RU2657240C1 - Generator of high frequency pulses on the basis of discharge with full cathode - Google Patents
Generator of high frequency pulses on the basis of discharge with full cathode Download PDFInfo
- Publication number
- RU2657240C1 RU2657240C1 RU2017102278A RU2017102278A RU2657240C1 RU 2657240 C1 RU2657240 C1 RU 2657240C1 RU 2017102278 A RU2017102278 A RU 2017102278A RU 2017102278 A RU2017102278 A RU 2017102278A RU 2657240 C1 RU2657240 C1 RU 2657240C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- generator
- gas discharge
- transformers
- frequency
- matching
- Prior art date
Links
- 230000008878 coupling Effects 0.000 claims abstract description 11
- 238000010168 coupling process Methods 0.000 claims abstract description 11
- 238000005859 coupling reaction Methods 0.000 claims abstract description 11
- 230000005855 radiation Effects 0.000 abstract description 3
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract 1
- 230000010355 oscillation Effects 0.000 description 30
- 244000309464 bull Species 0.000 description 3
- YZCKVEUIGOORGS-OUBTZVSYSA-N Deuterium Chemical group [2H] YZCKVEUIGOORGS-OUBTZVSYSA-N 0.000 description 2
- 229910052805 deuterium Inorganic materials 0.000 description 2
- 230000003534 oscillatory effect Effects 0.000 description 2
- 229910001220 stainless steel Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000010935 stainless steel Substances 0.000 description 2
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 1
- 230000000977 initiatory effect Effects 0.000 description 1
- 239000012212 insulator Substances 0.000 description 1
- 230000008520 organization Effects 0.000 description 1
- 230000010363 phase shift Effects 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
- H01J17/00—Gas-filled discharge tubes with solid cathode
- H01J17/02—Details
Landscapes
- Lasers (AREA)
- Plasma Technology (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к области высокочастотной техники и может быть использовано при создании генераторов высокочастотного (ВЧ) излучения.The invention relates to the field of high-frequency technology and can be used to create generators of high-frequency (HF) radiation.
Разряд с полым катодом [Москалев Б.И. Разряд с полым катодом. - М.: Энергия. 1969] имеет следующую особенность - при определенных условиях (при определенных геометрических параметрах катодной полости, при значениях давления разрядного газа, лежащих в определенном диапазоне, и при превышении определенного порог а плотности тока разряда) в процессе его развития происходит ВЧ-модуляция разрядного напряжения [Arbel D., Bar-Lev Z., Felsteiner J., Rosenberg A., Slutsker Ya. Z. ʺCollisionless Instability of the Cathode Sheath in a Hollow-Cathode Dischargeʺ, Physical Review Letters. 1993. V. 71. №18. Р. 2919].The discharge with a hollow cathode [Moskalev B.I. Hollow cathode discharge. - M .: Energy. 1969] has the following feature - under certain conditions (for certain geometrical parameters of the cathode cavity, for discharge gas pressures lying in a certain range, and when a certain threshold a of the discharge current density is exceeded), RF discharge modulation occurs during its development [Arbel D., Bar-Lev Z., Felsteiner J., Rosenberg A., Slutsker Ya. Z. oll Collisionless Instability of the Cathode Sheath in a Hollow-Cathode Dischargeʺ, Physical Review Letters. 1993. V. 71. No. 18. R. 2919].
Известны генераторы ВЧ-импульсов (ВЧ-генераторы) на основе разряда с полым катодом, аналогичные данному генератору (например, Патент РФ 134697, Вялых Д.В., Дубинов Л.Е., Жданов B.C., 20.11.2012, бюл. №32]), содержащие газоразрядную камеру, к электродам шторой, полому катоду и аноду, подключены источник питания и электрическая нагрузка. В камере устанавливается требуемый для зажигания разряда и реализации ВЧ-модудяций разрядного напряжения уровень давления рабочего газа. При подаче на электроды импульса напряжения в разрядном промежутке, образованном катодом и анодом, инициируется газовый разряд с полым катодом. Электрическая нагрузка подключена параллельно газоразрядной цепи. ВЧ-компонента колебаний напряжения разряда является причиной возникновения импульса ВЧ-колебаний напряжения на электрической нагрузке, которые, в свою очередь, являются источником электромагнитной ВЧ-энергии.Known RF pulse generators (RF generators) based on a hollow cathode discharge, similar to this generator (for example, RF Patent 134697, Vyalykh D.V., Dubinov L.E., Zhdanov BC, 11.20.2012, bull. No. 32 ]) containing a gas discharge chamber, a power source and an electric load are connected to the electrodes by a curtain, a hollow cathode, and an anode. In the chamber, the pressure level of the working gas is required for igniting the discharge and realizing the RF modulations of the discharge voltage. When a voltage pulse is applied to the electrodes in the discharge gap formed by the cathode and the anode, a gas discharge with a hollow cathode is initiated. An electrical load is connected in parallel with the discharge circuit. The RF component of the oscillations of the discharge voltage is the cause of the pulse of the RF oscillations of the voltage at the electric load, which, in turn, are the source of electromagnetic RF energy.
