EA040915B1

EA040915B1 - Microwave generator and matrix microwave generator based on it

Info

Publication number: EA040915B1
Application number: EA202191951
Authority: EA
Inventors: Марк Тарасов
Original assignee: ЭмДабл-ю МАТРИКС ИНК.
Filing date: 2019-03-01
Publication date: 2022-08-16

Description

Область техникиTechnical field

Изобретение относится к области сверхвысокочастотной (СВЧ) техники, в частности к генераторамThe invention relates to the field of microwave technology, in particular to generators

СВЧ излучения, или СВЧ генераторам.microwave radiation, or microwave generators.

Уровень техникиState of the art

Высокая стоимость мощных источников СВЧ излучения сильно тормозит разработку перспективных СВЧ технологий и их внедрение в промышленное производство. В то же время во всем мире развернуто производство источников СВЧ излучения, или СВЧ источников, средней мощности, таких как магнетроны для бытовых СВЧ печей (микроволновых печей), стоимость единицы мощности которых значительно ниже, чем стоимость единицы мощности СВЧ источников большой мощности. Поэтому эффективное сложение СВЧ излучений от множества СВЧ источников средней мощности является актуальной задачей с точки зрения снижения стоимости устройств генерации суммарного мощного СВЧ излучения, уменьшения их веса и габаритных размеров, решения проблемы теплоотвода. Однако сложение излучения множества СВЧ источников с целью увеличения общей мощности СВЧ излучения сталкивается с серьезными трудностями из-за сложностей обеспечения условий взаимной синхронизации СВЧ источников без существенного снижения общего КПД устройства при их совместной работе.The high cost of high-power sources of microwave radiation greatly hampers the development of promising microwave technologies and their introduction into industrial production. At the same time, the production of microwave radiation sources, or microwave sources, of medium power, such as magnetrons for household microwave ovens (microwave ovens), is launched all over the world, the cost per unit of power of which is much lower than the cost per unit of power of high-power microwave sources. Therefore, the effective summation of microwave radiation from a plurality of medium-power microwave sources is an urgent task from the point of view of reducing the cost of devices for generating total powerful microwave radiation, reducing their weight and overall dimensions, and solving the problem of heat removal. However, the summation of radiation from multiple microwave sources in order to increase the total power of microwave radiation faces serious difficulties due to the difficulties in providing conditions for mutual synchronization of microwave sources without a significant decrease in the overall efficiency of the device when they work together.

Наиболее близким аналогом настоящего изобретения является генератор СВЧ излучения, представляющий собой устройство сложения мощностей нескольких СВЧ источников, в качестве которых выступают магнетроны, раскрытый в патенте РФ RU 2394357 (опубликован 10.07.2010; МПК Н03В 9/10). Известное устройство состоит из резонатора в виде отрезка прямоугольного волновода, закороченного по торцам, с установленными на нем магнетронами. Магнетроны расположены вплотную друг к другу на широкой стенке резонатора так, что выводы энергии магнетронов входят в резонатор через середину широкой стенки. Между выводами энергии магнетронов внутри резонатора симметрично установлены закорачивающие селекционные вставки. В другой широкой стенке резонатора, напротив каждого магнетрона расположены излучающие щели для вывода энергии в окружающее пространство. Размер широкой стенки резонатора равен половине длины волны, соответствующей рабочей частоте магнетронов. Данное известное устройство позволяет складывать мощности некоторого числа магнетронов заданной мощности для получения большей суммарной мощности СВЧ излучения в режиме взаимной синхронизации и когерентного излучения.The closest analogue of the present invention is a microwave radiation generator, which is a device for combining the powers of several microwave sources, which are magnetrons, disclosed in the RF patent RU 2394357 (published on 07/10/2010; IPC H03V 9/10). The known device consists of a resonator in the form of a segment of a rectangular waveguide, short-circuited at the ends, with magnetrons mounted on it. The magnetrons are located close to each other on the wide wall of the resonator so that the outputs of the energy of the magnetrons enter the resonator through the middle of the wide wall. Between the outputs of the energy of the magnetrons inside the resonator, shorting selective inserts are symmetrically installed. In the other wide wall of the resonator, opposite each magnetron, there are radiating slots for outputting energy into the surrounding space. The size of the wide wall of the resonator is equal to half the wavelength corresponding to the operating frequency of the magnetrons. This known device allows you to add the power of a certain number of magnetrons of a given power to obtain a greater total power of microwave radiation in the mode of mutual synchronization and coherent radiation.

По сути, известное устройство согласно патенту РФ RU 2394357 является матричным генератором СВЧ излучения, т.е. устройством, в котором объединены несколько СВЧ источников.In fact, the known device according to the patent of the Russian Federation RU 2394357 is a matrix generator of microwave radiation, i.e. a device that combines several microwave sources.

Сложение СВЧ излучений от нескольких СВЧ источников происходит при синхронизации указанных СВЧ излучений, для чего источники следует размещать в пространстве так, чтобы колебания СВЧ волн, которые они генерируют, складывались в фазе с учетом противофазного возбуждения соседних СВЧ источников.The summation of microwave radiation from several microwave sources occurs when the indicated microwave radiation is synchronized, for which the sources should be placed in space so that the oscillations of the microwave waves that they generate are added in phase, taking into account the antiphase excitation of neighboring microwave sources.

Обычно условием синхронизации излучений от нескольких СВЧ источников является следующее:Usually, the condition for synchronization of radiation from several microwave sources is the following:

где φ - мгновенная разность фаз между колебаниями СВЧ источника и синхронизирующим сигналом; n - число СВЧ источников.where φ is the instantaneous phase difference between the oscillations of the microwave source and the synchronizing signal; n is the number of microwave sources.

Однако данное условие не учитывает способа связи между СВЧ источниками.However, this condition does not take into account the method of communication between microwave sources.

Обычно для синхронизации работы нескольких СВЧ источников используют стабилизирующий резонатор, представляющий собой отрезок прямоугольного волновода, закороченный с торцов, как это сделано в упомянутом выше аналоге согласно патенту РФ RU 2394357. В таком стабилизирующем резонаторе основным типом колебаний можно считать одну из волн H(101-104), которая образуется при резонансе. Для селекции колебаний данного типа в резонаторе между широкими стенками через равные промежутки устанавливают закорачивающие селекционных вставки в виде штырей.Usually, to synchronize the operation of several microwave sources, a stabilizing resonator is used, which is a segment of a rectangular waveguide shorted at the ends, as is done in the analogue mentioned above according to the patent of the Russian Federation RU 2394357. In such a stabilizing resonator, one of the waves H (101- 104), which is formed at resonance. To select vibrations of this type, shorting selection inserts in the form of pins are installed in the resonator between wide walls at regular intervals.

В ближайшем аналоге даже при расположении всего четырех магнетронов в ряд и близких значениях их частот СВЧ излучений оказалось достаточно сложно достичь высокой степени синхронизации СВЧ излучений от магнетронов и, как следствие, высокого значения КПД устройства, что явно следует из табл. 1 патента РФ RU 2394357. Однако еще большим недостатком указанного аналога является практическая невозможность получить приемлемые значения КПД устройства при размещении вместе нескольких таких линейчатых генераторов СВЧ излучения параллельно друг другу, т.е. рядом друг с другом (но не друг за другом), сформировав из них двухмерную матрицу магнетронов. Данный факт накладывает ограничение на количество СВЧ источников, которые можно расположить на малой площади, следовательно, ограничивает общую мощность СВЧ излучения известного устройства сложения СВЧ излучений.In the closest analogue, even with the arrangement of only four magnetrons in a row and close values of their frequencies of microwave radiation, it turned out to be quite difficult to achieve a high degree of synchronization of microwave radiation from magnetrons and, as a result, a high value of the efficiency of the device, which clearly follows from Table. 1 RF patent RU 2394357. However, an even greater disadvantage of this analogue is the practical impossibility of obtaining acceptable device efficiency values when several such linear microwave radiation generators are placed together in parallel to each other, i.e. next to each other (but not one after the other), forming from them a two-dimensional matrix of magnetrons. This fact imposes a limitation on the number of microwave sources that can be placed on a small area, therefore, limits the total power of microwave radiation of the known device for summing microwave radiation.

