DE102010041756B4 - Device for generating an electromagnetic pulse - Google Patents

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    • H03B11/00—Generation of oscillations using a shock-excited tuned circuit
    • H03B11/02—Generation of oscillations using a shock-excited tuned circuit excited by spark

Abstract

Vorrichtung (10) zum Erzeugen eines elektromagnetischen Pulses, dadurch gekennzeichnet,dass die Vorrichtung (10) einen Resonator (100) und eine Koaxialleitung (300) zum Auskoppeln einer im Resonator (100) gespeicherten Energie und zum Auskoppeln des elektromagnetischen Pulses aufweist, wobei der Resonator (100) ein als Kavität ausgebildeter Hohlraumresonator ist,wobei ein Außenleiter (310) der Koaxialleitung (300) elektrisch leitend mit einer ersten Wand (110) des Resonators (100) verbunden ist,wobei eine schaltbare Funkenstrecke (500) zwischen einer ersten Elektrode (510) und einer zweiten Elektrode (520) vorgesehen ist,wobei die erste Elektrode (510) elektrisch leitend mit einer der ersten Wand (110) gegenüberliegenden zweiten Wand (120) des Resonators (100)und die zweite Elektrode (520) elektrisch leitend mit einem Innenleiter (320) der Koaxialleitung (300) verbunden ist.An apparatus (10) for generating an electromagnetic pulse, characterized in that the device (10) comprises a resonator (100) and a coaxial line (300) for coupling out an energy stored in the resonator (100) and for coupling the electromagnetic pulse, wherein the Resonator (100) is a cavity formed as a cavity resonator, wherein an outer conductor (310) of the coaxial line (300) is electrically conductively connected to a first wall (110) of the resonator (100), wherein a switchable spark gap (500) between a first electrode (510) and a second electrode (520), wherein the first electrode (510) is electrically conductive with a second wall (120) of the resonator (100) opposite the first wall (110) and the second electrode (520) being electrically conductive is connected to an inner conductor (320) of the coaxial line (300).

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 DE 103 20 425 A1 bekannt.Devices for generating high pulse rate electromagnetic pulses are used to power pulsed gas lasers, pulse magnetrons, hard x-ray pulses, dense hot plasmas, lightning strikes, and various other purposes. Known devices for generating electromagnetic pulses use, for example, the so-called Marx circuit. Such a device is about from the DE 103 20 425 A1 known.

Der Artikel „Compact Solid State Direct Drive RF Linac“ von O. Heid und T. Hughes, Proceedings of IPAC'10, Kyoto, Japan, Seite 4278 beschreibt einen RF-Teilchenbeschleuniger mit einer Mehrzahl zur Beschleunigung vorgesehener Kavitäten. Dabei werden in den Kavitäten Hohlraumschwingungen durch einen Direktantrieb mit an den Wänden der Kavität angeordneten Siliziumkarbid-HF-Transistoren angeregt. Die EP 0 345 006 A2 beschreibt eine Vorrichtung zur phasengekoppelten Anregung einer Hohlraumschwingung in einem HF-Resonator eines Teilchenbeschleunigers.The article "Compact Solid State Direct Drive RF Linac" by O. Heid and T. Hughes, Proceedings of IPAC'10, Kyoto, Japan, page 4278 describes an RF particle accelerator having a plurality of cavities provided for acceleration. Cavity vibrations are excited in the cavities by a direct drive with silicon carbide HF transistors arranged on the walls of the cavity. The EP 0 345 006 A2 describes a device for the phase-locked excitation of a cavity oscillation in an RF resonator of a particle accelerator.

Weitere Vorrichtungen zum Erzeugen elektromagnetischer Impulse werden bspw. in DE3216285A1 beschrieben. Eine Möglichkeit zur Erzeugung elektrischer Impulse, insbesondere von Hochspannungs-Rechteck-Impulsen, wird in DE3216285A1 erläutert. Der dort beschriebene Generator speichert elektrische Energie in einem kapazitivem Speicher, welcher über einen Vorwiderstand von einer Gleichspannungsquelle gespeist wird. Die Ladung des kapazitiven Speichers kann auf Abruf stoßartig über einen Widerstand über eine Koaxialleitung zu einem Verbraucher abgeleitet werden.Other devices for generating electromagnetic pulses are, for example. In DE3216285A1 described. One way to generate electrical pulses, in particular high-voltage rectangular pulses, is in DE3216285A1 explained. The generator described therein stores electrical energy in a capacitive memory, which is fed via a series resistor from a DC voltage source. The charge of the capacitive accumulator can be dissipated on demand abruptly via a resistor via a coaxial line to a consumer.

