Устройство временной компрессии импульсов свч-энергии

Авторы патента:

H01P7 - Резонаторы типа волноводов (конструктивно сопряженные с пролетными сверхвысокочастотными приборами и взаимодействующие с разрядом в них H01J 23/18; сверхвысокочастотные тепловые устройства H05B 6/64)

Владельцы патента RU 2472260:

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "НАЦИОНАЛЬНЫЙ ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ ЯДЕРНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ "МИФИ" (НИЯУ МИФИ) (RU)

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 резонатор-накопитель, узел согласования волновода нагрузки, узел связи с генератором и высокочастотный коммутатор. Резонатор-накопитель выполнен из двух соосно расположенных волноводов. Волноводы резонатора-накопителя длиной L≈(2n+1)λ_в/4, где n - целое число, с одного конца закорочены, а с противоположного конца соединены с нагрузкой через узел подключения. Волновод нагрузки направлен перпендикулярно волноводам резонатора-накопителя. Устройство подключения содержит выступ, который выполнен в виде симметричной призмы или цилиндрического сегмента, расположенного напротив волновода нагрузки. Техническим результатом является существенное сокращение перенапряжения электрического поля в устройстве вывода энергии и повышение электрической прочности резонатора-накопителя с соответствующим увеличением предельной выходной мощности. 2 з.п. ф-лы, 4 ил.

В настоящее время известны аналоги предлагаемого устройства, получившие название компрессоров энергии радиоимпульсов. Среди них особый интерес представляют компрессоры с прямоугольной формой огибающей выходного импульса, в которых энергия первичного источника радиосигнала запасается в резонаторе на основе отрезка передающей линии [1]. В данной работе резонатор-накопитель энергии представляет закороченный на конце отрезок прямоугольного волновода, а полезная нагрузка подключается через волноводный тройник в плоскости Н, боковое плечо которого коммутируется разрядником. Главным недостатком данного устройства являются относительно невысокие энергоемкость накопителя и предельное значение выходной мощности.

Этот недостаток преодолен во временном компрессоре импульсов СВЧ, описанном в [2]. Он наиболее близок к предлагаемому устройству и принят в качестве прототипа. Схема компрессора-прототипа показана на фиг.1. Он содержит прямоугольный, призматический резонатор-накопитель (поз.1, 2), узел согласования с нагрузкой 3, узел связи с генератором-источником (поз.4, 5, 6) и высокочастотный коммутатор 7. Резонатор-накопитель разделен металлической перегородкой на две части 1 и 2, каждая из которых представляет прямоугольный волновод длиной L в нечетное число четвертей длины волны λ_в, при этом с одного конца волноводы закорочены, а на противоположном конце, в месте подключения узла согласования с нагрузкой, размеры поперечного сечения резонатора совпадают с размерами согласующего призматического волновода 3. Толщина d металлической перегородки в месте подключения много меньше чем λ_в. Узел связи с генератором выполнен в виде полуволнового прямоугольного призматического резонатора 4, который соединен своей широкой стенкой с узкими стенками обоих волноводов и имеет на своих противоположенных концах два отверстия связи 5, расстояние l₁ которых от закороченного конца волноводов определяется соотношением l₁=(2k+1)/λ_в/4, где k - целое число, кроме того, высокочастотный коммутатор установлен внутри одного из волноводов на расстоянии l₂=λ_в/4 от закороченного конца.

На этапе накопления энергии в волноводах 1 и 2 существует стоячая волна, причем в сечении подключения нагрузки электрические поля в них направлены в противоположные стороны, и возбуждения волновода нагрузки не происходит. Срабатывание коммутатора приводит к изменению фазы одной из волн на противоположную. При этом энергия, запасенная в резонаторе-накопителе, передается в нагрузку в виде радиоимпульса прямоугольной формы, длительность которого равна удвоенному времени задержки распространения сигнала по волноводам накопителя.

Недостатком указанного устройства является то, что в процессе накопления энергии на металлической перегородке в месте подключения согласующего волновода нагрузки имеет место сильное электрическое поле, напряженность которого кратно превышает аналогичный параметр в пучностях волны на регулярном участке волноводов, - см. диаграмму фиг.2. Это снижает электрическую прочность резонатора-накопителя и ограничивает предельный уровень мощности выходного импульса.