Многие возможные применения ВЧ-генераторов данного типа требуют генерации импульсов мощности больших значений, чем достигнутые к настоящему времени. Мощность генерируемых ВЧ-импульсов зависит от мощности высоковольтных импульсов питания, подаваемых на электроды газоразрядной камеры. Однако путь увеличения мощности ВЧ-импульсов за счет повышения величины напряжения питания имеет достаточно серьезные ограничения применимости, так как может привести к изменению формы разряда с полым катодом и. как следствие, к прекращению функционирования генератора.Many possible applications of this type of RF generators require the generation of power pulses of higher values than those achieved to date. The power of the generated RF pulses depends on the power of the high voltage power pulses supplied to the electrodes of the gas discharge chamber. However, the way to increase the power of RF pulses by increasing the supply voltage has quite serious applicability limitations, since it can lead to a change in the shape of the discharge with a hollow cathode and. as a result, to the termination of the functioning of the generator.
Одним из способов увеличения мощности ВЧ-импульсов, генерируемых приборами данного типа, является использование в генераторе двух и более газоразрядных камер или газоразрядных промежутков. При суммировании двух или нескольких одновременно формируемых импульсов, представляющих собой гармонические ВЧ-колебания, амплитуда результирующего ВЧ-сигнала будет выше, чем амплитуда сигнала, генерируемого в единичной камере. Однако для этого фазы ВЧ-колебаний в каждой из камер должны незначительно отличаться друг от друга, в противном случае при сложении импульсов результирующая амплитуда может увеличиться незначительно, либо вообще уменьшиться.One way to increase the power of RF pulses generated by devices of this type is to use two or more gas discharge chambers or gas discharge gaps in the generator. When summing two or more simultaneously generated pulses, which are harmonic RF oscillations, the amplitude of the resulting RF signal will be higher than the amplitude of the signal generated in a single chamber. However, for this phase, the RF oscillations in each of the chambers should slightly differ from each other, otherwise, when the pulses are added, the resulting amplitude can increase slightly, or even decrease.
Способы добиться синфазности двух и более ВЧ-сигналов, формируемых газоразрядными камерами ВЧ-генератора на основе разряда с полым катодом, известны [Патент РФ 2462783, 27.09.2012, бюл. №27; Патент РФ 145556, 27.02.2014, бюл. №26], однако их реализация не всегда эффективна, так как предполагает существенное усложнение конструкции или увеличение массогабаритных характеристик ВЧ-генератора.Ways to achieve the phase matching of two or more RF signals generated by gas discharge chambers of an RF generator based on a hollow cathode discharge are known [RF Patent 2462783, September 27, 2012, bull. No. 27; RF patent 145556, 02/27/2014, bull. No. 26], however, their implementation is not always effective, since it involves a significant complication of the design or an increase in the overall dimensions of the RF generator.