Desweiteren behandelt auch die US3748528A eine Vorrichtung zum Erzeugen eines elektrischen Impulses mit Hilfe eines Resonators, wobei die US3748528A insbesondere beschreibt, auf welchem Weg die benötigte elektrische Energie im Resonator bereitgestellt werden kann. Hierzu wird eine „pulse-forming section“ von einer HVDC-Quelle gespeist und somit aufgeladen. Die „pulse-forming section“ ist ihrerseits über einen Schalter mit einer Koaxialleitung verbunden. Sobald der Schalter geschlossen wird, entlädt sich die „pulse-forming section“ in die Koaxialleitung und erzeugt eine entsprechende Wellenfront. Ein weiterer Schalter in Form einer Leitungsunterbrechung in der Koaxialleitung wird u.a. verwendet, um den Puls weiter zu formen. An den Schalter schließt sich eine Elektrode an, die einer weiteren Elektrode gegenübersteht, wobei sich zwischen diesen Elektroden ein Spalt befindet. Sobald an der Elektrode eine bestimmte Überspannung anliegt, „schaltet“ der Spalt und die in der Elektrode befindliche elektrische Energie wird in den Resonator eingespeist.Furthermore, the treated also US3748528A a device for generating an electrical pulse by means of a resonator, wherein the US3748528A in particular, describes the way in which the required electrical energy can be provided in the resonator. For this purpose, a "pulse-forming section" is fed from an HVDC source and thus charged. The "pulse-forming section" is in turn connected via a switch with a coaxial line. As soon as the switch is closed, the "pulse-forming section" discharges into the coaxial line and generates a corresponding wavefront. Another switch in the form of a line break in the coaxial line is used inter alia to further shape the pulse. The switch is followed by an electrode, which faces a further electrode, with a gap between these electrodes. As soon as a certain overvoltage is applied to the electrode, the gap "switches" and the electrical energy in the electrode is fed into the resonator.

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 und zum Auskoppeln des elektromagnetischen Pulses auf, wobei der Resonator ein als Kavität ausgebildeter Hohlraumresonator ist. 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 and for decoupling the electromagnetic pulse, wherein the resonator is a cavity resonator designed as a cavity. 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.

Dabei ist die Antriebsvorrichtung insbesondere dazu vorgesehen, eine resonante elektromagnetische Schwingung in dem Resonator anzuregen und der angeregten Schwingung sukzessive Energie zuzuführen.In this case, the drive device is in particular provided to excite a resonant electromagnetic oscillation in the resonator and to supply the excited oscillation successively with energy.

Vorteilhafterweise kann die zugeführte Energie im Resonator in Form einer Hohlraumschwingung gespeichert werden.Advantageously, the supplied energy can be stored in the resonator in the form of a cavity oscillation.

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 zeigt

  • 1 einen Schnitt durch eine Vorrichtung zum Erzeugen eines elektromagnetischen Pulses.
The invention will now be explained in more detail with reference to the accompanying figure. It shows
  • 1 a section through a device for generating an electromagnetic pulse.

1 zeigt in schematischer Darstellung einen Schnitt durch eine Vorrichtung 10 zum Erzeugen eines elektromagnetischen Pulses. Die Vorrichtung 10 ist dazu vorgesehen, elektromagnetische Pulse mit hohen Spannungs- und/oder Stromamplituden und extrem kurzer Zeitdauer zu erzeugen. Solche Pulse können beispielsweise zur Speisung von Impuls-Gaslasern, zur Speisung von Impuls-Magnetrons, zur Erzeugung von harten Röntgenimpulsen, zur Erzeugung dichter heißer Plasmen oder zur Untersuchung der Vorgänge bei Blitzeinschlägen verwendet werden. 1 shows a schematic representation of a section through a device 10 for generating an electromagnetic pulse. The device 10 is intended to generate electromagnetic pulses with high voltage and / or current amplitudes and extremely short time duration. Such pulses may be used, for example, to power pulsed gas lasers, pulse magnetrons, generate hard x-ray pulses, generate dense hot plasmas, or investigate the effects of lightning strikes.

