IT202100022472A1 - Vircator assiale a diffusione elettromagnetica radiale con deflettore della radiazione elettromagnetica assiale per bombe ad impulso elettromagnetico singolo o multiplo - Google Patents
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Description
DESCRIZIONE
Descrizione dell?invenzione industriale dal titolo:
?Vircator assiale a diffusione elettromagnetica radiale con deflettore della radiazione elettromagnetica assiale per bombe ad impulso elettromagnetico singolo o multiplo?.
Campo d?applicazione
La presente invenzione ha per oggetto un vircator (1) (virtual cathode oscillator) assiale a diffusione elettromagnetica radiale con deflettore (2) della radiazione elettromagnetica assiale per bombe ad impulso elettromagnetico singolo o multiplo. Il dispositivo trae utilizzo in tutti quei contesti dov?? necessario un impulso elettromagnetico ad elevata potenza a diffusione radiale a partire da una sorgente puntiforme.
Il vircator (1) oggetto d?invenzione pu? essere installato nella componente anteriore di un missile dotato di un generatore di corrente ad elevata tensione a compressione di flusso magnetico (3) tramite esplosivo. Il vircator (1) ed il rispettivo generatore di corrente (3) possono essere collocati tra il sistema di guida del missile (4) ed il sistema di propulsione (5). Altra possibile applicazione si trova sempre nello steso contesto militare ma con l?installazione del dispositivo in prossimit? del suolo e con un utilizzo preferibilmente caratterizzato da impulsi multipli.
Stato dell?arte
Negli ultimi anni si ? assistito allo sviluppo da parte dell?industria bellica di dispositivi per la generazione di impulsi elettromagnetici ad elevata frequenza di elevata potenza. Il dispositivo pi? comunemente utilizzato ? il vircator (virtual cathode oscillator) soprattutto per la sua semplicit? costruttiva.
Sono stati sviluppati diverse tipologie di vircator: assiale, coassiale, reflex triode etc.
La problematica principale del vircator ? il basso rendimento in potenza. Sono state proposte diverse modifiche per migliorarne l?efficienza: montaggio di deflettori, anodi e catodi costruiti con materiali particolari, risonatori di cavit?.
Nel campo della difesa, a scopo militare, non interessa un?elevata selettivit? di banda ma piuttosto un?elevata potenza d?impulso che determini danni ingenti alle apparecchiature elettriche tramite l?induzione di tensioni indotte nei circuiti. Questa tipologia di arma, permette di colpire quindi selettivamente tutte le apparecchiature elettriche non adeguatamente schermate.
Dal punto di vista matematico ? stata studiata l?ottimizzazione dei parametri costruttivi di un vircator assiale per ottenere la massima potenza data una frequenza ed un diametro del ?drift tube?.
La potenza emessa ? stata descritta in modo matematico da Neira et al. con lo scopo di approssimarsi il pi? possibile alla realt? sperimentale. Semplificando e ottimizzando l?equazione descritta da questi ultimi si ottiene una relazione matematica che permette di calcolare i seguenti parametri ottimizzati: il diametro del catodo, tensione da applicare al vircator, distanza anodo-catodo.
Riassunto dell?invenzione
L?invenzione consiste in un vircator (1) (virtual cathode oscillator) assiale a diffusione elettromagnetica radiale con deflettore (2) della radiazione elettromagnetica assiale. In particolare l?invenzione riguarda l?ottimizzazione del rendimento in potenza e delle dimensioni di un vircator per applicazioni belliche.
Problema tecnico
Il problema tecnico che la presente invenzione intende risolvere ? aumentare il rendimento di un vircator (1) assiale in modo semplice, rimuovendo il pi? possibile l?interferenza distruttiva della radiazione elettromagnetica sull?oscillazione degli elettroni del catodo virtuale (6) e degli elettroni riflessi che oscillano intorno all?anodo (7). Allo stesso tempo l?altra problematica che si intende risolvere ? rendere il vircator meno limitato a variazioni di frequenza in quanto la soluzione inventiva proposta non possiede risonatori di cavit?.
