RU56651U1

RU56651U1 - SHF-PULSE SHAPER WITH POST-PULSE RADIATION RADIATION CELL FOR NANOSECOND RADAR

Info

Publication number: RU56651U1
Application number: RU2006115249/22U
Authority: RU
Inventors: Роман Васильевич Шпунтов; Сергей Автономович Новиков; Павел Юрьевич Чумерин
Original assignee: Федеральное государственное научное учреждение "Начно-исследовательский институт ядерной физики"
Priority date: 2006-05-02
Filing date: 2006-05-02
Publication date: 2006-09-10

Abstract

Формирователь СВЧ-импульсов с элементом подавления послеимпульсного излучения для наносекундного радиолокатора предназначен для генерации наносекундных импульсов и предотвращения распространения входного микросекундного излучения генератора на выход. Технический результат разработки данной полезной модели заключается в сокращении величины сквозного распространения СВЧ энергии от генератора к нагрузке, в следствии чего послеимпульсная величина сокращается, что улучшает характеристики РЛС, а именно ее разрешающую способность. Устройство содержит подключенный к СВЧ-генератору резонансный объем, образованный отрезком регулярного волновода ограниченным на входе элементом возбуждения, а со стороны выхода Т-образным Н-тройником с поджигающим электродом в короткозамкнутом плече и блок синхронизации. Существенным отличием разработки данной полезной модели является то, что в конструкцию введен элемент подавленя послеимпульсного излучения, выполненный в виде Т-образного Н-тройника с поджигающим электродом в короткозамкнутом плече, длина которого равна (2т-1) λ_b/4, где λ_b - длина волна в волноводе, m - целое число, при этом поджигающий электрод соединен с блоком синхронизации.A microwave pulse generator with an element for suppressing post-pulse radiation for a nanosecond radar is designed to generate nanosecond pulses and prevent the spread of the input microsecond radiation from the generator to the output. The technical result of the development of this utility model is to reduce the magnitude of the through propagation of microwave energy from the generator to the load, as a result of which the post-pulse quantity is reduced, which improves the radar characteristics, namely its resolution. The device contains a resonant volume connected to a microwave generator, formed by a segment of a regular waveguide with an excitation element bounded at the input, and a T-shaped H-tee with a firing electrode in a short-circuited arm and an synchronization unit on the output side. A significant difference in the development of this utility model is that the element of suppression of post-pulsed radiation, made in the form of a T-shaped H-tee with a firing electrode in a short-circuited arm, the length of which is (2t-1) λ _b / 4, where λ _b is the wavelength in the waveguide, m is an integer, while the ignition electrode is connected to the synchronization unit.

Description

Предлагаемая полезная модель относится к технике сверхвысоких частот (СВЧ) и предназначена для генерации наносекундных импульсов с временной компрессией импульса передатчика.The proposed utility model relates to the microwave technology and is intended to generate nanosecond pulses with temporary compression of the transmitter pulse.

Известно, что радиолокационные станции (РЛС) использующие в качестве зондирующего сигнала наносекундные импульсы могут быть конструктивно выполнены по разному: иметь на входе СВЧ импульс наносекундной длительности, поступающий с СВЧ генератора или формировать этот импульс путем временного сжатия микросекундных импульсов, поступающих с промышленного СВЧ генератора, с помощью СВЧ резонатора. В случае формирования импульса сжатием, существует проблема - большая величина энергии послеимпульсного излучения. Это излучение возникает в тот момент времени, когда накопленный наносекундный импульс начинает излучаться, а энергия, поступающая с СВЧ-генератора микросекундных импульсов, распространяется через резонатор в нагрузку. Таким образом, излучается не только наносекундный импульс, но еще и часть микросекундного импульса. Во время вывода накопленного наносекундного импульса, микросекундное излучение просачивается с генератора в нагрузку и как следствие ухудшает технические показатели РЛС. Величина энергии просачивания зависит от конструкции формирователя и составляет значительную часть от мощности генератора. При сквозном распространении микросекундного импульса с генератора в нагрузку, он излучается в пространство, затем он отражается от поверхности зондирования и поступает в приемную систему РЛС, при этом мешает определению объектов тех размеров, для которых предназначена данная наносекундная РЛС. Применение в радиолокации наносекундных импульсов в качестве зондирующего сигнала дает выигрыш в разрешающей способности РЛС, и обеспечивает определение местоположения цели с точностью до десятков сантиметров.It is known that radar stations using nanosecond pulses as a probe signal can be constructed in different ways: have a nanosecond pulse at the input of a microwave pulse coming from a microwave generator or generate this pulse by temporarily compressing microsecond pulses from an industrial microwave generator, using a microwave resonator. In the case of pulse formation by compression, there is a problem - a large amount of post-pulse radiation energy. This radiation occurs at a time when the accumulated nanosecond pulse begins to be emitted, and the energy coming from the microwave generator of microsecond pulses propagates through the resonator into the load. Thus, not only a nanosecond pulse is emitted, but also a part of a microsecond pulse. During the output of the accumulated nanosecond pulse, microsecond radiation seeps from the generator into the load and as a result worsens the technical performance of the radar. The amount of leakage energy depends on the design of the shaper and is a significant part of the generator power. When a microsecond pulse passes through the generator into the load through it, it is radiated into space, then it is reflected from the sensing surface and enters the radar receiving system, while interfering with the determination of objects of the sizes for which this nanosecond radar is intended. The use of nanosecond pulses in radar as a probe signal gives a gain in the resolution of the radar, and provides target location with an accuracy of tens of centimeters.