Die Vorrichtung 10 zum Erzeugen eines elektromagnetischen Pulses weist einen Resonator 100 auf. Der Resonator 100 ist bevorzugt ein als Kavität ausgebildeter Hohlraumresonator. Der Resonator 100 kann beispielsweise aus mit Kupfer beschichtetem bestehen und mittels einer Argon-RF-Behandlung konditioniert worden sein. Durch die guten elektrischen Leitungseigenschaften von Kupfer ergibt sich dann ein Hohlraumresonator mit hoher Güte, also hohem Q-Wert.The device 10 for generating an electromagnetic pulse has a resonator 100 on. The resonator 100 is preferably a cavity formed as a cavity resonator. The resonator 100 For example, it may be made of copper-coated and conditioned by argon-RF treatment. Due to the good electrical conductivity properties of copper then results in a cavity resonator with high quality, ie high Q value.

Im Ausführungsbeispiel der 1 weist der Resonator 100 eine Zylinderform auf. Es sind jedoch auch andere Resonatorgeometrien möglich.In the embodiment of 1 points the resonator 100 a cylindrical shape. However, other resonator geometries are possible.

Der Resonator 100 kann beispielsweise ein Lambda/4-Resonator sein. Im Resonator 100 kann dann eine Vielzahl unterschiedlieher Schwingungsmoden angeregt werden. Beispielsweise kann im Resonator 100 eine TM010-Mode angeregt werden.The resonator 100 may for example be a lambda / 4 resonator. In the resonator 100 then a variety of different modes of vibration can be excited. For example, in the resonator 100 a TM010 mode are excited.

Der zylindrische Resonator 100 weist eine erste Wand 110 und eine der ersten Wand 110 gegenüberliegende zweite Wand 120 auf. Die erste Wand 110 und die zweite Wand 120 weisen jeweils eine Kreisscheibenform auf und sind in 1 in geschnittener Ansicht dargestellt. Die erste Wand 110 und die zweite Wand 120 werden durch einen zylindermantelförmigen Mantel 130 miteinander verbunden.The cylindrical resonator 100 has a first wall 110 and one of the first wall 110 opposite second wall 120 on. The first wall 110 and the second wall 120 each have a circular disk shape and are in 1 shown in a cutaway view. The first wall 110 and the second wall 120 be through a cylinder jacket coat 130 connected with each other.

Die Vorrichtung 10 zum Erzeugen eines elektromagnetischen Pulses weist weiter mindestens eine Antriebsvorrichtung 200 auf. Die Antriebsvorrichtung 200 ist dazu vorgesehen, eine resonante elektromagnetische Schwingung in dem Resonator 100 anzuregen und der angeregten Schwingung sukzessive Energie zuzuführen. Hierzu regt die Antriebsvorrichtung 200 die Resonatorschwingung in dem Resonator 100 resonant an.The device 10 for generating an electromagnetic pulse further comprises at least one drive device 200 on. The driving device 200 is intended to resonant electromagnetic oscillation in the resonator 100 to stimulate and to supply the excited vibration successively energy. For this purpose, the drive device stimulates 200 the resonator oscillation in the resonator 100 resonantly on.

Die Antriebsvorrichtung 200 könnte ein Klystrons aufweisen, dessen HF-Leistung mit Hilfe eines Wellenleiters zum Resonator 100 transportiert wird. Alternativ wäre es möglich, die HF-Leistung mit Hilfe einer Antenne oder eines induktiven Kopplers in den Resonator 100 einzukoppeln. Im in 1 dargestellten Ausführungsbeispiel ist die Antriebsvorrichtung 200 ein Direktantrieb, der nachfolgend erläutert wird.The drive device 200 could have a klystron, whose RF power with the aid of a waveguide to the resonator 100 is transported. Alternatively, it would be possible to use the RF power with the aid of an antenna or an inductive coupler in the resonator 100 couple. Im in 1 illustrated embodiment, the drive device 200 a direct drive, which is explained below.

