RU2572104C1 - Generator of electromagnetic pulses - Google Patents
Generator of electromagnetic pulses Download PDFInfo
- Publication number
- RU2572104C1 RU2572104C1 RU2014135085/07A RU2014135085A RU2572104C1 RU 2572104 C1 RU2572104 C1 RU 2572104C1 RU 2014135085/07 A RU2014135085/07 A RU 2014135085/07A RU 2014135085 A RU2014135085 A RU 2014135085A RU 2572104 C1 RU2572104 C1 RU 2572104C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- photocathode
- rotation
- radiation
- paraboloid
- anode
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Electron Sources, Ion Sources (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к технике генерации электромагнитных импульсов (ЭМИ) и может быть использовано в импульсной радиолокации и при испытаниях радиоэлектронной аппаратуры на воздействие импульсных полей.The invention relates to techniques for generating electromagnetic pulses (EMP) and can be used in pulsed radar and in testing electronic equipment for exposure to pulsed fields.
Известен генератор ЭМИ [Бессараб А.В. и др., «Сверхсветовой источник электромагнитного излучения, инициируемый коротким рентгеновским импульсом», Труды РФЯЦ-ВНИИЭФ, Научно-исследовательское издание - Саров: РФЯЦ-ВНИИЭФ, выпуск 7, 2004, стр. 218-228], содержащий источник напряжения, плоский фотокатод и параллельный ему сетчатый анод, импульсный источник света в виде лазера, конвертер, преобразовывающий излучение лазера в сферически расходящуюся волну рентгеновского излучения. Этот генератор работает следующим образом. К промежутку между фотокатодом и анодом прикладывается напряжение. Импульсный лазер продуцирует субнаносекундный импульс света, который направляется на некоторую мишень для создания вблизи ее поверхности слоя лазерной плазмы, конвертирующей импульс света в импульс рентгеновского излучения. Если предварительно ориентировать фотокатод и анод так, чтобы рентгеновское излучение освещало бы фотокатод под некоторым углом φ<90°, то по поверхности фотокатода побежит волна электронной эмиссии со скоростью ν=c/sin(ϕ)>с. Эмитированные электроны, ускоряясь в промежутке “фотокатод-анод”, проходят сквозь сетчатый анод и попадают в свободное от внешнего электрического поля эквипотенциальное полупространство. Волна инжекции электронов в полупространство, бегущая вдоль анодной сетки также со сверхсветовой скоростью, является источником широкополосного ЭМИ, причем направленность электромагнитного излучения обеспечивается черенковским характером формирования интерференционной картины излучения.Known EMP generator [Bessarab A.V. et al., “Superluminal source of electromagnetic radiation initiated by a short X-ray pulse”, Proceedings of the RFNC-VNIIEF, Scientific publication - Sarov: RFNC-VNIIEF,
Учитывая, что лазерная плазма фактически является точечным источником рентгеновского излучения, то угол падения φ рентгеновских квантов на фотокатод на различных его участках различный, поэтому и направление черенковского излучения по мере прохождения волны инжекции меняется.Taking into account that the laser plasma is actually a point source of X-ray radiation, the angle of incidence φ of the X-ray quanta on the photocathode in its various sections is different, therefore, the direction of the Cherenkov radiation changes as the injection wave propagates.
Таким образом, главным недостатком аналога является низкая направленность излучения и малая интенсивность генерируемого электромагнитного излучения, что ограничивает его применение, например, в импульсной радиолокации.Thus, the main disadvantage of the analogue is the low directivity of the radiation and the low intensity of the generated electromagnetic radiation, which limits its use, for example, in pulsed radar.