Технический результат, на достижение которого направлено заявляемое изобретение, заключается в существенном сокращении перенапряжения электрического поля в устройстве вывода энергии и повышении вследствие этого электрической прочности резонатора-накопителя с соответствующим увеличением предельной выходной мощности.

Сущность предлагаемого изобретения заключается в том, что в известном устройстве, которое содержит резонатор-накопитель, узел связи с генератором, высокочастотный коммутатор и узел согласования резонатора-накопителя с волноводом нагрузки на основе призматического волноводного перехода, резонатор-накопитель составлен из двух прямоугольных волноводов, которые в области узла согласования с нагрузкой расположены соосно между собой и перпендикулярно к волноводам нагрузки и призматического перехода. При этом противоположные узлу согласования концы волновода закорочены. Узел согласования на внутренней стенке, противоположной волноводу нагрузки, имеет выступ, который в частном случае выполнен в виде симметричной призмы или цилиндрического сегмента. Высота волноводов резонатора-накопителя составляет b=(0,4-0,45)λ_в, а их длина равна L=(2n+1)λ_в/4+ΔL, где n - целое число, a ΔL=(0,24-0,245)λ_в.

На фиг.3,а 3,б даны схематические чертежи возможных вариантов предлагаемого устройства. Здесь резонатор-накопитель состоит из волноводов 1 и 2; узел связи с генератором содержит волноводы питания 3, 4 с отверстиями связи 5, 6; узел согласования содержит призматический переход 7, имеет внутренний выступ 10, который расположен напротив волновода нагрузки 8 симметрично относительно его медианной плоскости; роль СВЧ-коммутатора выполняет разрядник 9.

Работа устройства происходит следующим образом. На этапе накопления энергии благодаря специальному подбору длин волноводов и симметрии конструкции внутри узла согласования с нагрузкой электрические поля направлены встречно, возбуждения волновода нагрузки 8 не происходит, а энергия, поступающая от генератора, накапливается в резонаторе.

По окончании накопления производится включение разрядника 9, что изменяет фазу отражаемой волны на 180°. Это приводит к тому, что энергия электромагнитного поля, запасенная в обоих волноводах накопителя, передается в нагрузку в виде прямоугольного радиоимпульса, длительность t_и которого существенно меньше времени накопления. Тем самым обеспечивается временная компрессия энергии СВЧ-волны. Предельный коэффициент компрессии равен , где τ - постоянная времени резонатора-накопителя.

Благодаря предложенным конструктивным изменениям, а именно иному (в сравнении с прототипом) взаимному расположению волноводов 1, 2 и 8, применению выступа 10 в узле согласования и специальному выбору соотношения высоты b волноводов накопителя, размеров l и z узла согласования с нагрузкой, а также размеров c и ν (r и ν) выступа, на частоте f=6 ГГц в предлагаемой конструкции с волноводами a×b=40×27,5 мм², l≈0,34λ_в, z≈0,51λ_в, с≈0,31λ_в, ν≈0,14λ_в, ΔL=0,242λ_в достигается одновременно:

- снижение коэффициента перенапряжения в узле согласования на этапе накопления с 3,96 до 1,09;

- уменьшение максимальной напряженности поля на регулярном участке волноводов (по сравнению с волноводами стандартного поперечного сечения) на 30-40%;

- обеспечение коэффициента отражения на этапе вывода энергии не хуже -30÷-35 дБ.

На фиг.4 для рассмотренного примера показано распределение напряженности электрического поля в медианной плоскости волноводов накопителя в компрессоре фиг.3,а. Представленные данные означают повышение предельной мощности выходного сигнала предлагаемого устройства временной компрессии по сравнению с прототипом примерно в 18 раз. Если конструктивное решение фиг.3,а сравнить по эксплуатационным характеристикам с компрессором, описанным в [1], то на рабочей длине волны λ=16 см (стандартный волновод 120×56 мм²) оба решения обеспечат одинаковый коэффициент компрессии около 22 дБ, в то время как предельное значение выходной мощности в известном устройстве составляет 1 ГВт [1], а в предлагаемом варианте при равных прочих условиях - 2,6÷2,8 ГВт.