Der Mantel 130 des Resonators 100 weist einen senkrecht zur Zylinderachse des Resonators 100 orientierten umlaufenden Schlitz 140 auf. Der Schlitz 140 teilt den Mantel 130 des Resonators 100 in einen mit der ersten Wand 110 verbundenen ersten Abschnitt und einen mit der zweiten Wand 120 verbundenen zweiten Abschnitt. Der Schlitz 140 ist elektrisch nicht leitend ausgebildet. Im Schlitz 140 kann auch eine elektrisch isolierende Vakuumdichtung angeordnet sein.The coat 130 of the resonator 100 has a direction perpendicular to the cylinder axis of the resonator 100 oriented circumferential slot 140 on. The slot 140 share the coat 130 of the resonator 100 in one with the first wall 110 connected first section and one with the second wall 120 connected second section. The slot 140 is electrically non-conductive. In the slot 140 can also be arranged an electrically insulating vacuum seal.

Eine Mehrzahl von Antriebsvorrichtungen 200 ist radial nach außen weisend im Bereich des Schlitzes 140 auf der Außenseite des Mantels 130 des Resonators angeordnet. Beispielsweise können insgesamt 64 Antriebsvorrichtungen 200 vorgesehen sein, die in einem gleichmäßigen Winkelabstand von jeweils 5,625 Grad umlaufend am Mantel 130 angeordnet sind.A plurality of drive devices 200 is pointing radially outward in the region of the slot 140 on the outside of the coat 130 the resonator arranged. For example, a total of 64 drive devices 200 be provided in a uniform angular distance of 5.625 degrees circumferentially on the jacket 130 are arranged.

Wird im Resonator 100 eine TM010-Mode angeregt, so ergeben sich im Resonator 100 ein zwischen den Wänden 110, 120 verlaufendes axiales elektrisches Feld und ein azimutales magnetisches Feld. Daraus resultieren in den Wänden des Resonators 100 oszillierende Ströme, die in den Wänden 110, 120 radial und im Mantel 130 axial verlaufen. Koppeln die Antriebsvorrichtung 200 über den Schlitz 140 hochfrequente Ströme in den Mantel 130 des Resonators 100 ein, so lässt sich dadurch umgekehrt die TM010-Mode im Resonator anregen.Is in the resonator 100 a TM010 mode excited, so arise in the resonator 100 one between the walls 110 . 120 extending axial electric field and an azimuthal magnetic field. This results in the walls of the resonator 100 oscillating currents flowing in the walls 110 . 120 radially and in the jacket 130 run axially. Couple the drive device 200 over the slot 140 high-frequency currents in the jacket 130 of the resonator 100 conversely, this allows the TM010 mode to be excited in the resonator.

In der nur schematisch dargestellten Ausführungsform der 1 weist jede der Antriebsvorrichtungen 200 jeweils einen oder mehrere Siliziumkarbit-Transistoren auf. Diese koppeln phasenrichtig hochfrequente Strome in den Mantel 130 des Resonators 100 ein und führen dadurch dem Resonator 100 sukzessive Energie zu. Die Antriebsvorrichtungen 200 können ihrerseits beispielsweise durch eine Kondensatorbank mit elektrischer Energie gespeist werden.In the embodiment shown only schematically 1 points each of the drive devices 200 each one or more silicon carbide transistors. These couple in phase high-frequency currents in the mantle 130 of the resonator 100 and thereby lead the resonator 100 successive energy too. The drive devices 200 For their part, they can be supplied with electrical energy, for example by a capacitor bank.

Die Antriebsvorrichtungen 200 sind durch ein ringförmiges Schirmgehäuse 400 umgeben, dass auf Massepotential gelegt werden kann. Dadurch werden die durch die Antriebsvorrichtungen 200 erzeugten elektromagnetischen Felder nach außen hin abgeschirmt. Außerdem wird durch das auf Massepotential liegende Schirmgehäuse 400 eine Unfallgefahr reduziert.The drive devices 200 are through an annular shield housing 400 surrounded that can be put on ground potential. As a result, by the drive devices 200 shielded generated electromagnetic fields to the outside. In addition, due to the lying at ground potential shield housing 400 reduces the risk of accidents.

