RU2118041C1

RU2118041C1 - Device for forming of high-power ultrashort microwave pulses

Info

Publication number: RU2118041C1
Application number: RU94034783A
Authority: RU
Inventors: Ю.Г. Юшков; А.С. Шлапаковский
Original assignee: Научно-исследовательский институт ядерной физики при Томском политехническом университете
Priority date: 1994-09-20
Filing date: 1994-09-20
Publication date: 1998-08-20
Also published as: RU94034783A

Abstract

FIELD: highly informative radio measurements. SUBSTANCE: the above-indicated pulses can be obtained when microwave energy from traditional microwave generator is accumulated in resonator which has waveguide switch at its output. After operation of waveguide switch accumulated energy in form of short microwave pulse is supplied to input of superpower relativistic heavy-current instrument where it is amplified. In this case, instantaneous amplification band of this instrument must not be less than frequency band of harmonic components of amplified microwave pulse at its input. EFFECT: increased peak power of output microwave pulse. 1 dwg

Description

Изобретение относится к области формирования сверхмощных СВЧ-импульсов, длительность которых составляет несколько периодов электромагнитных колебаний. Такие сигналы находят применение в высокоинформативных радиоизмерениях, при локации объектов природной среды с высоким разрешением по дальности, в том числе малозаметных объектов, для подповерхностной радиолокации подземных сооружений, коммуникаций, при аэроледомерных съемках больших акваторий и т.д. The invention relates to the field of formation of heavy duty microwave pulses, the duration of which is several periods of electromagnetic waves. Such signals are used in highly informative radio measurements, in the location of environmental objects with high resolution in range, including inconspicuous objects, for subsurface radar of underground structures, communications, in aerial surveys of large water areas, etc.

Классические способы формирования наносекундных и субнаносекундных радиоимпульсов используют либо импульсную модуляцию СВЧ- генераторов и усилителей, либо ударное возбуждение как активных, так и пассивных СВЧ-устройств (см., например, Астанин Л.Ю., Костылев А.А. Методы теоретического и экспериментального исследования нестационарного рассеяния и излучения электромагнитных волн. Зарубежная радиоэлектроника, 1981, N 9, с. 3). Существует множество разнообразных устройств, реализующих тот или иной способ. Однако для всех устройств, основанных на указанных методах, свойственно ограничение мощности формируемых радиоимпульсов на уровне возможностей традиционных СВЧ-приборов. The classical methods of generating nanosecond and subnanosecond radio pulses use either pulse modulation of microwave generators and amplifiers, or shock excitation of both active and passive microwave devices (see, for example, Astanin L.Yu., Kostylev A.A. Theoretical and experimental methods research of unsteady scattering and radiation of electromagnetic waves. Foreign Radio Electronics, 1981, N 9, p. 3). There are many different devices that implement one way or another. However, for all devices based on these methods, there is a characteristic limitation of the power of generated radio pulses at the level of capabilities of traditional microwave devices.