La presente invenzione intende quindi risolvere il problema di disperdere separatamente le tre fonti di radiazione elettromagnetica del vircator senza che una interferisca con l?altra: radiazione emessa dagli elettroni riflessi dal catodo virtuale (8) e radiazione emessa dagli elettroni del catodo virtuale (10) stesso con irraggiamento perpendicolare all?asse del vircator, radiazione assiale emessa dal catodo virtuale data la sua variazione di densit? elettronica in senso trasversale (11) all?asse principale del vircator.
Soluzione al problema
In questo contesto, il compito tecnico alla base della presente invenzione ? proporre un vircator (1) assiale a diffusione elettromagnetica radiale dotato di deflettore (2) della radiazione elettromagnetica emessa dall?oscillazione degli elettroni del catodo virtuale in senso trasversale (11) all?asse principale del vircator.
L?obiettivo ? raggiunto mediante un vircator assiale ad emissione elettromagnetica radiale quest?ultima permessa dall?assenza di un tratto della componente metallica (14) del classico ?drift tube?, sostituita da una struttura radiotrasparente circolare (12) per una zona che va approssimativamente dal catodo (13) sino a dove ? presente un deflettore (2) a forma di cono del diametro pari o maggiore a quello dell?anodo (7).
La struttura radiotrasparente circolare (12) che va dal catodo (13) al deflettore (2) permette l?emissione diretta in TEM (transverse electromagnetic mode) della radiazione elettromagnetica generata direttamente dall?oscillazione degli elettroni riflessi dal catodo virtuale (8) (a frequenza minore rispetto a quelli del catodo virtuale) e della radiazione generata dall?oscillazione degli elettroni del catodo virtuale (10). Attraverso la struttura radiotrasparente circolare (12) sono trasmesse radialmente anche le onde elettromagnetiche riflesse dal deflettore (2) a cono di 45? che provengono dall?oscillazione degli elettroni del catodo virtuale in senso trasversale (11). Nella porzione pi? prossimale al catodo (13), attraverso la struttura radiotrasparente circolare (12), avremo un?emissione di onde elettromagnetiche di frequenza minore rispetto alla regione del catodo virtuale, dovuta agli elettroni riflessi dal catodo virtuale che oscillano intorno all?anodo, mentre nella componente medio-distale avremo un?emissione elettromagnetica a frequenza maggiore dovuta sia alla componente diretta emessa radialmente dal catodo virtuale, sia alla componente riflessa dal cono generata dall?oscillazione sul piano trasversale degli elettroni del catodo virtuale. Il cono deflettore (2) ? quindi installato su di una piastra metallica (15) che chiude la cavit? sotto vuoto compresa nella struttura radiotrasparente circolare (12). L?anodo (7) ? fissato alla piastra metallica (15) posizionata all?estremit? distale del vircator tramite tre supporti metallici (17) isolati rispetto alla piastra metallica stessa. Al fine di poter variare la frequenza del vircator, la posizione longitudinale del catodo ? registrabile all?interno del supporto isolatore e la tenuta assiale (16) permette di mantenere il vuoto all?interno del vircator. Attraverso la soluzione costruttiva proposta in quest?invenzione il vircator ? meno sensibile in modo significativo a specifiche frequenze di funzionamento che necessitano determinati risonatori di cavit?.
Descrizione sintetica dei disegni
Ulteriori caratteristiche e vantaggi della presente invenzione appariranno maggiormente chiari dalla descrizione indicativa, e pertanto non limitativa, di una forma di realizzazione preferita ma non esclusiva di un vircator (1) (virtual cathode oscillator) assiale a diffusione elettromagnetica radiale con deflettore della radiazione elettromagnetica assiale per bombe ad impulso elettromagnetico singolo o multiplo come illustrato negli uniti disegni in cui figure 1-2 mostrano una vista schematica di una soluzione costruttiva secondo la presente invenzione.
FIG.1 Rappresentazione schematica del vircator (1) (virtual cathode oscillator) assiale a diffusione elettromagnetica radiale con deflettore della radiazione elettromagnetica assiale.