Конструктивно близким к заявляемому устройству, является генератор ЭМИ [Бессараб А.В., Дубинов А.Е., Лазарев Ю.Н. и др., «Генератор электромагнитных импульсов», Патент RU №2175154, приоритет 15.11.1999, опубл. БИ №29, 2001], содержащий импульсный или импульсно-периодический источник света в виде лазера, фотокатод и сетчатый анод, рабочие поверхности, которых выполнены в виде поверхностей тел вращения, и которые подключены к источнику напряжения, конвертер, преобразовывающий излучение источника света в сферически расходящуюся волну оптического, ультрафиолетового или рентгеновского излучения, центр излучения которого совпадает с фокусом фотокатода. Принцип действия известного генератора ЭМИ основан на следующей последовательности процессов: генерация последовательности импульсов света субнаносекундного диапазона длительности с помощью источника света, преобразование светового излучения в сферически расходящуюся волну оптического излучения, освещение фотокатода этой волной с целью инициирования поверхностной волны фотоэмиссии электронов, бегущей по фотокатоду в направлении от его оси, ускорение электронов в промежутке «фотокатод-анод» и их последующая инжекция сквозь сетчатый анод внутрь охватываемого анодом. Тогда на внешней поверхности анода возбуждается волна инжекции электронов, бегущая вдоль анодной сетки, которая является источником ЭМИ. По описанному патенту в РФЯЦ-ВНИИЭФ был разработан экспериментальный образец (ЭО) генератора СШП ЭМИ [Бессараб А.В., Гаранин С.Г., Мартыненко С.П., Прудкой Н.А., Солдатов А.В., Терехин В.А., академик Трутнев Ю.А. Генератор сверхширокополосного электромагнитного излучения (СШП ЭМИ), инициируемый пикосекундным лазером, Доклады Академии Наук, 2006, т. 411, №5, с. 1-4], где приведены характеристики ЭО и который в дальнейшем выбран в качестве наиболее близкого аналога. Конструктивные параметры параболического генератора: фокусное расстояние 5 см, расстояние между рабочей поверхностью фотокатода и внутренней поверхностью сетчатого анода (межэлектродный зазор) 2 см, общая длина 65 см. Однако этому генератору присущ ряд недостатков:Structurally close to the claimed device is an EMP generator [Bessarab A.V., Dubinov A.E., Lazarev Yu.N. and others, "Generator of electromagnetic pulses", Patent RU No. 2175154, priority 15.11.1999, publ. BI No. 29, 2001], containing a pulsed or pulsed-periodic light source in the form of a laser, a photocathode and a mesh anode, working surfaces that are made in the form of surfaces of revolution bodies, and which are connected to a voltage source, a converter that converts the radiation of the light source into spherically a diverging wave of optical, ultraviolet or X-ray radiation, the center of radiation of which coincides with the focus of the photocathode. The operating principle of the well-known EMR generator is based on the following sequence of processes: generation of a sequence of light pulses of a subnanosecond range of duration using a light source, conversion of light radiation into a spherically diverging wave of optical radiation, illumination of the photocathode by this wave in order to initiate a surface wave of photoemission of electrons traveling along the photocathode in the direction from its axis, the acceleration of electrons in the gap "photocathode-anode" and their subsequent injection through the retina fifth anode inside covered anode. Then, an electron injection wave traveling along the anode grid, which is the source of electromagnetic radiation, is excited on the outer surface of the anode. According to the described patent, the RFNC-VNIIEF developed an experimental model (EO) of a UWB EMR generator [Bessarab A.V., Garanin S.G., Martynenko S.P., Prudka N.A., Soldatov A.V., Terekhin V .A., Academician Trutnev Yu.A. Generator of ultra-wideband electromagnetic radiation (UWB EMR) initiated by a picosecond laser, Reports of the Academy of Sciences, 2006, v. 411, No. 5, p. 1-4], where the characteristics of EO are given and which is subsequently selected as the closest analogue. Design parameters of the parabolic generator:
1. Для наблюдателя, находящегося на продольной оси параболоида распределение излучающих токов по поверхности параболоида является радиальным (на фиг. 4 стрелками схематично показаны направления локальных дипольных моментов). При этом каждому элементарному излучающему току можно поставит в соответствие такой же ток по величине, но зеркально симметричный. Каждая такая пара излучает сигналы, одинаковые по амплитуде, но находящиеся в противофазе. В результате интерференции излучение в направлении оси параболоида полностью подавляется - образуется зона, свободная от электромагнитного поля, а излучение проявляется в виде бокового лепестка с увеличенным углом раскрыва, но значительно меньшей амплитудой излучаемого сигнала. Зона облучения имеет вид кольца и не позволяет сосредоточить энергию излучения на цели. Зависимость поляризации от азимутального угла делает невозможным использование генератора для целей радиолокации.1. For an observer located on the longitudinal axis of the paraboloid, the distribution of radiating currents over the surface of the paraboloid is radial (in Fig. 4, the arrows schematically show the directions of local dipole moments). In this case, each elementary radiating current can be associated with the same current in magnitude, but mirror symmetric. Each such pair emits signals of the same amplitude, but in antiphase. As a result of interference, the radiation in the direction of the axis of the paraboloid is completely suppressed - an area free of electromagnetic fields is formed, and the radiation appears as a side lobe with an increased aperture angle, but a much smaller amplitude of the emitted signal. The irradiation zone has the form of a ring and does not allow focusing the radiation energy on the target. The dependence of polarization on the azimuthal angle makes it impossible to use a generator for radar purposes.