Подняться выше этого уровня можно, используя метод накопления СВЧ-энергии в высокодобротном резонаторе с последующим ее быстрым выводом (см. Диденко А.Н., Юшков Ю.Г. Мощные СВЧ-импульсы наносекундной длительности. М,: Энергоатомиздат, 1984). В таком устройстве традиционный СВЧ- генератор соединен с резонатором-накопителем через элемент связи. Между резонатором-накопителем и нагрузкой включен волноводный коммутатор. Во время накопления энергии волноводный коммутатор обеспечивает небольшую связь между резонатором-накопителем и выходной нагрузкой, а при срабатывании коммутатора связь с нагрузкой увеличивается до максимальной и обеспечивается быстрое вытекание энергии из резонатора-накопителя в виде более короткого и более мощного СВЧ- импульса по сравнению с импульсом, поступающим на вход резонатора от СВЧ-генератора. Таким способом достигается усиление импульса по мощности за счет сжатия его во времени. При этом коэффициент усиления выходной мощности и степень сжатия приближенно равны отношению нагруженных добротностей резонатора в процессе накопления энергии и в процессе вывода. При накоплении энергии нагруженная добротность определяется, в основном, диссипативными потерями, так что для несверхпроводящих резонаторов она составляет 1000-10000. При выводе энергии нагруженная добротность зависит от конструктивных средств обеспечения максимальной связи с нагрузкой и может достигать значений 10-100. Таким образом, пиковая мощность формируемых импульсов может превышать мощность используемого генератора в тысячу раз. It is possible to rise above this level using the method of accumulating microwave energy in a high-Q resonator with its subsequent quick derivation (see Didenko AN, Yushkov Yu.G. Powerful microwave pulses of nanosecond duration. M, Energoatomizdat, 1984). In such a device, a conventional microwave generator is connected to the storage resonator via a communication element. A waveguide switch is connected between the storage resonator and the load. During energy storage, the waveguide switch provides a small connection between the storage resonator and the output load, and when the switch is activated, the connection with the load increases to the maximum and the energy flows out of the storage resonator quickly in the form of a shorter and more powerful microwave pulse compared to the pulse coming to the input of the resonator from the microwave generator. In this way, the gain of the pulse in power is achieved by compressing it in time. In this case, the gain of the output power and the compression ratio are approximately equal to the ratio of the loaded Q factors of the resonator in the process of energy storage and in the output process. When energy is accumulated, the loaded Q factor is determined mainly by dissipative losses, so for nonsuperconducting resonators it is 1000-10000. When outputting energy, the loaded Q factor depends on the structural means of ensuring maximum communication with the load and can reach values of 10-100. Thus, the peak power of the generated pulses can exceed the power of the generator used by a thousand times.

Сверхмощные ультракороткие импульсы можно получать, если для накопления СВЧ-энергии использовать не традиционные генераторы, а мощные релятивистские СВЧ-приборы, в которых применяют сильноточные электронные пучки с энергией частиц, сравнимой и большей энергии покоя (0.511 МэВ), и токами в единицы и десятки килоампер. Сочетание релятивистского источника СВЧ и способа накопления энергии в резонансном объеме было предложено и опробовано в работе Диденко А. Н., Жерлицын А.Г., Мельников Г.В., Разин С.В., Чумерин П.Ю., Юшков Ю.Г. Формирование мощного когерентного электромагнитного излучения наносекундной длительности в триоде с виртуальным катодом, ДАН СССР, 1989, т. 309, N 5, с. 1117. В указанной работе этим способом была получена пиковая мощность 400 МВт при длительности импульса 11 нс на частоте 2.83 ГГц. Легко видеть, однако, недостатки, обусловленные применением для накопления слишком мощных СВЧ-сигналов от релятивистских источников. Ultrahigh-power ultrashort pulses can be obtained if for the accumulation of microwave energy not traditional generators are used, but powerful relativistic microwave devices that use high-current electron beams with particle energies comparable to and greater than the rest energy (0.511 MeV) and currents of several tens kiloampere. The combination of a relativistic microwave source and a method of energy storage in the resonant volume was proposed and tested in the work of A. Didenko, A. Zherlitsyn, G. Melnikov, S. Razin, P. Yu. Chumerin, Yu. Yushkov. G. The formation of powerful coherent electromagnetic radiation of nanosecond duration in a triode with a virtual cathode, DAN USSR, 1989, v. 309, No. 5, p. 1117. In this work, by this method, a peak power of 400 MW was obtained with a pulse duration of 11 ns at a frequency of 2.83 GHz. It is easy to see, however, the disadvantages caused by the use of too powerful microwave signals from relativistic sources for the accumulation.

