用交替的相反极性的序列脉冲来激励谐振器振荡回路以产生射频的方法和装置制造方法及图纸

用相间的双极性半周脉冲激励，以在振荡回路式谐振器电路中产生射频谐波的方法和装置，其中，振荡回路谐频振荡的周期是相继两个同极性脉冲周期的１／Ｎ，这里Ｎ是大于１的奇整数。（*该技术在2007年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及在天线谐振器电路或类似的调谐电路中用序列脉冲来激励，以产生射频脉冲或连续波的方法和装置，该方法对于如为劳兰C导航脉冲或类似的无线电导航或其它脉冲的一股股射频能量的产生，或者对于在谐振式负载或类似系统中连续波的产生是特别有用的。比如，在美国专利证号3，889，263中，叙述了为产生这种导航脉冲的以相继正及负半周重复脉冲来产生这种高功率射频脉冲的方法，可用与磁性脉冲压缩电路相连(该压缩电路给公共高Q天线负载馈电)的多个可硅控(SCR)控制的顺序逆变器来实现这种产生，如美国专利证号3，711，725及3，786，334中所述。因为实践中这种系统工作极好，现已发现类似操作也可用如下方式成功地实现它只要求非常少的顺序逆变器及其他低成本。设备，以及/或者只要用较少的相当窄而间隔宽的(而不是先前系统中的宽而且邻接很近的)重复脉冲或半波来激励。此外，这种技术完全适合于产生高功率的连续波传送，特别是在比如50到30千赫兹的甚低频(VLF)波段。本专利技术是基于如下发现可让有固定脉宽输出脉冲的发生器在谐振频率范围内对谐振电路及其负载提供有用的谐波能量，只要简单地保证脉渡重复频率与谐振频率有适当的谐波关系即可。这使得可用单一发生器或者一组循环工作或按时间序列顺序工作的发生器，出人意料的结果是用不着使脉冲半周的宽度与谐振器半周宽度间有严格关系就可在谐振器上得到更多功率及较匀滑的输出波。因此，本专利技术的目的是对射频谐振器调谐电路或振荡回路及类似装置的序列式脉冲激励提供一种新的改进的方法和装置，其序列式脉冲激励的确可利用对大电流脉冲，且相对不频繁开关能力的可控硅开关电路之类的装置中，更适合与宽间隔的相继半周脉冲来减小激励。本专利技术的另一目的是提供一种新型的射频发生器和技术，其中，是通过固定脉宽的双极性脉冲或类似脉冲並在谐振频率范围内，向谐振电路及其负载提供谐波能量，只需保证脉冲重复频率与谐振频率有适当的谐波关系，而不限定脉冲半周宽度与谐振电路半周宽度间的关系。附加的目的是提供一种改进了的序列脉冲来激励有更广泛应用的振荡回路式的射频发生器。本专利技术的其它目的将在附属的本文档来自技高网...

【技术保护点】
激励谐振电路来产生射频脉冲及射频连续波之一的方法，它包括，产生间隔的交替相反极性的半周脉冲，把该脉冲耦合到谐振电路以在其中激励起射频振荡，调谐谐振电路的频率使其周期是相继同极性脉冲间周期的１／Ｎ，这里Ｎ是大于１的奇整数，因而所产生的振荡是在所述脉冲全周期的Ｎ次谐波处并且调节Ｎ值和脉冲的固有宽度和幅度就能使脉冲重复频率与谐振电路中激励起的谐波振荡频率之间得到适当的谐波关系，不受脉冲半周期与谐振电路半周期间关系的限制，加到谐振电路的能量大体上能补偿上述脉冲在该谐振电路上激励谐波振荡的损耗量。

【技术特征摘要】
