RU221563U1 - Устройство для генерации широкополосных сигналов - Google Patents

Abstract

Полезная модель используется в радиофотонике, метрологии для получения информации о физических параметрах материалов, для передачи информации и может быть использована при разработке генераторов, широкополосных электромагнитных импульсов наносекундной длительности с коротким фронтом нарастания. Устройство для генерации широкополосных сигналов, содержащее задающий импульсный лазер 1, оптически связанный со входом излучателя 2 широкополосных сигналов, источник 3 напряжения смещения и блок 4 управления и синхронизации; излучатель 2 выполнен в виде рупора, образованного двумя расположенными под углом друг к другу металлическими пластинами 5 и 6, выполненными в форме равнобедренных треугольников и зафиксированных стяжками 7, закрепленными на сторонах пластин, и распорными стойками 8, расположенными на выходе рупора, при этом на входе в узкую часть рупора между пластинами расположен фотопроводящий ключ 9, вход которого оптически связан с задающим импульсным лазером 1, причем выходы блока 4 управления и синхронизации подключены к управляющим входам задающего импульсного лазера 1 и источника 3 напряжения смещения, выходы которого соединены с металлическими пластинами 5 и 6; стяжки 7 и распорные стойки 8 выполнены из диэлектрического материала; в качестве фотопроводящего ключа 9 использован фотоэлемент, выполненный из арсенида галлия; на гранях фотоэлемента 9 выполнено металлическое напыление. Технический результат заключается в упрощении устройства и расширении области применения. 3 ил.

Description

Полезная модель относится к технике генерации широкополосных электромагнитных импульсов наносекундной длительности с коротким фронтом нарастания и может быть использована при разработке соответствующих генераторов.

Известно устройство для генерации широкополосных импульсов, выполненное в виде дипольной антенны терагерцового диапазона (патент РФ №217206 U1, МПК Н01Q 9/27, опубл. 22/03/2023), содержащей периодическую спираль на основе HR-GaAs:Cr, возбуждаемую фемтосекундным лазерным излучением, и металлические контакты напряжения смещения, нанесенные непосредственно на полупроводниковую подложку, при этом полупроводниковая основа периодической спирали выполнена из легированного хромом арсенида галлия, предварительно облученного потоком электронов.

Данное устройство имеет ограниченные возможности по формированию импульсов с пикосекундным фронтом и наносекундным плато, что необходимо в метрологии.

Известен также генератор электромагнитных импульсов (патент РФ №2572104 С1, МПК H01J 25/00, опубл. 27.12.2015), включающий фотокатод и сетчатый анод, рабочие поверхности которых выполнены в виде поверхностей тел вращения и которые подключены к источнику напряжения, импульсный или импульсно-периодический источник света, конвертер, преобразовывающий излучение источника света в сферически расходящуюся волну оптического, ультрафиолетового или рентгеновского излучения, центр излучения которого совпадает с фокусом фотокатода, при этом сетчатый анод расположен эквидистантно рабочей поверхности фотокатода, а рабочая поверхность фотокатода представляет собой несимметричную вырезку из параболоида вращения, причем в генераторе несимметричная вырезка из параболоида вращения выполнена круговым или овальным цилиндром либо прямоугольной призмой.

Недостатком этого устройства является конструктивная сложность.

Наиболее близким к предлагаемой полезной модели является известный генератор электромагнитных импульсов (патент РФ №2361313 С1, МПК H01J 43/00, опубл. 10.07.2009), содержащий импульсный или импульсно-периодический лазер, подключенные к источнику напряжения сетчатый параболоидный анод и фотокатод с соосным с параболоидом отверстием для ввода лазерного излучения, рассеиватель лазерного излучения, размещенный внутри анода соосно и софокусно с ним, при этом он снабжен не менее чем двумя металлическими плоскими пластинами, установленными внутри анода радиально от его оси до его поверхности; причем рассеиватель лазерного излучения выполнен в виде мишени из материала, способного конвертировать лазерное излучение в рентгеновское.

Недостатком известного генератора является конструктивная сложность и ограниченная область применения.

Технический результат, заключающийся в упрощении устройства и расширении области применения, достигается в устройстве для генерации широкополосных сигналов, содержащем задающий импульсный лазер, оптически связанный со входом излучателя широкополосных сигналов, источник напряжения смещения и блок управления и синхронизации, отличающемся тем, что излучатель широкополосных сигналов выполнен в виде рупора, образованного двумя расположенными под углом друг к другу металлическими пластинами, выполненными в форме равнобедренных треугольников и зафиксированных стяжками, закрепленными на сторонах пластин, и распорными стойками, расположенными на выходе рупора, при этом на входе в узкую часть рупора между пластинами расположен фотопроводящий ключ, вход которого оптически связан с задающим импульсным лазером, причем выходы блока управления и синхронизации подключены к управляющим входам задающего импульсного лазера и источника напряжения смещения, выходы которого соединены с металлическими пластинами.