Die Vorrichtung 10 zum Erzeugen eines elektromagnetischen Pulses weist weiter eine Koaxialleitung 300 zum Auskoppeln des elektromagnetischen Pulses auf. Die Koaxialleitung 300 verläuft parallel zur Zylinderachse des zylindrischen Resonators 100.The device 10 for generating an electromagnetic pulse further comprises a coaxial line 300 for decoupling the electromagnetic pulse. The coaxial line 300 runs parallel to the cylinder axis of the cylindrical resonator 100 ,

Die Koaxialleitung 300 weist einen Außenleiter 310 und einen Innenleiter 320 auf. Der Außenleiter 310 der Koaxialleitung 300 ist mit der ersten Wand 110 des Resonators 100 verbunden. Dabei ist der Außenleiter 310 senkrecht und mittig auf der Außenseite der ersten Wand 110 angeordnet. Der Innenleiter 320 verläuft innerhalb des Außenleiters 310 und ist gegen diesen elektrisch isoliert. Zwischen dem Innenleiter 320 und dem Außenleiter 310 kann sich ein Vakuum, ein Gas oder ein Dielektrikum befinden. Der Innenleiter 320 endet im Inneren des Resonators 100, wo er mit einer zweiten Elektrode 520 verbunden ist.The coaxial line 300 has an outer conductor 310 and an inner conductor 320 on. The outer conductor 310 the coaxial line 300 is with the first wall 110 of the resonator 100 connected. Here is the outer conductor 310 vertical and centered on the outside of the first wall 110 arranged. The inner conductor 320 runs inside the outer conductor 310 and is electrically isolated from it. Between the inner conductor 320 and the outer conductor 310 There may be a vacuum, a gas or a dielectric. The inner conductor 320 ends inside the resonator 100 where he uses a second electrode 520 connected is.

Die Koaxialleitung 300 und daran angeschlossene, in 1 nicht dargestellte, weitere HF-Komponenten weisen bevorzugt einen Wellenwiderstand von 50 Ohm auf.The coaxial line 300 and attached, in 1 not shown, further RF components preferably have a characteristic impedance of 50 ohms.

Eine dem Inneren des Resonators 100 zugewandte Innenseite der zweiten Wand 120 des Resonators 100 weist mittig angeordnet eine erste Elektrode 510 auf, die elektrisch leitend mit der zweiten Wand 120 verbunden ist. Die elektrisch leitfähig mit dem Innenleiter 320 der Koaxialleitung 300 verbundene zweite Elektrode 520 liegt der ersten Elektrode 510 beabstandet gegenüber. Gemeinsam bilden die erste Elektrode 510 und die zweite Elektrode 520 eine Funkenstrecke 500. Wird die Funkenstrecke 500 gezündet, so dass ein Lichtbogen zwischen der ersten Elektrode 510 und der zweiten Elektrode 520 entsteht, so werden die erste Elektrode 510 und die zweite Elektrode 520 miteinander kurzgeschlossen. Zum Zünden der Funkenstrecke 500 ist eine Zündvorrichtung 530 vorgesehen. Die Zündvorrichtung 530 ist dazu ausgebildet, einen Zündfunken zu erzeugen, der zu einer Ionisation eines zwischen der ersten Elektrode 510 und der zweiten Elektrode 520 vorhandenen Gases führt. Bei ausreichend großer Spannungsdifferenz zwischen den Elektroden 510, 520 wächst sich der Zündfunke dann zu einem Lichtbogen zwischen den Elektroden 510, 520 aus, über den ein Stromfluss zwischen der ersten Elektrode 510 und der zweiten Elektrode 520 ermöglicht wird. Die Funkenstrecke 500 kann beispielsweise ein Trigatron sein.A inside of the resonator 100 facing inside of the second wall 120 of the resonator 100 has centrally disposed a first electrode 510 on, which is electrically conductive with the second wall 120 connected is. The electrically conductive with the inner conductor 320 the coaxial line 300 connected second electrode 520 lies the first electrode 510 spaced opposite. Together form the first electrode 510 and the second electrode 520 a spark gap 500 , Will the spark gap 500 ignited, leaving an arc between the first electrode 510 and the second electrode 520 arises, then become the first electrode 510 and the second electrode 520 shorted together. To ignite the spark gap 500 is an ignition device 530 intended. The ignition device 530 is adapted to generate a spark resulting in ionization of one between the first electrode 510 and the second electrode 520 existing gas leads. With a sufficiently large voltage difference between the electrodes 510 . 520 The spark then grows into an arc between the electrodes 510 . 520 via which a current flow between the first electrode 510 and the second electrode 520 is possible. The spark gap 500 may be, for example, a trigatron.