US 1986-11-12 929754中说明並更具体地指出来。总之，从广义上说，本发明包括了用序列式产生的相间的双极性脉冲来激励谐振器或调谐的振荡回路从而产生射频脉冲或连续波的方法，它包括产生交替的相反极性的相间的半周脉冲，把该脉冲耦合到谐振器电路以激励起射频振荡，在那里使谐振电路的频率折算成的周期相继同极性脉冲间周期的1/N，这里N是大于1的奇整数，从而在所述脉冲的全周期的第N次谐波处产生振荡回路谐频振荡，而调节N值、脉冲的宽度和幅度，就可得到适当的谐波关系，不受脉冲半周期及振荡回路半周期间关系的限制，这样加到振荡回路的能量大体上补偿上述脉冲在振荡回路上激励谐波振荡损耗量。较好及最好的实现方案及其细节将在下面说明。下面，将结合附图对本发明进行说明。图1是本发明的较好的实现方案的电路图。图2是图1的激励脉冲发生器在可取的SCR控制下放电而产生的双极性脉冲的示波图。图3A及3B分别是图1的电路产生的稳态波形及谐振器建立波形的示波图。图4是按照本发明调节适当的脉冲周期(及脉宽)及谐振回路谐振周期来找出可以达到的最佳工作的图。图5是预防激励能量超过振荡回路式谐振器电路中谐波能量利用率条件时的有效箝位情况和此时谐振器电流的示波图。在图1中，谐振器负载或谐振回路取抽头式电感L-Lc与电容器组C谐振在特别严格选择的频率上的形式，这将在后面说明，而总串联损耗电阻Rs决定在给定的电源功率下可以环流的天线电流Ia是多大。调节总互感Lc及M可在特定频率上使给定的振荡回路(或谐振器)损耗电阻与发生器容量相匹配。该谐振回路的激励是从后面所述的SCR脉冲发生型VLF序列逆变器电路G来的，逆变器电路以波群形式的相继电流脉冲向谐振回路耦合能量。在波群的开头，VLF源在波有环流能量的情况下向谐振器发送脉冲，谐振器对VLF逆变器呈现的负载电阻实质是零。由于VLF源而呈现的谐振器的环流电流及耦合出的负载电压，如同视在负载电阻那样，以时间常数τ＝Q/πfo指数地上升到其稳态电平(这里，Q是包括了输出负荷的谐振器或谐振回路的Q值;fo是其内激励起的谐振频率)。这种发生器的重要特点是在将谐振器或谐振回路注满(fill up)所要求的期间内它呈现电流源性质。该锐调谐振器将从通过耦合电感Lc的任何谐波丰富的电流波中抽取频率接近fo的谐波的能量。这里所述的VLF源中，Lc做成是推挽型SCR脉冲发生器的放电电感的一部分，並接收一连串双极性(比如，35微秒宽)的半正弦或电流脉冲(即，交替相反极性脉冲)。这就开发了SCR在千赫速率下有效地切换大电流窄脉冲的能力，而不会遇到器件在恢复时间及dv/dt方面的限制。在驱动电流脉冲之间，谐振器以类似于丙类真空管电路工作的方式把VLF功率提供给损耗电阻Rs。若谐振器的衰减时间τ远长于脉冲间的时间间隔，就将得到干净的正弦波。在10到30千赫的试验中，用Q＝200及每秒3000到6000脉冲对的重复率实现了成功的工作。要直流向VLF变换的效率高就要求仔细地控制脉冲发生器的损耗，因为所有的驱动电流谐波都造成损耗，而只有fo的谐波才产生有输出。在本实验中，从100千瓦的直流输入得到了典型的80千瓦的谐振器功率。参看图1中谐振器激励器G的SCR脉冲发生器高功率电路特有的电路细节，功率发生器对于水平中心线是对称的，它具有上下对称串接的SCR1-L1和SCR2-L2(L1和L2为可饱和电感器)开关控制。为了解该脉冲发生器G是怎样工作的，假定中心抽头的直流电源(每边 1/2 Edc)直接与滤波器电容C3及与之並联的相等电容C1及C2相连，这里C3＞＞C1+C2，並且目前先忽略画在左边的箝位及锁死(latch-up)保护电路不计。假定初始正电荷已放在脉冲电容器C1和C2的连接点，所以在它们的连接点对地E就有一正电压ec。则SCR1为正向偏置，而SCR2为反向偏置。当SCR1导通时，C1上的半波正弦式谐振放电就通过输出变压器T1的初级和可饱和磁性电感器L1进行，其中，变压器的初级分别与电容器C1和C2的结点和可饱和电感器L1和L2的结点相连。