Прототипом заявляемого устройства является генератор ВЧ-импульсов на основе разряда с полым катодом [S.V. Bulychev, А.Е. Dubinov, I.L. L'vov et. al., Autonomous portable pulsed-periodical generator of high-power radiofrequency-pulses based on gas discharge with hollow cathode // Review of Scientific Instruments, 2016, vol. 87 (5), 054707], содержащий газоразрядную камеру, образованную полым катодом и анодом, к электродам камеры подключены источник питания и электрическая нагрузка, подсоединенная к газоразрядной камере через согласующий трансформатор сопротивлений, представляющий собой резонансную линию. В камере устанавливается требуемый для зажигания разряда и реализации ВЧ-модуляций разрядного напряжения уровень давления рабочего газа. При подаче на электроды импульса напряжения в разрядном промежутке, образованном катодом и анодом, инициируется газовый разряд с полым катодом. ВЧ-модуляции напряжения разряда являются причиной возникновения импульса ВЧ-колебаний напряжения на электрической нагрузке, которые, в свою очередь, являются источником электромагнитной ВЧ-энергии. Согласующий трансформатор сопротивлений выполняет функцию согласования внутреннего сопротивления генератора с сопротивлением нагрузки, с целью предотвратить появление отраженных волн и искажения ВЧ-импульса. В конкретном исполнении согласующий трансформатор сопротивлений представляет собой четвертьволновый трансформатор на отрезке длинной линии [Власов В.Ф., Курс радиотехники. М. - Л., Госэнергоиздат, 1960; Румянцев К.Е., Землянухин П.А., Окорочков A.И., Радиотехнические цепи и сигналы, М., Издательский центр «Академия», 2005; Зернов Н.В., Карпов В.Г., Теория радиотехнических цепей. М., Энергия. 1972]. Длина отрезка равняется четверти длины волны колебаний генерируемого ВЧ-импульса, а волновое сопротивление длинной линии равняется квадратному корню из произведения внутреннего сопротивления газоразрядной камеры и сопротивления нагрузки ВЧ-генератора. Четвертьволновый трансформатор представляет собой резонансную линию и является колебательным контуром [Румянцев К.Е., Землянухин П.А., Окорочков А.И., Радиотехнические цепи и сигналы, М., Издательский центр «Академия», 2005]. При указанном условии равенства длины отрезка длинной линии четверти длины волны колебаний генерируемого ВЧ-импульса резонансная частота четвертьволнового трансформатора совпадает с частотой ВЧ-импульса. При передаче ВЧ-импульса, инициируемого в газоразрядной камере, в четвертьволновый трансформатор в нем, как в колебательном контуре, возбуждаются колебания с резонансной частотой, то есть с частотой ВЧ-импульса. Таким образом, передаваемый в нагрузку ВЧ-импульса инициируемого в газоразрядной камере, окончательно формируется в согласующем трансформаторе сопротивлений.The prototype of the claimed device is an RF pulse generator based on a discharge with a hollow cathode [S.V. Bulychev, A.E. Dubinov, I.L. L'vov et. al., Autonomous portable pulsed-periodical generator of high-power radiofrequency-pulses based on gas discharge with hollow cathode // Review of Scientific Instruments, 2016, vol. 87 (5), 054707], containing a gas discharge chamber formed by a hollow cathode and anode, a power source and an electric load connected to the gas discharge chamber through a matching resistance transformer, which is a resonance line, are connected to the chamber electrodes. In the chamber, the pressure level of the working gas is required for igniting the discharge and implementing RF modulations of the discharge voltage. When a voltage pulse is applied to the electrodes in the discharge gap formed by the cathode and the anode, a gas discharge with a hollow cathode is initiated. The RF modulation of the discharge voltage is the cause of the pulse of the RF voltage fluctuations at the electric load, which, in turn, are the source of electromagnetic RF energy. The matching resistance transformer performs the function of matching the internal resistance of the generator with the load resistance, in order to prevent the appearance of reflected waves and distortion of the RF pulse. In a specific design, the matching resistance transformer is a quarter-wave transformer on a long line segment [Vlasov V.F., Radio Engineering Course. M. - L., Gosenergoizdat, 1960; Rumyantsev K.E., Zemlyanukhin P.A., Okorochkov A.I., Radio engineering circuits and signals, M., Academy Publishing Center, 2005; Zernov N.V., Karpov V.G., Theory of radio engineering circuits. M., Energy. 1972]. The length of the segment is equal to a quarter of the wavelength of the oscillations of the generated RF pulse, and the wave resistance of the long line is equal to the square root of the product of the internal resistance of the gas discharge chamber and the load resistance of the RF generator. A quarter-wave transformer is a resonant line and is an oscillatory circuit [Rumyantsev KE, Zemlyanukhin PA, Okorochkov AI, Radio engineering circuits and signals, M., Academy Publishing Center, 2005]. Under the indicated condition of equal length of a segment of a long line of a quarter wavelength of oscillations of the generated RF pulse, the resonant frequency of the quarter-wave transformer coincides with the frequency of the RF pulse. When an RF pulse initiated in a gas discharge chamber is transferred to a quarter-wave transformer, oscillations with a resonant frequency, that is, with a frequency of an RF pulse, are excited in it, as in an oscillatory circuit. Thus, the RF pulse transmitted to the load initiated in the gas discharge chamber is finally formed in the matching resistance transformer.