Известно устройство формирования СВЧ-импульсов [RU, патент №2137265] содержащее СВЧ-генератор, накопительный резонансный объем, ограниченный элементом возбуждения и элементом вывода энергии и электронный коммутатор. Накопительный резонансный объем выполнен из круглого волновода диаметра d длиной рλ_b/2, где р - целое число, λ_b - длина волны в волноводе. Электронный коммутатор выполнен в виде закороченного с одной стороны волноводного отрезка длиной λ_b/2, A device for generating microwave pulses [RU, patent No. 2137265] containing a microwave generator, a storage resonant volume limited by an excitation element and an energy output element and an electronic switch is known. The storage resonant volume is made of a circular waveguide of diameter d of length pλ _b / 2, where p is an integer, λ _b is the wavelength in the waveguide. The electronic switch is made in the form of a shorted on one side of the waveguide segment length λ _b / 2,

расположен вне основного резонансного объема и присоединен второй стороной через окно связи, равное поперечному сечению волноводного отрезка, к торцевой стенке цилиндрического резонатора на расстоянии d/4 от ее оси. Устройство вывода энергии выполнено в виде отрезка прямоугольного волновода.located outside the main resonant volume and connected by the second side through the communication window, equal to the cross section of the waveguide segment, to the end wall of the cylindrical resonator at a distance d / 4 from its axis. The energy output device is made in the form of a segment of a rectangular waveguide.

Недостатком данного устройства является величина энергии, которая распространяется с генератора на нагрузку во время вывода накопленной электромагнитной волны.The disadvantage of this device is the amount of energy that is distributed from the generator to the load during the output of the accumulated electromagnetic wave.

Устройство формирования наносекундных СВЧ-импульсов [Ю.Г.Юшков, Н.Н.Бадулин, А.П.Бацула, А.И.Мельников, С.А.Новиков, С.В.Разин, Е.Л.Шошин. Наносекундный радиолокатор с временной компрессией СВЧ-импульсов передатчика. Электромагнитные волны & электронные системы, №6, т.2, 1997, с.71-76], выбранное в качестве прототипа, содержит подключенный к СВЧ-генератору резонансный объем, образованный отрезком регулярного волновода, ограниченным на входе элементом возбуждения и со стороны выхода тройником с поджигающим электродом в короткозамкнутом плече и блок синхронизации. Тройник соединен с согласованной нагрузкой. Длина короткозамкнутого плеча тройника выбрана такой, чтобы в режиме накопления энергии волны, излучаемые из этого плеча и резонатора в направлении к согласованной нагрузке, интерферировали в противофазе, а в режиме вывода после срабатывания поджигающего электрода суммировались в фазе.The device for the formation of nanosecond microwave pulses [Yu.G. Yushkov, NN Badulin, A.P. Batsula, A.I. Melnikov, S.A. Novikov, S.V. Razin, E.L. Shoshin. Nanosecond radar with temporary compression of the microwave pulses of the transmitter. Electromagnetic waves & electronic systems, No. 6, v.2, 1997, pp. 71-76], selected as a prototype, contains a resonant volume connected to a microwave generator, formed by a regular waveguide segment, an excitation element bounded at the input and from the output side a tee with a firing electrode in a short-circuited shoulder and a synchronization unit. The tee is connected to the matched load. The length of the short-circuited arm of the tee is chosen so that in the energy storage mode, the waves emitted from this arm and the resonator towards the matched load interfere in antiphase, and in the output mode after the ignition electrode is triggered, they are summed in phase.

