RU83375U1 - Формирователь импульсов - Google Patents
Формирователь импульсов Download PDFInfo
- Publication number
- RU83375U1 RU83375U1 RU2008148860/22U RU2008148860U RU83375U1 RU 83375 U1 RU83375 U1 RU 83375U1 RU 2008148860/22 U RU2008148860/22 U RU 2008148860/22U RU 2008148860 U RU2008148860 U RU 2008148860U RU 83375 U1 RU83375 U1 RU 83375U1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- tee
- resonator
- length
- microwave
- spiral
- Prior art date
Links
Landscapes
- Constitution Of High-Frequency Heating (AREA)
Abstract
Формирователь импульсов, содержащий СВЧ-генератор, соединенный элементом связи с накопительным резонатором и тройником, выполненными в виде коаксиально расположенных наружного и внутреннего проводников, и имеющий разрядный промежуток, расположенный в закороченном плече тройника, отличающийся тем, что внутренний проводник выполнен в виде спирали, при этом длина накопительного резонатора Lp определяется соотношением а длина закороченного плеча Ln: где λ - длина волны в свободном пространстве, k - коэффициент замедления спирали, n - целое число.
Description
Полезная модель относится к технике СВЧ, конкретно к области формирования импульсов СВЧ-энергии и может быть использована в различных системах ВЧ питания электрофизической аппаратуры, например, ускорителей заряженных частиц, в радиолокации, при исследовании взаимодействия электромагнитных импульсов с различными средами и объектами.
Известны формирователи импульсов, основанные на накоплении СВЧ-энергии в резонансных объемах с последующим быстрым ее выводом в нагрузку [Диденко А.Н., Юшков Ю.Г. Мощные СВЧ-импульсы наносекундной длительности. М.: Энергоатомиздат, 1984. 112 с.].
Известен формирователь СВЧ-импульсов, содержащий СВЧ-генератор, накопительный резонатор и волноводный тройник [Девятков Н.Д., Диденко А.Н. и др. Формирование мощных импульсов при накоплении СВЧ-энергии в резонаторе. - Радиотехника и электроника. - 1980. - 1.25, №6. - С.1227-1230]. Резонатор и тройник выполнены из стандартных волноводов прямоугольного сечения. Длина резонатора выбирается из условия Lp=n(λв/2), где λв - длина волны в волноводе, n - целое число. С одной стороны резонатор ограничен элементом возбуждения, с другой стороны - тройником. Одно из плеч тройника закорочено проводящей стенкой, другое подключено к согласованной нагрузке. На расстоянии (3/4)λв от закорачивающей стенки находится разрядник, поджигающий электрод которого размещен вне объема тройника в отверстии в широкой стенке волновода.
Длительность импульса на выходе формирователя tвых задается временем двойного пробега электромагнитной волны вдоль оси резонатора и определяется соотношением:
где Lp - длина резонатора, - скорость переноса электромагнитной энергии в волноводе, с - скорость света, ε, μ - относительные диэлектрическая и магнитная проницаемость среды, заполняющей волновод, λкр - критическая длина волны в волноводе, n - целое число, λ - длина волны в свободном пространстве.
Геометрическая длина закороченного плеча Ln тройника подобрана таким образом,
что набег фазы Δφn электромагнитной волны, распространяющейся в нем от точки ветвления тройника до закорачивающей проводящей стенки, составляет величину
где - фазовая постоянная, m - целое число.
Устройство работает следующим образом. В исходном состоянии разрядник не включен. Электромагнитная энергия от СВЧ-генератора поступает во внутренние объемы волноводов резонатора и тройника. В этом случае набег фазы электромагнитной волны, распространяющейся от точки ветвления тройника до закорачивающей стенки и обратно с учетом сдвига фазы при отражении от стенки на n, составляет φ1=2mπ+π.
Таким образом, поступая в выходное плечо тройника, она складывается в противофазе с волнами, распространяющимися вдоль оси резонатора, взаимно погашая друг друга, и электромагнитная энергия в нагрузку не поступает, накапливаясь в объеме резонатора. После завершения процесса накопления подается высоковольтный импульс напряжения на электрод разрядника. В закороченном плече тройника на расстоянии (3/4)λв от закорачивающей стенки, зажигается искровой СВЧ-разряд. Электрическая длина плеча уменьшается на величину . Полный набег фазы электромагнитной волны, после отражения ее от области искрового разряда в точке ветвления тройника составляет φ2=φ1-2Δφ=2π(m-1). Начиная с этого момента волны, поступающие из закороченного плеча тройника и накопительного резонатора, синфазно возбуждают выходное плечо тройника. Если к последнему подключена согласованная нагрузка, то вся накопленная в резонаторе электромагнитная энергия передается в нее без отражений за время tвых.