Недостатком описанных выше приборов следует считать невысокий уровень энергии генерируемых ВЧ-импульсов.The disadvantage of the above devices should be considered a low energy level of the generated RF pulses.
Идея заявляемого технического решения состоит в том, чтобы при использовании в ВЧ-геиераторе двух или нескольких газоразрядных камер добиваться синфазности не ВЧ-импульсов, инициируемых в газоразрядных камерах, а импульсов, формируемых в подключенных к каждой камере согласующих трансформаторах сопротивлений.The idea of the claimed technical solution is that when using two or more gas discharge chambers in an RF geierator, it is not necessary to achieve phase matching of the RF pulses initiated in the gas discharge chambers, but the pulses generated in the matching resistance transformers connected to each chamber.
Технической проблемой генератора высокочастотного излучения на основе разряда с полым катодом является повышение энергии генерируемых ВЧ-импульсов.The technical problem of a high-frequency radiation generator based on a hollow cathode discharge is to increase the energy of the generated RF pulses.
Технический результат заключается в повышении мощности формируемых генератором высокочастотных импульсов.The technical result consists in increasing the power generated by the generator of high-frequency pulses.
Технический результат достижим за счет того, что по сравнению с генератором высокочастотных импульсов на основе разряда с полым катодом, содержащим газоразрядную камеру, образованную полым катодом и анодом, к электродам камеры подключены источник питания и электрическая нагрузка, подсоединенная к газоразрядной камере через согласующий трансформатор сопротивлений, представляющий собой резонансную линию, заявляемое устройство дополнено, по меньшей мере, еще одной подключенной к источнику питания аналогичной газоразрядной камерой с идентичными геометрическими размерами, к этой камере через соответствующий ей согласующий трансформатор сопротивлений, представляющий собой резонансную линию, подсоединена электрическая нагрузка, причем резонансные частоты у всех согласующих трансформаторов сопротивлений, входящих в состав генератора, совпадают, при этом все согласующие трансформаторы сопротивлений имеют между собой электромагнитную связь.The technical result is achievable due to the fact that, compared with a high-frequency pulse generator based on a hollow cathode discharge containing a gas discharge chamber formed by a hollow cathode and anode, a power source and an electrical load are connected to the chamber electrodes and connected to the gas discharge chamber through a matching resistance transformer, representing a resonant line, the inventive device is supplemented by at least one more gas discharge chamber connected to a power source with and In identical geometrical dimensions, an electrical load is connected to this chamber through the matching matching resistance transformer, which is a resonant line, and the resonant frequencies of all matching resistance transformers included in the generator are the same, while all matching resistance transformers have electromagnetic coupling .