В первую очередь, это проблемы, связанные с электрической прочностью резонаторов. Из-за возникновения СВЧ-пробоя время накопления энергии в резонаторе ограничено, тогда как время вывода фиксировано для данной конструкции резонатора-накопителя и волноводного коммутатора; следовательно, не может быть достигнута высокая степень сжатия импульса, а значит и коэффициента усиления мощности. В упомянутой работе Диденко А.Н. и др. Формирование..., ДАН СССР, 1989, т. 309, N 5, с. 1117) был получен коэффициент усиления 13 дБ. С увеличением частоты ограничения на входную мощность становится еще более жестким из-за уменьшения геометрических размеров резонатора. Уже в трехсантиметровом диапазоне длин волн подача на вход резонатора мощности более 1 МВт практически не имеет смысла. First of all, these are problems associated with the electric strength of the resonators. Due to the occurrence of a microwave breakdown, the energy storage time in the resonator is limited, while the output time is fixed for this design of the storage resonator and the waveguide switch; therefore, a high degree of compression of the pulse cannot be achieved, and hence the power gain. In the mentioned work, A. Didenko and other Formation ..., DAN USSR, 1989, v. 309, N 5, p. 1117), a gain of 13 dB was obtained. With an increase in the frequency, the restrictions on the input power become even more stringent due to a decrease in the geometric dimensions of the resonator. Already in the three-centimeter wavelength range, supplying a power resonator input of more than 1 MW practically does not make sense.

Кроме того, смысл использования сверхмощных релятивистских источников для формирования импульсов в значительной степени теряется из-за того, что в тракт возбуждения резонатора-накопителя удается завести лишь малую часть излучаемой мощности. Так, в эксперименте (см. Диденко А.Н. и др. Формирование. .., ДАН СССР, 1989, т. 309, N 5, с. 1117) релятивистский триод с виртуальным катодом генерировал СВЧ-импульс мощностью 350 МВт, однако максимальная мощность на входе резонатора составляла только 20 МВт. Релятивистский триод работал в режиме излучения в свободное пространство, а попытки его соединения с трактом возбуждения резонатора приводили к срыву генерации. В результате уровень выходной мощности оказывается практически таким же, как и генерируемый в триоде. In addition, the meaning of using heavy-duty relativistic sources for generating pulses is largely lost due to the fact that only a small part of the radiated power can be introduced into the excitation path of the storage resonator. So, in an experiment (see Didenko A.N. et al. Formation ..., DAN USSR, 1989, v. 309, No. 5, p. 1117), a relativistic triode with a virtual cathode generated a microwave pulse with a power of 350 MW, however the maximum power at the cavity input was only 20 MW. The relativistic triode worked in the radiation mode into free space, and attempts to connect it to the resonator excitation path led to the disruption of generation. As a result, the output power level is almost the same as that generated in the triode.

Известно устройство (см. Стрюков Б.А., Лукьянчиков А.В. Нестационарные процессы при видеоимпульсном возбуждении лампы бегущей волны типа О. - Радиотехника и электроника, 1985, т. 30, N 11, с. 2217), которое может служить прототипом настоящего изобретения. В нем видеоимпульс в несколько вольт с длительностью фронта от нескольких десятков до сотен пикосекунд от возбуждения генератора ступенчатого напряжения подавался на вход усилителя, выполненного на основе спиральной лампы бегущей волны 10-ти или 3-х сантиметрового диапазонов. Поскольку спектр входного сигнала простирается до диапазона СВЧ, а спиральная ЛБВ обладает достаточной широкополосностью, на выходе формируется радиоимпульс длительностью в несколько периодов высокочастотного заполнения. A device is known (see Stryukov B.A., Lukyanchikov A.V. Non-stationary processes during video-pulse excitation of a traveling wave lamp of type O. - Radio engineering and electronics, 1985, v. 30, No. 11, p. 2217), which can serve as a prototype of the present invention. In it, a video pulse of several volts with a front duration of several tens to hundreds of picoseconds from the excitation of the step voltage generator was fed to the input of an amplifier made on the basis of a spiral lamp of a traveling wave of 10 or 3 cm ranges. Since the spectrum of the input signal extends to the microwave range, and the spiral TWT has sufficient broadband, a radio pulse is formed at the output with a duration of several periods of high-frequency filling.

Цель изобретения состоит в повышении пиковой мощности выходного СВЧ-импульса до сверхвысокого уровня. The purpose of the invention is to increase the peak power of the output microwave pulse to an ultrahigh level.

