RU2293404C1 - Устройство временной компрессии импульсов свч-энергии - Google Patents
Устройство временной компрессии импульсов свч-энергии Download PDFInfo
- Publication number
- RU2293404C1 RU2293404C1 RU2005121863/09A RU2005121863A RU2293404C1 RU 2293404 C1 RU2293404 C1 RU 2293404C1 RU 2005121863/09 A RU2005121863/09 A RU 2005121863/09A RU 2005121863 A RU2005121863 A RU 2005121863A RU 2293404 C1 RU2293404 C1 RU 2293404C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- waveguides
- shorted
- load
- resonator
- generator
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Constitution Of High-Frequency Heating (AREA)
Abstract
Изобретение относится к технике СВЧ, конкретно к области формирования импульсов СВЧ-энергии. Оно может быть использовано в системах питания электрофизической аппаратуры, например ускорителей заряженных частиц, и предназначено для повышения уровня выходной мощности. Устройство содержит прямоугольный призматический резонатор-накопитель, узел связи с генератором и высокочастотный коммутатор. Резонатор-накопитель разделен металлической перегородкой на две части, каждая из которых представляет прямоугольный волновод длиной в нечетное число четвертей длины волны λв, при этом с одного конца волноводы закорочены, а с противоположного конца, в месте подключения нагрузки, размеры поперечного сечения резонатора совпадают с размерами волновода нагрузки. Толщина d металлический перегородки в месте подключения много меньше, чем λв. Узел связи с генератором выполнен в виде полуволнового прямоугольного призматического резонатора, который соединен своей широкой стенкой с узкими стенками обоих волноводов и имеет на своих противоположных концах два отверстия связи, расстояние l1 которых от закороченного конца волноводов определяется соотношением , где k - целое число, кроме того, высокочастотный коммутатор установлен внутри одного из волноводов на расстоянии от закороченного конца. 2 ил.
Description
Изобретение относится к технике СВЧ, конкретно к области формирования импульсов СВЧ-энергии. Оно может быть использовано в системах питания электрофизической аппаратуры, например ускорителей заряженных частиц, и предназначено для повышения уровня выходной мощности.
Известно [1] устройство для компрессии импульсов СВЧ-питания ускорительных секций, содержащее резонатор-накопитель, узел связи с генератором и высокочастотный коммутатор. В нем энергия СВЧ, поступающая от генератора, накапливается внутри резонатора в течение некоторого времени. Затем происходит срабатывание коммутатора и конфигурация цепи изменяется так, что накопленная энергия выводится из резонатора в нагрузку за время, существенно меньшее, чем время накопления. Тем самым мощность сигнала в нагрузке оказывается больше той, которую давал генератор. Недостатками этого устройства являются непрямоугольная форма огибающей выходного импульса и относительно невысокое значение коэффициента компрессии и выходной мощности.
Наиболее близким к предложенному устройству, принятым в качестве прототипа, является временной компрессор импульсов СВЧ, описанный в книге [2]. Он содержит резонатор-накопитель на основе прямоугольного волновода, который с одного конца через индуктивную диафрагму питается от магнетрона, работающего в импульсном режиме. К противоположному концу призматического резонатора подключен волноводный тройник в плоскости Н с закороченным боковым плечом. Нагрузка установки подключена к свободному прямому плечу тройника. Расстояние от закоротки бокового плеча до точки ветвления тройника равно длине волны λв. В боковом плече на расстоянии λв/4 от закоротки расположен управляемый разрядник, играющий роль высокочастотного коммутатора. В режиме накопления энергии разрядник выключен, при этом входное сопротивление бокового плеча тройника равно нулю и в точке ветвления реализуется режим короткого замыкания. Длина резонатора-накопителя, равная расстоянию от диафрагмы до точки ветвления, насчитывает целое число полуволн l=n·λв/2, и в режиме накопления имеет место резонанс.
Включение разрядника делает входное сопротивление бокового плеча тройника в точке ветвления равным бесконечности. Это означает, что внутренняя полость накопителя оказывается подключенной к согласованной нагрузке и накопленная в нем энергия передается в нагрузку за время
Недостатком указанного устройства является то, что из-за ограничения электрической прочности резонатора-накопителя уровень мощности выходного импульса оказывается недостаточным для ряда применений.