Так как геометрические размеры газоразрядных камер, входящих в состав ВЧ-генератора, идентичны, то частоты ВЧ-колебаний разрядного напряжения, инициируемых в камерах, приблизительно равны (частота ВЧ-колебаний определяется геометрическими размерами катодной полости и газоразрядного промежутка между электродами газоразрядной камеры, [см. Булычев С.В., Вялых Д.В., Дубинов А.Е. и др. "Результаты исследований генераторов мощных ВЧ-импульсов на основе разряда с полым катодом", Физика плазмы. 2009, т. 35, №11, с. 1019]). Согласующий трансформатор сопротивлений генератора ВЧ-импульсов, представляющий собой резонансную линию, является колебательным контуром с резонансной частотой, равной частоте генерации ВЧ-генератора. Так как резонансные частоты всех согласующих трансформаторов сопротивлений, входящих в состав генератора, совпадают, то, при одновременном инициировании электромагнитных ВЧ-импульсов в каждой из газоразрядных камер, во всех согласующих трансформаторах сопротивлений одновременно возникнут ВЧ-колебания с одинаковой частотой, но со случайными фазами, по всей видимости, не совпадающими между собой. Эти согласующие трансформаторы сопротивлений имеют между собой электромагнитную связь, благодаря которой электромагнитные колебания из одного согласующего трансформатора сопротивлений могут передаваться в другие согласующие трансформаторы сопротивлений. Эта электромагнитная связь позволит осуществить взаимную подстройку фаз колебаний в разных согласующих трансформаторах сопротивлений, представляющих собой резонансные линии.Since the geometric dimensions of the discharge chambers that make up the RF generator are identical, the frequencies of the RF oscillations of the discharge voltage initiated in the chambers are approximately equal (the frequency of the RF oscillations is determined by the geometric dimensions of the cathode cavity and the gas discharge gap between the electrodes of the discharge chamber, [cm Bulychev SV, Vyalykh DV, Dubinov A.E. et al. "Results of studies of high-frequency RF pulse generators based on a hollow-cathode discharge", Plasma Physics. 2009, v. 35, No. 11, p. . 1019]). The matching transformer of the resistances of the RF pulse generator, which is a resonant line, is an oscillating circuit with a resonant frequency equal to the generation frequency of the RF generator. Since the resonant frequencies of all matching resistance transformers included in the generator are the same, then, with the simultaneous initiation of electromagnetic RF pulses in each of the gas discharge chambers, in all matching resistance transformers RF waves with the same frequency but with random phases apparently not coinciding with each other. These matching resistance transformers have an electromagnetic coupling between them, due to which electromagnetic waves from one matching resistance transformer can be transferred to other matching resistance transformers. This electromagnetic coupling will allow mutual adjustment of the phases of the oscillations in different matching resistance transformers, which are resonant lines.
Если, например, между двумя резонансными линиями, в которых одновременно возбуждаются колебания с одинаковой частотой, но с разными фазами, имеется электромагнитная связь, то колебания в первой резонансной линии будут передаваться во вторую линию, и наоборот. Колебания из первой линии будут возбуждать во второй линии колебания, по всей вероятности., с фазой, отличной от фазы исходных колебаний во второй линии. Эти два колебания во второй резонансной линии, исходное и возбужденное колебаниями в первой линии, сложатся, и фаза результирующих колебаний будет ближе к фазе колебаний в первой резонансной линии, чем исходная во второй. Одновременно и колебания из второй резонансной линии, передаваемые в первую, также вызовут смещение фазы результирующих колебаний в первой резонансной линии. Таким образом, по причине взаимного влияния колебаний в первой и во второй резонансных линиях друг на друга произойдет установление в обеих резонансных линиях колебаний с одинаковой или с практически совпадающей фазой. Сложение этих колебаний с двух резонансных линий даст результирующие колебания с амплитудой, существенно большей, чем амплитуда колебаний, инициированных единичной газоразрядной камерой в единичной резонансной линии. Аналогичные рассуждения можно провести для большего количества газоразрядных камер и резонансных линий.If, for example, there is an electromagnetic coupling between two resonance lines in which vibrations with the same frequency but with different phases are simultaneously excited, the vibrations in the first resonance line will be transferred to the second line, and vice versa. Oscillations from the first line will excite oscillations in the second line, in all probability., With a phase different from the phase of the initial oscillations in the second line. These two oscillations in the second resonance line, the initial and excited oscillations in the first line, will add up, and the phase of the resulting oscillations will be closer to the phase of oscillations in the first resonance line than the original in the second. At the same time, oscillations from the second resonance line transmitted to the first will also cause a phase shift of the resulting oscillations in the first resonance line. Thus, due to the mutual influence of the oscillations in the first and second resonance lines on each other, the oscillations will be established in both resonance lines with the same or almost identical phase. The addition of these oscillations from two resonance lines will give the resulting oscillations with an amplitude significantly larger than the amplitude of the oscillations initiated by a single gas discharge chamber in a single resonant line. Similar considerations can be made for a larger number of gas discharge chambers and resonance lines.
