本發(fā)明涉及一種具有微波發(fā)生器和與該微波發(fā)生器經(jīng)由傳輸元件連接的脈沖發(fā)生器的設備裝置。此外，本發(fā)明涉及一種用于運行這種設備裝置的方法。

背景技術(shù)：
為了產(chǎn)生在微波范圍內(nèi)的電磁場、特別是具有在大約0.3至300GHz范圍內(nèi)的頻率的電磁場，典型地采用以所謂的渡越時間管形式的微波發(fā)生器，諸如磁控管或速調(diào)管。利用這種渡越時間管可以在脈沖運行中，即向渡越時間管施加脈沖供電電流的情況下，實現(xiàn)在兆瓦范圍內(nèi)的功率。為了加速電子束，尤其在電子線性加速器中需要這樣的場，如其在醫(yī)學技術(shù)中被采用的那樣。在這種設備裝置中尤其是將電流脈沖從脈沖發(fā)生器有效傳輸?shù)轿⒉òl(fā)生器的成本很高。這一點尤其在于，如果供電電壓超過了（隨后稱為擊穿電壓的）閾值，則渡越時間管、例如磁控管的電性能典型地突然改變。就此，可以通過等效電路圖良好近似地描述磁控管的電路技術(shù)特性，其中在其后連接歐姆電阻的開關(guān)與衰減的串連振蕩電路并聯(lián)連接。在供電電壓低于擊穿電壓的情況下磁控管運行相應于開關(guān)打開的等效電路圖狀態(tài)。在該運行狀態(tài)（下面稱為準備模式）下磁控管在供電電路中基本上作為串聯(lián)振蕩電路起作用。超過擊穿電壓相應于在等效電路圖中閉合開關(guān)。在該第二運行狀態(tài)（下面稱為工作模式）下磁控管在供電電路中基本上作為電阻作起用，其阻抗相對于串聯(lián)振蕩電路的阻抗是低歐姆的。在磁控管脈沖運行時，利用每個電流脈沖或每個電壓脈沖暫時超過擊穿電壓，這在等效電路圖中等于暫時閉合開關(guān)。在此每次超過和低于擊穿電壓導致負載突然改變，該負載代表在供電電路中的磁控管。負載或阻抗的突然變化在沒有特別防范的情況下導致在向磁控管饋電的供電電流的時間變化中的不期望的波動。為了盡可能抑制該電流波動，通常進行供電電路的阻抗匹配。通常通過與磁控管并聯(lián)地連接動態(tài)負載、特別是電容器來進行阻抗匹配。在該方案中除了別的之外如下情況是不利的：為阻抗匹配而在供電電路中連接的部件必須單獨地與供電電路的其余組件、特別是脈沖發(fā)生器和磁控管調(diào)諧，這基本上難以靈活地構(gòu)造結(jié)構(gòu)。相應地，通常在沒有重新進行阻抗匹配的情況下不能更換這些組件中的一個，也就是例如給出的（單獨）磁控管或給出的（單獨）脈沖發(fā)生器。此外，通常即使不影響阻抗匹配也不能移置彼此調(diào)諧的組件，特別是當由此縮短或延長傳輸線路（即傳輸元件的長度）時。作為用于阻抗匹配的額外電路組件的附加或替換，通常與磁控管并聯(lián)連接RC網(wǎng)絡（衰減網(wǎng)絡），該RC網(wǎng)絡使電壓上升受到在制造商一方為各自的磁控管規(guī)定的值的限制。一方面，通過衰減網(wǎng)絡避免了過快的電壓上升，響應于該過快的電壓上升磁控管會在振蕩開始時受到管沖擊并且失效。另一方面，通過正確地調(diào)諧衰減網(wǎng)絡也避免了過慢的電壓上升，該過慢的電壓上升同樣不會導致振蕩開始，并且該過慢的上升會導致增加在管中的損失。但是，為衰減網(wǎng)絡所需的部件產(chǎn)生附加開銷并且基于此在運行磁控管時具有一定的故障風險。

技術(shù)實現(xiàn)要素：