К недостаткам устройства относится следующее. Как видно из соотношения (1) длительность импульса на выходе формирователя tвых связана линейной зависимостью с длиной резонатора Lp, которая, в свою очередь, кратна целому числу n полуволн λв/2. Например, при длине волны λ=10 см и длительности СВЧ-импульса на выходе формирователя tвых=26·10-9c, длина резонатора Lp=2.8 м и n=40, т.е. вдоль его оси укладывается сорок длин полуволн λв/2. Применение устройства данной конструкции в метровом диапазоне длин волн дополнительно требует увеличения геометрических размеров поперечного сечения волноводов, из которых изготовлен формирователь. Так, если поперечное сечение волноводов в указанном выше примере составляет 7,2×3,4 см2, то в метровом диапазоне длин волн не менее 72×34 см2.
Таким образом, существенным недостатком данного устройства являются большие размеры накопительного резонатора, и соответственно, большой вес формирователя в целом при времени вывода энергии, составляющем несколько десятков наносекунд.
Наиболее близкими к предлагаемой полезной модели, принятыми в качестве прототипа, являются формирователи импульсов [Новиков С.А., Разин С.В., Чумерин П.Ю., Юшков Ю.Г. Формирователь импульса. Авторское свидетельство СССР №1752199, МПК Н03К 3/53, Н01Р 1/14, публ. 1992], содержащий СВЧ-генератор, накопительный резонатор и тройник, при этом резонатор и тройник выполнены в виде коаксиально расположенных наружного и внутреннего проводников диаметрами D и d, соответственно. Рабочая длина волны данного типа формирователя равна длине волны СВЧ-колебаний λ в свободном пространстве. Формирователь работает на низшем типе колебаний, что требует выполнение условия [Лебедев И.В. Техника и приборы СВЧ. М.: Из-во «Высшая школа», 1970. T.1. с.93]. Таким образом, при работе формирователя в длинноволновом диапазоне не требуется увеличение поперечных размеров резонатора и тройника. Минимальные размеры диаметра D внешнего проводника определяют допустимые величины накапливаемой в резонаторе СВЧ мощности из-за появления электрических пробоев. Геометрическая длина закороченного плеча тройника Ln жестко связана с рабочей длиной волны формирователя λ и составляет величину, равную λ/4. Разрядник в данном устройстве реализован в виде зазора между закорачивающей стенкой и концом внутреннего проводника плеча тройника. Зазор обеспечивает разницу в набеге фазы при распространении электромагнитной волны в закороченном плече в режиме накопления и в режиме вывода накопленной энергии. Эта разница в точке ветвления тройника составляет π.
Величина зазора разрядного промежутка тройника является достаточной, чтобы пробой в этом промежутке происходил при достижении в резонаторе максимальных высокочастотных полей с точки зрения его электрической прочности. Это позволяет получать на выходе формирователя СВЧ-импульсы мощностью в десятки мегаватт.
Устройство-прототип работает следующим образом. Накопление энергии в резонаторе обусловлено процессами, протекающими, как и в предыдущем формирователе. Отличие заключается в том, что в конце процесса накопления СВЧ-пробой в плече тройника происходит между торцевой поверхностью отрезка внутреннего проводника и закорачивающей стенкой. После этого электрическая длина закороченного плеча принимает значение , фаза волны, отраженной от закорачивающей стенки плеча
тройника и поступающая в точку ветвления коаксиального соединения, изменится на π и будет складываться в фазе с волной, поступающей из резонатора. Это означает установление полной связи с нагрузкой, приводящей к передаче в нее энергии из резонатора за время tвых. Реализация устройства позволяет существенно снизить поперечные размеры резонатора и тройника и получать на выходе формирователя наносекундные СВЧ-импульсы мощностью в десятки мегаватт при диаметре внешнего проводника D=9 см.
Недостатком устройства-прототипа является то, что длина накопительного резонатора формирователя и, соответственно, его вес остаются недопустимо большими с точки зрения условий эксплуатации при длительности СВЧ-импульса на выходе устройства десятки наносекунд. Например, при длительности импульса tвых=26·10-9c длина резонатора Lp=3.9 м.