Таким образом, организация электромагнитной связи между согласующими трансформаторами сопротивлений позволит добиться синфазности всех ВЧ-пмпульсов. формируемых в трансформаторах сопротивлений, а, следовательно, увеличения амплитуды результирующих, сложенных колебаний в количество раз, соответствующее количеству всех согласующих трансформаторов, входящих в состав ВЧ-генератора. Мощность результирующего ВЧ-импульса возрастет соответственно, следовательно, будет достигнуто решение поставленной технической проблемы увеличения ВЧ-мощности. Для одновременного инициирования ВЧ-импульсов в каждой из газоразрядных камер возможно использование как индивидуального источника питания для каждой газоразрядной камеры, при условии, что подача на электроды всех камер высоковольтных импульсов питания со всех источников питания происходит строго одновременно, так и единою для всех камер источника питания, в этом случае при включении источника питания высоковольтный импульс питания с него подается на электроды всех газоразрядных камер одновременно. Можно использовать как различные нагрузки для каждой газоразрядной камеры и соответствующего ей согласующего трансформатора сопротивлений, так и единую нагрузку для генератора в целом, ко входу которой будут подключены выходы всех четвертьволновых трансформаторов сопротивлений.Thus, the organization of electromagnetic coupling between matching resistance transformers will make it possible to achieve the common mode phase of all RF pulses. the resistances formed in the transformers, and, consequently, the amplitudes of the resulting folded oscillations increase in the number of times corresponding to the number of all matching transformers that are part of the RF generator. The power of the resulting RF pulse will increase accordingly, therefore, a solution to the posed technical problem of increasing the RF power will be achieved. To simultaneously initiate RF pulses in each of the gas discharge chambers, it is possible to use both an individual power supply for each gas discharge chamber, provided that the supply to the electrodes of all chambers of high-voltage power pulses from all power sources occurs strictly simultaneously, and is the same for all chambers of the power source , in this case, when the power source is turned on, a high-voltage power pulse is supplied from it to the electrodes of all gas-discharge chambers simultaneously. You can use different loads for each gas discharge chamber and the corresponding matching resistance transformer, or a single load for the generator as a whole, to the input of which the outputs of all quarter-wave resistance transformers will be connected.
Пример конструкции ВЧ-геиератора на основе разряда с полым катодом показан на фиг. Генератор высокочастотных импульсов на основе разряда с полым катодом содержит две аналогичные газоразрядные камеры с идентичными геометрическими размерами, каждая камера образована полым катодом 1 и анодом 2, разделенных изолятором 3, к электродам камер подключены источник питания 4 и электрические нагрузки 5, подсоединенные к газоразрядным камерам через соответствующие согласующие трансформаторы сопротивлений 6, представляющие собой резонансные линии - четвертьволновые трансформаторы на отрезках длинных линий. Длины отрезков длинных линий, являющихся основой трансформаторов сопротивлений, равны между собой и равны четверти длины волны колебаний генерируемых ВЧ-импульсов, так что резонансная частота четвертьволновых трансформаторов равняется частоте ВЧ-импульсов, инициируемых в газоразрядных камерах. Волновое сопротивление длинной линии, из отрезка которой изготовлены четвертьволновые трансформаторы, равняется квадратному корню из произведения внутреннего сопротивления газоразрядной камеры (определяемого эмпирически как примерно 3 Ома) и сопротивления нагрузки 5. Согласующие трансформаторы сопротивлений 6 имеют между собой электромагнитную связь путем их электрического соединения отрезком длинной линии 7, длина отрезка выбрана равной четверти длины волны колебаний генерируемых ВЧ-импульсов. Волновое сопротивление длинной линии, отрезок которой выполняет функцию электромагнитной связи между четвертьволновыми трансформаторами, существенно выше волнового сопротивления длинной линии, из отрезка которой изготовлены четвертьволновые трансформаторы, чтобы, по возможности, уменьшить влияние волнового сопротивления связывающего отрезка на волновое сопротивление четвертьволновых трансформаторов.An example of the design of a hollow cathode discharge RF geierator is shown in FIG. A hollow-cathode-based high-frequency pulse generator contains two similar gas-discharge chambers with identical geometric dimensions, each chamber is formed by a
Устройство работает следующим образом. При подаче на электроды 1, 2 газоразрядных камер высоковольтного импульса питания с источника питания 4 в камерах загораются газовые разряды с полым катодом. ВЧ-составляющие которых через согласующие трансформаторы сопротивлений 6 передаются в нагрузки 5, Частоты ВЧ-колебаний от разных камер равны, так как геометрические размеры камер идентичны. Фазы колебаний, поступающих в согласующие трансформаторы сопротивлений 6, могут отличаться, но, благодаря предусмотренной электромагнитной связи между трансформаторами, происходит взаимная подстройка фаз. Следовательно, на нагрузки 5 поступают близкие по фазе колебания, при сложении которых амплитуда результирующего ВЧ-импульса будет гораздо выше амплитуды колебаний с единичной камеры.The device operates as follows. When a high-voltage pulse is supplied to the
Таким образом, мощность ВЧ-импульса (определяемая его амплитудой), формируемого генератором заявляемой конструкции, будет выше но сравнению с импульсом, формируемым генератором-прототипом.Thus, the power of the RF pulse (determined by its amplitude) generated by the generator of the claimed design will be higher but compared with the pulse formed by the prototype generator.