因此，本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是，提供一種用于電匹配具有微波發(fā)生器和與該微波發(fā)生器經(jīng)由傳輸元件連接的脈沖發(fā)生器的設備裝置的靈活方案。為了運行設備裝置采用按照本發(fā)明的方法，該設備裝置包括脈沖發(fā)生器、微波發(fā)生器和傳輸元件。脈沖發(fā)生器在此用于產(chǎn)生用于微波發(fā)生器的電流脈沖或電壓脈沖，并且與微波發(fā)生器為了傳輸電流脈沖或電壓脈沖經(jīng)由傳輸元件連接。在通過脈沖發(fā)生器、微波發(fā)生器和傳輸元件形成的供電電路中，傳輸元件形成動態(tài)阻抗（即，在脈沖隨時間變化期間實現(xiàn)阻抗變化）。優(yōu)選采用開頭提到的類型的渡越時間管、特別是采用磁控管或速調(diào)管作為微波發(fā)生器，其電路技術(shù)特性（如開頭所描述的那樣）通過準備模式和工作模式來表征并且在超過擊穿電壓時突然改變。在設備裝置運行時，通過隨時間改變的電壓變化和隨時間改變的電流強度變化這樣設置每個電壓脈沖或電流脈沖，使得在達到擊穿電壓時傳輸元件的阻抗與在工作模式下的微波發(fā)生器的阻抗相匹配（也就是精確地或至少近似地相稱）。在此優(yōu)選地，所設置的電壓或電流強度變化在設備裝置正常運行時對于所有電壓脈沖或電流脈沖是相同的。按照本發(fā)明，設備裝置的阻抗匹配由此不是（至少不僅是）通過電路技術(shù)措施、也就是通過相應地選擇并確定電路硬件的尺寸來實現(xiàn)的，而是（至少還）通過有針對性地設置電壓脈沖或電流脈沖的脈沖形狀來實現(xiàn)。概念“隨時間改變的電壓或電流強度變化”在此被理解為，不是產(chǎn)生作為簡單矩形脈沖的電壓脈沖或電流脈沖，而是在脈沖發(fā)生器（通過相應地控制或調(diào)節(jié)）的脈沖期間將電壓或電流強度變化與具有依據(jù)時間改變的值的預定函數(shù)（參考變化）相適應。在優(yōu)選的構(gòu)成中，設備裝置不包括額外的（特別是由離散的電子組件如電容或電阻構(gòu)成的）衰減網(wǎng)絡。相反，還通過相應地調(diào)節(jié)電壓脈沖或電流脈沖的脈沖形狀來確保指定用于微波發(fā)生器的電壓上升速度。在優(yōu)選的擴展中，除了上面描述的正常運行之外該方法還包括校準模式。在校準模式的過程中，與初始的脈沖形狀（特別是目前的參考變化）相比這樣改變電壓脈沖或電流脈沖的脈沖形狀，也就是每個脈沖隨時間的電壓變化或電流強度變化，使得在達到擊穿電壓時將傳輸元件的阻抗與在工作模式下的微波發(fā)生器的阻抗相匹配。在此，校準模式的目標是脈沖的電壓或電流強度的（新的）參考變化，將隨后的正常運行中的脈沖形狀設置到該參考變化?？梢栽谛誓Ｊ街懈鶕?jù)供電電路的組件的已知的電性能通過計算或仿真來確定參考變化。但是優(yōu)選地，在迭代的優(yōu)化方法中，通過基于初始脈沖形狀依次改變脈沖形狀，直至在預定的中斷條件的范圍內(nèi)達到最可能的阻抗匹配，由此來確定參考變化。基本上在本發(fā)明的范圍內(nèi)可以考慮校準模式的兩個實施方案的組合，其中例如借助計算或仿真確定初始脈沖形狀（基礎匹配），然后對其進行迭代地改良?？梢栽诒景l(fā)明的范圍內(nèi)基本上完全地或部分地通過手動改變脈沖形狀來運行校準模式。但是在本發(fā)明的優(yōu)選實施中，校準模式完全自動地運行，也就是無需與人工使用者互動。優(yōu)選地，不僅在啟動設備裝置時運行校準模式，而且還在現(xiàn)有設備裝置運行時按照時間間隔重復校準模式?；旧显诿總€脈沖期間可以隨時間連續(xù)改變隨時間的電壓變化或電流強度變化。在這種情況下在達到擊穿電壓時脈沖具有“平滑”的脈沖形狀而沒有突然的電壓改變或電流改變（微波發(fā)生器的電流和電壓變化）?；诟唵蔚膶崿F(xiàn)，優(yōu)選地通過疊加時間上彼此錯開的多個電壓跳變來產(chǎn)生脈沖形狀。在此，優(yōu)選地通過控制各個對應的電荷存儲器放電來實現(xiàn)各個電壓跳變。當要實現(xiàn)高的功率（特別是用于產(chǎn)生兆瓦范圍的微波輻射）時，這種脈沖產(chǎn)生是特別具有優(yōu)勢的。