Раскрытие изобретенияDisclosure of invention

Задачей изобретения является разработка такого генератора СВЧ излучения, который позволил бы объединять множество СВЧ источников не только в ряд, но и в двухмерную матрицу, обеспечивая при этом высокое значение КПД и высокую общую мощность СВЧ излучения.The objective of the invention is to develop such a microwave radiation generator that would allow combining a plurality of microwave sources not only in a row, but also in a two-dimensional matrix, while providing a high efficiency value and a high total microwave radiation power.

Техническим результатом изобретения является расширение функциональных возможностей генератора СВЧ излучения, высокая степень синхронизации излучений от нескольких генераторов СВЧ излучения, повышение КПД и мощности такого устройства.The technical result of the invention is the expansion of the functionality of the microwave generator, a high degree of synchronization of radiation from several generators of microwave radiation, increasing the efficiency and power of such a device.

- 1 040915- 1 040915

Согласно первому аспекту настоящего изобретения генератор СВЧ излучения содержит СВЧ источник и резонатор. В резонаторе выполнен СВЧ канал для направления излучения от указанного СВЧ источника. Резонатор включает короб, на котором установлен СВЧ источник и в котором выполнен первый канал, и основу с выполненным в ней вторым каналом. Указанные короб и основа электрически соединены друг с другом. Второй канал является продолжением первого канала, таким образом формируя СВЧ канал. При этом в СВЧ канале может быть размещено средство подавления обратной волны.According to the first aspect of the present invention, the microwave radiation generator comprises a microwave source and a resonator. The resonator has a microwave channel for directing radiation from the specified microwave source. The resonator includes a box on which a microwave source is installed and in which the first channel is made, and a base with a second channel made in it. Said box and base are electrically connected to each other. The second channel is a continuation of the first channel, thus forming a microwave channel. In this case, a means of suppressing the reverse wave can be placed in the microwave channel.

В заявляемом генераторе СВЧ излучения резонатор состоит из двух элементов, а именно короба и основы, через которые проходит СВЧ канал. СВЧ излучение от СВЧ источника проходит по СВЧ каналу через первый канал, выполненный в коробе и служащий для предварительного направления СВЧ излучения. Далее в основе выполняется окончательное формирование СВЧ волны, когда СВЧ излучение проходит по второму каналу.In the inventive microwave radiation generator, the resonator consists of two elements, namely a box and a base, through which the microwave channel passes. Microwave radiation from the microwave source passes through the microwave channel through the first channel, made in the box and serving for the preliminary direction of the microwave radiation. Further, in the base, the final formation of the microwave wave is performed when the microwave radiation passes through the second channel.

Поскольку короб и основа электрически соединены, токи, которые возникают при прохождении СВЧ излучения по СВЧ каналу, влияют на СВЧ излучение при прохождении через первый канал и второй канал.Since the box and the base are electrically connected, the currents that occur when the microwave radiation passes through the microwave channel affect the microwave radiation when passing through the first channel and the second channel.

Кроме того, на СВЧ излучение может влиять размещенное в СВЧ канале средство подавления обратной волны. С одной стороны, указанное средство подавления обратной волны позволяет СВЧ излучению без заметных потерь выйти наружу из генератора СВЧ излучения при условии правильно подобранной формы, размера и положения средства подавления обратной волны. С другой стороны, средство подавления обратной волны не позволяет СВЧ излучению, отраженному от внешних объектов (например, объектов, которые нагреваются посредством излучения, производимого генератором СВЧ излучения), проходить обратно в СВЧ канал и тем самым существенно снижать общую выходную мощность генератора СВЧ излучения, приводить к его существенному нагреву и другим нежелательным последствиям, хорошо известным специалистам в данной области техники.In addition, the microwave radiation can be affected by the means of suppressing the reverse wave placed in the microwave channel. On the one hand, the specified means of suppressing the reverse wave allows microwave radiation without noticeable loss to go outside the microwave radiation generator, provided that the shape, size and position of the means of suppressing the reverse wave are correctly selected. On the other hand, the back wave suppression means does not allow microwave radiation reflected from external objects (for example, objects that are heated by radiation produced by the microwave radiation generator) to pass back into the microwave channel and thereby significantly reduce the overall output power of the microwave radiation generator, lead to its significant heating and other undesirable consequences, well known to specialists in this field of technology.

Результатом является формирование на выходе из второго канала, т.е. выходе канала СВЧ, излучения высокой мощности, при этом генератор СВЧ излучения характеризуется высоким КПД и узким пространственным распределением СВЧ излучения в двухмерном и трехмерном пространстве.The result is the formation at the output of the second channel, i.e. at the output of the microwave channel, high-power radiation, while the microwave radiation generator is characterized by high efficiency and a narrow spatial distribution of microwave radiation in two-dimensional and three-dimensional space.

В генераторе СВЧ излучения может быть использован рупор (волновод), установленный на основе со стороны, противоположной стороне основы, контактирующей с коробом. Рупор позволяет фокусировать выходящее СВЧ излучение с минимальными потерями, при этом сохраняя КПД и выходную мощность СВЧ излучения.In the microwave radiation generator, a horn (waveguide) installed on the base from the side opposite to the side of the base in contact with the box can be used. The horn allows you to focus the outgoing microwave radiation with minimal losses, while maintaining the efficiency and output power of microwave radiation.

Для обеспечения лучшего теплоотвода СВЧ источник может быть установлен на отдалении от короба. При этом для минимизации потерь излучения и обеспечения равномерности распределения поля СВЧ источник, предпочтительно, устанавливается на коробе через волновод.To ensure better heat dissipation, the microwave source can be installed at a distance from the duct. In this case, to minimize radiation losses and ensure the uniform distribution of the field, the microwave source is preferably installed on the box through the waveguide.

Для эффективной передачи СВЧ излучения от СВЧ источника и, как следствие, повышения КПД генератора СВЧ излучения, СВЧ каналы могут иметь переменное сечение.For efficient transmission of microwave radiation from a microwave source and, as a result, to increase the efficiency of the microwave radiation generator, microwave channels can have a variable cross section.

Поверхность СВЧ канала может быть покрыта слоем электропроводящего материала. Этого можно достигнуть различными способами, например выполнением короба и основы из электропроводящего материала, или нанесением на поверхности первого канала и второго канала проводящих покрытий (одинаковых или отличающихся по своим характеристикам, таким как толщина, электропроводность, термомеханические свойства и др.) в виде пленки, фольги или подобного, или установкой на указанные поверхности каналов проводящих экранов, или любым другим способом, известным специалисту в данной области техники.The surface of the microwave channel can be covered with a layer of electrically conductive material. This can be achieved in various ways, for example, by making the box and the base from an electrically conductive material, or by applying conductive coatings (the same or different in their characteristics, such as thickness, electrical conductivity, thermomechanical properties, etc.) on the surfaces of the first channel and the second channel in the form of a film, foil or the like, or by placing conductive screens on said channel surfaces, or by any other method known to the person skilled in the art.