В конкретном исполнении устройство имеет следующие характеристики:In a specific embodiment, the device has the following characteristics:
- полые катоды газоразрядных камер выполнены из нержавеющей стали в виде полого цилиндра с одной торцевой стенкой, длина полости 50 мм, внутренний диаметр полости 25 мм;- hollow cathodes of gas discharge chambers are made of stainless steel in the form of a hollow cylinder with one end wall, the cavity length is 50 mm, the internal diameter of the cavity is 25 mm;
- анод выполнен из нержавеющей стали в виде полого цилиндра, диаметр полости 25 мм;- the anode is made of stainless steel in the form of a hollow cylinder, the diameter of the cavity is 25 mm;
- источник питания обеспечивает импульс напряжения амплитудой до 5 кВ;- the power source provides a voltage pulse with an amplitude of up to 5 kV;
- рабочим газом газоразрядной камеры является дейтерий, уровень давления дейтерия в газоразрядной камере порядка 0,1 Торр;- the working gas of the gas discharge chamber is deuterium, the pressure level of deuterium in the gas discharge chamber is about 0.1 Torr;
- сопротивление нагрузок равняется 50 Ом:- load resistance is 50 Ohms:
- четвертьволновые трансформаторы изготовлены из отрезков коаксиального кабеля волновым сопротивлением 12 Ом, длина отрезков равна 37,5 см:- quarter-wave transformers are made of segments of a coaxial cable with a wave impedance of 12 Ohms, the length of the segments is 37.5 cm:
- электромагнитная связь между четвертьволновыми трансформаторами предусмотрена путем соединения их отрезком длинной линии волновым сопротивлением 50 Ом, длина отрезка равна 37,5 см.- electromagnetic coupling between quarter-wave transformers is provided by connecting them with a long line segment with a wave impedance of 50 Ohms, the length of the segment is 37.5 cm.
Предварительные исследования генератора высокочастотных импульсов на основе разряда с полым катодом, выполненного согласно описанной конструкции, показали возможность генерации результирующего ВЧ-импульса мощностью в 1,8 раза выше, чем при использовании устройства-прототипа. Таким образом, выполнение ВЧ-генератора согласно отличительным признакам позволяет решить поставленную техническую проблему и добиться требуемого технического результата.Preliminary studies of a high-frequency pulse generator based on a hollow-cathode discharge, made in accordance with the described design, showed the possibility of generating the resulting RF pulse with a power of 1.8 times higher than when using the prototype device. Thus, the implementation of the RF generator according to the distinguishing features allows us to solve the technical problem and achieve the desired technical result.