在本發(fā)明的優(yōu)選擴展中，設置一級或多級的脈沖振蕩器、特別是馬克思發(fā)生器（Marx-Generator）作為電荷存儲器，其中脈沖或馬克思發(fā)生器級聯(lián)式地時間上錯開地連接，以用于分別實現(xiàn)電壓跳變。優(yōu)選地這樣設置脈沖形狀，使得在每個脈沖期間隨時間的電壓或電流強度變化（在數(shù)學意義上）單調(diào)上升至少直至達到擊穿電壓。在優(yōu)選的實施中，在此電壓或電流強度的上升是線性的。在階躍式改變的電壓變化中，在該意義上這樣選擇電壓跳變及其策略，使得電壓按照一次或多次電壓跳變的時間平均值線性地上升。例如，在脈沖期間電壓變化具有分別帶有跳變高度相同且跳變時間間隔相同的多個電壓跳變。按照本發(fā)明的控制單元用于控制脈沖發(fā)生器?？刂茊卧娐芳夹g(shù)地和/或程序技術(shù)地）被構(gòu)造為用于自動地執(zhí)行前面描述的按照其實施方案的方法。控制單元尤其被構(gòu)造為，使得其在特定運行中控制脈沖發(fā)生器來產(chǎn)生具有預定的隨時間改變的電壓或電流強度變化的電流脈沖。在此，控制單元尤其包括具有在其中軟件技術(shù)地實現(xiàn)的控制程序的微控制器，在該控制程序運行時自動地執(zhí)行上面描述的方法?？刂茊卧獌?yōu)選被構(gòu)造為上面描述的設備裝置、特別是脈沖發(fā)生器的集成部件。基本上也可以在本發(fā)明的范圍內(nèi)將控制單元作為可從設備裝置的其余組件中拆開的部件來制造并銷售。在簡單的實施中，可以通過裸電線、例如以同軸電纜形式構(gòu)成傳輸元件。在本發(fā)明的方案中，傳輸元件附加地包括變壓器，特別是所謂的遙控電力傳輸脈沖變壓器（CPT脈沖變壓器）。這樣構(gòu)造的傳輸元件特別具有如下優(yōu)點：設備裝置的一些組件相對于設備裝置的其余組件應當是可扭轉(zhuǎn)的，也就是例如設備裝置部分地被布置在醫(yī)學診斷或治療設備的機架的轉(zhuǎn)盤中。在本發(fā)明的另一種實施方式中，該實施方式是同樣對于設備裝置在醫(yī)學診斷或治療設備的機架中的使用而設置的，傳輸元件包括滑環(huán)，也就是環(huán)形的滑動觸點，如通常在這種機架的靜止部分和轉(zhuǎn)盤之間進行能量和/或信號傳輸所使用的那樣。附圖說明下面結(jié)合示意性的附圖對本發(fā)明的實施例作進一步說明。附圖中：圖1以簡化電路圖示出了由脈沖發(fā)生器、傳輸元件和以磁控管形式的微波發(fā)生器構(gòu)成的設備裝置，圖2示出了磁控管的等效電路圖，圖3以示意性的線圖示出了在施加矩形脈沖電壓的情況下傳輸元件的漏電容的阻抗的時間變化以及在漏電容上降落的電壓的時間變化，圖4以相對于圖3限制到短的時間的線圖示出了在漏電容的值為800fF時在施加矩形脈沖電壓的情況下阻抗的時間變化以及在漏電容上降落的電壓的時間變化，圖5以按照圖4的示圖示出了在漏電容的值為800pF時在施加矩形脈沖電壓的情況下阻抗的時間變化以及在漏電容上降落的電壓的時間變化，圖6以按照圖4的示圖示出了在漏電容的值為800fF時在施加線性上升的脈沖電壓的情況下阻抗的時間變化以及在漏電容上降落的電壓的時間變化，并且圖7以按照圖4的示圖示出了在傳輸元件的修改后的性能和修改后的電壓提高的條件下在施加線性上升的脈沖電壓的情況下阻抗的時間變化以及在漏電容上降落的電壓的時間變化。彼此相應的部件在所有附圖中始終具有相同的附圖標記。具體實施方式圖1示出了設備裝置2，該設備裝置2包括具有集成在其中的控制單元6的脈沖發(fā)生器4、傳輸元件8和作為微波發(fā)生器使用的磁控管10。設備裝置2用于產(chǎn)生在微波范圍的電磁場，引入該電磁場用于在（未示出的）醫(yī)學線性加速器中加速電子束。在設備裝置2的范圍內(nèi)脈沖發(fā)生器4用于產(chǎn)生用于磁控管10的（電流）脈沖。