Короб и основа могут быть как отдельными деталями, так и единой деталью. Выполнение короба и основы отдельными деталями, т.е. выполнение резонатора составным, позволяет подобрать такую форму короба и основы, которая обеспечивает требуемые КПД устройства и хороший теплоотвод. Если же короб и основа выполнены единой деталью, т.е. резонатор является цельным, это увеличивает КПД и выходную мощность генератора СВЧ излучения.The box and the base can be either separate parts or a single part. The execution of the box and the base as separate parts, i.e. the implementation of the resonator composite, allows you to choose the shape of the box and the base, which provides the required efficiency of the device and good heat dissipation. If the box and the base are made as a single part, i.e. the resonator is integral, this increases the efficiency and output power of the microwave radiation generator.

Генератор СВЧ излучения может дополнительно содержать по меньшей мере один канал охлаждения, предназначенный для охлаждения устройства. Это позволяет обеспечить стабильную работу источника СВЧ излучения.The microwave generator may further comprise at least one cooling channel for cooling the device. This makes it possible to ensure stable operation of the microwave radiation source.

Согласно второму аспекту настоящего изобретения предложен матричный генератор СВЧ излучения, который содержит по меньшей мере два указанных выше генератора СВЧ излучения, резонаторы которых электрически соединены друг с другом.According to a second aspect of the present invention, a microwave array generator is provided, which comprises at least two of the above microwave generators, the resonators of which are electrically connected to each other.

Как было указано выше, проблема с эффективной синхронизацией излучений от множества СВЧ источников, входящих в состав устройства СВЧ излучения, является причиной относительно низкого КПД известных устройств. Кроме того, известные устройства требуют использования СВЧ источников с одинаковыми или достаточно близкими значениями частоты излучения и мощности излучения.As mentioned above, the problem with effective synchronization of radiation from multiple microwave sources that are part of the microwave radiation device, is the reason for the relatively low efficiency of the known devices. In addition, the known devices require the use of microwave sources with the same or fairly close values of the radiation frequency and radiation power.

Благодаря тому, что в настоящем изобретении резонаторы генераторов СВЧ излучения электрически соединены друг с другом, токи, которые возникают при прохождении СВЧ излучения через все СВЧ каналы матричного генератора, взаимодействуют между собой и, следовательно, влияют на СВЧ излучение во всех СВЧ каналах. Этим обеспечивается высокая степень синхронизации СВЧ излучений от всех СВЧ источников, входящих в состав матричного генератора, и, как следствие, высокий КПД матричногоDue to the fact that in the present invention the resonators of the microwave radiation generators are electrically connected to each other, the currents that arise when the microwave radiation passes through all the microwave channels of the matrix generator interact with each other and, therefore, affect the microwave radiation in all microwave channels. This ensures a high degree of synchronization of microwave radiation from all microwave sources included in the matrix generator, and, as a result, a high efficiency of the matrix generator.

- 2 040915 генератора.- 2 040915 generators.

Еще более высокой степени синхронизации излучений от нескольких СВЧ источников можно достичь, если матричный генератор дополнительно содержит синхронизирующие каналы, выполненные между генераторами СВЧ излучения и соединяющие соседние СВЧ каналы. Альтернативно, матричный генератор может содержать синхронизирующие вставки, размещенные в основах и/или коробах между соседними СВЧ каналами, аналогичные тем, которые используются в ближайшем аналоге согласно патенту РФ RU 2394357.An even higher degree of synchronization of radiation from several microwave sources can be achieved if the matrix generator additionally contains synchronization channels made between the microwave radiation generators and connecting adjacent microwave channels. Alternatively, the matrix oscillator may contain synchronizing inserts placed in the bases and / or boxes between adjacent microwave channels, similar to those used in the closest analogue according to the RF patent RU 2394357.

Предпочтительно, если матричный генератор содержит общий рупор (волновод), установленный на основах, что позволяет более эффективно фокусировать выходящее СВЧ излучение без потери мощности излучения.It is preferable if the matrix generator contains a common horn (waveguide) mounted on the bases, which allows more efficient focusing of the outgoing microwave radiation without loss of radiation power.

Возможны различные варианты реализации коробов и основ генераторов СВЧ излучения, входящих в состав матричного генератора. Так, в матричном генераторе, по крайней мере, некоторые основы всех генераторов СВЧ излучения, либо, по крайней мере. некоторые коробы всех генераторов СВЧ излучения, либо, по крайней мере, некоторые резонаторы всех генераторов СВЧ излучения могут быть выполнены единой деталью.There are various options for the implementation of boxes and bases of microwave radiation generators that are part of the matrix generator. So, in the matrix generator, at least some of the basics of all microwave radiation generators, or at least. some boxes of all microwave radiation generators, or at least some resonators of all microwave radiation generators, can be made as a single piece.

Упомянутая выше степень синхронизации непосредственно влияет на КПД матричного генератора и может быть определена сравнением количества подведенной к матричному генератору (т.е. ко всем СВЧ источникам, входящим в состав матричного генератора) электрической энергии с количеством совершенной полезной работы матричным генератором. Для определения указанного количества совершенной полезной работы можно измерить, например, насколько за заданное время возрастет температура некоего вещества, нагреваемого посредством матричного генератора. Чем больше указанный рост температуры, тем выше степень синхронизации и, соответственно, выше КПД матричного генератора.The degree of synchronization mentioned above directly affects the efficiency of the matrix generator and can be determined by comparing the amount of electrical energy supplied to the matrix generator (i.e., to all microwave sources that make up the matrix generator) with the amount of useful work done by the matrix generator. To determine the specified amount of perfect useful work, one can measure, for example, how much the temperature of a certain substance heated by a matrix generator will increase in a given time. The greater the specified temperature increase, the higher the degree of synchronization and, accordingly, the higher the efficiency of the matrix generator.

Краткое описание чертежейBrief description of the drawings

Далее заявленные генераторы СВЧ излучения более подробно поясняются со ссылками на прилагаемые фигуры, на которых приведены некоторые возможные варианты осуществления изобретения:Further, the claimed microwave generators are explained in more detail with reference to the attached figures, which show some possible embodiments of the invention:

на фиг. 1а представлен общий вид варианта генератора СВЧ излучения;in fig. 1a shows a general view of a variant of the microwave radiation generator;

на фиг. 1b - общий вид еще одного варианта генератора СВЧ излучения с волноводом;in fig. 1b is a general view of another version of the microwave radiation generator with a waveguide;

на фиг. 2а приведен вид в разрезе варианта генератора СВЧ излучения с первым каналом переменного сечения и вторым каналом постоянного сечения;in fig. 2a shows a sectional view of a variant of a microwave radiation generator with a first channel of variable cross section and a second channel of constant cross section;

на фиг. 2b - вид в разрезе еще одного варианта генератора СВЧ излучения со вторым каналом переменного сечения;in fig. 2b is a sectional view of another embodiment of a microwave generator with a second channel of variable cross section;

на фиг. 2с - вид в разрезе еще одного варианта генератора СВЧ излучения с показанным средством подавления обратной волны;in fig. 2c is a sectional view of yet another embodiment of a microwave generator with reverse wave suppression means shown;

на фиг. 2d - вид в разрезе еще одного варианта генератора СВЧ излучения с каналами охлаждения;in fig. 2d is a sectional view of another embodiment of a microwave generator with cooling channels;