Claims (1)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2017102278A RU2657240C1 (en) | 2017-01-24 | 2017-01-24 | Generator of high frequency pulses on the basis of discharge with full cathode |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2017102278A RU2657240C1 (en) | 2017-01-24 | 2017-01-24 | Generator of high frequency pulses on the basis of discharge with full cathode |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2657240C1 true RU2657240C1 (en) | 2018-06-09 |
Family
ID=62560106
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2017102278A RU2657240C1 (en) | 2017-01-24 | 2017-01-24 | Generator of high frequency pulses on the basis of discharge with full cathode |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2657240C1 (en) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2722228C1 (en) * | 2019-05-17 | 2020-05-28 | Российская Федерация, от имени которой выступает Государственная корпорация по атомной энергии "Росатом" (Госкорпорация "Росатом") | High-frequency pulses generator based on hollow cathode discharge |
Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US7122949B2 (en) * | 2004-06-21 | 2006-10-17 | Neocera, Inc. | Cylindrical electron beam generating/triggering device and method for generation of electrons |
| RU2387039C1 (en) * | 2008-12-15 | 2010-04-20 | Российская Федерация, от имени которой выступает государственный заказчик - Государственная корпорация по атомной энергии "Росатом" | High-frequency generator with discharge in hollow cathode |
| RU2462783C1 (en) * | 2011-04-21 | 2012-09-27 | Российская Федерация, от имени которой выступает Государственная корпорация по атомной энергии "Росатом"-Госкорпорация "Росатом" | Generator of high-frequency emission based on discharge with hollow cathode |
-
2017
- 2017-01-24 RU RU2017102278A patent/RU2657240C1/en active
Patent Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US7122949B2 (en) * | 2004-06-21 | 2006-10-17 | Neocera, Inc. | Cylindrical electron beam generating/triggering device and method for generation of electrons |
| RU2387039C1 (en) * | 2008-12-15 | 2010-04-20 | Российская Федерация, от имени которой выступает государственный заказчик - Государственная корпорация по атомной энергии "Росатом" | High-frequency generator with discharge in hollow cathode |
| RU2462783C1 (en) * | 2011-04-21 | 2012-09-27 | Российская Федерация, от имени которой выступает Государственная корпорация по атомной энергии "Росатом"-Госкорпорация "Росатом" | Generator of high-frequency emission based on discharge with hollow cathode |
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| S.V. Bulychev Autonomous portable pulsed-periodical generator of high-power radiofrequency-pulses based on gas discharge with hollow cathode, Review of Scientific Instruments, 2016, vol. 87. * |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2722228C1 (en) * | 2019-05-17 | 2020-05-28 | Российская Федерация, от имени которой выступает Государственная корпорация по атомной энергии "Росатом" (Госкорпорация "Росатом") | High-frequency pulses generator based on hollow cathode discharge |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US5008894A (en) | Drive system for RF-excited gas lasers | |
| US2492324A (en) | Cyclotron oscillator system | |
| US4810933A (en) | Surface wave launchers to produce plasma columns and means for producing plasma of different shapes | |
| JPS6335117B2 (en) | ||
| US11515123B2 (en) | Apparatus and system for modulated plasma systems | |
| RU2657240C1 (en) | Generator of high frequency pulses on the basis of discharge with full cathode | |
| RU2335032C1 (en) | High-frequency generator built around hollow arc-cathode | |
| KR100818068B1 (en) | Apparatus and Method for Etching Substrate Using Inductively Coupled Plasma | |
| Rossi et al. | Advances in high-voltage modulators for applications in pulsed power and plasma-based ion implantation | |
| US2674694A (en) | Multipactor tube oscillator | |
| US3967155A (en) | Electronic frequency tuning magnetron | |
| RU2342733C1 (en) | Device for voltage electric pulses generation | |
| RU2522894C2 (en) | Hollow-cathode discharge-based high-frequency radiation generator (versions) | |
| Sayapin et al. | $ S $-Band Relativistic Magnetron Operation With Multichannel Radial Outputs of the Microwave Power | |
| JP4092027B2 (en) | Plasma generator | |
| US2418121A (en) | Impulse producing oscillator | |
| GB1575489A (en) | Power combiner for radio frequency energy | |
| RU2722228C1 (en) | High-frequency pulses generator based on hollow cathode discharge | |
| RU178906U1 (en) | HIGH-FREQUENCY PULSE GENERATOR BASED ON A Hollow Cathode Discharge | |
| US3100284A (en) | Pulse synthesizing generator | |
| US3286156A (en) | Harmonic generator | |
| RU2462783C1 (en) | Generator of high-frequency emission based on discharge with hollow cathode | |
| RU2118041C1 (en) | Device for forming of high-power ultrashort microwave pulses | |
| Rajulapati et al. | Nanosecond biphasic pulse generators for biomedical applications | |
| Dubinov et al. | Ultraminiature pulsed periodic generator of powerful microwave pulses, based on gas discharge in hollow cathode |