Рассмотрим ситуацию с точки зрения наблюдателя, расположенного в максимуме диаграммы направленности этого генератора. Для удобства выберем точку наблюдения так, чтобы она лежала в плоскости, задаваемой осью симметрии параболоида и осью Y (см. фиг. 4).Consider the situation from the point of view of an observer located at the maximum radiation pattern of this generator. For convenience, we choose an observation point so that it lies in a plane defined by the axis of symmetry of the paraboloid and the axis Y (see Fig. 4).
Из соображений симметрии следует, что напряженность электрического поля в точке наблюдения имеет только Y - компоненту. И вклад в него вносят только источники с преобладающей поляризацией вдоль оси Y. Источники с преобладающей поляризацией вдоль оси X практически не влияют на параметры электромагнитного излучения. Таким образом, уже изначально для формирования излучения используется только половина площади зеркала. Второе явление, уменьшающее эффективность использования площади параболоида, связано с тем, что излучение в максимуме диаграммы направленности формируется за счет вычитания излучения от диаметрально противоположных половин параболоида. Это дает потерю еще не менее 50% площади параболоида. Таким образом, не более 25% площади параболоида используются для формирования излучения.It follows from symmetry considerations that the electric field strength at the observation point has only the Y component. And only sources with a predominant polarization along the Y axis contribute to it. Sources with a predominant polarization along the X axis practically do not affect the parameters of electromagnetic radiation. Thus, already initially only half the area of the mirror is used to form radiation. The second phenomenon, which reduces the efficiency of using the area of the paraboloid, is due to the fact that radiation at the maximum of the radiation pattern is formed by subtracting radiation from the diametrically opposite halves of the paraboloid. This gives a loss of at least 50% of the paraboloid area. Thus, no more than 25% of the area of the paraboloid is used to form radiation.
2. Из-за того, что электроны в ускоряющем промежутке «фотокатод-сетка» распространяются по траекториям, направления которых не совпадают продольной осью параболоида, возникает дополнительная фазовая ошибка, ухудшающая направленность излучения. Поскольку электроны распространяются по линиям наименьшего расстояния, то появляется разность хода между разными участками параболоида. Происхождение этой разности иллюстрирует фиг. 2.2. Due to the fact that the electrons in the accelerating gap “photocathode-grid” propagate along trajectories whose directions do not coincide with the longitudinal axis of the paraboloid, an additional phase error arises that worsens the directivity of the radiation. Since the electrons propagate along the lines of the smallest distance, a path difference appears between different sections of the paraboloid. The origin of this difference is illustrated in FIG. 2.
Поверхность фотокатода описывается уравнениемThe surface of the photocathode is described by the equation
y2=4sz,y 2 = 4sz,
где y - расстояние от заданной точки параболоида до оси вращения; z - расстояние от заданной точки параболоида до плоскости перпендикулярной оси вращения и проходящей через вершину параболоида, s - фокусное расстояние параболоида.where y is the distance from a given point of the paraboloid to the axis of rotation; z is the distance from a given point of the paraboloid to the plane perpendicular to the axis of rotation and passing through the vertex of the paraboloid, s is the focal length of the paraboloid.
При облучении из фокуса разность хода между произвольной точкой параболического фотокатода и его вершиной составляетWhen irradiated from focus, the path difference between an arbitrary point of the parabolic photocathode and its peak is
, ,
Вычисленный по этой формуле график зависимости вносимой ускоряющим промежутком разности хода на примере прототипа приведен на фиг. 3 (график а). Как следует из представленного графика разность хода между вершиной параболоида и его периферией параболического диода в данном случае достигает ≈1,5 см.The graph of the dependence of the difference in stroke introduced by the accelerating gap using the example of the prototype is shown in FIG. 3 (graph a). As follows from the graph, the path difference between the top of the paraboloid and its periphery of the parabolic diode in this case reaches ≈1.5 cm.