Технический результат, на достижение которого направлена заявляемая полезная модель, заключается в уменьшении линейных размеров формирователей импульсов.
Указанный технический результат достигается тем, что в формирователе импульсов, содержащем, как и прототип, СВЧ-генератор, соединенный элементом связи с накопительным резонатором и тройником, выполненными в виде коаксиально расположенных наружного и внутреннего проводников, и имеющем разрядный промежуток, расположенный в закороченном плече тройника, согласно предлагаемому решению, внутренний проводник выполнен в виде спирали, при этом длина накопительного резонатора определяется соотношением
а длина закороченного плеча определяется соотношением
где k - коэффициент замедления спирали, n - целое число.
В предлагаемой полезной модели электромагнитная волна, поступающая от генератора на вход резонатора, распространяется со скоростью света вдоль внутреннего проводника, скрученного в спираль. За время, которое волна потратит, обегая один виток спирали длиной , где s - шаг спирали, R - радиус спирали, она продвинется вдоль оси резонатора на расстояние s - равное шагу спирали [Лебедев И.В. Техника и приборы СВЧ. М.: Из-во «Высшая школа», 1970. T.1. с.372]. Таким образом, за один и тот же промежуток времени электромагнитная волна пройдет в предлагаемой полезной модели вдоль оси резонатора и тройника расстояние в
раз меньше, чем в устройстве-прототипе. Таким образом, при заданной длительности импульса на выходе формирователя, или при заданной длине волны колебаний на выходе СВЧ-генератора, необходимые длины резонатора Lp и закороченного плеча Ln в предлагаемой полезной модели в k раз меньше, чем в устройстве-прототипе и определяются соотношениями (3) и (4).
Вариант выполнения предлагаемого устройства представлен на фиг.1.
Устройство содержит коаксиальный резонатор 1, с одной стороны соединенный элементом возбуждения 2 с СВЧ-генератором 3, с другой стороны ограниченный коаксиальным тройником 4. Плечо 5 коаксиального тройника 4 замкнуто закорачивающей стенкой 6. Внутренний проводник 7 резонатора 1 и тройника 4 выполнен в виде спирали. Между торцом отрезка спирального проводника 7, расположенного в закороченном плече 5, и закорачивающей стенкой 6 находится разрядный промежуток 8. К выходному плечу 9 тройника 4 подключается согласованная нагрузка.
Устройство работает следующим образом. Электромагнитная энергия от СВЧ-генератора 3 через элемент возбуждения 2 поступает на вход резонатора 1. Во внутренних объемах резонатора 1 и закороченного плеча 5 тройника 4 возбуждается СВЧ-поле. Напряженность поля в области разрядного промежутка 8 в конце процесса возбуждения достигает величины, достаточной для самопробоя искрового СВЧ-разряда, закорачивающего разрядный промежуток 8. Электрическая длина закороченного плеча 5 тройника 4 становится равной π/2. Начиная с этого момента электромагнитные волны, отраженные от закорачивающей стенки 6 тройника 4, с учетом времени прохождения ими расстояния Ln закороченного плеча 5 совместно с волнами, распространяющимися вдоль оси резонатора 1, синфазно возбуждают выходное плечо 9 тройника 4. Если к последнему подключена согласованная нагрузка, то вся накопленная электромагнитная энергия передается в нее без отражений.
Достижение технического результата иллюстрируется следующим примером. Требуется получить на выходе формирователя СВЧ-импульс длительностью tвых=26·10-9c. Рабочая частота СВЧ-генератора составляет 40 МГц, что соответствует длине волны λ=7.8 м. Геометрические размеры формирователя устройства-прототипа составляли: длина накопительного резонатора равна ≈3.9 м (n=1), а длина закороченного плеча ≈2 м. В конкретной реализации предлагаемой полезной модели зададим для внутреннего проводника следующего значения радиуса и шага спирали: R=25 мм и s=12 мм. В соответствии с соотношением (5) величина коэффициента замедления спирали k=8.
Таким образом, предлагаемая полезная модель позволяет уменьшить в несколько раз геометрические размеры формирователя по отношению к устройству-прототипу при сохранении длительности СВЧ-импульса на его выходе. Так в рассматриваемом примере длина накопительного резонатора Lp (соотношение (3)) и закороченного плеча Ln (соотношение (4)) полезной модели при tвых=26·10-9c составили ≈48 см и 25 см соответственно.
