DE2013548C3 - Impulsgenerator - Google Patents

Description

2. ImpuVjenerator nach Anspruch 1, dadurch sen ist. der zur Impedanzanpassung dient und gkk.n ^■kennzeichnet, daß der langgestreckte Hohlzy- ao der charakteristischen Impedanz der U lertragun.üs-Tinder (20) eine unter einem Überdruck stehende leitung ist. wenn keine Rellevonen an diesem lihk sauerstoffhaltig Atmosphäre enthält und daß der erwünscht sind.

Spalt (42) der'Funkensirecke eine Breite von we- Weiterhin ist es bekannt. Mikrowel en-Irnpulszuue

niger als etwa 0,1 mm aufweist. dadurch zu erzeugen, daß sich wiederholende Im-

"3 Impulsgenerator nach Anspruch! oder 2, 25 pulse erzeugt und einem Filter zugeluhrt wercien. »ei

dadurch gekennzeichnet, daß die an den Spalt Verwendung eines richtig dimensionierten filters ci-

(42) angrenzenden Teile des Innenleiters (28, 34) geben sich Mikrowellen-Schwmgungszuge, von de-

aus einem hitzebeständigen Werkstoff von gerin- nen jeder einem Eingangsimpuls entspncht. uie Mi-

gem Emissionsvermögen bestehen. krowellenenergic· ist eine Funktion der Anstiegszeit

4. Impulsgenerator nach einem der vorherge- 30 und der Amplitude des Eingangsimpulses. Im allgehenden Ansprüche, d-.durch gekennzeichnet, daß meinen gilt die Regel, daß eine höhere Energiemenge der Ladungsspeicherab-.chnitt (40) des Innenlei- bei einer höheren Frequenz erzeugt werden kann, ters (28, 34) eine Länge im Bereich von etwa wenn die Anstiegszeit des Eingangsimpulses verkürzt 12.5 bis 50 mm aufweist. und die Amplitude des Impulses vergrößert wird

5. Impulsgenerator nach einem der vorherge- 35 (Lüeraturstellc »IEEE Transactions on Microwave henden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß Energy and Techniques«, September 1 )te, b. /(W der Ohmsche Widerstand (38) einen Wider- bis 706). .
standswert im Bereich von etwa 5 bis 100 Meg- Impulse mit im Picosekunüeubcrcich liegenden ohm aufweist. Anstiegszeiten können mit Hilfe von Generatoren er-

6. Impulsgenerator nach Anspruchs, dadurch 40 zeugt werden, bei denen Festkörpersdialter vorgesegekennzeichnet, daß eine Energiequelle (45, 46) hen sind, die sehr schnell arbeiten. Jedoch kann bei zum · Zuführen eines Hochspannungs-Gleich- solchen Festkörperschaltern nur mit begrenzten Stroms mit dem mit dem Widerstand (38) verbun- Spannungen gearbeitet werden, da sonst die Gefahr denen Ende (34) des Innenleiters und dem die- einer Beschädigung der verwendeten Festkorperscm Ende zugeordneten Ende des Hohlzylinders 45 oder Flalbleiterschaller besteht. Daher wurde bei ty-(20) verbunden ist. pischen derartigen Anordnungen zum Erzeugen von

7. Impulsgenerator nach einem der vorherge- Mikrowellen bisher nur eine maximale Ausgangsleihenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß stung von einigen Watt erreicht. Die bis jetzt bekannder Ladungsspeicherabschnitt (40) des Innenlei- ten Impulsgeneratoren, die geeignet sind, Schaltvorters (28. 34) mit Ausnahme seiner Enden von 50 fcänge bei erheblich höheren Spannungen durchzueinem Mikrowellenenergie absorbierenden, elek- führen, arbeiten verhältnismäßig langsam. Somit trisch isolierenden Material (44) umgeben ist. kann zwar die Ausgangsleistung des Filters hoch

sein, doch ist die Frequenz der Impulsstöße ziemlich niedrig, so daß in den meisten Fällen nur die Unter-

55 grenze des Mikrowellenbereichs erreicht wird.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen

Die Erfindung bezieht sich auf einen Impulsgene- Impulsgenerator der eingangs genannten Art zu räfor mit einem dicht verschlossenen, ein Gas enthal- schaffen, der bei einfachem Aufbau die Erzeugung tenden langgestreckten Hohlzylinder, der als Außen- von Impulsen mit sehr kurzer Anstiegszeit und sehr leiter dient, und mit einem dazu koaxialen Innenlei- 60 hoher Spannung ermöglicht.

ter, wobei der Innenleiter zur Bildung einer Funken- Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch ge-

strecke in dem Hohlzylinder unterteilt ist und sich löst, daß an den Spalt der Funkenstrecke ein Ladie Enden des Innenieiters aus den benachbarten En- dungsspeicherabschnitt des Innenleiters angrenzt den des Hohlzylinders heraus erstrecken und mit den und daß ein Ohmscher Widerstand zwischen dem Enden des Außenleiters Eingangs- bzw. Ausgangsan- 65 Ladungsspeicherabschnitt und dem zugehörigen Schlüsse bilden. Ende des Innenleiters angeschlossen ist.

Bei einem bekannten Impulsgenerator dieser Art Durch die erfindungsgemäße Ausgestaltung der

(britische Patentschrift 1 132 183) ist der Innenleiter Erfindung wird ein Impulsgenerator geschaffen, der

hei einfachem Aulbau die Erzeugung von Impulsen mit sehr kurzer Anstiegszeil und sehr hoher Spannuim crmöulieht.

Weitere \orleilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den Imteransprüchen.

Die Erfindung wird im folgenden an Hand der Zeichnung noch nälvjr erläutert. In der Zeichnung zeigt

Fig. I cmc schematische Darstellung einer bevorzugten Ausl'iihrungsform des Impulsgenerators im Längsschnitt.

F i g. 2 eine typisch:.- Wellenform des Ausgangssignals eines Impulsgenerator nach Fig. 1,

F i g. 3 ein Blockschaltbild /ur Erläuterung der Anwendung des Impulsgenei .aors nach F i g. 1 zur F.rzeugung von Mikiowellenencrgie-Sehwingungs-/ügeu.

Allgemein gesprochen sieht ilie Erfindung zur Erfüllung ihrer Aufgabe eine Vorrichtung vor, die eine gasdichte Umschließung umfaßt, an deren Enden eine elektrische Ausgangsklemme bzv.. eine elektrische F.ingangsklemme angeordnet ist. Die Eingangsklemme ist im Inneren der Umschließung durch einen großen Ohmsehen Widerstand mit einem Ladungsspeicherelement verbunden, das vorzugsweise in Form eines einzigen langgestreckten Leiters ausgebildet und durch einen engen Spalt von der Ausgangsklemme getrennt ist. Die Umschließung ist mit einem sauerstoffhaltigen Gas gefüllt, das sich unter einem Überdruck befindet.

In Fig. 1 ist eine Ausführungsform der Erfindung mit einer langgestreckten, hohlen gasdichten Umschließung 20 dargestellt. An einem zwischen den Enden der Umschließung 20 liegenden Punkt kann eine dicht verschließbare öffnung 22 vorgesehen sein, damit der Innenraum 24 der Umschließung mit unter einem Überdruck stehender Luft oder einem anderer, sauerstoffhaltigen Gas gefüllt werden kann. Bei einer typischen Ausführungsform ist der Innenraum der Umschließung 20 mit Luft gefüllt, die unter einem Druck von etwa 3,5 atü steht.

Bei dem hier beschriebenen Ausführungsbeispiel besteht die Umschließung 20 im wesentlichen aus einem elektrisch leitenden Werkstoff wie Kupfer, nichtrostendem Stahl od. dgl. Alternativ kann die Umschließung aus einem isolierenden Werkstoff wie Glas, einem keramischen Material od. dgl. hergestellt sein, doch soll sie in diesem Fall aus noch zu erläuternden Gründen in eine elektrisch leitende Abschirmung eingeschlossen sein.

