
Выполнение общего проводника в виде отдельных проводников, отделенных друг от друга изолятором и соединенных с соответствующими дополнительными проводниками передающих линий, а также подключение проводников каждой передающей дополнительной линии, не являющихся общими, к соответствующим электродам, позволяет коммутировать несколько передающих линий с одним напряжением и постоянным волновым сопротивлением на согласованную нагрузку, представляющую собой такое же количество передающих линий, заряженных до другого напряжения.
Каждая передающая линия разряжается при срабатывании устройства коммутации только на предназначенную ей передающую линию. Это достигается тем, что, как показано выше, в устройстве коммутации общие проводники передающих линий выполнены раздельно друг от друга, то есть каждая передающая линия при срабатывании устройства коммутации имеет совместный высоковольтный проводник, состоящий из электродов и плазмы разряда между ними. Каждая передающая линия при срабатывании устройства коммутации имеет раздельный общий проводник. То есть вся система раздельных общих проводников выполнена из нескольких отдельных проводников.
Выполнение отдельных проводников в виде вложенных друг в друга проводящих полых цилиндров или групп соединительных проводников, расположенных в корпусе, приводит к коаксиальному исполнению устройства коммутации. Каждый проводящий полый цилиндр образует коаксиальную волноводную линию с плазмой разряда и электродами. Каждая группа соединительных проводников, расположенных в корпусе, тоже образует коаксиальную волноводную линию с плазмой разряда и электродами. Поэтому устройство коммутации вносит минимальные искажения в разрядку передающих линий.
Количество коммутируемых передающих линий должно быть равным числу отдельных проводников, чтобы передающая линия коммутировалась только на одну передающую линию с таким же волновым сопротивлением.
Так как волновое сопротивление передающих линий одинаково, то коммутация каждой передающей линии на свою передающую линию проходит также с минимальными искажениями.
Так как проводящие полые цилиндры, соединительные проводники находятся под одним потенциалом при зарядке, то они разделены тонким изолятором.
Таким образом, предложенная совокупность существенных признаков в заявляемом разряднике позволяет достичь технического результата: коммутацию нескольких формирующих линий с одним напряжением и постоянным волновым сопротивлением на согласованную нагрузку, представляющую собой такое же количество формирующих линий, заряженных до другого напряжения.
Далее рассмотрим предложенное устройство коммутации передающей линии в разных вариантах исполнения, которое схематично изображено на фиг.1-4.
Устройство коммутации передающей линии содержит корпус 1, электроды 2 и 3, управляющий электрод 9, передающие линии 4, 5, 10, 11 (линия 4 коммутируется на линию 11, линия 5 коммутируется на линию 10), высоковольтные проводники линий 4 и 5 подключены к электроду 3, высоковольтные проводники линий 10 и 11 подключены к электроду 2, общий проводник линий в устройстве, выполненный в виде нескольких отдельных проводников 7, 8, соединяет соответствующие общие проводники передающих линий 4, 11 и 5, 10. Отдельный проводник 6 соединяет не показанные на чертежах передающие линии. Отдельные проводники 6-8 разделены между собой изолятором 12 или корпусом 1.
На фиг.1 схематично изображено предложенное устройство коммутации передающей линии при выполнении общего проводника линий (отдельных проводников) в виде вложенных друг в друга проводящих полых цилиндров 6-8, разделенных между собой изолятором 12. Общий проводник передающей линии 4 через дополнительный проводник 14, проводящий полый цилиндр 7 и дополнительный проводник 16 соединится с общим проводником линии 11. Общий проводник передающей линии 5 через дополнительный проводник 13, проводящий полый цилиндр 8 и дополнительный проводник 15 соединится с общим проводником линии 10. Проводящий полый цилиндр 6 соединит общие проводники передающих линий, не показанных на фиг.1.
На фиг.2 схематически изображено предложенное устройство коммутации передающей линии при выполнении общего проводника линий (отдельных проводников) в виде групп соединительных проводников 6-8 расположенных в корпусе 1. Группа соединительных проводников 6 соединит не показанные на чертежах передающие линии.
