коаксиальная линия для передачи высоковольтных импульсов напряжения
Классы МПК: | H01P3/06 коаксиальные линии |
Автор(ы): | Сахаров К.Ю., Соколов А.А., Туркин В.А. |
Патентообладатель(и): | Государственное предприятие Всероссийский научно- исследовательский институт оптико-физических измерений |
Приоритеты: |
подача заявки:
1998-04-27 публикация патента:
27.08.1999 |
Коаксиальная линия передачи высоковольтных импульсов напряжения содержит внутренний электрод, закрепленный во внешнем электроде с помощью опорных проходных изоляторов, каждый из которых выполнен из электропроводящего материала в виде конической металлической пружины из проволоки круглого сечения, число витков пружины и отношение расстояния между соседними центрами поперечного сечения проволоки, проходящего через ось пружины, к диаметру проволоки выбирается по приведенным расчетным соотношениям с учетом диаметров внешнего и внутреннего электродов, волнового сопротивления коаксиальной линии, абсолютной магнитной и диэлектрической проницаемости вакуума, относительной диэлектрической проницаемости среды внутри коаксиальной линии и заданного допустимого значения постоянной времени нарастания переходной характеристики коаксиальной линии с данным изолятором. Технический результат заключается в повышении надежности работы. 2 ил.
Рисунок 1, Рисунок 2
Формула изобретения
Коаксиальная линия передачи высоковольтных импульсов напряжения, содержащая внутренний и внешний электроды, при этом внутренний электрод закреплен во внешнем электроде с помощью конических опорных проходных изоляторов, отличающаяся тем, что каждый опорный изолятор выполнен из электропроводящего материала в виде конической металлической пружины из проволоки круглого сечения, при этом число витков w пружины выбрано из условия![коаксиальная линия для передачи высоковольтных импульсов напряжения, патент № 2136089](/images/patents/335/2136089/2136089-7t.gif)
где
![коаксиальная линия для передачи высоковольтных импульсов напряжения, патент № 2136089](/images/patents/335/2136018/964.gif)
Z - волновое сопротивление коаксиальной линии;
D - диаметр внешнего электрода;
d - диаметр внутреннего электрода;
![коаксиальная линия для передачи высоковольтных импульсов напряжения, патент № 2136089](/images/patents/335/2136089/966.gif)
![коаксиальная линия для передачи высоковольтных импульсов напряжения, патент № 2136089](/images/patents/335/2136068/956.gif)
![коаксиальная линия для передачи высоковольтных импульсов напряжения, патент № 2136089](/images/patents/335/2136068/956.gif)
![коаксиальная линия для передачи высоковольтных импульсов напряжения, патент № 2136089](/images/patents/335/2136008/960.gif)
![коаксиальная линия для передачи высоковольтных импульсов напряжения, патент № 2136089](/images/patents/335/2136001/183.gif)
причем отношение расстояния h между соседними центрами поперечного сечения проволоки, проходящего через ось пружины, к диаметру dп проволоки удовлетворяет условию
![коаксиальная линия для передачи высоковольтных импульсов напряжения, патент № 2136089](/images/patents/335/2136089/2136089-8t.gif)
где
![коаксиальная линия для передачи высоковольтных импульсов напряжения, патент № 2136089](/images/patents/335/2136089/949.gif)
![коаксиальная линия для передачи высоковольтных импульсов напряжения, патент № 2136089](/images/patents/335/2136089/949.gif)
![коаксиальная линия для передачи высоковольтных импульсов напряжения, патент № 2136089](/images/patents/335/2136001/183.gif)
![коаксиальная линия для передачи высоковольтных импульсов напряжения, патент № 2136089](/images/patents/335/2136089/966.gif)
![коаксиальная линия для передачи высоковольтных импульсов напряжения, патент № 2136089](/images/patents/335/2136089/949.gif)
![коаксиальная линия для передачи высоковольтных импульсов напряжения, патент № 2136089](/images/patents/335/2136018/964.gif)
Описание изобретения к патенту
Изобретение относится к коаксиальным линиям связи для передачи высоковольтных [ВВ] наносекундных импульсов напряжения и может быть использовано как в радиолокации, так и при исследовании воздействия излучения на среды и объекты. Известна коаксиальная линия для передачи ВВ импульсов напряжения, содержащая внутренний и внешний электроды, при этом внутренний электрод закреплен во внешнем электроде с помощью опорных проходных дисковых изоляторов [1]. Недостатком этого устройства является низкая надежность работы из-за электрического пробоя опорного изолятора при повторных прохождениях передаваемого ВВ импульса напряжения. Пробой обусловлен старением материала (твердого диэлектрика) изолятора, "запоминающего" частичные пробои, при этом в данном устройстве расстояние между электродами по поверхности опорного изолятора минимально, что ускоряет пробой. Также известна коаксиальная линия для передачи ВВ импульсов напряжения, являющаяся