FIG.2 Rappresentazione schematica di un missile dotato nella sua componente anteriore di un vircator (1) (virtual cathode oscillator) assiale a diffusione elettromagnetica radiale con deflettore della radiazione elettromagnetica assiale.
Descrizione dettagliata
La terminologia che si utilizza nel presente documento ha lo scopo di descrivere particolari forme di realizzazione relative a questa invenzione e pertanto non deve essere intesa in senso limitativo. Salvo non diversamente definito, i termini tecnici e scientifici qui usati hanno lo stesso significato di quello comunemente compreso da chi ha una competenza ordinaria nell?arte a cui fa riferimento la presente invenzione.
Risulter? evidente agli esperti del settore che le forme di realizzazione esemplificativa in questa invenzione possono anche essere prive di certi dettagli tecnici qui utilizzati per raggiungere una migliore comprensione.
In certi casi, strutture e dispositivi ben noti sono mostrati in forme di disegni a blocchi per evitare di oscurare le novit? della forma di realizzazione esemplificativa qui presentata.
In particolare, gli aspetti di questa invenzione sono descritti nel contesto di un vircator (virtual cathode oscillator) assiale a diffusione elettromagnetica radiale con deflettore della radiazione elettromagnetica assiale per bombe ad impulso elettromagnetico singolo o multiplo.
Nell?unita figura con il numero di riferimento n?1 ? rappresentato il vircator assiale (1) dotato di un catodo (13) ed un anodo (7) montati in asse dove quest?ultimo ? sostenuto da 3 supporti metallici isolati (17) rispetto alla lamiera metallica (15) che si trova all?estremit? distale del vircator su cui ? montato il cono deflettore (2) della radiazione elettromagnetica assiale. Il catodo (13) e l?anodo (7) sono posti in una cavit? tubolare sotto vuoto dove nella componente pi? prossimale al catodo del vircator la parete ? metallica (14), mentre nella componente medio-distale la struttura circolare ? composta da una struttura radiotrasparente circolare (12). La struttura tubolare ? quindi chiusa all?estremit? distale da una lamiera metallica (15) su cui ? montato il cono deflettore (2). Il catodo del vircator pu? essere registrato assialmente ed il mantenimento del vuoto ? assicurato da una tenuta assiale (16). Nella componente medio-prossimale della struttura radiotrasparente abbiamo un?emissione di radiazioni elettromagnetiche derivanti dall?oscillazione degli elettroni riflessi dal catodo virtuale (8) e di radiazioni provenienti dall?oscillazione del catodo virtuale stesso (10) entrambi derivanti dal movimento degli elettroni sull?asse longitudinale. Nella componente distale della struttura radiotrasparente circolare (12) abbiamo un?emissione di radiazioni elettromagnetiche, riflesse dal cono deflettore (2), derivanti dall?oscillazione degli elettroni del catodo virtuale in senso trasversale all?asse longitudinale del vircator (11) (variazione di densit? elettronica sull?asse trasversale).
Nell?unita figura con il numero di riferimento n?2 ? rappresentato un missile dotato di un generatore di corrente ad elevata tensione a compressione di flusso magnetico (3) tramite esplosivo. Il vircator (1) ed il rispettivo generatore di corrente (3) sono collocati tra il sistema di guida del missile (4) ed il sistema di propulsione (5).