на фиг. 2е - увеличенный вид в разрезе части варианта генератора СВЧ излучения с электропроводящим слоем на поверхностях первого канала и второго канала;in fig. 2e is an enlarged sectional view of part of a variant of a microwave radiation generator with an electrically conductive layer on the surfaces of the first channel and the second channel;

на фиг. 3а представлен вариант генератора СВЧ излучения с коробом цилиндрической формы;in fig. 3a shows a variant of a microwave radiation generator with a cylindrical box;

на фиг. 3b - вариант генератора СВЧ излучения с коробом сферической формы;in fig. 3b - a variant of the microwave radiation generator with a spherical box;

на фиг. 4а - общий вид варианта матричного генератора СВЧ излучения, в котором генераторы СВЧ излучения расположены вдоль прямой линии;in fig. 4a is a general view of a variant of the matrix microwave radiation generator, in which the microwave radiation generators are located along a straight line;

на фиг. 4b - общий вид еще одного варианта матричного генератора СВЧ излучения, в котором генераторы СВЧ излучения расположены вдоль изогнутой линии;in fig. 4b is a perspective view of yet another embodiment of a matrix microwave generator, in which the microwave generators are located along a curved line;

на фиг. 4с - общий вид еще одного варианта матричного генератора СВЧ излучения с общим рупором, в котором генераторы СВЧ излучения расположены вдоль прямой линии;in fig. 4c is a perspective view of yet another embodiment of a common-horn microwave array generator, in which the microwave generators are arranged along a straight line;

на фиг. 4d - общий вид еще одного варианта матричного генератора СВЧ излучения с общим рупором, в котором генераторы СВЧ излучения расположены вдоль изогнутой линии;in fig. 4d is a perspective view of yet another embodiment of a common-horn microwave array generator in which the microwave generators are arranged along a curved line;

на фиг. 5а схематически показано распределение поля СВЧ излучения от четырех независимых генераторов СВЧ излучения;in fig. 5a schematically shows the distribution of the microwave radiation field from four independent microwave radiation generators;

на фиг. 5b схематически показано распределение поля СВЧ излучения от матричного генератора СВЧ излучения согласно изобретению, включающего четыре генератора СВЧ излучения согласно изобретению;in fig. 5b schematically shows the distribution of a microwave radiation field from a microwave radiation array generator according to the invention, comprising four microwave radiation generators according to the invention;

на фиг. 6а приведена зависимость КПД устройства, включающего несколько независимых генераторов СВЧ излучения (аналогичного показанному на фиг. 5а) от количества источников СВЧ излучения;in fig. 6a shows the dependence of the efficiency of a device that includes several independent microwave radiation generators (similar to that shown in Fig. 5a) on the number of microwave radiation sources;

на фиг. 6b - зависимость КПД матричного генератора СВЧ излучения согласно изобретению (аналогичного показанному на фиг. 5b) от количества источников СВЧ излучения;in fig. 6b shows the dependence of the efficiency of the matrix generator of microwave radiation according to the invention (similar to that shown in Fig. 5b) on the number of microwave radiation sources;

на фиг. 7а приведен вид в разрезе варианта матричного генератора СВЧ излучения;in fig. 7a shows a sectional view of a variant of a matrix generator of microwave radiation;

на фиг. 7b - увеличенный вид фиг. 7а, на котором показаны синхронизирующие каналы;in fig. 7b is an enlarged view of FIG. 7a showing the sync channels;

на фиг. 8а представлен общий вид еще одного варианта матричного генератора СВЧ излучения;in fig. 8a shows a general view of another version of the matrix generator of microwave radiation;

на фиг. 8b - общий вид еще одного варианта матричного генератора СВЧ излучения;in fig. 8b is a general view of another version of the matrix generator of microwave radiation;

на фиг. 8с - общий вид еще одного варианта матричного генератора СВЧ излучения;in fig. 8c is a general view of another version of the matrix generator of microwave radiation;

на фиг. 8d - общий вид еще одного варианта матричного генератора СВЧ излучения;in fig. 8d is a general view of another version of the matrix generator of microwave radiation;

на фиг. 8е - общий вид еще одного варианта матричного генератора СВЧ излучения;in fig. 8f is a general view of another version of the matrix generator of microwave radiation;

- 3 040915 на фиг. 8f - общий вид еще одного варианта матричного генератора СВЧ излучения;- 3 040915 in FIG. 8f is a general view of another version of the matrix generator of microwave radiation;

на фиг. 8g - общий вид еще одного варианта матричного генератора СВЧ излучения;in fig. 8g is a general view of another version of the matrix generator of microwave radiation;

на фиг. 8h - общий вид еще одного варианта матричного генератора СВЧ излучения;in fig. 8h is a general view of another version of the matrix generator of microwave radiation;

на фиг. 8i - общий вид еще одного варианта матричного генератора СВЧ излучения;in fig. 8i is a general view of another version of the matrix generator of microwave radiation;

на фиг. 9 - общий вид еще одного варианта матричного генератора СВЧ излучения с источниками разной мощности и частоты СВЧ излучения.in fig. 9 is a general view of another version of the microwave radiation matrix generator with sources of different power and frequency of microwave radiation.

Осуществление изобретенияImplementation of the invention

В общем случае генератор 1 СВЧ излучения включает СВЧ источник 2, установленный на коробе 3, и основу 4, прилегающую к коробу 3. Источник 2 может быть установлен как непосредственно на коробе 3 (фиг. 1а), так и через волновод 5, соединяющий источник 2 и короб 3 (фиг. 1b).In the general case, the microwave radiation generator 1 includes a microwave source 2 mounted on a box 3, and a base 4 adjacent to the box 3. Source 2 can be installed either directly on the box 3 (Fig. 1a) or through a waveguide 5 connecting the source 2 and box 3 (Fig. 1b).

Короб 3 и основа 4 формируют резонатор генератора 1. Резонатор может быть выполнен в виде единой детали или в виде отдельных, электрически соединенных друг с другом короба 3 и основы 4.Box 3 and base 4 form the resonator of the generator 1. The resonator can be made in the form of a single part or in the form of separate boxes 3 and base 4 electrically connected to each other.

На фиг. 2а-2е приведены виды в разрезе, раскрывающие внутреннее устройство генератора 1.In FIG. 2a-2e are sectional views showing the internal structure of the generator 1.

В коробе 3 выполнен первый канал 6, по которому СВЧ излучение от источника 2 проходит к основе 4. Короб 3 может быть полым, и тогда первый канал 6 является внутренней полостью такого короба 3 (фиг. 2а-2с). Альтернативно, короб 3 может быть массивным (фиг. 2d), и тогда первый канал 6 будет представлять собой сквозной канал, проходящий через короб 3. Первый канал 6 может иметь постоянное поперечное сечение, как показано на фиг. 2b, 2c, 2d, или переменное поперечное сечение, например, в виде сужающегося или расширяющегося конусного сквозного канала, как показано на фиг. 2а. Возможны и другие формы первого канала 6.In the box 3, the first channel 6 is made, through which microwave radiation from the source 2 passes to the base 4. The box 3 can be hollow, and then the first channel 6 is the internal cavity of such a box 3 (Fig. 2a-2c). Alternatively, the duct 3 may be massive (FIG. 2d), in which case the first channel 6 will be a through channel passing through the duct 3. The first channel 6 may have a constant cross section, as shown in FIG. 2b, 2c, 2d, or a variable cross-section, for example in the form of a tapered through channel that narrows or widens, as shown in FIG. 2a. Other forms of the first channel are also possible 6.

