DE102010041756A1 - Device for generating an electromagnetic pulse - Google Patents
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Abstract
Eine Vorrichtung zum Erzeugen eines elektromagnetischen Pulses weist einen Resonator und eine Koaxialleitung zum Auskoppeln einer im Resonator gespeicherten Energie auf. Dabei ist ein Außenleiter der Koaxialleitung elektrisch leitend mit einer ersten Wand des Resonators verbunden. Weiter ist eine schaltbare Funkenstrecke zwischen der ersten Elektrode und einer zweiten Elektrode vorgesehen. Die erste Elektrode ist elektrisch leitend mit einer der ersten Wand gegenüberliegenden zweiten Wand des Resonators und die zweite Elektrode elektrisch leitend mit einem Innenleiter der Koaxialleitung verbunden.A device for generating an electromagnetic pulse has a resonator and a coaxial line for coupling out energy stored in the resonator. An outer conductor of the coaxial line is connected to a first wall of the resonator in an electrically conductive manner. A switchable spark gap is also provided between the first electrode and a second electrode. The first electrode is electrically conductively connected to a second wall of the resonator opposite the first wall and the second electrode is electrically conductively connected to an inner conductor of the coaxial line.
Description
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Erzeugen eines elektromagnetischen Pulses gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.The present invention relates to a device for generating an electromagnetic pulse according to the preamble of patent claim 1.
Vorrichtungen zur Erzeugung elektromagnetischer Impulse mit hoher Impulsleistung werden zur Speisung von Impuls-Gaslasern, zur Speisung von Impuls-Magnetrons, zur Erzeugung von harten Röntgenimpulsen, zur Erzeugung dichter heißer Plasmen, zur Untersuchung der Vorgänge bei Blitzeinschlägen und für diverse andere Zwecke verwendet. Bekannte Vorrichtungen zum Erzeugen elektromagnetischer Pulse benutzen beispielsweise die sogenannte Marx-Schaltung. Eine solche Vorrichtung ist etwa aus der
Der Artikel
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine verbesserte Vorrichtung zum Erzeugen eines elektromagnetischen Pulses bereitzustellen. Diese Aufgabe wird durch eine Vorrichtung mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst. Bevorzugte Weiterbildungen sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.The object of the present invention is to provide an improved device for generating an electromagnetic pulse. This object is achieved by a device having the features of patent claim 1. Preferred developments are specified in the dependent claims.
Eine erfindungsgemäße Vorrichtung zum Erzeugen eines elektromagnetischen Pulses weist einen Resonator und eine Koaxialleitung zum Auskoppeln einer im Resonator gespeicherten Energie auf. Dabei ist ein Außenleiter der Koaxialleitung elektrisch leitend mit einer ersten Wand des Resonators verbunden. Außerdem ist eine schaltbare Funkenstrecke zwischen einer ersten Elektrode und einer zweiten Elektrode vorgesehen. Die erste Elektrode ist dabei elektrisch leitend mit einer der ersten Wand gegenüberliegenden zweiten Wand des Resonators und die zweite Elektrode elektrisch leitend mit einem Innenleiter der Koaxialleitung verbunden. Vorteilhafterweise ermöglicht diese Vorrichtung eine zweistufige Impulskompression. Dabei lassen sich die Ein- und Ausgangsspannungen und -Impedanzen des erzeugten Pulses durch die Form des Resonators in weiten Grenzen beeinflussen.An inventive device for generating an electromagnetic pulse has a resonator and a coaxial line for coupling out an energy stored in the resonator. In this case, an outer conductor of the coaxial line is electrically conductively connected to a first wall of the resonator. In addition, a switchable spark gap between a first electrode and a second electrode is provided. The first electrode is electrically conductively connected to a first wall opposite the second wall of the resonator and the second electrode electrically connected to an inner conductor of the coaxial line. Advantageously, this device allows two-stage pulse compression. In this case, the input and output voltages and impedances of the generated pulse can be influenced by the shape of the resonator within wide limits.
Bevorzugt weist die Vorrichtung eine Antriebsvorrichtung zum Einkoppeln elektromagnetischer Energie in den Resonator auf. Vorteilhafterweise kann die elektromagnetische Energie dann im Resonator akkumuliert werden, bevor sie mittels der Funkenstrecke ausgekoppelt wird.The device preferably has a drive device for coupling electromagnetic energy into the resonator. Advantageously, the electromagnetic energy can then be accumulated in the resonator before it is coupled out by means of the spark gap.
Besonders bevorzugt wird die Antriebsvorrichtung durch eine Kondensatorbank gespeist. Vorteilhafterweise ermöglicht eine solche Kondensatorbank bereits eine hohe Anregeleistung.Particularly preferably, the drive device is fed by a capacitor bank. Advantageously, such a capacitor bank already allows a high control power.
Gemäß einer Ausführungsform der Vorrichtung zum Erzeugen eines elektromagnetischen Pulses weist die Antriebsvorrichtung eine Mehrzahl von Festkörper-Leistungstransistoren auf, die mit einer elektrisch leitfähigen Wand des Resonators verbunden sind. Vorteilhafterweise ermöglicht diese Antriebsvorrichtung eine direkte Anregung einer Hohlraumschwingung im Resonator der Vorrichtung zum Erzeugen eines elektromagnetischen Pulses.According to one embodiment of the device for generating an electromagnetic pulse, the drive device has a plurality of solid-state power transistors which are connected to an electrically conductive wall of the resonator. Advantageously, this drive device allows a direct excitation of a cavity vibration in the resonator of the device for generating an electromagnetic pulse.