Вносимая ускоряющим промежутком разность хода приводит к нарушению синхронизации элементарных излучателей в высокочастотной части спектра, что эквивалентно обрезанию высокочастотной части спектра излучаемого ЭМИ. Предельная разность хода, которая не сказывается на работе генератора ЭМИ, равнаThe path difference introduced by the accelerating gap leads to a violation of the synchronization of elementary radiators in the high-frequency part of the spectrum, which is equivalent to cutting off the high-frequency part of the spectrum of the emitted electromagnetic radiation. The limiting stroke difference, which does not affect the operation of the EMP generator, is
, ,
где с=3·108 м/с - скорость света; fup, λup - верхняя граничная частота в спектре импульса и соответствующая ему длина волны соответственно.where c = 3 · 10 8 m / s is the speed of light; f up , λ up is the upper cutoff frequency in the spectrum of the pulse and the corresponding wavelength, respectively.
Если аппроксимировать основной пик импульса излучения функцией,If we approximate the main peak of the radiation pulse by the function,
, ,
где .Where .
то его спектральную плотность можно представить в видеthen its spectral density can be represented as
, ,
где .Where .
Связь временной формы импульса и его частотного спектра иллюстрирует фиг. 5. Как следует из представленных данных, основная часть энергии импульса сосредоточена в диапазоне частот от 0 до . Для ЭО генератора СШП ЭМИ, характерная длительность пика излучаемого импульса составляет τ≈300 пс. Верхняя граничная частота в спектре равна. Тогда предельная допустимая разность хода равна.The relationship of the time shape of the pulse and its frequency spectrum is illustrated in FIG. 5. As follows from the data presented, the bulk of the pulse energy is concentrated in the frequency range from 0 to . For the EO of the UWB EMR generator, the characteristic peak duration of the emitted pulse is τ≈300 ps. The upper cutoff frequency in the spectrum is . Then the maximum allowable stroke difference is .
Таким образом, фактическая разность хода между разными участками параболоида примерно в 3 раза превышает допустимую. Это приводит к размыванию формы импульса и снижению его амплитуды, что влечет за собой ухудшение направленности и снижение интенсивность электромагнитного излучения в зоне облучения.Thus, the actual stroke difference between different sections of the paraboloid is approximately 3 times higher than the permissible one. This leads to erosion of the shape of the pulse and a decrease in its amplitude, which entails a deterioration in directivity and a decrease in the intensity of electromagnetic radiation in the irradiation zone.
Технический результат, достигаемый в предлагаемом техническом решении, заключается в улучшении направленности и увеличении интенсивности генерируемого электромагнитного излучения, что позволит расширить область его применения в радиолокации и технике испытаний на импульсные электромагнитные воздействия.The technical result achieved in the proposed technical solution is to improve the directivity and increase the intensity of the generated electromagnetic radiation, which will expand the scope of its application in radar and testing techniques for pulsed electromagnetic effects.
Заявленный технический результат достигается за счет того, что в генераторе электромагнитных импульсов, который включает в себя 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, новым является то, что сетчатый анод расположен эквидистантно фотокатоду, а рабочая поверхность фотокатода представляет собой несимметричную вырезку из параболоида вращения, деформированного путем сдвига его точек от вершины вдоль оси вращения на величину и вдоль радиуса вращения к оси вращения на величину , где z - расстояние от точки недеформированного параболоида вращения до плоскости перпендикулярной оси вращения и проходящей через вершину параболы; Δ - расстояние между рабочей поверхностью фотокатода и внутренней поверхностью сетчатого анода; s - фокусное расстояние.The claimed technical result is achieved due to the fact that in the electromagnetic pulse generator, which includes a photocathode and a mesh anode, the working surfaces of which are made in the form of surfaces of revolution bodies and which are connected to a voltage source, a pulsed or pulse-periodic light source, a converter, converting radiation of a light source into a spherically diverging wave of optical, ultraviolet, or X-ray radiation, the center of radiation of which coincides with the focus of the photocathode, is new It is that the grid anode located equidistant from the photocathode, the photocathode and the working surface is an asymmetrical clipping of the paraboloid of revolution deformed by shifting its points from the top along a rotational axis by and along the radius of rotation to the axis of rotation by where z is the distance from the point of the undeformed rotation paraboloid to the plane perpendicular to the axis of rotation and passing through the top of the parabola; Δ is the distance between the working surface of the photocathode and the inner surface of the mesh anode; s is the focal length.