Известное устройство работает следующим образом. В режиме формирования наносекундных СВЧ-импульсов элемент возбуждения, выполненный в виде диафрагмы, пропускает волну в резонансный объем. Выходной тройник настраивается таким образом, чтобы волна поступающая из резонансного объема и отраженная из короткозамкнутого плеча интерферировали в противофазе. Для этого длина короткозамкнутого плеча должна быть равна mλ_b/2, где λ_b- длина волны в волноводе и m - целое число. Тройник имеет поджигающий электрод, расположенный в короткозамкнутом плече таким образом, что в режиме накопления электромагнитной волны расстояние от него до закорачивающей стенки равно λ_b/4, где λ_b - длина волны в волноводе. В режиме вывода - после срабатывания поджигающего электрода в короткозамкнутом плече тройника образуется плазменный разряд и отраженная от него волна суммируется по фазе с падающей волной. Таким образом, короткий наносекундный импульс большой мощности поступает в выходной волноводный тракт и далее на согласованную нагрузку. Поперечные размеры волновода, из которого выполнен тройник, равны поперечным размерам резонансного объема.The known device operates as follows. In the mode of formation of nanosecond microwave pulses, the excitation element, made in the form of a diaphragm, transmits a wave into the resonant volume. The output tee is tuned so that the wave coming from the resonant volume and reflected from the short-circuited arm interferes in antiphase. For this, the length of the short-circuited arm must be equal to mλ _b / 2, where λ _b is the wavelength in the waveguide and m is an integer. The tee has a firing electrode located in the short-circuited shoulder in such a way that in the mode of accumulation of the electromagnetic wave, the distance from it to the short-circuiting wall is λ _b / 4, where λ _b is the wavelength in the waveguide. In the output mode, after the ignition electrode is triggered, a plasma discharge forms in the short-circuited arm of the tee and the wave reflected from it is summed in phase with the incident wave. Thus, a short nanosecond pulse of high power enters the output waveguide path and then to the matched load. The transverse dimensions of the waveguide from which the tee is made are equal to the transverse dimensions of the resonant volume.

К недостаткам устройства относится то, что во время вывода энергии входная волна с генератора просачивается на выход к согласованной нагрузке, что ухудшает характеристики радиолокатора.The disadvantages of the device include the fact that during the energy output, the input wave from the generator leaks to the output to the matched load, which affects the characteristics of the radar.

Задача данной полезной модели разработать формирователь наносекундных СВЧ-импульсов, который позволяет подавлять послеимпульсное излучение.The objective of this utility model is to develop a nanosecond microwave pulse generator that can suppress post-pulse radiation.

Технический результат разработки данной полезной модели заключается в сокращении величины сквозного распространения СВЧ энергии от генератора к нагрузке, в следствии чего послеимпульсная величина сокращается, что улучшает характеристики РЛС, а именно ее разрешающую способность.The technical result of the development of this utility model is to reduce the magnitude of the through propagation of microwave energy from the generator to the load, as a result of which the post-pulse quantity is reduced, which improves the radar characteristics, namely its resolution.

Поставленная задача решается тем, что предлагаемое устройство - формирователь СВЧ-импульсов с элементом подавления послеимпульсного излучения для наносекундного радиолокатора, как и прототип, содержит подключенный к СВЧ-генератору резонансный объем, образованный отрезком регулярного волновода, ограниченным на входе элементом возбуждения, а на выходе Т-образным Н-тройником с поджигающим электродом в короткозамкнутом плече и блок синхронизации. В отличии от прототипа, устройство дополнительно содержит элемент подавления послеимпульсного излучения, установленный перед элементом возбуждения и выполненный в виде Т-образного Н-тройника с поджигающим электродом в короткозамкнутом плече, при этом поджигающий электрод соединен с блоком синхронизации.The problem is solved in that the proposed device is a microwave pulse generator with an element for suppressing post-pulse radiation for a nanosecond radar, as well as the prototype, contains a resonant volume connected to the microwave generator, formed by a segment of a regular waveguide, limited by an excitation element at the input, and at the output T -shaped H-tee with a firing electrode in a squirrel-cage arm and a synchronization unit. Unlike the prototype, the device further comprises an element for suppressing post-pulse radiation mounted in front of the excitation element and made in the form of a T-shaped H-tee with a firing electrode in a short-circuited arm, while the firing electrode is connected to the synchronization unit.