In das eine Ende 26 der Umschließung 20 ist eine elektrisch leitende Ausgangsklemme 28 eingebaut, das vorzugsweise die Form eines gleichachsig mit der Umschließung angeordneten langgestreckten Leiters hat. Der Leiter 28 ist gegenüber der Umschließung 20 durch eine gleichachsig mit ihm angeordnete Buchse 30 isoliert, die z. B. aus Glas, Polytetrafluorethylen od. dgl. besteht. Das andere Ende 32 der Umschließung 20 ist auf ähnliche Weise mit einem gleichachsig mit dem Leiter 28 angeordneten langgestreckten Eingangsanschluß 34 versehen, der gegenüber der Umschließung durch eine Buchse 36 elektrisch isoliert ist. Die beiden Anschlußstücke oder Leiter bilden sonsit elektrische Verbindungen, die aus dem Innenraum der Umschließung nach außen führen.

Das im ![nnenraum 24 der Umschließung 20 angeordnete linde des Leiters 34 ist leitend mit einer Klemme eines Ohnv.chen Widerstandes 38 verbunden, der durch den Leiter 34 mechanisch unterstützt ist. Das andere finde des Widerstandes 38 ist mit einem Ende eines Speieherelements 40 in Form eines langgestreckten Leiters verbunden, der aus einem elektrisch leitenden Werkstoff besteht und ebenfalls gleichachsig mit den Anschlußslücken 28 und 34 angeordnet ist. Das freie Ende des Speicherelements

i" 4i> ist vom inneren Ende des Leiters 28 durch einen engen Spalt 42 uetrennt. der natürlich mi; dem unter einem Überdruck stellenden sauerstoffhaltigen das gefüllt ist. Die einander /Angewandten Enden des .Speicherelements 41) und des Leiters 28 bestehen vorzugsweise aus einem hit/ebeständigen leilfahigen Werkstoff von geringem Emissionsvermögen wie Wolfram od. dgl. Besonders '.sichtig ist, daß der Abstand zwischen den benachbarten Enden des Speicherelernenis 40 und des Leuers 2 weniger als etwa 0.075 bis etwa 0,100 ην betragt.

Bei einer Ausführungsfortr der Erfindung ist in dem Raum zwischen dem Speicherelement 40 und der Innenwand der Umschließung 20 ein Material 44 angeordnet, das eine mechanische UnteiStützung HiI-dft, die das Speicherelement 40 in der richtigen Lage hiiit, und dieses Materia! absorbiert außerdem Mikrowellenenergie; bei dem Material 44 handelt es sich z. B. um ein Epoxyhar/füllmaterial, das gegebenenlalls mit Schlitzen \ersehe.1 sein kann, um eine gleichmäßige Verteilung des Gasdrucks in der Umschließung zu ermöglichen.

Gemäß F i g. 1 kann das Ende 32 der Umschließung zusammen mit dem Leiter 34 ebenso wie das Ende 26 der Umschließung zusammen mit dem Leiter 28 als Koaxialanschluß ausgebildet werden, so daß die Umschließung und die darin angeordneten Leiter praktisch eine koaxiale Übertragungsleitung bilden. Hierbei richten sich auf bekannte Weise die Abmessungen der Umschließung 20 und der zentral angeordneten Leiter sowie der dazwischen vorgesehene Abstand nach dem gewünschten Widerstand der Übertragungsleitung. Die Konstruktion des Koaxial-Ausgangsanschlusses, der uurch den Leiter 28, das Dielektrikum 30 und das Ende 26 der Um-Schließung gebildet ist, macht es erforderlich, daß einen gleichmäßigen Widerstand der Übertragungsleitung liefert, der in einem typischen Fall 50 Ohm beträgt, um den Generator der Vorrichtung anzupassen, der die Impulsenergie zugeführt werden soll. Die elektrische Länge des Leiters 40 bestimmt die Länge oder Dauer der erzeugten Impulse.