傳輸元件8用于傳輸脈沖并且相應地連接在脈沖發(fā)生器4和磁控管10之間。由脈沖發(fā)生器4、傳輸元件8和磁控管10構(gòu)成的電路在下面也稱為供電電路。脈沖發(fā)生器4是由多個、例如二十個可分別獨立控制的馬克思發(fā)生器組成的串聯(lián)電路。集成在脈沖發(fā)生器4中的控制單元6用于控制脈沖發(fā)生器4?？刂蒲b置6的核心部件是（未明確示出的）微控制器，在該微控制器中軟件技術(shù)地執(zhí)行控制程序。可以良好近似地通過等效電路圖來描述傳輸元件8的電路技術(shù)特性，其中歐姆電阻12、漏電感14和漏電容16構(gòu)成所謂的二端口網(wǎng)絡（Zweitor），該二端口網(wǎng)絡相應于無源的二階低通濾波器。歐姆電阻12、漏電感14和漏電容16在此被理解為起有效作用的參數(shù)例如可以將多個部件的阻抗引入該參數(shù)。在實施例中，傳輸元件8例如通過變壓器和電線實現(xiàn)，由此電阻12表示電線的歐姆電阻和變壓器的歐姆電阻的線性組合，而漏電感14由變壓器電感和導線電感組成。近似地可以通過（開頭已經(jīng)描述的）按照圖2的等效電路圖來描述磁控管10的電路技術(shù)特性。在該等效電路圖中電感18、歐姆電阻20和電容22構(gòu)成串聯(lián)振蕩電路，該串聯(lián)振蕩電路確定了在開頭定義的準備模式下的磁控管10的特性。與串聯(lián)振蕩電路并聯(lián)的是串聯(lián)連接的電壓控制的開關(guān)24、二極管26、歐姆電阻28和電壓源30。等效電路圖的該支路確定了在開頭定義的磁控管10的工作模式下的電特性。在準備模式下打開的并且在工作模式下閉合的開關(guān)24在等效電路圖中象征磁控管10的電擊穿，如果由傳輸元件8向磁控管10施加的（供電）電壓UC超過了預定的擊穿電壓UD，則發(fā)生該電擊穿。磁控管10的擊穿電壓UD例如是32kV。如能從等效電路圖圖1和圖2中得出的那樣，在由脈沖發(fā)生器4產(chǎn)生具有近似矩形的電壓變化的電流脈沖的情況下首先通過傳輸元件8的低通作用來延遲施加在磁控管10上的供電電壓UC隨時間的上升。作為結(jié)果，磁控管10在第一脈沖階段中保持在準備模式下。第一脈沖階段接近結(jié)束時由于漏電容16逐漸充電隨著時間累進其阻抗提高。相應地，施加在磁控管10上的供電電壓UC增加，直至其在擊穿時刻超過擊穿電壓UD。在磁控管10的擊穿時刻，在該時刻轉(zhuǎn)入工作模式，（在缺乏的或有錯誤的阻抗匹配中）供電電路的總阻抗突然改變，這會導致供電電路中電流強度的極大跳變。為了消除或至少最大可能地減少該不期望的效果，控制單元6控制脈沖發(fā)生器4產(chǎn)生脈沖，在其過程中由脈沖發(fā)生器4輸出的脈沖電壓U的值根據(jù)所存儲的參考變化而隨時間改變。在此，這樣選擇脈沖電壓的參考變化，使得在擊穿時刻漏電容16的阻抗精確地或至少近似地相應于磁控管10在其工作模式下的（盡可能恒定的）阻抗（典型地尺寸例如為大約400Ω）。由于阻抗匹配，磁控管10在擊穿的情況下接受此前施加到漏電感14中的供電電流，由此避免了電流強度的跳躍式地波動。此外，也避免了供電電壓UC的干擾反射，如其在脈沖發(fā)生器4和磁控管10之間呈現(xiàn)有缺陷的功率匹配的情況下出現(xiàn)那樣。此外通過使用控制單元6相應地設置電壓脈沖或電流脈沖的脈沖形狀，將電壓上升速度與對于磁控管10規(guī)定的值范圍相匹配，例如設置在80kV/μs至120kV/μs之間的值。在正常運行模式下，控制單元6（在控制程序的正常運行例程的過程中）通過相應地控制脈沖發(fā)生器4產(chǎn)生如下脈沖：所有脈沖具有相應于所存儲的脈沖電壓U的參考變化的相同的脈沖形狀。