Для того, чтобы в режиме накопления энергии, волна поступающая с генератора и отраженная из короткозамкнутого плеча интерферировали в фазе, а в режиме вывода энергии, волна поступающая с генератора и отраженная из короткозамкнутого плеча интерферировали в противофазе, длина короткозамкнутого плеча дополнительного Т-образного Н-тройника выбрана из условия (2m-1) λ_b/4, где λ_b - длина волны в волноводе, m - целое число.In order for the wave coming from the generator and reflected from the short-circuited arm to interfere in the phase in the energy storage mode, and in the mode of energy output, the wave coming from the generator and reflected from the short-circuited arm to interfere in phase, the length of the short-circuited shoulder of the additional T-shaped Н- the tee is selected from the condition (2m-1) λ _b / 4, where λ _b is the wavelength in the waveguide, m is an integer.

На Фиг.1 представлена схема формирователя СВЧ-импульсов с элементом подавления послеимпульсного излучения для наносекундного радиолокатора.Figure 1 presents a diagram of a microwave pulse shaper with an element for suppressing post-pulse radiation for a nanosecond radar.

Весь передающий тракт РЛС состоит из генератора микросекундных импульсов 1, последовательно присоединенных к нему циркулятора 2 и фазовращателя 3. К выходу фазовращателя 3 присоединен входной волноводный Т-образный Н-тройник 4. Этот тройник, имеет поджигающий электрод 9 расположенный в широкой стенке короткозамкнутого плеча таким образом, что расстояние от него до закорачивающей стенки равно λ_b/4, где λ_b - длина волны в волноводе. Второе открытое плечо входного Т-образного Н-тройника 4 присоединено к резонансному объему 5 ограниченному на входе The entire radar transmission path consists of a microsecond pulse generator 1, a circulator 2 and a phase shifter 3 connected in series to it. An input waveguide T-shaped H-tee 4 is connected to the output of the phase shifter 3. This tee has an ignition electrode 9 located in the wide wall of the short-circuited shoulder so so that the distance from it to the shorting wall is λ _b / 4, where λ _b is the wavelength in the waveguide. The second open shoulder of the input T-shaped H-tee 4 is connected to the resonant volume 5 limited at the input

элементом возбуждения, выполненным в виде диафрагмы 11, а на выходе волноводным выходным Т-образным Н-тройником 6. Этот тройник, как и входной Т-образный Н-тройник 4, имеет поджигающий электрод 7 расположенный в широкой стенке короткозамкнутого плеча таким образом, что расстояние от него до закорачивающей стенки равно λ_b/4, где λ_b -длина волны в резонансном объеме 5. Поджигающие электроды 7 и 9 управляются блоком синхронизации поджига 8. Поперечные размеры волноводов, из которых выполнены тройники 4 и 6 одинаковы и равны поперечным размерам резонансного объема. Выходной волноводный Т-образный Н-тройник 6 присоединен к антенной системе 10. Существенное отличие предлагаемого устройства состоит в том, что в конструкцию введен элемент, позволяющий подавлять послеимпульсное излучение, выполненный в виде Т-образного Н-тройника 4.the excitation element, made in the form of a diaphragm 11, and the output of the waveguide output T-shaped H-tee 6. This tee, like the input T-shaped H-tee 4, has a firing electrode 7 located in the wide wall of the short-circuited shoulder so that the distance from it to the shorting wall is λ _b / 4, where λ _b is the wavelength in the resonant volume 5. The ignition electrodes 7 and 9 are controlled by the ignition synchronization unit 8. The transverse dimensions of the waveguides from which the tees 4 and 6 are made are identical and equal to the transverse dimensions reason total volume. The output waveguide T-shaped H-tee 6 is connected to the antenna system 10. A significant difference between the proposed device is that an element is introduced into the structure that allows to suppress post-pulse radiation made in the form of a T-shaped H-tee 4.