Дополнительными отличиями является то, что несимметричная вырезка из параболоида вращения может быть выполнена круговым или овальным цилиндром либо прямоугольной призмой. А конвертер может быть выполнен в виде параболического зеркала с металлическим или с диэлектрическим многослойным покрытием либо виде плоской мишени сферической, конической или плоской формы.Additional differences are that the asymmetric notch of rotation paraboloid can be made with a circular or oval cylinder or a rectangular prism. And the converter can be made in the form of a parabolic mirror with a metal or with a dielectric multilayer coating or as a flat target of a spherical, conical or flat shape.
Размещение сетчатого анода эквидистантно фотокатоду обеспечивает одинаковое время пролета электронов, эмитированных из любой точки фотокатода, что создает условия, необходимое для получения направленного потока электромагнитного излучения.Placing the mesh anode equidistant to the photocathode provides the same transit time of electrons emitted from any point of the photocathode, which creates the conditions necessary to obtain a directed flow of electromagnetic radiation.
Выполнение рабочей поверхности фотокатода в виде несимметричной вырезки из параболоида вращения, деформированного, как указано выше, позволяет устранить подавление излучения в направлении оси параболоида и скомпенсировать разность хода, вносимую ускоряющим промежутком между фотокатодом и анодом, что позволяет улучшить направленность, повысить и интенсивность и расширить частотный спектр электромагнитного излучения.The implementation of the working surface of the photocathode in the form of an asymmetric notch from the paraboloid of rotation deformed, as described above, eliminates the suppression of radiation in the direction of the axis of the paraboloid and compensates for the travel difference introduced by the accelerating gap between the photocathode and the anode, which improves directionality, increases both the intensity and the frequency spectrum of electromagnetic radiation.
Выполнение несимметричной вырезки из параболоида вращения круговым или овальным цилиндром, либо прямоугольной призмой позволяет выбрать оптимальный вариант конструкции генератора.Performing an asymmetric cut from a paraboloid of revolution with a circular or oval cylinder or a rectangular prism allows you to choose the optimal design option for the generator.
Выполнение конвертера в виде параболического зеркала с металлическим или с диэлектрическим многослойным покрытием, позволяет конвертировать оптическое и ультрафиолетовое излучение в расходящуюся волну.The implementation of the converter in the form of a parabolic mirror with a metal or with a dielectric multilayer coating allows you to convert optical and ultraviolet radiation into a diverging wave.
Исполнение конвертера в виде точечной мишени сферической, конической или плоской формы, позволяет конвертировать излучение источника света в расходящееся рентгеновское излучение.The design of the converter as a point target of a spherical, conical or flat shape allows you to convert the radiation of a light source into diverging x-ray radiation.
Пример выполнения предлагаемого генератора ЭМИ поясняется следующими чертежами:An example of the proposed generator EMR is illustrated by the following drawings:
Фиг. 1 - конструкция генератора ЭМИ;FIG. 1 - design of an EMP generator;
Фиг. 2 - схема формирования и компенсации ошибки синхронизации;FIG. 2 is a diagram of generating and compensating for a synchronization error;
Фиг. 3 - графики зависимости разности хода для сверхширокополосного генератора электромагнитных импульсов (СШП ЭМИ) и генератора, предлагаемого в данном изобретении от расстояния до вершины параболоида;FIG. 3 is a graph of the dependence of the stroke difference for an ultra-wideband electromagnetic pulse generator (UWB EMP) and the generator proposed in this invention from the distance to the top of the paraboloid;
Фиг. 4 - схема распределения излучающих токов прототипа для наблюдателя, находящегося на оси параболоида;FIG. 4 is a diagram of a distribution of radiating currents of a prototype for an observer located on the axis of a paraboloid;
Фиг. 5 - связь временной формы импульса и его частотного спектра.FIG. 5 - the relationship of the temporal shape of the pulse and its frequency spectrum.