Während des Gebrauchs des Generators ist die Umschließung 20 an einen Pol einer Gleichstromquelle, L. B. gemäß Fig. 1 einer sthematisch dargestellten Batterie 45, angeschlossen, während der Leiter oder Anschluß 34 z. B. über einen Schalter 46 mit dem anderen Pol der Gleichstromquelle verbunden ist. Die Spannung der Gleichstromquelle, die dem Speicherelement 40 über den Strombcgrenzungswiderstand 38 zugeführt wird, lädt das Speicherelement auf. Bei einer typischen Ausführungsform beträgt der Widerstandswert des Widerstandes 38 etwa 10 Megohm. Auf dem Speicherelement 40 baut sich eine Ladung auf, bis sich an dem Spalt 42 ein dielektrischer Durchschlag abspielt. Da der Spalt 42 sehr eng ist, besteht Gewähr dafür, daß die der linken Flanke der in F i g. 2 gezeigten Kurve entsprechende Anstiegszeit des erzeugten Impulses sehr kurz ist. Bei

einer Breite des Spaltes von etwa 0,075 mm und einer maximalen Amplitude V des Impulses nach Fig. 2, die 5 Kilovolt beträgt, ergibt sich z.B. eine Anstiegszeit M von etwa 100 Picosckunden.

Die Entladung über den Spalt klingt schnell ab, wenn die Ladung des Spcichcrclcmcnts 40 verbraucht wird, und ein schnelles Abklingen wird insbesondere dadurch bewirkt, daß das saucrstoffhaltigc Gas nicht ionisiert bleibt und daher die Entladung nicht unterstützt, sondern sie zu löschen bestrebt ist, sobald die Spannung zurückgeht. Andere Gase, /.. B. Stickstoff, verbleiben im ionisierten Zustand, so daß ein stehender Lichtbogen auftritt, solange der Schalter 46 geschlossen bleibt, und daß daher keine aufeinanderfolgende Impulse erzeugt werden. Sobald die Entladung beendet ist und der Spalt wieder mit dem Dielektrikum gefüllt ist, beginnt dagegen bei dem erfindungsgemäßen Generator das Speicherelement 40, sich erneut aufzuladen. Nach dem erneuten vollständigen Aufladen wird ein weiterer Impuls erzeugt, und die beschriebenen Arbeitsspiele wiederholen sich, so daß man eine Impulsreihe erhält. Die Impulslänge richtet sich nach der Laufzeit einer Ladung längs des Spcichcrclcmcnts 40, und sie ist daher gleich dem Zweifachen der Länge des Spcichcrclcmcnts. Wenn z. B. ein kurzer Impuls im Bereich unterhalb des Nanosekundenbereichs erzeugt werden soll, muß das Speicherelement 40 eine Länge von etwa 25 mm haben. Daher erhält das Speicherelement vorzugsweise eine Länge zwischen etwa 12.5 und 50 mm. Bei einer typischen erfindungsgcmäßen ΛηϋΓί'ίΐϋΠ}· gibi die Siiuiiii|uciic 45 Energie ab, durch die das Llement 40 auf etwa 5 Kilovolt aufgeladen wird, und beim Erreichen dieser Spannung spielt sich an dem Spalt 42 ein Durchschlag ab, wenn der Spalt mit trockener Lufl gefüllt ist und seine Breite weniger als etwa 0.1 mm beträgt. Der hohe Widerstandswert des Widerstandes 38, der zwischen etwa 5 und 100 Megohm liegt und bei einer typischen Konstruktion z.B. 10 Megohm beträgt, verhindert bzw. begrenzt das Fließen eines ununterbrochenen Stroms, der bestrebt sein würde, an dem Spalt 42 einen Lichtbogen aufrechtzuerhalten. Außerdem begrenzt der Widersiand 38 die zum Aufladen des Speieherclcmcnts 40 benötigte Zeit, und daher bestimmt er die Wicderholungsgeschwindigkcit, mit der die Impulse erzeugt werden und die bei den vorstehend genannten elektrischen Werten der Schaltungselemente normalerweise im Bereich von K) bis 20 kHz liegt.