В основе 4 выполнен второй канал 7, по которому СВЧ излучение, поступающее из первого канала 6, проходит через основу 4. Таким образом, первый канал 6 и второй канал 7 вместе формируют СВЧ канал 8, который простирается через резонатор. СВЧ излучение от источника 2 проходит и выходит наружу из генератора 1 через выходное отверстие СВЧ канала 8.The base 4 has a second channel 7 through which the microwave radiation coming from the first channel 6 passes through the base 4. Thus, the first channel 6 and the second channel 7 together form a microwave channel 8 that extends through the resonator. Microwave radiation from source 2 passes and exits generator 1 through the outlet of microwave channel 8.

Предпочтительно, основа 4 выполняется массивной (фиг. 2b, 2c, 2d), хотя возможно ее выполнение и полой (фиг. 2а). Аналогично первому каналу 6 второй канал 7 может являться внутренней полостью основы 4 (фиг. 2а) или сквозным каналом, проходящим через основу 4 (фиг. 2b, 2c, 2d). Второй канал 7 может иметь постоянное поперечное сечение, как показано на фиг. 2а, 2с, 2d, или переменное поперечное сечение, например, как показано на фиг. 2b. Допускается разнообразная форма сечений первого канала 6 и второго канала 7, подбираемая в зависимости от используемого источника 2, конкретных условий применения генератора 1, требуемого КПД и т.п. Однако предпочтительно, если второй канал 7 выполнен расширяющимся в сторону от первого канала 6 к выходному отверстию СВЧ канала 8.Preferably, the base 4 is solid (FIGS. 2b, 2c, 2d), although it is also possible to be hollow (FIGS. 2a). Similar to the first channel 6, the second channel 7 can be an internal cavity of the base 4 (Fig. 2a) or a through channel passing through the base 4 (Fig. 2b, 2c, 2d). The second channel 7 may have a constant cross section, as shown in FIG. 2a, 2c, 2d, or a variable cross section, for example as shown in FIG. 2b. A variety of cross-sectional shapes of the first channel 6 and the second channel 7 are allowed, selected depending on the source 2 used, the specific conditions for the use of the generator 1, the required efficiency, etc. However, it is preferable if the second channel 7 is made expanding away from the first channel 6 towards the outlet of the microwave channel 8.

Генератор 1 также содержит средство подавления 9 обратной СВЧ волны, которое, по меньшей мере, частично размещается в СВЧ канале 8, например во втором канале 7, как показано на фиг. 2с. Средство подавления 9 предназначено для подавления СВЧ волны, отраженной от внешнего объекта (его поверхности) при облучении его СВЧ излучением генератора 1.The generator 1 also includes means for suppressing the reverse microwave wave 9, which is located at least partially in the microwave channel 8, for example in the second channel 7, as shown in FIG. 2s. The suppressor 9 is designed to suppress the microwave wave reflected from an external object (its surface) when it is irradiated with microwave radiation from the generator 1.

Проникновение отраженной СВЧ волны обратно в генератор 1 приводит к ряду нежелательных эффектов. Во-первых, отраженная СВЧ волна приводит к дополнительному нагреву основы 4 и короба 5, и тогда необходимо принимать меры для охлаждения генератора 1. Во-вторых, это будет приводить к снижению суммарной выходной мощности генератора 1. В-третьих, проникновение отраженной СВЧ волны через СВЧ канал 8 по первому каналу 6 вплоть до источника 2 может привести к повышенной нагрузке на источник 2 и выходу его из строя.The penetration of the reflected microwave wave back into the generator 1 leads to a number of undesirable effects. Firstly, the reflected microwave wave leads to additional heating of the base 4 and the duct 5, and then it is necessary to take measures to cool the generator 1. Secondly, this will lead to a decrease in the total output power of the generator 1. Thirdly, the penetration of the reflected microwave wave through the microwave channel 8 through the first channel 6 up to the source 2 can lead to an increased load on the source 2 and its failure.

Как обнаружили авторы, снижение указанных нежелательных эффектов возможно с использованием средства подавления 9 обратной СВЧ волны, размещаемого, по меньшей мере, частично в СВЧ канале 8.As the authors found, the reduction of these undesirable effects is possible with the use of a reverse microwave wave suppressor 9, located at least partially in the microwave channel 8.

Предпочтительно, средство подавления 9, по меньшей мере, частично размещается во втором канале 7, как показано на фиг. 2с. В этом случае отраженная СВЧ волна гасится на выходе из генератора 1 и практически не проникает во второй канал 7. Форма (например, вытянутая, цилиндрическая, конусообразная, сферическая), крепление (например, посредством одной или нескольких перемычек, кронштейнов, подвесов, выполнением заодно целое с СВЧ каналом 8), физические параметры (например, используемый материал, значение его электропроводности) средства подавления 9 выбирают таким образом, чтобы оно оказывало наименьшее влияние на СВЧ излучение, проходящее по СВЧ каналу 8 и выходящее наружу из генератора 1, и при этом максимально препятствовало проникновению отраженной СВЧ волны во второй канал 7. Специалисту будет понятно, что также возможно размещение средства подавления 9 в первом канале 6, или частично в первом канале 6 и частично во втором канале 7, или частично за пределами второго канала 7.Preferably, the suppression means 9 is at least partially located in the second channel 7, as shown in FIG. 2s. In this case, the reflected microwave wave is damped at the output of the generator 1 and practically does not penetrate into the second channel 7. integral with the microwave channel 8), the physical parameters (for example, the material used, the value of its electrical conductivity) of the suppression means 9 are chosen in such a way that it has the least effect on the microwave radiation passing through the microwave channel 8 and coming out of the generator 1, and at the same time prevented the penetration of the reflected microwave wave into the second channel 7 as much as possible. It will be clear to the specialist that it is also possible to place the suppressor 9 in the first channel 6, or partially in the first channel 6 and partially in the second channel 7, or partially outside the second channel 7.

Как показали эксперименты, существует наиболее оптимальное соотношение поперечных сечений СВЧ канала 8 и средства подавления 9. Так, наилучшие результаты достигались, когда минимальная площадь поперечного сечения СВЧ канала 8 в той его части, через которую выходит СВЧ излучение, т.е. в области выходного отверстия СВЧ канала 8, была примерно в 8-12 раз больше максимальной площади поперечного сечения средства подавления 9. Меньшие значения указанного соотношения, т.е. когда средство подавления 9 занимает большую площадь поперечного сечения СВЧ канала 8, приводят к сни- 4 040915 жению КПД генератора 1. Большие значения указанного соотношения, т.е. когда средство подавления 9 занимает меньшую площадь поперечного сечения СВЧ канала 8, приводят к повышению проникновения обратной СВЧ волны в СВЧ канал 8, вызывая повышенный нагрев и снижение КПД генератора 1.As experiments have shown, there is the most optimal ratio of the cross sections of the microwave channel 8 and the suppressor 9. in the area of the outlet of the microwave channel 8, was about 8-12 times greater than the maximum cross-sectional area of the suppressor 9. Smaller values of the specified ratio, i.e. when the suppressor 9 occupies a large cross-sectional area of the microwave channel 8, the efficiency of the generator 1 decreases. when the suppressor 9 occupies a smaller cross-sectional area of the microwave channel 8, lead to an increase in the penetration of the reverse microwave wave into the microwave channel 8, causing increased heating and a decrease in the efficiency of the generator 1.