При этом стяжки и распорные стойки выполнены из диэлектрического материала.

Указанный технический результат достигается также тем, что в качестве фотопроводящего ключа использован фотоэлемент, выполненный из арсенида галлия, и тем, что на гранях фотоэлемента выполнено металлическое напыление.

Сущность полезной модели поясняется чертежами, где:

на фиг. 1 представлена функциональная схема устройства,

на фиг. 2 показан в увеличенном масштабе вид А в месте расположения фотопроводящего ключа.

на фиг. 3 приведены временные диаграммы генерируемых импульсов.

Устройство (фиг. 1) содержит задающий импульсный лазер 1, оптически связанный со входом излучателя 2 широкополосных сигналов, источник 3 напряжения смещения U и блок 4 управления и синхронизации.

Излучатель 2 широкополосных сигналов выполнен в виде рупора, образованного двумя расположенными под углом друг к другу металлическими пластинами 5 и 6, выполненными в форме равнобедренных треугольников и зафиксированных стяжками 7, закрепленными на сторонах пластин 5 и 6, и распорными стойками 8, расположенными на выходе рупора.

На входе в узкую часть рупора между пластинами 5 и 6 расположен фотопроводящий ключ 9 (фиг .2), вход которого оптически связан с задающим импульсным лазером 1.

Выходы блока 4 управления и синхронизации подключены к управляющим входам задающего импульсного лазера 1 и источника 3 напряжения смещения U, выходы которого соединены с металлическими пластинами 5 и 6.

Стяжки 7 и распорные стойки 8 выполнены из диэлектрического материала.

В качестве фотопроводящего ключа 9 использован фотоэлемент, выполненный из арсенида галлия, на гранях которого выполнено металлическое напыление.

Устройство работает следующим образом.

Принцип работы устройства основан на генерации импульса тока в полупроводниковом материале фотопроводящего ключа 9 под действием светового импульса лазера 1. Поскольку фотопроводящий ключ 9 контактирует с металлическими листами 5 и 6, к которым подведено высоковольтное напряжение U, то излучатель 2 будет генерировать электромагнитный импульс.

Конструкция излучателя 2 является длинной линией с волновым сопротивлением, равным 126 ом (что соответствует отношению H/b=0.5 «раскрыва» H рупора к ширине рупора b.

Длительность электромагнитного импульса, распространяющегося в генераторе прямоугольных импульсов, будет определяться длиной L излучателя 2, удовлетворяющей условию L≥300 мм, для обеспечения наносекундных длительностей импульса.

Для регистрации временной формы импульсов электромагнитного поля использовался измерительный преобразователь ТПМП112 производства ФГУП ВНИИА (чувствительность 53 мВ/(А/м), время нарастания переходной характеристики 35 пс) и осциллограф (на фиг. 1 не показаны).

На фиг. 3 приведены временные диаграммы генерируемых импульсов (штрих-пунктирной линией изображен генерируемый импульс при использовании фотоэлемента 9 без металлического напыления на гранях, сплошной линией изображен генерируемый импульс с металлическим напылением. В случае металлического напыления на гранях фотопроводящего ключа амплитуда генерируемого сигнала возрастает в 1.5 раза.

По отношению к прототипу полезная модель обладает преимуществом, обусловленным упрощением конструкции.

Проведенные испытания показали также достижение технического результата, заключающегося в расширении области применения, поскольку предлагаемый генератор электромагнитных импульсов может использоваться в различных областях - в радиофотонике, метрологии (получение информации о детализации объектов и их размеров) и для передачи информации.

Claims (4)

1. Устройство для генерации широкополосных сигналов, содержащее задающий импульсный лазер, оптически связанный со входом излучателя широкополосных сигналов, источник напряжения смещения и блок управления и синхронизации, отличающееся тем, что излучатель широкополосных сигналов выполнен в виде рупора, образованного двумя расположенными под углом друг к другу металлическими пластинами, выполненными в форме равнобедренных треугольников и зафиксированных стяжками, закрепленными на сторонах пластин, и распорными стойками, расположенными на выходе рупора, при этом на входе в узкую часть рупора между пластинами расположен фотопроводящий ключ, вход которого оптически связан с задающим импульсным лазером, причем выходы блока управления и синхронизации подключены к управляющим входам задающего импульсного лазера и источника напряжения смещения, выходы которого соединены с металлическими пластинами.

2. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что стяжки и распорные стойки выполнены из диэлектрического материала.

3. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что в качестве фотопроводящего ключа использован фотоэлемент, выполненный из арсенида галлия.

4. Устройство по п. 3, отличающееся тем, что на гранях фотоэлемента выполнено металлическое напыление.

Images