Источники информации

1. Диденко А.Н. и др. Мощные СВЧ-импульсы наносекундной длительности. М.: Энергоатомиздат, 1984, с.112.

2. Пономаренко А.Г. Патент на изобретение «Устройство временной компрессии импульсов СВЧ-энергии» RU 2293404 С1, опубл. 10.02.2007. Бюл. №4.

1. Устройство временной компрессии импульсов СВЧ-энергии, содержащее резонатор-накопитель, узел связи с генератором, высокочастотный коммутатор и узел согласования резонатора-накопителя с волноводом нагрузки на основе призматического волноводного перехода, отличающееся тем, что резонатор-накопитель выполнен из двух соосно расположенных волноводов высотой 0,4-0,45λ_в, волноводы резонатора-накопителя имеют длину L=(2n+1)λ_в/4+ΔL, где n - целое число, a ΔL=(0,24-0,245)λ_в, с одного конца они закорочены, а с противоположного конца подключены к узлу согласования резонатора-накопителя с волноводом нагрузки, причем призматический переход узла согласования и волновод нагрузки ориентированы перпендикулярно резонатору-накопителю, а устройство согласования имеет на внутренней стенке металлический выступ, который расположен напротив волновода нагрузки симметрично относительно его медианной плоскости.

2. Устройство временной компрессии импульсов СВЧ-энергии по п.1, отличающееся тем, что металлический выступ устройства согласования выполнен в виде симметричной призмы.

3. Устройство временной компрессии импульсов СВЧ-энергии по п.1, отличающееся тем, что металлический выступ устройства согласования выполнен в виде цилиндрического сегмента.

Изобретение относится к области радиотехники и может быть использовано для формирования мощных СВЧ импульсов наносекундной длительности. .

Детектор свч // 2457588

Изобретение относится к волноводным детекторам СВЧ, применяемым, в частности, в охранных извещателях радиотехнического принципа действия микроволнового диапазона радиоволн.

Компрессор свч-импульсов // 2451390

Изобретение относится к технике СВЧ, предназначено для формирования высокочастотных импульсов и может быть использовано в радиолокации, в системах связи, исследовании газового разряда и плазмы.

Коаксиальный резонатор // 2449432

Изобретение относится к технике сверхвысоких частот и предназначено, например, для создания частотно-селективных устройств СВЧ, задающих цепей автогенераторов и др.

Способ изготовления сверхпроводящего изделия // 2448391

Изобретение относится к криогенной технике и может быть использовано при изготовлении сверхпроводящих изделий, в частности высокочастотных объемных резонаторов, волноводов, линий задержки и т.п.

Резонансный свч компрессор // 2440647

Дискретно перестраиваемый резонатор // 2405232

Изобретение относится к области техники сверхвысоких частот и может быть использовано в системах радиосвязи, радиолокации и телекоммуникаций диапазонов очень высоких (ОВЧ), ультравысоких (УВЧ) и сверхвысоких (СВЧ) частот.

Полосно-пропускающий фильтр // 2399124

Изобретение относится к технике СВЧ. .

Полосно-пропускающий фильтр // 2397579

Изобретение относится к технике СВЧ и предназначено для создания полосно-пропускающих фильтров на основе открытых дисковых диэлектрических резонаторов. .

Полосно-пропускающий фильтр // 2394317

Изобретение относится к области радиотехники, а именно к технике СВЧ. .

Резонансный свч компрессор // 2474012

Изобретение относится к области радиотехники и может быть использовано для формирования мощных СВЧ импульсов наносекундной длительности

Способ формирования субнаносекундных свч импульсов и устройство для его осуществления // 2486641

Изобретение относится к области радиотехники и предназначено для формирования серии мощных СВЧ импульсов субнаносекундной длительности с высокой частотой следования в пределах входного микросекундного СВЧ импульса, генерируемого в частотно-периодическом режиме