Die Verwendung einer unter einem Überdruck stehenden Atmosphäre ist wichtig, da bei höheren Drücken die Tendenz besteht, die Impulsform von Impuls zu Impuls und insbesondere; die maximale Impulsamplitude zu stabilisieren. Auch die Breite des

ίο Spaltes 42 ist von Bedeutung, denn wenn man einen sehr engen Spalt vorsieht, dessen Breite kleiner ist als z.B. etwa 0,075 bis 0,1mm, lassen sich die gewünschten sehr kurzen Impulsanstiegszeiten erzielen, die im Bereich von 100 Picosckunden liegen. Zwar

braucht das Mikrowellenencrgie absorbierende Material 44 nicht unbedingt vorgesehen zu sein, doch sei bemerkt, daß es Geräusche oder Echos verringert, die durch eine Reflexion in dem Speicherelement 40 von dem Spalt 42 aus oder von dem Verbraucher,

ao dem der Impuls zugeführt wird, hervorgerufen werden.

Ein Anwendungsbeispiel für einen erfindunpsgemäßen Generator ist in Fig.3 dargestellt, wo die Stromquelle 45 mit einem Generator 50 verbunden

as ist, der gemäß Fig. I ausgebildet sein kann. Das die Impulse abgebende Ausgangsende des Generators 50 ist mit ei ier Fillcrschaltung 52 verbunden, wie sie z. B. in dem weiter oben genannten Artikel beschrieben ist. Jeder durch den Generator 50 erzeugte Im-

puls wird somit durch die Filtcrschaltung 52 in einen Mikrowellcnstoß verwandelt, bei dem sich die Zahl der Perioden nach der Zahl der WcIIcncrzeugungsorganc in dem Filter richtet. Zwar kann man die beschriebene Anordnung allgemein als bekannt Ix trachten, doch ist zu bemerken, daß sie sich insofern von bekannten Anordnungen dadurch unterscheide!, daß der erfindungsgemäße Generator 50, wie vorsthcnd erläutert, geeignet ist, Impulse mit einer ScIu. tclspannung von mindestens 1 Kilovolt und praktisch

sogar von mehreren Kilovolt und mit Anstiegszeiten im Bereich von etwa 100 Picosckunden zu erzeugen Infolgedessen kann der Encrgicinhalt der von dei Filtcrschaltung 52 abgegebenen MikrowellcnstölV alle Werte bei weitem überschreiten, die bis jetzt mii

Hilfe ähnlicher Schaltungen bekannter Art erzieh werden können.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (1)

I 2 in eine Anzahl von durch Spalte voneinander ge- Patentanspruche: trennten Abschnitten unterteilt, wobei der Innenlei

1. Impulsgenerator mit einem dicht verschlos- ter zusammen mit dem Außenleiter eine Ubertrasenen. em "das enthaltenden iaimgestreckten miimsleiiung bildet. Das Ausgangssignal dieses im-Hohlzvlinder, der als Außenleiter dient, und mit 5 puKuenerators ist ein flocht requen/sciwingungszi.g. einem'dazu koaxialen Innenleiier. wobei der In- der dadurch gewonnen wird, dab der zuu-umu, nenleiter zur Bildung einer Funkenstrecke in dem Rechteckschwingungszug durch eine Keine u nt etlohlzA linder unierteilt ist und sich die Enden des flexionen auf Ciruiul des lortsclirei eiuiui uum.ii Innenieiters aus den benachbarten Enden des Überschlages oder üurchbruehs an den »pau«.n z\, i-Holilzvlinders heraus erstrecken und mit den Fn- io sehen den Innenleiterabschniltcn in eine Keine \-n den des Außenleiters Einuanus- bzw. Ausgangs- kurzen Wanderwellen unterbrochen wird. Hie, κ-, anschlüsse bilden. d a d u r c h g e k'e η η - werden zur Erzielung einer Hoehlrequenzsehw mgim, zeichnet, daß an den Spalt der Funken- keine Resonanzeleme'He verwendet, und die uai.e, strecke ein L adun-sspeieherabschnitt (40) des In- der Ausgangsschwingungen hangt von Uu tieii.esnenleiters angrenzt und ein Ohmscher Wide,- -5 sung der Spalte ab. Die Impulse werden an einen, stand (38) zwischen dem l.adum-sspeicherab- Ende der durch den Innenleuer und den Aul.lenlei.c; schnitt und dem zuuehörmen linde "des Innenlei- gebildeten Übertragungsleitung eingespeist wahrend ters (34) angeschlossen isL das andere Ende durch einen Widerstand abgeschlos-