Задача повышения мощности решается следующим образом. Устройство, как и прототип, содержит возбуждающий генератор и СВЧ-усилитель. В отличие от прототипа, возбуждающий генератор входных импульсов выполнен на основе традиционного СВЧ-генератора, соединенного с резонатором-накопителем, имеющим на выходе волноводный коммутатор, а усилитель выполнен в виде релятивистского СВЧ-прибора, имеющего мгновенную полосу усиления не менее ширины полосы частот гармонических составляющих возбуждающих входных импульсов. The task of increasing power is solved as follows. The device, like the prototype, contains an exciting generator and a microwave amplifier. Unlike the prototype, the exciting input pulse generator is made on the basis of a traditional microwave generator connected to a storage resonator having an output waveguide switch, and the amplifier is made in the form of a relativistic microwave device having an instantaneous gain band of at least the frequency band of harmonic components exciting input pulses.

Сущность изобретения выражается следующей структурной схемой устройства для получения сверхмощных ультракоротких СВЧ-импульсов, изображенной на чертеже. The invention is expressed by the following structural diagram of a device for producing ultra-powerful ultrashort microwave pulses, shown in the drawing.

В этой схеме ультракороткий импульс длительностью в несколько периодов колебаний и в то же время достаточно мощный (до единиц МВт) формируется путем накопления в резонаторе и быстрого вывода СВЧ-энергии от традиционного, нерелятивистского генератора. Мощность этого генератора сравнительно невысокая (единицы киловатт), и при времени накопления СВЧ-энергии порядка микросекунды проблемы пробоя не возникает. Все технические вопросы формирования ультракоротких импульсов при таких уровнях мощности отработаны в настоящее время достаточно хорошо (см. Диденко А.Н., Юшков Ю.Г. Мощные СВЧ-импульсы наносекундной длительности. - М.: Энергоатомиздат, 1984). А приращение мощности до сверхвысоких уровней (порядка единиц ГВт) за счет кинетической энергии сильноточного релятивистского электронного пучка происходит в релятивистском СВЧ-усилителе. Подача импульса на вход усилителя осуществляется после его заполнения электронным потоком. Поскольку длительность усиливаемого сигнала уже очень мала, вопросы электрической прочности электродинамической системы усилителя, а также системы вывода излучения тоже не являются существенными. In this scheme, an ultrashort pulse lasting several periods of oscillation and at the same time quite powerful (up to units of MW) is formed by accumulating in the resonator and quickly removing microwave energy from a traditional, non-relativistic generator. The power of this generator is relatively low (units of kilowatts), and with the accumulation time of microwave energy of the order of a microsecond, the breakdown problem does not arise. All technical issues of the formation of ultrashort pulses at such power levels have been worked out quite well at present (see Didenko AN, Yushkov Yu.G. Powerful microwave pulses of nanosecond duration. - M.: Energoatomizdat, 1984). And the increase in power to ultrahigh levels (of the order of GW units) due to the kinetic energy of a high-current relativistic electron beam occurs in a relativistic microwave amplifier. A pulse is supplied to the input of the amplifier after it is filled with an electron beam. Since the duration of the amplified signal is already very small, questions of the electric strength of the electrodynamic system of the amplifier, as well as the radiation output system, are also not significant.

Важное значение в предлагаемом устройстве имеют полосовые свойства релятивистского усилителя. СВЧ-импульс длительностью в несколько периодов колебаний является широкополосным сигналом. Поэтому мгновенная полоса усиления должна быть значительно больше по крайней мере не менее ширины полосы частот гармонических составляющих усиливаемого СВЧ-импульса. В противном случае неизбежны искажение формы и затягивание выходного импульса во времени, а также снижение коэффициента усиления. Of great importance in the proposed device are the strip properties of the relativistic amplifier. A microwave pulse with a duration of several periods of oscillation is a broadband signal. Therefore, the instantaneous gain band should be significantly greater than at least not less than the bandwidth of the harmonic components of the amplified microwave pulse. Otherwise, distortion of the shape and delay of the output pulse in time, as well as a decrease in the gain are inevitable.