В резонаторе могут быть выполнены каналы охлаждения 10. Каналы охлаждения 10 позволяют контролировать температуру нагрева генератора 1, не доводя ее до критической, при которой работа источника 2 может быть нарушена или нежелательна. Специалисту будет понятно, что каналы охлаждения также могут быть выполнены только в коробе 3, или только в основе 4, или в коробе 3 и основе 4 (именно этот вариант показан на фиг. 2d).Cooling channels 10 can be made in the resonator. Cooling channels 10 make it possible to control the heating temperature of the generator 1 without bringing it to a critical one, at which the operation of the source 2 may be disturbed or undesirable. It will be clear to the specialist that the cooling channels can also be made only in the box 3, or only in the base 4, or in the box 3 and the base 4 (this is the option shown in Fig. 2d).

Для функционирования генератора 1 и достижения указанных выше преимуществ над известными аналогами необходимо, чтобы короб 3 и основа 4 были электрически соединены. Тогда токи, возникающие в резонаторе при прохождении СВЧ излучения от источника 2, будут протекать и по основе 4 и по коробу 5, а значит, оказывать влияние на прохождение СВЧ излучения по первому каналу 6 и второму каналу 7. Чтобы короб 3 и основа 4 были электрически соединены, по меньшей мере, поверхность СВЧ канала 8, т.е. поверхности первого канала 6 и второго канала 7 выполняют электропроводящими. Этого можно достичь различными путями, понятными специалисту: выполнением короба 3 и основы 4 целиком из электропроводящих материалов; нанесением электропроводящего слоя 11 на поверхность СВЧ канала 8, как показано на фиг. 2е (при этом покрытия на поверхности короба 3 и поверхности основы 4 могут отличаться по материалу, толщине и другим характеристикам); установкой дополнительных электропроводящих экранов на поверхность СВЧ канала 8; и другое.For the operation of the generator 1 and to achieve the above advantages over known analogues, it is necessary that the box 3 and the base 4 are electrically connected. Then the currents that arise in the resonator during the passage of microwave radiation from source 2 will flow both through base 4 and through duct 5, and therefore affect the passage of microwave radiation through the first channel 6 and second channel 7. For box 3 and base 4 to be at least the surface of the microwave channel 8 is electrically connected, i. e. the surfaces of the first channel 6 and the second channel 7 are electrically conductive. This can be achieved in various ways, understandable to a specialist: making the box 3 and the base 4 entirely from electrically conductive materials; by applying an electrically conductive layer 11 to the surface of the microwave channel 8, as shown in FIG. 2e (in this case, the coatings on the surface of the box 3 and the surface of the base 4 may differ in material, thickness, and other characteristics); installation of additional electrically conductive screens on the surface of the microwave channel 8; and other.

Форма и выполнение короба 3 и основы 4 могут быть разными. Как было указано выше, основа 4 может быть выполнена массивной, а короб 3 - полым, но предпочтительно, если короб 3 и основа 4 выполнены массивными. При этом форма короба 3 может быть прямоугольной или цилиндрической (фиг. 3а), сферической (фиг. 3b), конусообразной и т.п.The shape and execution of the box 3 and base 4 may be different. As mentioned above, the base 4 can be made massive, and the box 3 is hollow, but it is preferable if the box 3 and the base 4 are made massive. In this case, the shape of the box 3 can be rectangular or cylindrical (Fig. 3a), spherical (Fig. 3b), conical, etc.

Объединение нескольких генераторов 1 таким образом, что их резонаторы электрически соединены друг с другом, позволяет сформировать матричный генератор СВЧ излучения, более подробно описываемый далее.Combining several generators 1 in such a way that their resonators are electrically connected to each other makes it possible to form a microwave radiation matrix generator, which is described in more detail below.

В рамках настоящей заявки под матричным генератором СВЧ излучения понимается два и более генераторов 1 СВЧ излучения, соединенных друг с другом. Указанные два или более генератора 1 могут быть соединены в цепочку, т.е. расположены один за другим вдоль одной условной линии. Указанная условная линия может быть прямой или изогнутой. Примеры такого матричного генератора приведены на фиг. 4a-4d. Другим возможным вариантом соединения нескольких генераторов 1 могут являться целые матрицы генераторов 1, размещенные на условной поверхности, которая может быть ровной поверхностью или изогнутой поверхностью. Примеры таких матричных генераторов приведены на фиг. 8a8i, 9. Очевидно, что возможны и другие варианты соединения двух и более генераторов 1, некоторые из которых будут раскрыты далее.In the context of this application, a matrix microwave generator is understood to mean two or more microwave generators 1 connected to each other. These two or more generators 1 can be connected in a chain, i.e. located one after the other along one conditional line. The specified conditional line can be straight or curved. Examples of such a matrix generator are shown in FIG. 4a-4d. Another possible option for connecting several generators 1 may be entire matrices of generators 1 placed on a conditional surface, which may be a flat surface or a curved surface. Examples of such matrix generators are shown in FIG. 8a8i, 9. It is obvious that other options for connecting two or more generators 1 are possible, some of which will be disclosed below.

На фиг. 4a-4d приведены различные варианты исполнения матричного генератора 12, в которых матричный генератор 12 выполнен в форме прямой полоски, как показано на фиг. 4а, или изогнутой полоски, как показано на 4b, или любой другой формы.In FIG. 4a-4d show various embodiments of the matrix oscillator 12 in which the matrix oscillator 12 is in the form of a straight strip as shown in FIG. 4a, or a curved strip as shown in 4b, or any other shape.

Электрическое соединение резонаторов соседних генераторов 1 может обеспечиваться, например, посредством соединителей 13, соединяющих, в частности, соседние генераторы 1 (фиг. 4а, 4b), или посредством общего рупора 14 (фиг. 4с, 4d), или общего короба и/или основы (фиг. 7а, 7b). Специалисту будет понятно, что возможны и другие варианты электрического соединения резонаторов соседних генераторов 1, не приведенные на фигурах.The electrical connection of the resonators of neighboring generators 1 can be provided, for example, by means of connectors 13 connecting, in particular, neighboring generators 1 (Fig. 4a, 4b), or through a common horn 14 (Fig. 4c, 4d), or a common box and / or bases (Fig. 7a, 7b). It will be clear to the specialist that other options for electrical connection of the resonators of neighboring generators 1 are possible, not shown in the figures.

Генераторы 1 матричного генератора 12 могут иметь общий рупор 14, посредством которого формируется требуемое пространственное распределение выходящего СВЧ излучения. При этом генераторы 1 могут располагаться как вдоль одной прямой (фиг. 4с) или под углом друг к другу (фиг. 4d).The generators 1 of the matrix generator 12 may have a common horn 14, through which the required spatial distribution of the outgoing microwave radiation is formed. In this case, the generators 1 can be located either along one straight line (Fig. 4c) or at an angle to each other (Fig. 4d).

На фиг. 5а схематически показано распределение поля СВЧ излучения от четырех источников СВЧ излучения (например, источников 2), размещенных поблизости друг к другу. Более темные области соответствуют высокой удельной мощности СВЧ излучения (мощности излучения на единицу площади), а более светлые - низкой удельной мощности СВЧ излучения. Видно, что суммарное СВЧ изучение сильно неоднородно.In FIG. 5a schematically shows the distribution of the microwave radiation field from four microwave sources (for example, sources 2) placed close to each other. Darker areas correspond to a high specific power of microwave radiation (radiation power per unit area), and lighter areas correspond to a low specific power of microwave radiation. It can be seen that the total microwave study is highly inhomogeneous.