Claims (8)
1. Vircator assiale (1) a diffusione elettromagnetica radiale con deflettore (2) della radiazione elettromagnetica assiale per bombe elettromagnetiche ad impulso singolo o multiplo comprendente:
- un catodo (13) ed un anodo (7) posti in configurazione assiale in una cavit? metallica (14), preferibilmente tubolare e sotto vuoto, caratterizzata da una struttura radiotrasparente circolare (12) in sostituzione della componente metallica che circonda il catodo (13) e l?anodo (14), che si estende approssimativamente dal catodo (13) all?estremit? distale della cavit? dove si trova un deflettore a cono (2);
- un deflettore a cono (2) ad angolo di 45? posto all?estremit? distale della cavit? sotto vuoto e montato su di una piastra metallica (15) trasversale all?asse longitudinale del vircator, centrato sull?asse centrale del catodo (13) , con apice del cono (2) rivolto verso il catodo virtuale (6) ed il diametro della base pari o maggiore a quello dell?anodo (7)
2. Vircator assiale (1) a diffusione elettromagnetica radiale con deflettore (2) della radiazione elettromagnetica assiale per bombe elettromagnetiche ad impulso singolo o multiplo secondo la rivendicazione n?1 caratterizzato dal fatto che la struttura radiotrasparente circolare (12) ? composto da materiale acrilico o altro composto che possiede una rigidit? strutturale tale da resistere alla pressione atmosferica di 1 atm ed allo stesso tempo possedere propriet? di radiotrasparenza nella banda di frequenza 1-100 GHz.
3. Vircator assiale (1) a diffusione elettromagnetica radiale con deflettore (2) della radiazione elettromagnetica assiale per bombe elettromagnetiche ad impulso singolo o multiplo secondo la rivendicazione n?1-2 caratterizzato dal fatto che la tenuta di pressione assiale (16) ? installata attorno al catodo (13) dove quest?ultimo esce dalla cavit? del vircator.
4. Vircator assiale (1) a diffusione elettromagnetica radiale con deflettore (2) della radiazione elettromagnetica assiale per bombe elettromagnetiche ad impulso singolo o multiplo secondo la rivendicazione n?1-2-3 caratterizzato dal fatto che l?anodo (7) ? fissato alla piastra metallica (15), posizionata all?estremit? distale del vircator, tramite tre supporti metallici (17) isolati rispetto alla piastra stessa.
5. Vircator assiale (1) a diffusione elettromagnetica radiale con deflettore (2) della radiazione elettromagnetica assiale per bombe elettromagnetiche ad impulso singolo o multiplo secondo la rivendicazione n?1-2-3-4 caratterizzato dal fatto che il deflettore a cono (2) posizionato all?estremit? distale del vircator ? composto da acciaio inox od un materiale con propriet? di riflessione nei confronti delle radiazioni elettromagnetiche nella banda di frequenza 1-100 GHz.
6. Vircator assiale (1) a diffusione elettromagnetica radiale con deflettore (2) della radiazione elettromagnetica assiale per bombe elettromagnetiche ad impulso singolo o multiplo secondo tutte le rivendicazioni precedenti caratterizzato dal fatto che nella componente pi? prossimale all?anodo della struttura radiotrasparente circolare (12) vi ? l?emissione diretta in ?transverse electromagnetic mode? della radiazione elettromagnetica dovuta all?oscillazione degli elettroni riflessi dal catodo vituale (8) e della radiazione derivante dall?oscillazione degli elettroni del catodo virtuale (10).
7. Vircator assiale (1) a diffusione elettromagnetica radiale con deflettore (2) della radiazione elettromagnetica assiale per bombe elettromagnetiche ad impulso singolo o multiplo secondo tutte le rivendicazioni precedenti caratterizzato dal fatto che nella componente pi? distale dall? anodo (7) della struttura radiotrasparente circolare (12) vi ? l?emissione della radiazione riflessa dal cono (11) proveniente dall?oscillazione degli elettroni del catodo virtuale in senso trasversale.
8. Vircator assiale (1) a diffusione elettromagnetica radiale con deflettore (2) della radiazione elettromagnetica assiale per bombe elettromagnetiche ad impulso singolo o multiplo secondo tutte le rivendicazioni precedenti caratterizzato dal fatto che ? installato all?estremit? anteriore di un missile, davanti ad un generatore di corrente a compressione di flusso magnetico (3) compreso tra i sistemi di guida (4) del missile ed il sistema di propulsione (5) dello stesso o su di un altro vettore dotato di un generatore di corrente per vircator.
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- 2021-08-27 IT IT102021000022472A patent/IT202100022472A1/it unknown
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