Технический результат, на достижение которого направлено заявляемое изобретение, заключается в двукратном сокращении времени вывода энергии из резонатора-накопителя и соответствующем увеличении выходной мощности и коэффициента компрессии при том же уровне электрической прочности накопителя и запасенной энергии.
Сущность предлагаемого изобретения заключается в том, что в известном устройстве, содержащем прямоугольный призматический резонатор-накопитель, узел связи с генератором и высокочастотный коммутатор, резонатор-накопитель разделен металлической перегородкой на две части, каждая из которых представляет прямоугольный волновод длиной l0 в нечетное число четвертей длины волны λв:l0=(2n+1)·λв/4 (n=1, 2, ...). Оба волновода с одной стороны закорочены, а с противоположной стороны к ним подключен волновод нагрузки. В месте подключения нагрузки волноводы накопителя касаются один другого своими широкими стенками, причем размеры суммарного поперечного сечения резонатора совпадают с размерами волновода нагрузки. В месте подключения нагрузки перегородка, разделяющая волноводы накопителя, имеет толщину много меньше длины волны. Узел связи с генератором выполнен в виде полуволнового прямоугольного призматического резонатора, который соединен своей широкой стенкой с узкими стенками обоих волноводов и имеет на своих противоположных концах два отверстия связи, расстояние l1 которых от закороченного конца волноводов определяется соотношением , где k - целое число, кроме того, высокочастотный коммутатор, установлен внутри одного из волноводов на расстоянии от закороченного конца.
Полная длина l резонатора-накопителя, измеряемая как расстояние от одной закоротки до другой, в предлагаемом устройстве равна l=2l0=(2n+1)·λв/2. Это означает, что в накопителе имеет место резонанс, причем благодаря специальному выбору длин l0 в месте подключения нагрузки электрические поля в двух волноводах накопителя направлены навстречу друг другу.
Благодаря тому, что магнитное поле в резонаторе связи вблизи отверстий связи имеет одинаковую амплитуду и противоположное направление на протяжении всей длительности импульса генератора, возбуждение обоих волноводов происходит строго противофазно. Это гарантирует антисимметрию поля в месте подключения нагрузки и исключает возбуждение волновода нагрузки на всем протяжении переходного процесса накопления энергии.
В целях обеспечения необходимого уровня связи при минимальных размерах отверстий связи последние расположены на расстоянии l1 в целое число четвертей длины волны от закороченного конца волноводов. Это гарантирует максимум напряженности магнитного поля обоих волноводов вблизи отверстий связи.
В предлагаемом устройстве высокочастотный коммутатор установлен внутри одного из волноводов на расстоянии l2=λв/4 от закороченного конца. Замыкание коммутатора вызывает переход предлагаемого устройства из режима накопления энергии к ее быстрому выводу в нагрузку. Факт замыкания коммутатора приводит к тому, что сечение короткого замыкания одного из волноводов переносится на λв/4, а фаза отраженной волны в нем изменяется на π. Эта измененная волна достигает сечения подключения нагрузки спустя время задержки . В этот момент в месте подключения нагрузки структура поля с антисимметричной изменяется на симметричную. При указанном выше соотношении размеров резонатора-накопителя и волновода нагрузки выполняется условие согласования, когда волновое сопротивление нагрузки Zн равно сумме волновых сопротивлений Zв двух волноводов, образующих резонатор-накопитель: Zн=2Zв. Это приводит к тому, что энергия, запасенная в накопителе, передается в нагрузку без отражений. Время вывода энергии равно времени распространения волны от сечения подключения до закоротки и обратно: . Это в два раза меньше времени вывода из устройства-прототипа, имеющего ту же длину l накопителя. В течение tвых. и энергия в нагрузку передается одновременно из обоих волноводов, поэтому мощность выходного сигнала и коэффициент компрессии вдвое превышают аналогичные параметры устройства-прототипа.