Следовательно, предлагаемая полезная модель позволяет существенно уменьшить весо-габаритные характеристики рассматриваемых формирователей и тем самым имеет большое значение для техники получения наносекундных СВЧ-импульсов мощностью в десятки мегаватт.
Claims (1)
- Формирователь импульсов, содержащий СВЧ-генератор, соединенный элементом связи с накопительным резонатором и тройником, выполненными в виде коаксиально расположенных наружного и внутреннего проводников, и имеющий разрядный промежуток, расположенный в закороченном плече тройника, отличающийся тем, что внутренний проводник выполнен в виде спирали, при этом длина накопительного резонатора Lp определяется соотношением а длина закороченного плеча Ln: где λ - длина волны в свободном пространстве, k - коэффициент замедления спирали, n - целое число.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2008148860/22U RU83375U1 (ru) | 2008-12-10 | 2008-12-10 | Формирователь импульсов |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2008148860/22U RU83375U1 (ru) | 2008-12-10 | 2008-12-10 | Формирователь импульсов |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU83375U1 true RU83375U1 (ru) | 2009-05-27 |
Family
ID=41023942
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2008148860/22U RU83375U1 (ru) | 2008-12-10 | 2008-12-10 | Формирователь импульсов |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU83375U1 (ru) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2542662C1 (ru) * | 2013-10-01 | 2015-02-20 | Федеральное государственное унитарное предприятие "Научно-производственный центр автоматики и приборостроения имени академика Н.А. Пилюгина" (ФГУП "НПЦАП") | Формирователь установочного импульса |
-
2008
- 2008-12-10 RU RU2008148860/22U patent/RU83375U1/ru not_active IP Right Cessation
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2542662C1 (ru) * | 2013-10-01 | 2015-02-20 | Федеральное государственное унитарное предприятие "Научно-производственный центр автоматики и приборостроения имени академика Н.А. Пилюгина" (ФГУП "НПЦАП") | Формирователь установочного импульса |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US10001105B2 (en) | Compact electromagnetic plasma ignition device | |
Armanious et al. | Interaction between geometric parameters and output waveforms in high-power quarter-wave oscillators | |
RU83375U1 (ru) | Формирователь импульсов | |
Onishchenko et al. | Concept of dielectric wakefield accelerator driven by a long sequence of electron bunches | |
RU86062U1 (ru) | Формирователь импульсов | |
Zhang et al. | Effects of dielectric discontinuity on the dispersion characteristics of the tape helix slow-wave structure with two metal shields | |
US10218540B2 (en) | Transmitter for transmitting a high-rate data transmission through direct excitation | |
RU2293404C1 (ru) | Устройство временной компрессии импульсов свч-энергии | |
RU2714739C1 (ru) | Неоднородная формирующая длинная линия (варианты) | |
RU137159U1 (ru) | Интерференционный переключатель резонансного свч компрессора | |
Karelin et al. | RF Oscillations in a coaxial transmission line with a saturated ferrite: 2-D simulation and experiment | |
RU2422938C1 (ru) | Релятивистский магнетрон с волноводными выводами мощности | |
RU2451390C1 (ru) | Компрессор свч-импульсов | |
Rostov et al. | Generation of sub-GW RF pulses in nonlinear transmission lines | |
Priputnev et al. | RF pulse generation in combined nonlinear gyromagnetic transmission line | |
RU137158U1 (ru) | Интерференционный переключатель резонансного свч компрессора | |
Baum | Compression of sinusoidal pulses for high-power microwaves | |
RU197737U1 (ru) | Формирователь СВЧ-импульсов с подавлением послеимпульсного излучения | |
RU140527U1 (ru) | Интерференционный переключатель резонансного свч компрессора | |
Nishikawa | Normal mode analysis of standing wave linacs | |
RU2137265C1 (ru) | Формирователь свч-импульсов | |
Konoplev et al. | Experimental and computational studies of novel coaxial 2D Bragg structures for a high-power FEM | |
RU2124803C1 (ru) | Устройство для получения мощных наносекундных свч-импульсов | |
Zhang et al. | Dispersion and dielectric effects on reflection and transmission of electromagnetic waves propagating in multiple stages of tape-helix Blumlein transmission lines | |
RU2166229C1 (ru) | Формирователь наносекундных свч-импульсов |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
MM1K | Utility model has become invalid (non-payment of fees) |
Effective date: 20131211 |