Способ стабилизации амплитуды свч колебаний // 2490758

Изобретение относится к СВЧ и ускорительной технике

Резонансный свч-компрессор // 2501129

Изобретение относится к области радиотехники и может быть использовано для формирования мощных СВЧ-импульсов наносекундной длительности. Технический результат - увеличение мощности выходных сигналов компрессора за счет увеличения объема накопительного резонатора и количества каналов вывода энергии. Резонансный СВЧ-компрессор, содержащий накопительный резонатор, ограниченный короткозамыкателями, СВЧ-коммутатор с газоразрядной трубкой, устройство ввода энергии и устройство вывода энергии на основе Н-тройников, включенных симметрично в короткозамкнутые плечи накопительного резонатора, к выходным плечам Н-тройников элемента вывода подсоединено суммирующее устройство с выходным волноводом, при этом накопительный резонатор выполнен в виде двух идентичных ортогональных короткозамкнутых волноводных секций, лежащих в одной плоскости, которые в их центральной части объединены в единую резонансную систему через окна связи в цилиндрической стенке встроенного резонатора, газоразрядная трубка СВЧ-коммутатора расположена в центре встроенного резонатора и ориентирована под углом ±45° к волноводным секциям, а устройство ввода выполнено в виде прямоугольного волноводного отрезка, подсоединено к одной из торцовых стенок встроенного резонатора соосно с ним и узкие стенки отрезка ориентированы параллельно газоразрядной трубке, устройство вывода выполнено в виде четырех Н-тройников, расположенных от ближайшего короткозамыкателя волноводных секций на расстоянии, равном 0,25l - 0,5R=nλв/2, где l - длина волноводной секции накопительного резонатора; R - радиус встроенного резонатора; n - целое число от 2 до ~10; λв - длина волны в волноводных секциях, а выходами накопительного резонатора, к которым подсоединено суммирующее устройство, являются однонаправленные боковые плечи Н-тройников, ортогональные плоскости, в которой расположены волноводные секции накопительного резонатора. 2 ил.

Система многомембранной гибкой стенки для фильтров и мультиплексоров с технологией температурной компенсации // 2519536

Изобретение относится к системе гибкой стенки для СВЧ-фильтров с объемным резонатором, снабженным механическим устройством температурной компенсации, и может использоваться в области телекоммуникации. Достигаемый технический результат - снижение температурного градиента гибкого колпачка, снижение механических напряжений, поддержание эквивалентного теплового сопротивления. Система гибкой стенки для компонента фильтра или мультиплексора вывода с технологией термокомпенсации содержит по меньшей мере две расположенные друг над другом отдельные гибкие мембраны и каждая гибкая мембрана имеет центральную область(С), промежуточную область (I) и периферийную область (Р) торец к торцу, при этом гибкие мембраны термически и механически соединены в центральной области (С) и периферийной области (Р) и не соединены в промежуточной области (I). 3 н. и 14 з. п. ф-лы , 6 ил.

Диэлектрический резонатор поперечной магнитной волны, диэлектрический фильтр поперечной магнитной волны и базовая станция // 2531570

Настоящее изобретение относится к антенной технике. Технический результат - уменьшение вносимых потерь. Для этого резонатор поперечной магнитной волны содержит объемный резонатор с отверстием на одном конце и диэлектрическую резонансную колонну, установленную в объемном резонаторе, при этом нижняя торцевая поверхность колонны контактирует с внутренней нижней поверхностью объемного резонатора, диэлектрический резонатор содержит также толстую и тонкую пластины-накладки, покрытые проводящим материалом, паз, расположенный на поверхности толстой пластины-накладки и заполненный заполнителем, сконфигурированным с возможностью формирования упругой деформации тонкой пластины-накладки, когда толстая пластина-накладка покрывает тонкую пластину-накладку. Кроме того, диэлектрический резонатор поперечной магнитной волны согласно вариантам осуществления настоящего изобретения имеет хорошую устойчивость конструкции, удобную сборку и строгую реализуемость, тем самым является подходящим для массового производства и имеет хорошую согласованность с массовым производством. 4 н. и 14 з.п. ф-лы, 10 ил.