Das Innere des Resonators 100 kann mit einem Gas gefüllt oder evakuiert sein. Dabei verbleiben auch im Fall eines im Resonator 100 vorherrschenden Vakuums ausreichend viele Restgasatome, um die Funkenstrecke 500 zu zünden.The interior of the resonator 100 can be filled with gas or evacuated. This also remains in the case of one in the resonator 100 prevailing vacuum sufficient residual gas atoms to the spark gap 500 to ignite.

Im Betrieb der Vorrichtung 10 zum Erzeugen eines elektromagnetischen Pulses wird dem Resonator 100 durch die Antriebsvorrichtungen 200 sukzessive Energie zugeführt, die im Resonator 100 in Form einer Hohlraumschwingung gespeichert wird. Das elektrische Feld der im Resonator 100 angeregten Hohlraumschwingung verläuft dabei parallel zur Zylinderachse des Resonators 100 zwischen der ersten Wand 110 und der zweiten Wand 120. Folglich bewirkt die Hohlraumschwingung eine Spannungsdifferenz zwischen der ersten Wand 110 und der zweiten Wand 120 des Resonators 100.In operation of the device 10 to generate an electromagnetic pulse is the resonator 100 through the drive devices 200 successively fed energy in the resonator 100 is stored in the form of a cavity vibration. The electric field of the resonator 100 excited cavity vibration is parallel to the cylinder axis of the resonator 100 between the first wall 110 and the second wall 120 , Consequently, the cavity vibration causes a voltage difference between the first wall 110 and the second wall 120 of the resonator 100 ,

Sobald im Resonator 100 eine ausreichende Energiemenge akkumuliert ist, wird die Funkenstrecke 500 mittels der Zündvorrichtung 530 gezündet. Dies hat zur Folge, dass der Innenleiter 320 der Koaxialleitung 300 über die zweite Elektrode 520, über den in der Funkenstrecke 500 erzeugten Lichtbogen und über die erste Elektrode 510 mit der zweiten Wand 120 des Resonators 100 kurzgeschlossen wird. Gleichzeitig ist der Außenleiter 310 der Koaxialleitung 300 mit der ersten Wand 110 des Resonators 100 kurzgeschlossen. Dadurch wird die Energie der im Resonator 100 angeregten Schwingung aus dem Resonator 100 in die Koaxialleitung 300 eingekoppelt und steht dort als elektromagnetischer Puls zur Verfügung.Once in the resonator 100 a sufficient amount of energy is accumulated, the spark gap 500 by means of the ignition device 530 ignited. This has the consequence that the inner conductor 320 the coaxial line 300 over the second electrode 520 , over in the spark gap 500 generated arc and over the first electrode 510 with the second wall 120 of the resonator 100 shorted. At the same time is the outer conductor 310 the coaxial line 300 with the first wall 110 of the resonator 100 shorted. This will increase the energy of the resonator 100 excited vibration from the resonator 100 in the coaxial line 300 coupled there and is available there as an electromagnetic pulse.

Claims (15)