Если связь резонатора-накопителя с питающим генератором оптимальная, то мощность волны, циркулирующей в конце этапа накопления от одной закоротки до другой и обратно, превышает мощность питающего магнетрона в раз,
где Q0 - собственная добротность накопителя,
αT=ω0l/νгр - коэффициент затухания волны за одну циркуляцию, а
G0 - геометрический параметр, зависящий от соотношения между резонансной длиной волны в свободном пространстве λ0 и в волноводе λв и длиной l резонатора-накопителя следующим образом:
На фиг.1 дан схематический чертеж возможного варианта предлагаемого устройства. Здесь резонатор-накопитель разделен металлической стенкой на две части 1 и 2, каждая из которых представляет прямоугольный волновод длиной в нечетное число четвертей длины волны λв. Оба волновода с одной стороны закорочены, а с противоположной стороны к ним подключен волновод нагрузки 3. Узел связи с генератором выполнен в виде полуволнового прямоугольного призматического резонатора 4, который соединен своей широкой стенкой с узкими стенками обоих волноводов. На своих противоположных концах резонатор связи имеет два отверстия связи 5, находящиеся на расстоянии l1=(2k+1)·λв/4 от закороченного конца волноводов. К питающему генератору узел связи подключается с помощью фланца 6. Высокочастотный коммутатор, роль которого в данном примере выполняет искровой разрядник 7, установлен внутри одного из волноводов на расстоянии l2=λв/4 от закороченного конца.
Предлагаемое устройство работает следующим образом. На этапе накопления энергии разрядник 7 выключен и структура электромагнитного поля в резонаторе вблизи места подключения нагрузки имеет вид, приведенный на фиг.2, а. Сплошными линиями здесь обозначено электрическое поле, а штриховыми - магнитное. Внутри резонатора-накопителя поле имеет вид стоячей волны типа Н10n . В волноводе нагрузки поле отсутствует из-за противофазного возбуждения верхнего и нижнего по рисунку волноводов накопителя.
Переход от режима накопления к режиму вывода энергии происходит в момент срабатывания разрядника. В результате коммутации фаза волны, отраженной от короткозамкнутого конца верхнего по фиг.1 волновода, изменяется на π. Эта волна достигает места подключения нагрузки спустя время задержки tз. Начиная с этого момента, волны, поступающие в сечение подключения нагрузки через верхний и нижний волноводы, возбуждают волновод нагрузки синфазно и устремляются в него без отражений. Соответствующая структура поля в окрестности сечения подключения нагрузки в режиме вывода при t>tз дана на фиг.2, б. В обоих отрезках волноводов накопителя и в волноводе нагрузки структура поля на этапе вывода соответствует бегущей волне типа Н10 .
Таким образом, предложенное устройство временной компрессии импульса СВЧ-энергии, по сравнению с прототипом, позволяет вдвое сократить время tвых.и вывода накопленной энергии и во столько же раз повысить предельное значение коэффициента компрессии М2 и уровень выходной мощности Рвых.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Biry D.L., Farkas Z.D., Wilson P.B. // Proc. Phys. Particle Accelerators, SLAC Summer School, 1985, N.Y. 1987, vol.2, p.1572-1578.
2. Диденко А.Н., Юшков Ю.Г. Мощные СВЧ-импульсы наносекундной длительности. М.: Энергоатомиздат, 1984, 112 с.
3. Farkas Z.D., Hogg A.A., Loew G.A., Wilson P.B. // Proc. of the 9th Int. Conf. on High Energy Accelerators. Stanford, 1974. SLAC. 1974, p.576-583.
4. Вишняков В.А., Ракитянский A.A., Терехов Б.А., Шендерович А.М. Автоускорение электронных пучков линейных ускорителей бегущей волны с помощью резонаторов с фольгами. Препринт ХФТИ №81-18, Харьков, 1981.