Устройство работает следующим образом. При формировании наносекундных импульсов, входной волноводный Т-образный Н-тройник 4 пропускает электромагнитную волну в резонансный объем 5. Входной Т-образный Н-тройник 4 изготовлен так, что волна, поступающая с генератора, и отраженная из короткозамкнутого плеча интерферировали в фазе. Для этого длина короткозамкнутого плеча входного Т-образного Н-тройника 4 должна быть равна (2m-1) λ_b/4, где λ_b - длина волна в волноводе, m - целое число. Выходной Т-образный Н-тройник 6 изготовлен так, что волна, поступающая из резонансного объема 5, и отраженная из короткозамкнутого плеча интерферировали в противофазе. Для этого длина короткозамкнутого плеча выходного Т-образного Н-тройника 6 должна быть равна mλ_b/2, где λ_b - длина волна в резонаторе, m - целое число. В режиме вывода накопленной электромагнитной волны срабатывает поджигающий электрод 9, в короткозамкнутом плече входного Т-образного Н-тройника 4 образуется плазменный разряд и отраженная от него волна интерферирует в противофазе с падающей волной. Таким образом, электромагнитная волна, поступающая с генератора СВЧ-импульсов 1, закорачивается и не попадает в резонансный объем 5. Одновременно с поджигающим электродом 9 срабатывает поджигающий электрод 7, в короткозамкнутом плече выходного Т-образного Н-тройника 6 образуется плазменный разряд и отраженная от него волна суммируется по фазе с падающей волной. В результате короткий наносекундный импульс поступает в антенную систему 10.The device operates as follows. During the formation of nanosecond pulses, the input waveguide T-shaped H-tee 4 passes an electromagnetic wave into the resonant volume 5. The input T-shaped H-tee 4 is made so that the wave coming from the generator and reflected from the short-circuited arm interfered in the phase. For this, the length of the short-circuited shoulder of the input T-shaped H-tee 4 should be equal to (2m-1) λ _b / 4, where λ _b is the wavelength in the waveguide, m is an integer. The output T-shaped H-tee 6 is made so that the wave coming from the resonant volume 5 and reflected from the short-circuited arm interfered in antiphase. For this, the length of the short-circuited arm of the output T-shaped H-tee 6 should be equal to mλ _b / 2, where λ _b is the wavelength in the resonator, m is an integer. In the output mode of the accumulated electromagnetic wave, the ignition electrode 9 is triggered, a plasma discharge is formed in the short-circuited arm of the input T-shaped H-tee 4 and the wave reflected from it interferes in antiphase with the incident wave. Thus, the electromagnetic wave coming from the microwave pulse generator 1 is shorted and does not fall into the resonant volume 5. Simultaneously with the ignition electrode 9, the ignition electrode 7 is triggered, a plasma discharge is formed in the short-circuited arm of the output T-shaped H-tee 6 and reflected from the wave is summed in phase with the incident wave. As a result, a short nanosecond pulse enters the antenna system 10.

Коэффициент связи для устройства не содержащего элемент подавления послеимпульсного излучения [Дж.Альтман. Устройства сверхвысоких частот. M. Мир. 1968], с резонатором работающим на частоте 3,12 ГГц и выполненным из отрезка регулярного волновода с поперечным сечением 72,14-34,04 мм, [А.Л.Фельдштейн, Л.Р.Явич, В.П.Смирнов. Справочник по элементам волноводной техники. M. Советское The coupling coefficient for a device not containing an element for suppressing post-pulse radiation [J. Altman. Super high frequency devices. M. World. 1968], with a resonator operating at a frequency of 3.12 GHz and made from a segment of a regular waveguide with a cross section of 72.14-34.04 mm, [A.L. Feldstein, L.R. Yavich, V.P. Smirnov. Guide to the elements of waveguide technology. M. Soviet

радио. 1967, с.115] в режиме вывода накопленной электромагнитной волны, составляет - 20 дб. Входной тройник представляет собой режекторный фильтр и добавляет - 40 дб к рассчитанному коэффициенту связи. Таким образом, суммарное просачивание волны в данном формирователе равно- 60 дб, что существенно улучшает характеристики РЛС.radio. 1967, p.115] in the mode of output of the accumulated electromagnetic wave, is - 20 dB. The input tee is a notch filter and adds - 40 dB to the calculated coupling coefficient. Thus, the total leakage of the wave in this shaper is equal to 60 dB, which significantly improves the radar characteristics.

Claims

Microwave pulse generator with a post-pulse suppression element for a nanosecond radar, containing a resonant volume connected to the microwave generator, formed by a regular waveguide segment with an excitation element bounded at the input, and a T-shaped H-tee with a firing electrode in a short-circuited arm and a block on the output side synchronization, characterized in that it further comprises an element for suppressing post-pulse radiation installed in front of the excitation element and made in the form of T-o various H-tee with the igniter electrode shorted shoulder, which is the length of (2m-1) λ _b / 4, where λ _b - length of the wave in the waveguide, m - an integer, wherein the igniter is connected to the synchronization block.