Vorrichtung (10) zum Erzeugen eines elektromagnetischen Pulses, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung (10) einen Resonator (100) und eine Koaxialleitung (300) zum Auskoppeln einer im Resonator (100) gespeicherten Energie und zum Auskoppeln des elektromagnetischen Pulses aufweist, wobei der Resonator (100) ein als Kavität ausgebildeter Hohlraumresonator ist, wobei ein Außenleiter (310) der Koaxialleitung (300) elektrisch leitend mit einer ersten Wand (110) des Resonators (100) verbunden ist, wobei eine schaltbare Funkenstrecke (500) zwischen einer ersten Elektrode (510) und einer zweiten Elektrode (520) vorgesehen ist, wobei die erste Elektrode (510) elektrisch leitend mit einer der ersten Wand (110) gegenüberliegenden zweiten Wand (120) des Resonators (100) und die zweite Elektrode (520) elektrisch leitend mit einem Innenleiter (320) der Koaxialleitung (300) verbunden ist.An apparatus (10) for generating an electromagnetic pulse, characterized in that the device (10) comprises a resonator (100) and a coaxial line (300) for coupling out an energy stored in the resonator (100) and for coupling the electromagnetic pulse, wherein the Resonator (100) is a cavity formed as a cavity resonator, wherein an outer conductor (310) of the coaxial line (300) is electrically conductively connected to a first wall (110) of the resonator (100), wherein a switchable spark gap (500) between a first electrode (510) and a second electrode (520), wherein the first electrode (510) is electrically conductive with a second wall (120) of the resonator (100) opposite the first wall (110) and the second electrode (520) being electrically conductive is connected to an inner conductor (320) of the coaxial line (300). Vorrichtung (10) gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung (10) eine Antriebsvorrichtung (200) zum Einkoppeln elektromagnetischer Energie in den Resonator (100) aufweist.Device (10) according to Claim 1 , characterized in that the device (10) comprises a drive device (200) for coupling electromagnetic energy into the resonator (100). Vorrichtung (10) gemäß Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Antriebsvorrichtung (200) dazu vorgesehen ist, eine resonante elektromagnetische Schwingung in dem Resonator (100) anzuregen und der angeregten Schwingung sukzessive Energie zuzuführen.Device (10) according to Claim 2 , characterized in that the drive device (200) is provided to excite a resonant electromagnetic oscillation in the resonator (100) and to successively supply energy to the excited oscillation. Vorrichtung (10) gemäß Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die zugeführte Energie im Resonator (100) in Form einer Hohlraumschwingung gespeichert wird.Device (10) according to Claim 3 , characterized in that the supplied energy in the resonator (100) is stored in the form of a cavity vibration. Vorrichtung (10) gemäß Anspruch 2, 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Antriebsvorrichtung (200) durch eine Kondensatorbank gespeist wird.Device (10) according to Claim 2 . 3 or 4 , characterized in that the drive device (200) is fed by a capacitor bank. Vorrichtung (10) gemäß einem der Ansprüche 2 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Antriebsvorrichtung (200) eine Mehrzahl von Festkörper-Leistungstransistoren umfasst, die mit einer elektrisch leitfähigen Wand (130) des Resonators (100) verbunden sind.Device (10) according to one of Claims 2 to 5 characterized in that the drive device (200) comprises a plurality of solid state power transistors connected to an electrically conductive wall (130) of the resonator (100). Vorrichtung (10) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Funkenstrecke (500) eine Zündvorrichtung (530) aufweist.Device (10) according to one of the preceding claims, characterized in that the spark gap (500) has an ignition device (530). Vorrichtung (10) gemäß Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Funkenstrecke (500) ein Trigatron ist.Device (10) according to Claim 7 , characterized in that the spark gap (500) is a trigatron. Vorrichtung (10) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Resonator (100) ein Hohlraumresonator ist.Device (10) according to one of the preceding claims, characterized in that the resonator (100) is a cavity resonator. Vorrichtung (10) gemäß Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Resonator (100) ein Lambda/4-Resonator ist.Device (10) according to Claim 9 , characterized in that the resonator (100) is a lambda / 4 resonator. Vorrichtung (10) gemäß einem der Ansprüche 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, dass der Resonator (100) eine Zylinderform aufweist.Device (10) according to one of Claims 9 or 10 , characterized in that the resonator (100) has a cylindrical shape. Vorrichtung (10) gemäß einem der Ansprüche 9 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass Resonator (100) aus mit Kupfer beschichtetem Stahl besteht.Device (10) according to one of Claims 9 to 11 , characterized in that the resonator (100) consists of copper-coated steel. Vorrichtung (10) gemäß einem der Ansprüche 9 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass der Resonator (100) dazu ausgebildet ist, auf einen niedrigen Druck evakuiert zu werden.Device (10) according to one of Claims 9 to 12 characterized in that the resonator (100) is adapted to be evacuated to a low pressure. Vorrichtung (10) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Koaxialleitung (300) einen Wellenwiderstand von etwa 50 Ohm aufweist.Device (10) according to one of the preceding claims, characterized in that the coaxial line (300) has a characteristic impedance of about 50 ohms. Vorrichtung (10) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Antriebsvorrichtung (200) von einem Schirmgehäuse (400) umgeben ist.Device (10) according to one of the preceding claims, characterized in that the drive device (200) is surrounded by a screen housing (400).
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