Claims (1)
- Устройство временной компрессии импульсов СВЧ-энергии, содержащее прямоугольный призматический резонатор-накопитель, узел связи с генератором и высокочастотный коммутатор, отличающееся тем, что резонатор-накопитель разделен металлической перегородкой на две части, каждая из которых представляет прямоугольный волновод длиной в нечетное число четвертей длины волны λв, при этом с одного конца волноводы закорочены, а с противоположного конца в месте подключения нагрузки размеры поперечного сечения резонатора совпадают с размерами волновода нагрузки, причем толщина d металлической перегородки в месте подключения много меньше чем λв, узел связи с генератором выполнен в виде полуволнового прямоугольного призматического резонатора, который соединен своей широкой стенкой с узкими стенками обоих волноводов и имеет на своих противоположных концах два отверстия связи, расстояние l1 которых от закороченного конца волноводов определяется соотношением
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2005121863/09A RU2293404C1 (ru) | 2005-07-11 | 2005-07-11 | Устройство временной компрессии импульсов свч-энергии |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2005121863/09A RU2293404C1 (ru) | 2005-07-11 | 2005-07-11 | Устройство временной компрессии импульсов свч-энергии |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2293404C1 true RU2293404C1 (ru) | 2007-02-10 |
Family
ID=37862680
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2005121863/09A RU2293404C1 (ru) | 2005-07-11 | 2005-07-11 | Устройство временной компрессии импульсов свч-энергии |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2293404C1 (ru) |
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2461922C1 (ru) * | 2011-01-20 | 2012-09-20 | Учреждение Российской академии наук Институт прикладной физики РАН | Переключаемый электронным пучком коммутатор для активного компрессора свч импульсов |
RU2472260C1 (ru) * | 2011-07-26 | 2013-01-10 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Национальный исследовательский ядерный университет "МИФИ" (НИЯУ МИФИ) | Устройство временной компрессии импульсов свч-энергии |
WO2022098258A1 (ru) * | 2020-11-03 | 2022-05-12 | Владимир Сергеевич ЮНИН | Линейный аберрационный ускоритель заряженных частиц |
-
2005
- 2005-07-11 RU RU2005121863/09A patent/RU2293404C1/ru not_active IP Right Cessation
Non-Patent Citations (1)
Title |
---|
ДИДЕНКО А.Н. и др. Мощные СВЧ-импульсы наносекундной длительности. - М.: Энергоатомиздат, 1984, с.112. * |
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2461922C1 (ru) * | 2011-01-20 | 2012-09-20 | Учреждение Российской академии наук Институт прикладной физики РАН | Переключаемый электронным пучком коммутатор для активного компрессора свч импульсов |
RU2472260C1 (ru) * | 2011-07-26 | 2013-01-10 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Национальный исследовательский ядерный университет "МИФИ" (НИЯУ МИФИ) | Устройство временной компрессии импульсов свч-энергии |
WO2022098258A1 (ru) * | 2020-11-03 | 2022-05-12 | Владимир Сергеевич ЮНИН | Линейный аберрационный ускоритель заряженных частиц |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
Korovin et al. | Relativistic backward wave oscillator with a discrete resonance reflector | |
Gerigk | Cavity types | |
RU94062U1 (ru) | Резонансный свч-компрессор | |
US7551042B1 (en) | Microwave pulse compressor using switched oversized waveguide resonator | |
RU2293404C1 (ru) | Устройство временной компрессии импульсов свч-энергии | |
US8674784B2 (en) | Microwave pulse compressor using switched oversized waveguide resonator | |
CN115249603A (zh) | 一种应用于磁控管的u形微波脉冲压缩装置 | |
Peskov et al. | Powerful FEM-oscillators with advanced Bragg resonators operating in a single mode regime from Ka-to W-band | |
RU86062U1 (ru) | Формирователь импульсов | |
RU2486641C1 (ru) | Способ формирования субнаносекундных свч импульсов и устройство для его осуществления | |
RU2472260C1 (ru) | Устройство временной компрессии импульсов свч-энергии | |
RU141773U1 (ru) | Резонансный свч компрессор | |
Baum | Compression of sinusoidal pulses for high-power microwaves | |
Savaidis et al. | Transmission line modeling of active microwave pulse compression systems | |
DE102014003561A1 (de) | Elektrisch bilateral dyopolare Wandlungsverfahren, Wandlungsvorrichtung und Vorrichtungsanordnung | |
RU83375U1 (ru) | Формирователь импульсов | |
RU2573223C2 (ru) | Устройство формирования нано и субнаносекундных свч импульсов | |
RU2166229C1 (ru) | Формирователь наносекундных свч-импульсов | |
RU89798U1 (ru) | Импульсный резонаторный ускоритель интенсивных пучков заряженных частиц | |
RU137159U1 (ru) | Интерференционный переключатель резонансного свч компрессора | |
RU2451390C1 (ru) | Компрессор свч-импульсов | |
RU137158U1 (ru) | Интерференционный переключатель резонансного свч компрессора | |
RU2596865C1 (ru) | Резонансный свч компрессор | |
RU156871U1 (ru) | Интерференционный переключатель резонансного свч компрессора | |
Henke | RF structures (design) |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
PD4A | Correction of name of patent owner | ||
PD4A | Correction of name of patent owner | ||
MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20150712 |