Импульсный модулятор мягкого типа с искусственной линией

Принцип действия данного модулятора основан на формировании импульса прямоугольной формы с помощью длинной или искусственной линии. Пусть линия длиной S с волновым сопротивлением r при разомкнутом ключе К заряжена до напряжения Е (рис. 23.9,а). После замыкания ключа на сопротивление нагрузки R_н=r начнется разряд линии. При этом в линии образуется две волны, одна из которых с амплитудой U_н1=0,5Е со скоростью V начнется двигаться влево (1-я волна); другая волна той же амплитуды с той же скоростью (2-я волна) - вправо (рис. 23.8б). Первая волна, достигнув сопротивления R_н=r, будет им поглощена, образуя импульс амплитудой U_н1=0,5Е и длительностью t₃=S/V (рис. 23.9а).

Рис. 23.8 Принцип действия ИМ мягкого типа с искусственной линией

Вторая волна, достигнув разомкнутого конца линии, полностью от него отразится, поскольку в этом случае коэффициент отражения Г=1. После отражения, начав двигаться влево, вторая волна, как и первая, достигнув с задержкой на время t₃ сопротивления нагрузки R_н=r, также будет им поглощена, вновь сформировав импульс амплитудой U_н1=0,5Е и длительностью t₃. Таким образом, за счет обеих волн на нагрузке R_н=r будет сформирован импульс амплитудой U_н1=0,5Е и длительностью t=2t₃=2S/V (рис. 23.9,а). Обратимся к схеме ИМ, в которой длинная линия заменена искусственной или линией задержки, составленной из L и С элементов (рис. 23.10).

Такая линия задержки характеризуется волновым сопротивлением:

, (23.7)

и временем задержки:

, (23.8)

где n - число LC ячеек.

Рис. 23.9 Процесс формирования импульса в ИМ мягкого типа с искусственной линией

Рис. 23.10. Схема ИМ, в котором длинная линия заменена

искусственной линией задержки

Роль электронного ключа в схеме выполняет тиристор. Характеристика тиристора, имеющего второе название - кремниевый управляемый вентиль (КУВ), приведена на рис. 23.11. В зону отпирания с большим током и малым падением напряжения всего в несколько вольт тиристор переходит только после подачи положительного импульса на управляющий электрод. В область запирания тиристор переходит после снятия с него основного напряжения. В целом схема ИМ (рис. 23.10) работает согласно принципу, рассмотренному при анализе длинной линии (рис. 23.8). После подачи положительного импульса на управляющий электрод электронный ключ - тиристор - замыкается и начинается разряд искусственной линии, длящийся 2t₃, где t₃ определяется согласно (23.8). После полного разряда линии тиристор переходит в закрытое состояние и начинается заряд искусственной линии от источника напряжением Е. После прихода следующего импульса на управляющий электрод весь процесс повторяется. Таким образом, в модуляторе (рис. 23.10) с помощью искусственной линии формируется импульс длительностью t=2t₃ и напряжением 0,5Е (рис. 23.9,а). В реальной схеме сформированный импульс имеет вид, представленный на рис. 23.9,б: в нем появляются фронты, а на плоскую часть накладывается, синусоидальный сигнал, зависящий от числа ячеек в линии.

Рис. 23.11 .ВАХ тиристора

Энергия, запасаемая линией при ее заряде: W_л=0,5nСЕ².

Энергия, расходуемая линией при разряде: W_р=Р_иt=2Р_иt₃, где Р_и - мощность импульса.

Из равенства W_л=W_р с учетом (23.7) и (23.8) для напряжения питания получим: . (23.9)

С помощью импульсного трансформатора (ИТ) напряжение в линии (U_л=0,5Е повышается до значения, необходимого для СВЧ генератора (рис. 23.11). Пример. Определить требуемые параметры искусственной линии в схеме ИМ (рис. 23.11) при длительности импульса t=2 мкс и мощности Р_и=10 кВт. Примем для одной ячейки L=10 мкГн, С=1000 пФ. Согласно (23.7) для волнового сопротивления линии получим: r=100 Ом. Из (23.8) с учетом t_зар=0,5t определим требуемое число ячеек линии: n=10. Для напряжения источника питания согласно (23.9) получим Е=2 кВ.