在優(yōu)選的實施中，控制單元6通過相應地控制脈沖發(fā)生器4例如在每個脈沖期間以多個（例如二十個）高度相同并且間隔時間相同的階躍（電壓跳變）來提高脈沖電壓U，由此脈沖電壓U按照時間平均值而線性地上升。作為該正常運行模式的替換，控制單元6（在控制程序的校準例程的過程中）可以按照校準模式運行，其中迭代地確定脈沖電壓U的提到的參考變化。在校準模式下，首先在第零個迭代步驟中控制單元6通過相應地控制脈沖發(fā)生器4產(chǎn)生具有預定的脈沖電壓U的起始變化（Startverlauf）的脈沖。該起始變化例如相應于前面描述的階躍式線性的電壓上升，其中控制單元6為在兩個電壓跳變（階躍值）之間的時間間隔設置預定的起始值。在此，控制單元6測量在超過擊穿電壓UD時出現(xiàn)的電流強度跳變并且將該參數(shù)存儲為目標值。在下面的另一個迭代步驟中，控制單元6產(chǎn)生具有相同質(zhì)量的脈沖電壓U的變化但分別修改了階躍值的另外的脈沖。由此其在每個迭代步驟中改變按照平均時間線性上升的電壓的斜率。在每個迭代步驟中控制單元6分別測量在超過擊穿電壓UD時的電流強度跳變作為新的目標值。在此其（例如在應用牛頓方法的情況下）這樣修改階躍值，使得目標值被最小化。如果滿足預定的中斷條件，特別是如果目標值超過了預定的閾值，則中斷校準。最后，通過控制單元6將階躍值的最終值存儲為（新的）參考值，該參考值定義用于隨后的正常運行的脈沖電壓U的參考變化。下面詳細解釋對于前面描述的、電壓控制的阻抗匹配的物理學基礎。在此首先假定脈沖電壓U是矩形變化，也就是脈沖電壓U＝U（t）與跳變函數(shù)θ（t）成比例的變化：U(t)=U0·θ(t)公式1（其中U0＝常數(shù)），按照圖1的等效電路圖得出在中斷磁控管10的情況下在漏電容16上降落的（供電）電壓UC＝UC（t）的時間變化：公式2以及漏電容16的阻抗的實部RC＝RC（t）的時間變化：公式3其中公式4并且公式5在圖3中示出了實部RC的時間變化與電壓UC的時間變化的對照。如果對于漏電容16設置大約800fF的值、對于電阻12設置大約1Ω的值并且對于電感設置大約170μH的值，則實部RC和電壓UC在施加脈沖電壓U之后直接呈現(xiàn)圖4所示的變化。從圖4中得出，在電壓UC達到擊穿電壓UD的時刻實部RC已經(jīng)超過10kΩ并且由此與在工作模式下的磁控管10的阻抗（大約400Ω）明顯不同。一種降低該偏差的可能性原則上在于合適地電路技術(shù)地確定傳輸元件8的尺寸。在圖5中示例性地對于漏電容16具有800pF的值的情況模擬實部RC和電壓UC的變化。在達到中斷電壓UD時，即在UD＝UC時實部RC為大約300Ω并且由此位于可接受的范圍內(nèi)。如果通過脈沖發(fā)生器4向傳輸元件8輸出的脈沖不是矩形脈沖，而是具有脈沖電壓U的時間上線性升高的變化U(t)=U1·t公式6（其中斜率U1＝常數(shù)），則對于電壓UC得出：公式7以及對于漏電容16的阻抗的實部RC：公式8其中又通過公式4或公式5確定參數(shù)ω和E。類似于圖4，如果在這里為漏電容16重新設置大約800fF的不利的值，則基于改變了的脈沖電壓U的變化可以在電壓UC達到擊穿電壓UD的時刻將實部RC帶入大約350Ω至400Ω的可接受的范圍。在此為圖6中示出的脈沖電壓U的斜率U1示例性地選擇70kV/μs的值。圖7示出了在線性電壓升高U1為9kV/μs的情況下電壓UC和實部RC的時間變化的比較，其中為漏電容16規(guī)定大約7.5nF的值、為電阻12規(guī)定大約1.5Ω的值并且為電感規(guī)定大約180μH的值。由此可以模擬具有15米長的導線的傳輸元件。本發(fā)明不限于上面描述的實施例。也可以由專業(yè)人員從中導出本發(fā)明的其它方案，而不脫離本發(fā)明的內(nèi)容。特別地，所有結(jié)合實施例描述的特征也可以以其它方式彼此組合，而不脫離本發(fā)明的內(nèi)容。