Как показали исследования, даже использование резонатора согласно ближайшему аналогу по патенту РФ RU 2394357 не позволяет существенно повысить однородность поля суммарного СВЧ излучения. При этом сильно снижается величина выходной суммарной мощности СВЧ излучения, т.е. устройство характеризуется невысоким значением КПД: согласно табл. 1 патента РФ RU 2394357, сумма мощностей четырех магнетронов составляет 3036 Вт, тогда как выходная мощность устройства сложения согласно этому патенту составляет 2200 Вт, т.е. КПД равен примерно 72%.Studies have shown that even the use of a resonator according to the closest analogue according to the RF patent RU 2394357 does not significantly improve the uniformity of the total microwave radiation field. In this case, the value of the total output power of microwave radiation is greatly reduced, i.e. the device is characterized by a low value of efficiency: according to the table. 1 of RF patent RU 2394357, the sum of the powers of four magnetrons is 3036 W, while the output power of the addition device according to this patent is 2200 W, i.e. The efficiency is about 72%.

Для сравнения на фиг. 5b схематически показано распределение поля СВЧ излучения от матричного генератора 12 СВЧ излучения согласно изобретению с тем же числом источников 2, что и на фиг. 5а. Поле суммарного СВЧ излучения от матричного генератора 12 характеризуется компактностью и высокой пространственной однородностью распределения мощности, что является важным преимуществом настоящего изобретения над известными аналогами.For comparison, in Fig. 5b schematically shows the distribution of the microwave radiation field from a matrix generator 12 of microwave radiation according to the invention with the same number of sources 2 as in FIG. 5a. The field of the total microwave radiation from the matrix generator 12 is characterized by compactness and high spatial uniformity of power distribution, which is an important advantage of the present invention over known analogues.

- 5 040915- 5 040915

Однако есть еще одно преимущество настоящего изобретения над известными аналогами, отраженное на кривых, представленных на фиг. 6а, 6b. На указанных фигурах приведены зависимости КПД устройства, включающего несколько источников СВЧ излучения (фиг. 6а), размещенных поблизости друг к другу (далее также называемого как известное устройство СВЧ излучения), и КПД матричного генератора СВЧ излучения согласно изобретению (фиг. 6b) от количества источников 2. На фиг. 6а, 6b по горизонтальной оси отложено количество источников 2, по вертикальной оси - значение КПД.However, there is another advantage of the present invention over known analogues, reflected in the curves presented in Fig. 6a, 6b. These figures show the dependence of the efficiency of the device, including several sources of microwave radiation (Fig. 6a), placed close to each other (hereinafter also referred to as the known device of microwave radiation), and the efficiency of the matrix generator of microwave radiation according to the invention (Fig. 6b) on the number sources 2. In FIG. 6a, 6b, the number of sources 2 is plotted along the horizontal axis, and the efficiency value is plotted along the vertical axis.

В известных аналогах, включая ближайший аналог, добавление очередного источника 2 приводит к падению КПД известного устройства СВЧ излучения (см. фиг. 6а). В противоположность этому, КПД матричного генератора 12 согласно настоящему изобретению не только не снижается, но даже растет с добавлением источников 2 (см. фиг. 6b). При этом абсолютные значения КПД матричного генератора 12 выше, чем значения КПД известного устройства СВЧ излучения.In the known analogues, including the closest analogue, the addition of another source 2 leads to a drop in the efficiency of the known device for microwave radiation (see Fig. 6a). In contrast, the efficiency of the matrix oscillator 12 according to the present invention not only does not decrease, but even increases with the addition of sources 2 (see Fig. 6b). In this case, the absolute values of the efficiency of the matrix generator 12 are higher than the efficiency values of the known device for microwave radiation.

Таким образом, для специалиста будут очевидны преимущества матричного устройства 12 перед известными устройствами СВЧ излучения, включающими два и более источника СВЧ излучения.Thus, for a specialist, the advantages of the matrix device 12 over known microwave radiation devices, including two or more microwave radiation sources, will be obvious.

Указанные преимущества по мнению авторов достигаются за счет того, что, во-первых, токи, возникающие в каждом резонаторе матричного устройства 12 при прохождении СВЧ излучения от источников 2 по СВЧ каналам 8 (т.е. первым каналам 6 и вторым каналам 7), оказывают влияние на проходящее СВЧ излучение. Учитывая, что резонаторы генераторов 1 электрически соединены друг с другом, токи протекают не только по своим резонаторам, но и по соседним резонаторам, приводя к синхронизации СВЧ излучений во всех СВЧ каналах 8 матричного устройства 12.These advantages, according to the authors, are achieved due to the fact that, firstly, the currents that arise in each resonator of the matrix device 12 during the passage of microwave radiation from sources 2 through microwave channels 8 (i.e., the first channels 6 and the second channels 7), affect the transmitted microwave radiation. Given that the resonators of the generators 1 are electrically connected to each other, currents flow not only through their resonators, but also through neighboring resonators, leading to synchronization of microwave radiation in all microwave channels 8 of the matrix device 12.

Во-вторых, достижению указанных преимуществ способствует наличие в СВЧ каналах 8 средств подавления 9, которые, помимо собственно подавления обратной СВЧ волны, также способствуют выравниванию поля суммарного СВЧ излучения и, возможно, синхронизации СВЧ излучений во всех СВЧ каналах 8 матричного устройства 12.Secondly, the achievement of these advantages is facilitated by the presence in the microwave channels 8 of suppression means 9, which, in addition to the actual suppression of the reverse microwave wave, also contribute to leveling the field of the total microwave radiation and, possibly, synchronization of microwave radiation in all microwave channels 8 of the matrix device 12.

Как показали многочисленные эксперименты, еще более высокого КПД и лучшей равномерности поля суммарного СВЧ излучения можно достичь, если в матричном генераторе 12 выполнить синхронизирующие каналы 15, соединяющие соседние СВЧ каналы 8, как показано на фиг. 7а и в увеличенном масштабе - на фиг. 7b. При этом поверхность синхронизирующих каналов 15, как и поверхность СВЧ каналов 8, должна быть электропроводящей, чего можно достичь различными известными способами, например, описанными выше способами обеспечения электропроводимости поверхностей первых каналов 6 и вторых каналов 7. Альтернативно или в дополнение к выполнению поверхности синхронизирующих каналов 15 электропроводящей, синхронизирующие каналы 15 могут быть заполнены проводящей жидкостью, металлом, проводящим порошком или любым другим проводящим веществом.As shown by numerous experiments, an even higher efficiency and better uniformity of the total microwave radiation field can be achieved if the matrix generator 12 has synchronizing channels 15 connecting adjacent microwave channels 8, as shown in Fig. 7a and, on an enlarged scale, in FIG. 7b. In this case, the surface of the synchronization channels 15, as well as the surface of the microwave channels 8, must be electrically conductive, which can be achieved by various known methods, for example, the methods described above for ensuring the electrical conductivity of the surfaces of the first channels 6 and the second channels 7. Alternatively or in addition to the execution of the surface of the synchronization channels 15 electrically conductive, the timing channels 15 may be filled with a conductive liquid, metal, conductive powder, or any other conductive substance.

Синхронизирующие каналы 15 могут быть выполнены или в коробах 3 для соединения первых каналов 6, или в основах 4 для соединения вторых каналов 7, или в коробах 3 и основах 4 для соединения первых каналов 6 и вторых каналов 7, или в соединителях 13.Synchronizing channels 15 can be made either in boxes 3 for connecting the first channels 6, or in bases 4 for connecting second channels 7, or in boxes 3 and bases 4 for connecting first channels 6 and second channels 7, or in connectors 13.