На фигурах позициями обозначены: 1 - фотокатод; 2 - сетчатый анод; 3 - импульсный или импульсно-периодический источник света; 4 - конвертер, 5 - ось вращения параболоида; 6 - участок фотокатода до деформации и 7 - после деформации; 8 - траектория поворота (смещения) точки поверхности параболоида при его деформации; 9 - фокус параболоида вращения; Δ - ширина межэлектродного зазора; δ - ошибка синхронизации; ϕ - угол между лучом, исходящим из фокуса, и осью вращения; β - угол между нормалью к поверхности фотокатода и плоскостью, перпендикулярной продольной оси параболоида; а - зависимость разности хода от расстояния точки фотокатода до вершины параболоида вдоль оси вращения, б - то же, для фотокатода, форма которого скорректирована согласно предлагаемому изобретению.In the figures, the positions indicated: 1 - photocathode; 2 - mesh anode; 3 - pulse or pulse-periodic light source; 4 - converter, 5 - axis of rotation of the paraboloid; 6 - section of the photocathode before deformation and 7 - after deformation; 8 - trajectory of rotation (displacement) of a surface point of a paraboloid during its deformation; 9 - focus of the paraboloid of rotation; Δ is the width of the interelectrode gap; δ is the synchronization error; ϕ is the angle between the beam emanating from the focus and the axis of rotation; β is the angle between the normal to the surface of the photocathode and the plane perpendicular to the longitudinal axis of the paraboloid; a - dependence of the path difference on the distance of the point of the photocathode to the top of the paraboloid along the axis of rotation, b - the same for the photocathode, the shape of which is adjusted according to the invention.
В качестве источника света 3 возможно использование, например, неодимового лазера, работающего на второй гармонике (λ=0,53 мкм), или ультрафиолетового лазера. В первом случае возможные материалы для фотокатода 1: покрытие с отрицательным электронным сродством на основе GaAs, легированного цезием, либо Cs2Те; во втором случае применимы покрытия на основе окислов металлов типа W-Zr-O. Если генератор ЭМИ предполагается использовать в условиях постоянного освещения, например, дневного света, то рекомендуется использовать ультрафиолетовый лазер в совокупности с фотокатодом из материалов типа Cs2Те или Rb2Те, нечувствительных к освещению светом видимого диапазона спектра. Источник света 3 размешается за плоскостью фотокатода так, чтобы его луч был перпендикулярен плоскости фотокатода и проходил через оптический центр конвертера. Сетчатый анод 2 возможно изготовить из тонкой металлической проволоки, например из вольфрама или тантала, добиваясь прозрачности >90%. Это позволит свести потери отраженного света и ускоренных электронов к незначительным. Конвертер 4 может быть выполнен либо в виде параболического зеркала, которое можно изготовить или с металлическим, или с диэлектрическим многослойным покрытием (нечетные слои из материала с высоким показателем преломления - сульфид цинка или сурьмы, окислы титана, циркония, гафния, тория, свинца, а четные слои - из материалов с низким показателем преломления - фторид магния, стронция, двуокись кремния), либо виде плоской мишени из материала с большим атомным номером (золото) и размером и 1 мм, преобразующей лазерное излучения в ультрафиолетовое или рентгеновское излучения.As the
В том случае, если импульс лазерного излучения конвертируется в импульс рентгеновского излучения, в качестве фотокатода 1 можно использовать обычные металлы: сталь, никель, алюминий и т.д.In the event that the laser pulse is converted into an X-ray pulse, ordinary metals can be used as photocathode 1: steel, nickel, aluminum, etc.
Перед началом работы генератора ЭМИ с помощью источника напряжения подают на промежуток “фотокатод-анод” напряжение, например, величиной 100 кВ. Далее работает генератор ЭМИ следующим образом. Запускается импульсный или импульсно-периодический источник света 3, который генерирует мощные импульсы света длительностью, например, 20-100 пс, которые направляются на конвертер 4. Конвертер 4 в свою очередь преобразует лазерный луч в сферически расходящуюся волну оптического, ультрафиолетового или рентгеновского излучения. Сферическая волна, расширяясь, освещает фотокатод и инициирует поверхностную волну эмиссии электронов, бегущую вдоль фотокатода в направлении от точки фотокатода, находящейся на минимальном расстоянии от центра сферической волны. Эмитированные электроны ускоряются в промежутке “фотокатод-анод”, а затем инжектируются сквозь сетчатый анод 2. Тогда на внешней поверхности анода образуется волна инжекции электронов, бегущая вдоль анодной сетки в направлении от точки анода, находящейся на минимальном расстоянии от центра сферической волны. Эта волна инжекции электронов и является источником электромагнитной волны.Before starting the operation of the EMP generator, a voltage, for example, 100 kV, is supplied to the “photocathode-anode” gap by means of a voltage source. Next, the EMP generator operates as follows. A pulsed or pulsed-periodic
Для того чтобы компенсировать разность хода, вносимую ускоряющим промежутком, форма фотокатода должна быть скорректирована. Как следует из второго уравнения (см. стр. 2-3), чем дальше от вершины находится точка параболоида, тем больше для нее разность хода (запаздывание), вносимая ускоряющим промежутком. Следовательно, для компенсации каждую точку параболоида, не совпадающую с его вершиной, необходимо повернуть вокруг фокуса так чтобы она сдвинулась вдоль оси вращения на расстояние, равное вносимой разности хода (обозначено δ на фиг. 2).In order to compensate for the travel difference introduced by the accelerating gap, the shape of the photocathode must be adjusted. As follows from the second equation (see p. 2-3), the farther the paraboloid point is from the vertex, the greater the difference in travel (delay) introduced by the accelerating gap. Therefore, to compensate for each point of the paraboloid that does not coincide with its vertex, it is necessary to turn around the focus so that it moves along the axis of rotation by a distance equal to the introduced travel difference (indicated by δ in Fig. 2).