Es ist zweckmäßig, dass die Funkenstrecke eine Zündvorrichtung aufweist. Vorteilhafterweise kann der Moment der Impulsauskopplung dann mit der Zündvorrichtung festgelegt werden.It is expedient that the spark gap has an ignition device. Advantageously, the moment of the pulse decoupling can then be determined with the ignition device.
In einer Ausführungsform der Vorrichtung zum Erzeugen eines elektromagnetischen Impulses ist die Funkenstrecke ein Trigatron. Vorteilhafterweise ermöglicht ein solches Trigatron eine schnelle und kontrollierte Zündung der Funkenstrecke.In one embodiment of the device for generating an electromagnetic pulse, the spark gap is a trigatron. Advantageously, such a trigatron enables rapid and controlled ignition of the spark gap.
Bevorzugt ist der Resonator ein Hohlraumresonator.Preferably, the resonator is a cavity resonator.
In einer Ausführungsform der Vorrichtung ist der Resonator ein Lambda/4-Resonator.In one embodiment of the device, the resonator is a lambda / 4 resonator.
Es ist zweckmäßig, dass der Resonator eine Zylinderform aufweist. Vorteilhafterweise lassen sich in zylinderförmigen Resonatoren eine Vielzahl unterschiedlicher Schwingungsmoden anregen.It is expedient that the resonator has a cylindrical shape. Advantageously, a multiplicity of different vibration modes can be excited in cylindrical resonators.
Bevorzugt besteht der Resonator aus mit Kupfer beschichtetem Stahl. Vorteilhafterweise ist Kupfer elektrisch gut leitend, wodurch sich ein Resonator mit hohem Q-Wert ergibt.The resonator preferably consists of copper-coated steel. Advantageously, copper is electrically conductive, resulting in a high Q resonator.
In einer Ausführungsform der Vorrichtung zum Erzeugen eines elektromagnetischen Pulses ist der Resonator dazu ausgebildet, auf einen niedrigen Druck evakuiert zu werden.In one embodiment of the device for generating an electromagnetic pulse, the resonator is designed to be evacuated to a low pressure.
Bevorzugt weist die Koaxialleitung einen Wellenwiderstand von etwa 50 Ohm auf. Vorteilhafterweise kann der erzeugte elektromagnetische Puls dann mit gängigen HF-Komponenten reflexionsarm weiterverarbeitet werden.Preferably, the coaxial line has a characteristic impedance of about 50 ohms. Advantageously, the generated electromagnetic pulse can then be further processed with low-reflection conventional HF components.
Es ist zweckmäßig, dass die Antriebsvorrichtung von einem Schirmgehäuse umgeben ist. Vorteilhafterweise verbessern sich dadurch die EMV-Eigenschaften der Vorrichtung zum Erzeugen eines elektromagnetischen Pulses. Außerdem reduziert sich eine Unfallgefahr für Benutzer der Vorrichtung. It is expedient that the drive device is surrounded by a screen housing. Advantageously, this improves the EMC properties of the device for generating an electromagnetic pulse. In addition, a risk of accidents for users of the device is reduced.
Dies zusammenfassend wird also eine zweistufige Impulskompression dadurch erreicht, dass ein HF-Resonator mittels eines von einer Kondensatorbank gespeisten Senders resonant erregt wird. Die Impulsleistung wird freigesetzt, durch Zünden einer Funkenentladung zwischen zwei Elektroden im Resonator. Der Sender ist zweckmäßig an den Resonator gekoppelt. Es wird also anstelle eines Gleichspannungskondensators als Zwischenspeicher der Pulsenergie ein HF-Resonator verwendet sowie eine direkt gekoppelte Sender-Resonator-Leistungserzeugung angewendet.In summary, therefore, a two-stage pulse compression is achieved in that an RF resonator is excited resonantly by means of a transmitter fed by a capacitor bank. The pulse power is released by igniting a spark discharge between two electrodes in the resonator. The transmitter is suitably coupled to the resonator. Thus, instead of a DC capacitor, an RF resonator is used as intermediate storage of the pulse energy and a directly coupled transmitter-resonator power generation is used.
Die Erfindung wird nun anhand der beigefügten Figur näher erläutert. Dabei zeigtThe invention will now be explained in more detail with reference to the accompanying figure. It shows
Die Vorrichtung
Im Ausführungsbeispiel der
Der Resonator
Der zylindrische Resonator
Die Vorrichtung
Die Antriebsvorrichtung
Der Mantel
Eine Mehrzahl von Antriebsvorrichtungen
Wird im Resonator
In der nur schematisch dargestellten Ausführungsform der
Die Antriebsvorrichtungen
Die Vorrichtung
Die Koaxialleitung
Die Koaxialleitung
Eine dem Inneren des Resonators
Das Innere des Resonators
Im Betrieb der Vorrichtung
Sobald im Resonator
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION
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