В нерелятивистской СВЧ-электронике наиболее широкополосным усилителем является спиральная ЛБВ. По целому ряду причин спиральная замедляющая система не может быть применена с пучком электронов с энергией несколько сот кэВ и килоамперным уровнем тока. В релятивистской электронике широкополосные СВЧ-усилители пока что еще не разработаны и не исследованы экспериментально. Однако в недавней работе (см. Чирко К.А., Шлапаковский А.С. Диэлектрический черенковский мазер как сверхширокополосный мощный СВЧ усилитель, - Письма в ЖТФ, 1991, т. 17, N 19, с. 4) было указано на то, что при определенном выборе геометрии диэлектрической замедляющей системы и параметров (энергии и тока) электронного пучка, широкая полоса усиления может быть реализована в диэлектрическом черенковском мазере, - релятивистской ЛБВ с замедляющей системой в виде волновода, нагруженного диэлектриком с небольшим значением диэлектрической проницаемости. Расчеты показывают, что значение относительной ширины полосы по уровню -3 дБ может достигать 40 - 50% при максимальном усилении в 40 дБ при обычных, доступных значениях энергии и тока пучка (300 - 600 кэВ, 2-10 кА) в трехсантиметровом диапазоне длин волн и при более высоких частотах. Такие значения ширины полосы вполне приемлемы для усиления ультракоротких импульсов. Возможно осуществлять широкополосное усиление также и в других приборах релятивистской электроники, например в мазерах на циклотронном авторезонансе или убитронах. In nonrelativistic microwave electronics, the most broadband amplifier is a spiral TWT. For a number of reasons, a spiral moderating system cannot be used with an electron beam with an energy of several hundred keV and a kiloampere current level. In relativistic electronics, broadband microwave amplifiers have not yet been developed and experimentally studied. However, in a recent work (see Chirko K.A., Shlapakovsky A.S. Dielectric Cherenkov maser as an ultra-wideband high-power microwave amplifier, - Letters in ZhTF, 1991, v. 17, No. 19, p. 4) it was pointed out that that with a certain choice of the geometry of the dielectric moderator and the parameters (energy and current) of the electron beam, a wide gain band can be realized in a dielectric Cherenkov maser, a relativistic TWT with a moderator in the form of a waveguide loaded with an insulator with a small dielectric constant. Calculations show that the value of the relative bandwidth at a level of -3 dB can reach 40 - 50% with a maximum gain of 40 dB at the usual, accessible values of the beam energy and current (300 - 600 keV, 2-10 kA) in the three-centimeter wavelength range and at higher frequencies. Such bandwidths are quite acceptable for amplification of ultrashort pulses. It is possible to carry out broadband amplification also in other devices of relativistic electronics, for example, masers on cyclotron autoresonance or ubitrons.

Использование в качестве возбуждающего усилитель сигнала радиоимпульса, сформированного в резонаторе-накопителе, также отличает заявляемый генератор от прототипа (см. Стрюков Б.А., Лукьянчиков А.В. Нестационарные процессы при видеоимпульсном возбуждении лампы бегущей волны типа О. - Радиотехника и электроника, 1985, т. 30, N 11. с. 2217), в котором ЛБВ возбуждается от генератора ступенчатого напряжения. Это отличие обусловлено сверхвысокими уровнями выходной мощности, что при относительно небольших коэффициентах усиления (20-30 дБ), характерных для релятивистских усилителей, подразумевает достаточно высокую мощность входного сигнала. Реализовать такую мощность на фронте ступенчатого видеоимпульса технически очень сложно. К тому же, конкретная конструкция релятивистского усилителя может и не предусматривать коаксиальный ввод, как для спиральной ЛБВ. The use of a radio pulse signal generated in the storage resonator as an exciting amplifier also distinguishes the claimed generator from the prototype (see B. Styrukov, A. Lukyanchikov. Non-stationary processes during video-pulse excitation of a traveling wave lamp of type O. - Radio engineering and electronics, 1985, v. 30, N 11. p. 2217), in which the TWT is excited from a step voltage generator. This difference is due to ultra-high levels of output power, which at relatively low gain (20-30 dB), typical for relativistic amplifiers, implies a sufficiently high input signal power. To realize such power at the front of a stepped video pulse is technically very difficult. In addition, the specific design of the relativistic amplifier may not provide for coaxial input, as for a spiral TWT.