Новые координаты каждой точки фотокатода будут равны:The new coordinates of each point of the photocathode will be equal to:
. .
При выводе этих соотношений движение по окружности заменялось движением по касательной.When deriving these relations, the movement around the circle was replaced by the movement along the tangent.
Принимая во внимание, что ; , имеемTaking into account that ; , we have
, ,
То есть каждую точку фотокатода с разными координатами передвигаем на разные расстояния. Хотя предложенная коррекция формы параболоида не является идеальной, поскольку, во-первых, сдвиг по окружности заменяется сдвигом по касательной, а во-вторых, при деформации меняется направление нормали к поверхности фотокатода, погрешность такой коррекции для реальных конструкций не играет заметной роли. Результаты расчета разности хода для излучателя со скорректированной формой фотокатода на примере прототипа приведены на фиг. 3 (график б). Расчет проводился по формулеThat is, we move each point of the photocathode with different coordinates at different distances. Although the proposed correction of the shape of the paraboloid is not ideal, because, firstly, the circumferential shift is replaced by the tangential shift, and secondly, when the deformation is changed, the normal direction to the photocathode surface changes, the error of such correction for real structures does not play a significant role. The calculation results of the path difference for the emitter with the corrected shape of the photocathode on the example of the prototype are shown in Fig. 3 (graph b). The calculation was carried out according to the formula
. .
Как показывают результаты расчета, максимальная разность хода при скорректированном фотокатоде не превышает 1,3 мм, что намного меньше предельной допустимой разности хода при существующих временных параметрах излучаемых импульсов.As the calculation results show, the maximum path difference with the corrected photocathode does not exceed 1.3 mm, which is much less than the maximum allowable path difference for the existing time parameters of the emitted pulses.
В предлагаемом генераторе излучающие токи на различных участках анода имеют практически одинаковую поляризацию, что позволяет эффективно использовать площадь излучателя. Учитывая, что в прототипе эффективно используется не более 25% площади излучателя, предлагаемое изобретение позволяет при тех же поперечных размерах увеличить эффективный раскрыв минимум в 4 раза, что эквивалентно увеличению плотности мощности более чем в 16 раз.In the proposed generator, the radiating currents in different sections of the anode have almost the same polarization, which allows you to effectively use the area of the emitter. Given that the prototype effectively uses no more than 25% of the area of the emitter, the present invention allows for the same transverse dimensions to increase the effective opening of at least 4 times, which is equivalent to an increase in power density of more than 16 times.
Таким образом, все новые признаки обеспечивают достижение технического результата, а именно улучшения направленности и увеличения интенсивности генерируемого ЭМИ.Thus, all new features ensure the achievement of a technical result, namely, an improvement in directivity and an increase in the intensity of the generated EMR.