与此同时，电容器C2和直流电源(它被C3旁路)的串联组合沿同一路径放电，这增加了从电源到该电路的能量。在半周放电之后，通过SCR1的电流换向，且SCR1断开(图2及图3B的脉冲Ⅰ)，在C1和C2连结点有负电压ec。现在SCR2正向偏置，SCR1反向偏置，一个小的谐振频率电流部分(图3B的Ⅰa1)在振荡回路内环流。只要过了足够的时间使SCR1恢复到其绝缘状态，SCR2就可导通，产生一相反方向的放电脉冲(图2及图3B的脉冲Ⅱ)通过T1的初级及电感L2。这一次正是C2具有直接放电路径以及C1的电流脉冲流出直流电源。若第二个脉冲在第一个脉冲之后经过奇数个(＞1)谐频半周时出现。即，若频率fo是脉冲重复频率的奇数倍，则谐振器振荡就会相干增强。由于有通过Lc+M的环流通路，成功的放电脉冲将总是在T1初级上的fo频率处与反向电压的较高电平相遇。当(两个)脉冲间在负载Rs上fo处能量损耗恰好与每一放电脉冲期间从直流电源泵入发生器的能量相平衡时，就达到了稳定状态。图2给出了频率因子为5(即，谐振回路的谐振频率调谐到相继脉冲Ⅰ之间周期的1/5)fo＝18千赫下稳态工作期间取下的SCR1两端上的正向电压和通过T1初级的放电电流脉冲Ⅰ和Ⅱ波形。在SCR1导通周期，即出现负电流脉冲Ⅰ之后，由于电容电压ec(t)加上从振荡回路式谐振器反向耦合回来的电压使SCR1反向偏置。当SCR2导通而产生正电流脉冲Ⅱ时，正向电压又加到SCR1。对图2，谐振器的耦合被调节到接近该临界耦合，这时，加到SCR1上的反向偏压在SCR1恢复可用时间的中间恰好为零。任何更多的耦合电压都会使SCR1的反偏时间切去一半，並造成SCR1意外导通，从而使电路的工作崩溃。总的来说，已经发现若谐频调谐到使其周期Ttank＝ (T)/(N) ，其中，T是相继同极性半波脉冲Ⅰ间的周期，N是大于Ⅰ的奇整数(比如3或5)，顺序式工作的逆变开关SCR1和SCR2将激励起一个接连建立在该谐波处振荡回路电流(图3)，耦合电感Lc使这样产生的谐振回路中的谐波电流与用以激励谐振回路的脉冲电流中的那个谐波之间产生90°相移。这与先前文献中比如所述的美国专利证号3，786，334的激励电路形成鲜明对照，那里，谐振回路调到谐振频率对应的周期等于激励脉冲频率对应的周期，它要求大量的序列脉冲来产生所需的射频波或交流脉冲。相反，本发明可以使用宽间隔而不是连续的大脉冲(Ⅰ、Ⅱ)，谐振回路频率对应的周期调谐到激励脉冲周期的I/N。如前所述，这特别适应于易产生窄的大电流脉冲且开关次数相对不频繁的SCR的特性。激励脉冲重复率的选择得使激起振荡回路式谐振器电路振荡的每一脉冲的激励能量大体上等于並补偿在谐振回路中被上述激励脉冲产生的振铃振荡所耗散的能量-从而在生成射频脉冲包络的余部内建立起平衡。调节每一半周脉冲Ⅰ或Ⅱ的宽度和幅度以及谐波次数N，将决定出谐振回路中谐振产生的电流量，图3A给出了稳态(比如80千瓦、30。35千赫)运用的情况。可以看出，在这种平衡条件下，和图3B建立期间的脉冲Ⅰ和Ⅱ相比较有失真。它表明二倍于脉冲频率的谐振回路或谐振器频率是怎样产生的。图4是不同角频率ωtank下的谐波电流IN( (ωt)/(ωp) )图，ωtank是一串双极性的一安培大小，形状为半正弦脉冲序列中如包含的N次傅氏谐波分量的频率，该脉冲的基宽为π/ωp，角速率为ωtank/N;(也就是，每N个谐频周期相当...

【专利技术属性】
技术研发人员：彼德维尔普朗克，
申请(专利权)人：迈格普尔斯公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]