наиболее близкой к описываемой, содержащая внутренний и внешний электроды, при этом внутренний электрод закреплен во внешнем электроде с помощью конических опорных проходных изоляторов, выполненных в виде конических втулок из изоляционного материала [2]. По сравнению с устройством [1] данное устройство из-за конической формы диэлектрического проходного изолятора имеет большее расстояние между электродами по поверхности опорного изолятора, что несколько увеличивает время работы до наступления пробоя и несколько повышает его надежность работы по сравнению с устройством [1]. Однако, недостатком данного устройства-прототипа также является низкая надежность работы при многократном срабатывании из-за выполнения изолятора из твердого диэлектрика, пробой которого неизбежен, так как эффект электрического старения такого материала при многократной передаче ВВ импульсов напряжения сохранен. Целью изобретения является повышение надежности работы устройства. Поставленная цель достигается тем, что в коаксиальной линии для передачи ВВ импульсов напряжения, содержащей внутренний и внешний электроды, при этом внутренний электрод закреплен во внешнем электроде с помощью конических опорных проходных изоляторов, согласно изобретению, каждый опорный изолятор выполнен из электропроводящего материала в виде конической металлической пружины из проволоки круглого сечения, при этом число витков w пружины выбрано из условия![коаксиальная линия для передачи высоковольтных импульсов напряжения, патент № 2136089](/images/patents/335/2136089/2136089-2t.gif)
где
![коаксиальная линия для передачи высоковольтных импульсов напряжения, патент № 2136089](/images/patents/335/2136018/964.gif)
Z - волновое сопротивление коаксиальной линии;
D - диаметр внешнего электрода;
d - диаметр внутреннего электрода;
![коаксиальная линия для передачи высоковольтных импульсов напряжения, патент № 2136089](/images/patents/335/2136089/966.gif)
![коаксиальная линия для передачи высоковольтных импульсов напряжения, патент № 2136089](/images/patents/335/2136068/956.gif)
![коаксиальная линия для передачи высоковольтных импульсов напряжения, патент № 2136089](/images/patents/335/2136068/956.gif)
![коаксиальная линия для передачи высоковольтных импульсов напряжения, патент № 2136089](/images/patents/335/2136008/960.gif)
![коаксиальная линия для передачи высоковольтных импульсов напряжения, патент № 2136089](/images/patents/335/2136001/183.gif)
причем отношение расстояния h между соседними центрами поперечного сечения проволоки, проходящего через ось пружины, к диаметру dп проволоки удовлетворяет условию
![коаксиальная линия для передачи высоковольтных импульсов напряжения, патент № 2136089](/images/patents/335/2136089/2136089-3t.gif)
где
![коаксиальная линия для передачи высоковольтных импульсов напряжения, патент № 2136089](/images/patents/335/2136089/949.gif)
![коаксиальная линия для передачи высоковольтных импульсов напряжения, патент № 2136089](/images/patents/335/2136089/949.gif)
![коаксиальная линия для передачи высоковольтных импульсов напряжения, патент № 2136089](/images/patents/335/2136001/183.gif)
![коаксиальная линия для передачи высоковольтных импульсов напряжения, патент № 2136089](/images/patents/335/2136089/966.gif)
![коаксиальная линия для передачи высоковольтных импульсов напряжения, патент № 2136089](/images/patents/335/2136089/949.gif)
![коаксиальная линия для передачи высоковольтных импульсов напряжения, патент № 2136089](/images/patents/335/2136018/964.gif)
ch - знак гиперболического косинуса. Сущность изобретения состоит в том, что в устройстве каждый опорный изолятор выполнен из электропроводящего материала в виде конической металлической пружины с выбираемыми по условиям (1) и (2) параметрами. Это обеспечивает повышение надежности работы устройства при многократной передаче импульсов напряжения из-за отсутствия эффекта накопления частичных пробоев в теле изолятора. При этом обеспечено искажение передаваемого импульса напряжения в допустимых значениях. На фиг.1 представлена принципиальная схема устройства. На фиг.2 показана переходная характеристика коаксиальной линии с опорным изолятором в виде зависимости величины А передаваемого сигнала от времени t. Коаксиальная линия для передачи высоковольтных импульсов напряжения содержит внутренний электрод 1 с диаметром d и внешний электрод 2 с диаметром D. Внутренний электрод 1 закреплен во внешнем электроде 2 с помощью конических опорных проходных изоляторов, каждый из которых выполнен из электропроводящего материала в виде конической металлической пружины 3 из проволоки круглого сечения диаметром dп, В пружине 3 расстояние между соседними центрами поперечного сечения проволоки, проходящего через ось O-O" пружины, обозначено h. Число витков w пружины выбрано из условия (1), а отношение h/dп - из условия (2). Вход