Claims (3)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2014135085/07A RU2572104C1 (en) | 2014-08-26 | 2014-08-26 | Generator of electromagnetic pulses |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2014135085/07A RU2572104C1 (en) | 2014-08-26 | 2014-08-26 | Generator of electromagnetic pulses |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2572104C1 true RU2572104C1 (en) | 2015-12-27 |
Family
ID=55023480
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2014135085/07A RU2572104C1 (en) | 2014-08-26 | 2014-08-26 | Generator of electromagnetic pulses |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2572104C1 (en) |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2738959C1 (en) * | 2020-05-15 | 2020-12-21 | Федеральное государственное унитарное предприятие "Российский Федеральный ядерный центр - Всероссийский научно-исследовательский институт экспериментальной физики" (ФГУП "РФЯЦ-ВИИЭФ") | Electromagnetic pulse generator |
RU221563U1 (en) * | 2023-08-02 | 2023-11-13 | Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Федеральный исследовательский центр "Институт общей физики им. А.М. Прохорова Российской академии наук" (ИОФ РАН) | DEVICE FOR GENERATING BROADBAND SIGNALS |
Citations (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2006037918A2 (en) * | 2004-10-05 | 2006-04-13 | Commissariat A L'energie Atomique | Microwave generating device with oscillating virtual cathode |
RU2361313C1 (en) * | 2007-11-26 | 2009-07-10 | Российская Федерация от имени которой выступает государственный заказчик - Федеральное агентство по атомной энергии | Electromagnetic pulse generator |
RU2388100C1 (en) * | 2008-12-15 | 2010-04-27 | Российская Федерация, от имени которой выступает Государственная корпорация по атомной энергии "Росатом" | Electromagnetic pulse generator |
-
2014
- 2014-08-26 RU RU2014135085/07A patent/RU2572104C1/en active
Patent Citations (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2006037918A2 (en) * | 2004-10-05 | 2006-04-13 | Commissariat A L'energie Atomique | Microwave generating device with oscillating virtual cathode |
RU2361313C1 (en) * | 2007-11-26 | 2009-07-10 | Российская Федерация от имени которой выступает государственный заказчик - Федеральное агентство по атомной энергии | Electromagnetic pulse generator |
RU2388100C1 (en) * | 2008-12-15 | 2010-04-27 | Российская Федерация, от имени которой выступает Государственная корпорация по атомной энергии "Росатом" | Electromagnetic pulse generator |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2738959C1 (en) * | 2020-05-15 | 2020-12-21 | Федеральное государственное унитарное предприятие "Российский Федеральный ядерный центр - Всероссийский научно-исследовательский институт экспериментальной физики" (ФГУП "РФЯЦ-ВИИЭФ") | Electromagnetic pulse generator |
RU221563U1 (en) * | 2023-08-02 | 2023-11-13 | Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Федеральный исследовательский центр "Институт общей физики им. А.М. Прохорова Российской академии наук" (ИОФ РАН) | DEVICE FOR GENERATING BROADBAND SIGNALS |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
Kando et al. | Enhancement of photon number reflected by the relativistic flying mirror | |
Fuks et al. | Application of a magnetic mirror to increase total efficiency in relativistic magnetrons | |
Veisz et al. | Hybrid dc–ac electron gun for fs-electron pulse generation | |
RU2388100C1 (en) | Electromagnetic pulse generator | |
El’chaninov et al. | Coherent summation of power of nanosecond relativistic microwave oscillators | |
Manuilov et al. | Gyrotron collector systems: Types and capabilities | |
Torrisi et al. | Self-focusing effect in Au-target induced by high power pulsed laser at PALS | |
Bolotovskiĭ et al. | Radiation of superluminal sources in empty space | |
RU2572104C1 (en) | Generator of electromagnetic pulses | |
JP4822267B2 (en) | Dual-band short-pulse high-intensity light source device | |
Láska et al. | Properties of iodine laser-produced stream of multiply charged heavy ions of different elements | |
RU2488909C2 (en) | Method for generation of uhf range broadband electromagnetic radiation and device for its implementation | |
RU2361313C1 (en) | Electromagnetic pulse generator | |
RU2570196C1 (en) | Generator of electromagnetic pulses | |
RU2175154C2 (en) | Electromagnetic pulse generator | |
TWI534521B (en) | Antenna system generating quasi relativistic radiation | |
RU2562831C1 (en) | Generator of electromagnetic pulses | |
RU2738959C1 (en) | Electromagnetic pulse generator | |
RU2650103C1 (en) | Electromagnetic pulses generator | |
Kondrat'ev et al. | Experimental study of a microwave-radiation generator based on a superlight source. | |
Geng et al. | Quasimonochromatic bright gamma-ray generation from synchronized Compton scattering via azimuthal spatial-temporal coupling | |
RU201842U1 (en) | Vircator | |
RU2827102C1 (en) | Method of generating electromagnetic radiation in microwave range | |
RU2552518C2 (en) | Method of generation of broadband electromagnetic radiation of uhf range | |
Kozlovskii et al. | Terahertz Radiation of a Low-inductance Discharge in Vacuum with Laser-plasma Initiation |