Как еще один возможный вариант исполнения синхронизирующие каналы 15 могут быть реализованы в виде синхронизирующих вставок в коробах 3 и/или основах 4, как это сделано в резонаторах в ближайшем аналоге согласно патенту РФ RU 2394357.As another possible embodiment, synchronizing channels 15 can be implemented in the form of synchronizing inserts in boxes 3 and/or bases 4, as is done in resonators in the closest analogue according to RF patent RU 2394357.

Допускаются различные варианты исполнения коробов 3 и основ 4 матричного генератора 12. Так, коробы 3 всех или части генераторов 1, формирующих матричный генератор 12, могут являться цельной (единой) деталью, в которой посредством сверления, фрезерования, лазерного или плазменного прожига или любого другого подходящего способа выполняются первые каналы 6. Альтернативно или в добавление к этому, основы 4 всех или части генераторов 1, формирующих матричный генератор 12, могут являться цельной (единой) деталью, в которой посредством сверления, фрезерования, лазерного или плазменного прожига или любого другого подходящего способа выполняются вторые каналы 7 и, где применимо, синхронизирующие каналы 15 и/или каналы охлаждения 10.Various versions of the boxes 3 and bases 4 of the matrix generator 12 are allowed. the first channels 6 are made in a suitable way. Alternatively, or in addition to this, the bases 4 of all or part of the generators 1 forming the matrix generator 12 may be a single (single) part, in which, by drilling, milling, laser or plasma burning, or any other suitable method, second channels 7 and, where applicable, synchronizing channels 15 and/or cooling channels 10 are provided.

Выполнение по крайней мере одного из коробов 3 и основ 4 матричного генератора 12 цельной деталью позволяет обеспечить высокую степень синхронизации СВЧ излучений за счет более оптимального распределения токов, индуцируемых (наводимых) в коробах 3 и основах 4, а также хороший теплоотвод, что является важным преимуществом при использовании даже относительно небольшого числа генераторов 1 в составе матричного генератора 12.The implementation of at least one of the boxes 3 and bases 4 of the matrix generator 12 as a single piece allows for a high degree of synchronization of microwave radiation due to a more optimal distribution of currents induced (induced) in the boxes 3 and bases 4, as well as good heat dissipation, which is an important advantage when using even a relatively small number of generators 1 as part of the matrix generator 12.

Кроме того, коробы 3 и основы 4 все вместе могут быть выполнены одной цельной (единой) деталью, что, помимо указанного выше преимущества, еще и повышает технологичность изготовления матричного генератора 12.In addition, boxes 3 and bases 4 can all together be made in one solid (single) part, which, in addition to the above advantages, also increases the manufacturability of the matrix generator 12.

Как было указано выше, матричный генератор 12 СВЧ излучения согласно настоящему изобретению представляет собой два или более генераторов 1, электрически соединенных друг с другом. Соединение может быть не только последовательным, как показано на фиг. 4a-4d, но и вообще любым, как далее поясняется со ссылками на фиг. 8, 9.As mentioned above, the matrix microwave generator 12 according to the present invention is two or more generators 1 electrically connected to each other. The connection may not only be serial, as shown in FIG. 4a-4d, but generally any, as further explained with reference to FIGS. 8, 9.

Так, на фиг. 8a-8i приведены другие различные варианты матричного генератора 12. Важным является то, что все генераторы 1 электрически соединены друг с другом, например, посредством соединителей 13, соединяющих соседние основы 4 (фиг. 8а, 8f, 8h) или соседние коробы 3 (на фигурах не показано), или соединителей 13а, 13b, соединяющих соответственно соседние основы 4 и соседние коробы 3So, in Fig. 8a-8i show other different variants of the matrix generator 12. It is important that all generators 1 are electrically connected to each other, for example, through connectors 13 connecting adjacent bases 4 (Fig. 8a, 8f, 8h) or adjacent boxes 3 (on figures not shown), or connectors 13a, 13b connecting respectively adjacent bases 4 and adjacent boxes 3

--

Claims

(Fig. 8b).

The electrical connection of the generators 1 can also be provided through a common horn (waveguide) (Fig. 8c), or a common base (Fig. 8d, 8e, 8i), or a common box (not shown in the figures). A combined version is also possible, when part of the generators 1 is electrically connected, for example, by means of bases 4, and the other part - by means of connectors 13, as shown in Fig. 8g. It will be clear to the specialist that other options for the electrical connection of the generators 1 are possible.

It should be noted that these connectors 13, 13a, 13b can be rigid, resilient, movable, flexible, which allows you to give the matrix generator 12 the shape necessary to form a given field of the total microwave radiation.

It is essential that the resonators of all generators 1 included in the matrix generator 12 are electrically connected to each other. This, as mentioned above, provides synchronization of microwave radiation in all microwave channels 8 and, as a consequence, high uniformity of the total microwave radiation field and high efficiency of the device.

The high degree of synchronization of microwave radiation in the proposed matrix generator 12 allows not only to obtain a uniform field of total microwave radiation and high device efficiency, but also to use sources 2 that differ significantly in power and/or wavelength. Thus, the authors of the present invention managed to achieve stable operation of the matrix oscillator 12, schematically shown in FIG. 9, which used one oscillator 1a with an operating frequency of 915 MHz and twelve oscillators 1b with an operating frequency close to 2400 MHz. At the same time, an efficiency of about 80% was achieved. However, the highest values of the efficiency of the matrix generator 12 are achieved when the spread of the operating frequencies of the generators 1 is not more than 25%. In this case, the increase in efficiency is inversely proportional to the spread of operating frequencies.

In addition, as tests have shown, the best results in synchronizing the radiation of multiple generators 1 and increasing the efficiency of the matrix generator 12 can be achieved if the surface of the microwave channels 8 is sufficiently smooth. The lower the roughness of the said surface, the less the microwave radiation that passes through the microwave channels 8 is re-reflected from the surface of the microwave channels 8 and absorbed by the said surface. In particular, the best results were achieved when the parameter Rz of the surface roughness of the microwave channels 8 is not more than 2 μm, and the increase in efficiency is inversely proportional to the roughness value.

Thus, the proposed variants of the microwave radiation device, namely the generator 1 and the matrix generator 12, make it possible to effectively direct microwave radiation from one or multiple sources of microwave radiation 2 and add microwave radiation, providing high values of efficiency and output power, expanding the functionality of the device, high the degree of synchronization of radiation sources 2.

CLAIM

1. The generator of microwave radiation containing a source of microwave radiation; and a resonator in which a microwave channel is made for directing radiation from a source of microwave radiation, and the resonator includes a box on which the source of microwave radiation is installed and in which the first channel is made; and a base, which is electrically connected to the box and in which the second channel is made, wherein the second channel is a continuation of the first channel and these channels form a microwave channel having an outlet through which microwave radiation exits, and in the microwave channel, at least partially placed means for suppressing a backward wave, and moreover, the minimum cross-sectional area of the microwave channel in the region of the outlet is 8-12 times greater than the maximum cross-sectional area of the suppressor.

2. The generator according to claim 1, additionally containing a waveguide between the source of microwave radiation and the box.

3. The generator according to claim 1, in which the resonator is made in a single piece.

4. The generator according to claim 1, in which the microwave channel has a variable cross section.

5. The generator according to claim 4, in which the second channel is made expanding away from the first channel to the outlet of the microwave channel.

6. The generator according to claim 1, in which the surface of the microwave channel is covered with a layer of electrically conductive material.

7. The generator according to claim 1, additionally containing at least one cooling channel made in the resonator.

8. Matrix microwave generator, comprising at least two microwave generators according to any one of claims 1 to 7, wherein the resonators of said at least two microwave generators are electrically connected to each other.

9. Matrix generator according to claim 8, additionally containing horns mounted on the bases

-