устройства подключен к генератору ВВ наносекундных импульсов напряжения, выход - к нагрузке. (Схемы подключения и согласования не рассматриваются). При выводе зависимостей (1) и (2) учтено следующее. Поскольку в пространство коаксиальной линии введен электропроводящий элемент - металлическая пружина, этот элемент внесет неизбежные искажения в форму передаваемого по этой коаксиальной линии импульса, что связано с наличием собственных индуктивности и емкости пружины. Так как основной характеристикой любого передающего устройства является его переходная характеристика, то учет влияния упомянутых индуктивности и емкости для описываемого передающего устройства - коаксиальной линии с изолятором - ведется в терминах переходной характеристики: постоянная времени нарастания
![коаксиальная линия для передачи высоковольтных импульсов напряжения, патент № 2136089](/images/patents/335/2136018/964.gif)
![коаксиальная линия для передачи высоковольтных импульсов напряжения, патент № 2136089](/images/patents/335/2136018/964.gif)
![коаксиальная линия для передачи высоковольтных импульсов напряжения, патент № 2136089](/images/patents/335/2136018/964.gif)
![коаксиальная линия для передачи высоковольтных импульсов напряжения, патент № 2136089](/images/patents/335/2136018/964.gif)
![коаксиальная линия для передачи высоковольтных импульсов напряжения, патент № 2136089](/images/patents/335/2136089/966.gif)
![коаксиальная линия для передачи высоковольтных импульсов напряжения, патент № 2136089](/images/patents/335/2136089/966.gif)
![коаксиальная линия для передачи высоковольтных импульсов напряжения, патент № 2136089](/images/patents/335/2136018/964.gif)
![коаксиальная линия для передачи высоковольтных импульсов напряжения, патент № 2136089](/images/patents/335/2136018/964.gif)
![коаксиальная линия для передачи высоковольтных импульсов напряжения, патент № 2136089](/images/patents/335/2136089/966.gif)
![коаксиальная линия для передачи высоковольтных импульсов напряжения, патент № 2136089](/images/patents/335/2136089/2136089-4t.gif)
С учетом (2) и (3) определен диаметр проволоки dп пружины. Указанные в выражениях (1) и (2) нижние значения границ выбора w и h/dп обусловлены заданными значениями постоянной времени спада
![коаксиальная линия для передачи высоковольтных импульсов напряжения, патент № 2136089](/images/patents/335/2136018/964.gif)
![коаксиальная линия для передачи высоковольтных импульсов напряжения, патент № 2136089](/images/patents/335/2136018/964.gif)
![коаксиальная линия для передачи высоковольтных импульсов напряжения, патент № 2136089](/images/patents/335/2136018/964.gif)
![коаксиальная линия для передачи высоковольтных импульсов напряжения, патент № 2136089](/images/patents/335/2136018/964.gif)
![коаксиальная линия для передачи высоковольтных импульсов напряжения, патент № 2136089](/images/patents/335/2136018/964.gif)
![коаксиальная линия для передачи высоковольтных импульсов напряжения, патент № 2136089](/images/patents/335/2136018/964.gif)
- коаксиальная линия заполнена изоляционной средой - трансформаторным маслом,
![коаксиальная линия для передачи высоковольтных импульсов напряжения, патент № 2136089](/images/patents/335/2136089/949.gif)
D = 63 мм;
d = 20 мм;
Z = 50 Ом
- от генератора импульсов в устройство поступает импульс с постоянной времени нарастания фронта 300 пс и постоянной времени спада - 5 нс;
- выбраны допустимые значения:
![коаксиальная линия для передачи высоковольтных импульсов напряжения, патент № 2136089](/images/patents/335/2136018/964.gif)
![коаксиальная линия для передачи высоковольтных импульсов напряжения, патент № 2136089](/images/patents/335/2136018/964.gif)
Пример 1. Амплитуда передаваемого импульса 1 MB. Выбран табличный коэффициент
![коаксиальная линия для передачи высоковольтных импульсов напряжения, патент № 2136089](/images/patents/335/2136089/966.gif)
dср/L = 0,5
при этом dср = (D+d)/2. Из условия (1) определено, что w
![коаксиальная линия для передачи высоковольтных импульсов напряжения, патент № 2136089](/images/patents/335/2136009/8805.gif)
h/dп
![коаксиальная линия для передачи высоковольтных импульсов напряжения, патент № 2136089](/images/patents/335/2136009/8805.gif)
Длина пружины по образующей конуса
![коаксиальная линия для передачи высоковольтных импульсов напряжения, патент № 2136089](/images/patents/335/2136089/2136089-5t.gif)
Из условия (4) и (6):
![коаксиальная линия для передачи высоковольтных импульсов напряжения, патент № 2136089](/images/patents/335/2136089/2136089-6t.gif)
подставляя в (5): dп
![коаксиальная линия для передачи высоковольтных импульсов напряжения, патент № 2136089](/images/patents/335/2136009/8773.gif)
![коаксиальная линия для передачи высоковольтных импульсов напряжения, патент № 2136089](/images/patents/335/2136089/966.gif)
Класс H01P3/06 коаксиальные линии