На фиг.3 схематически изображено предложенное устройство коммутации передающей линии при выполнении общего проводника линий (отдельных проводников) в виде групп соединительных проводников 6-8 расположенных вне корпуса. Группа соединительных проводников 6 соединит не показанные на чертежах передающие линии.
На фиг.4 схематически изображено предложенное устройство коммутации передающей линии при выполнении электродов разрядника, выполненных в виде системы электродов 17, 19 с разрядными промежутками (отдельные проводники выполнены в виде групп соединительных проводников 6-8, расположенных в корпусе 1, как и на фиг.2). Системы электродов 17, 19 представляют собой разрядники РУ-62, которые одним своим электродом присоединяются к электродам 3 и 2 соответственно, другим электродом соединены между собой проводящим цилиндром 18, к которому также подсоединен управляющий электрод разрядника 17, управляющий электрод разрядника 19 соединен с управляющим электродом 9.
Устройство коммутации работает следующим образом. Например, устройство коммутации выполнено вышеназванным способом. Электрод 3, передающие линии 4, 5 заряжены до положительного напряжения и подключены к своим нагрузкам (на фиг. не показаны), электрод 2, передающие линии 11, 10 заряжены до отрицательного напряжения и подключены к своим нагрузкам (на фиг. не показаны). При подаче на управляющий электрод 9 управляющего напряжения между электродами 2 и 3 возникает разряд. Высоковольтный проводник линии 4, электрод 3, плазма разряда, электрод 2, высоковольтный проводник линии 11, образуют высоковольтный проводник единой передающей линии 4-11. Высоковольтный проводник линии 5, электрод 3, плазма разряда, электрод 2, высоковольтный проводник линии 10, образуют высоковольтный проводник единой передающей линии 5-10. Так как общие проводники этих передающих линий в устройстве коммутации изолированы друг от друга, то передающая линия 4 начинает разряжаться только на передающую линию 11, которая в свою очередь разряжается только на линию 4, а передающая линия 5 начинает разряжаться только на передающую линию 10, которая в свою очередь разряжается только на линию 5.
Волновое сопротивление передающих линий одинаково. Устройство коммутации, выполненное по фиг.1, 2, 4, содержит общие проводники передающих линий, реализованные в коаксиальном исполнении. Поэтому устройство коммутации вносит минимальные искажения в разрядку передающих линий.
К устройству коммутации, выполненному по фиг.3, можно подключить большее количество передающих линий при прочих равных условиях.
Устройство коммутации, выполненное по фиг.4, содержит два разрядника РУ-62. Управляющее напряжение подается на управляющий электрод 9 и на управляющий электрод разрядника 19. При срабатывании разрядника 19 передающие линии 10 и 11 начинают разряжаться и через проводящий цилиндр 18 поджигают разрядник 17. Передающая линия 4 начинает разряжаться на передающую линию 11, которая разряжается на линию 4, а передающая линия 5 начинает разряжаться на передающую линию 10, которая разряжается на линию 5.
На предприятии разработан макет для проверки работоспособности предложенного устройства коммутации передающей линии, эти линии могут быть выполнены из коаксиального кабеля РК75-9-13, вышесказанным образом подключенные к устройству, электроды которого выполнены в виде пластин из латуни, корпус выполнен из капролона, и к нагрузке (резисторы сопротивлением 75 Ом), проводящие цилиндры изготовлены из меди, тонким изолятором является полиэтилен, соединительные проводники выполнены из медных проводов с изоляцией.
Проведенные испытания показали, что данное устройство позволяет коммутировать несколько передающих линий с одним напряжением и постоянным волновым сопротивлением на согласованную нагрузку, представляющую собой такое же количество передающих линий, заряженных до другого напряжения.
Заявляемое устройство благодаря своим преимуществам найдет применение при создании импульсных или импульсно-периодических источников электромагнитного излучения.
Источники информации
1. И.В.Пекарь. Быстродействующая система коммутации высоковольтного генератора импульсных напряжений // Приборы и техника эксперимента, 1978, №5, с.125-128.
2. С.К.Любутин, Г.А.Месяц, С.Н.Рукин и др. Генерирование высоковольтных субнаносекундных импульсов с пиковой мощностью 700 МВт и частотой повторения до 3,5 кГц // Приборы и техника эксперимента, 2001, №5, с.80-88.