Таким образом, по сравнению с прототипом (см. Стрюков Б.А., Лукьянчиков А. В. Нестационарные процессы при видеоимпульсном возбуждении лампы бегущей волны типа О. - Радиотехника и электроника, 1985, т. 30, N 11, с. 2217) достигается сверхвысокая пиковая мощность СВЧ- импульса длительностью в несколько периодов колебаний за счет применения сверхмощного электронного пуска в релятивистском усилителе и достаточно мощного возбуждающего импульса, получаемого путем временной компрессии СВЧ-энергии в резонаторе. В отличие от аналога (см. Диденко А.Н., Жерлицын А.Г., Мельников Г.В., Разин С. В. , Чумерин П.Ю., Юшков Ю.Г. Формирование мощного когерентного электромагнитного излучения наносекундной длительности в триоде с виртуальным катодом, - ДАН СССР, 1989, т. 309, N 5, с. 1117) предлагаемое устройство позволяет устранить ограничения как на мощность, так и на длительность СВЧ-импульсов, связанные с электрической прочностью. Кроме того, здесь полностью используется та часть кинетической мощности сильноточного электронного потока, которая отбирается в релятивистском СВЧ-усилителе. Важно заметить, что особенно резкое увеличение мощности выходного импульса возможно для коротковолновых диапазонов, при несущей частоте 10 ГГц и выше, где из-за малых геометрических размеров резонаторов ограничения на допустимый уровень мощности очень жесткие. Thus, in comparison with the prototype (see Styrukov B.A., Lukyanchikov A.V. Non-stationary processes during video-pulse excitation of a traveling-wave lamp of type O. - Radio Engineering and Electronics, 1985, v. 30, No. 11, p. 2217) An ultra-high peak power of a microwave pulse is achieved with a duration of several periods of oscillation due to the use of a superpower electronic trigger in a relativistic amplifier and a sufficiently powerful exciting pulse obtained by temporarily compressing microwave energy in the resonator. In contrast to the analogue (see Didenko A.N., Zherlitsyn A.G., Melnikov G.V., Razin S.V., Chumerin P.Yu., Yushkov Yu.G. Formation of powerful coherent electromagnetic radiation of nanosecond duration in triode with a virtual cathode (DAN USSR, 1989, v. 309, No. 5, p. 1117), the proposed device eliminates the restrictions on both the power and the duration of microwave pulses associated with electric strength. In addition, that part of the kinetic power of the high-current electron beam, which is selected in a relativistic microwave amplifier, is fully used. It is important to note that a particularly sharp increase in the output pulse power is possible for the short-wavelength ranges, with a carrier frequency of 10 GHz and higher, where due to the small geometric dimensions of the resonators the restrictions on the permissible power level are very strict.

Рассмотрим пример конкретной реализации предлагаемого устройства для получения сверхмощных ультракоротких СВЧ-импульсов. От магнетронного генератора типа МИ-268, работающего в 3-х сантиметровом диапазоне длин волн и генерирующего микросекундные СВЧ-импульсы мощностью 10 кВт возбуждается резонатор-накопитель, выполненный в виде резонансной волноводной линии прямоугольного сечения с внутренним размером 28х12х110 мм, ограниченной с одной стороны элементом возбуждения, выполненным в виде диафрагмы с отверстием, через которое осуществляется возбуждение линии, а с другой - волноводным коммутатором, выполненным в виде волноводного тройника, одно плечо которого подсоединено к резонатору, другое - к выходной нагрузке, а третье - короткозамкнутое. В короткозамкнутом плече на расстоянии четверти длины волны в волноводе от плоскости короткого замыкания в широкой или узкой стенках сделано отверстие диаметром, много меньшим длины волны, через которое осуществляется импульсная электронная или ультрафиолетовая подсветка внутренней полости волновода. После накопления СВЧ-энергии в резонансной линии и короткозамкнутом плече тройника эта подсветка вызывает искровой СВЧ-разряд, который приводит к переносу плоскости короткого замыкания и изменению электрической длины короткозамкнутого плеча, что увеличивает связь между входным и выходным плечами тройника и обеспечивает вытекание накопленной энергии за время, приблизительно равное одной наносекунде. В итоге на выходе резонатора-накопителя формируется радиоимпульс с частотой несущей 10 ГГц, длительностью 1 нс и пиковой мощностью 2 МВт, который подается на вход диэлектрического черенковского мазера. Замедляющая система диэлектрического черенковского мазера представляет собой круглый волновод с полиэтиленовой втулкой, внутри которой транспортируется внешним магнитным полем трубчатый электронный пучок, формируемый в сильноточном наносекундном ускорителе. Геометрия замедляющей системы рассчитывается так, чтобы фазовая скорость рабочей моды на частоте 10 ГГц приближенно равнялась скорости электронов. Сильноточный наносекундный ускоритель запускается за 5 - 10 нс до осуществления коммутации в резонаторе-накопителе, чтобы сигнал пришел на вход усилителя после того, как пройдут фронты импульса напряжения и тока ускорителя, и замедляющая система заполнится однородным по энергии электронным потоком. Рабочие параметры электронного пучка диэлектрического черенковского мазера - энергия 600 кэВ, ток 9 - 10 кА, полоса усиления по уровню - 3 дБ - 50%. При коэффициенте усиления 28 дБ и КПД усилителя 17-20% выходная мощность будет достигать 1 ГВт. Consider an example of a specific implementation of the proposed device for producing ultrahigh-power ultrashort microwave pulses. An MI-268 type magnetron generator operating in a 3-cm wavelength range and generating microsecond microwave pulses with a power of 10 kW excites a storage resonator made in the form of a resonant waveguide line of rectangular cross section with an internal size of 28x12x110 mm, limited on one side by an element excitation, made in the form of a diaphragm with a hole through which the line is excited, and on the other, a waveguide switch made in the form of a waveguide tee, one shoulder of which is One to the resonator, and the other - to the output load, and the third - shorted. In a short-circuited shoulder at a quarter of the wavelength in the waveguide from the plane of the short circuit, a hole with a diameter much smaller than the wavelength through which pulsed electronic or ultraviolet illumination of the internal cavity of the waveguide is made is made in the wide or narrow walls. After the microwave energy is accumulated in the resonance line and the short-circuited arm of the tee, this backlight causes a microwave spark discharge, which leads to the transfer of the short-circuit plane and a change in the electric length of the short-circuited arm, which increases the connection between the input and output arms of the tee and ensures the accumulated energy flows over time approximately equal to one nanosecond. As a result, a radio pulse with a carrier frequency of 10 GHz, a duration of 1 ns, and a peak power of 2 MW, which is fed to the input of the dielectric Cherenkov maser, is formed at the output of the resonator-storage ring. The decelerating system of the dielectric Cherenkov maser is a round waveguide with a polyethylene sleeve, inside of which a tubular electron beam, which is formed in a high-current nanosecond accelerator, is transported by an external magnetic field. The geometry of the moderator is calculated so that the phase velocity of the working mode at a frequency of 10 GHz is approximately equal to the speed of electrons. A high-current nanosecond accelerator starts 5 to 10 ns before switching in the storage resonator, so that the signal arrives at the amplifier input after the edges of the voltage and current pulses of the accelerator pass, and the deceleration system is filled with an electron-beam homogeneous in energy. The working parameters of the electron beam of the dielectric Cherenkov maser are 600 keV, a current of 9 to 10 kA, and a gain band at the level of 3 dB - 50%. With a gain of 28 dB and an amplifier efficiency of 17-20%, the output power will reach 1 GW.

Claims

A device for producing powerful ultrashort microwave pulses, containing a microwave generator connected to a resonator-storage of high-frequency energy, having an output waveguide switch, characterized in that the output of the resonator-storage is designed to transmit the generated radio pulse to the input of the amplifier, which is made in the form of a relativistic a high-current device with an instantaneous amplification band of at least the frequency bandwidth of the harmonic components of the exciting input microwave pulse.