Устройство формирования нано и субнаносекундных свч импульсов // 2573223

Устройство формирования нано- и субнаносекундных СВЧ-импульсов относится к радиотехнике и может быть использовано для формирования мощных СВЧ-импульсов наносекундной длительности с частотой следования входного микросекундного СВЧ-импульса, а также серии СВЧ-импульсов субнаносекундной длительности в пределах входного импульса, генерируемого в частотно-периодическом режиме. Устройство содержит многомодовый резонатор (1) с элементом ввода энергии (2), расположенным на его входной торцовой стенке, с элементом вывода энергии (3), выполненным в виде плавного перехода с корпуса резонатора на выходной волновод (4). Выходной волновод (4) выполнен в виде сверхразмерного прямоугольного волновода с первой стенкой, имеющей размер а, равный размеру широкой стенки одномодового стандартного прямоугольного волновода, и второй стенкой, выполненной сверхразмерной, имеющей размер d, удовлетворяющий соотношениям d=nb<0,2 L, где n=[0,2 L/b] - число, являющееся целой частью отношения 0,2 L/b; b - размер узкой стенки одномодового стандартного прямоугольного волновода, L - длина резонатора, 5λ<L<50λ, λ - длина волны в свободном пространстве. Интерференционный СВЧ-переключатель (5) выполнен в виде крестообразного волноводного соединения в Н плоскости из сверхразмерного прямоугольного волновода, идентичного выходному волноводу, с прямыми плечами (6), лежащими на одной линии и последовательно встроенными в выходной волновод, а также двумя боковыми плечами (7, 8), ортогональными выходному волноводу (4). Одно из боковых плеч (7) односвязно, имеет полуволновую длину и газоразрядная трубка расположенного в нем СВЧ-коммутатора (9) параллельна сверхразмерной стенке. Второе боковое плечо (8) многосвязно и набрано в виде пакета из n параллельных плотно прилегающих друг к другу Н-тройников (11) с полуволновыми прямыми входными плечами (12), короткозамкнутыми боковыми плечами с расположенными в них СВЧ-коммутаторами, а также короткозамкнутыми выходными прямыми плечами (14), имеющими длину l, удовлетворяющую неравенствам λв<l<L, λв - длина волны в волноводе. Электроды каждого СВЧ-коммутатора подсоединены к источнику управляющих сигналов. Технический результат - повышение мощности выходных импульсов и расширение функциональных возможностей устройства. 3 ил.

Резонаторное устройство и способ для возбуждения резонатора // 2586410

В способе возбуждения резонатора, который имеет резонансную частоту, резонатор в течение первого временного интервала возбуждается с первой частотой, которая отличается от резонансной частоты на первую разность частот. В течение второго временного интервала резонатор возбуждается с второй частотой, которая отличается от резонансной частоты на вторую разность частот. Первая разность частот и вторая разность частот имеют разные знаки. Кроме того, величины первой разности частот и второй разности частот отличаются друг от друга менее чем на 10% большей величины. 2 н. и 25 з.п. ф-лы, 5 ил.

Фильтр гармоник // 2591299

Изобретение относится к радиоэлектронике и может быть использовано для частотной селекции высокочастотных сигналов в радиотехнических устройствах, телевидении, системах связи и радиоканалах передачи телекоммуникационных данных. Предлагаемый фильтр гармоник содержит n последовательно соединенных отрезков линии передачи одинаковой длины, параллельно которым подключены дополнительные отрезки линии передачи, длина которых в 2 раза больше, чем длина последовательно соединенных отрезков линии передачи. Волновые сопротивления всех отрезков линии передачи имеют одинаковую величину, которая в 2,3 раза больше, чем величина сопротивления нагрузок для фильтра гармоник. В предлагаемом устройстве повышение затухания во всей полосе заграждения и увеличение крутизны скатов амплитудно-частотной характеристики (АЧХ) достигнуто за счет того, что фильтр гармоник представляет собой структуру, в которой дополнительно введенные отрезки линии передачи обеспечивают прохождение высокочастотного сигнала по двум путям с различными фазовыми сдвигами. Это вызывает интерференцию высокочастотных сигналов в точках подключения дополнительных отрезков линии передачи, в результате чего образуются пульсации АЧХ как в полосе заграждения, так и в полосе пропускания. АЧХ предлагаемого фильтра гармоник по своей форме соответствует эллиптическому фильтру, в котором обеспечивается повышенное затухание во всей полосе заграждения и увеличение крутизны скатов АЧХ. 4 ил.

Резонансный свч компрессор // 2596865

Изобретение относится к области радиотехники. Особенностью заявленного резонансного СВЧ компрессора является то, что устройство вывода выполнено в виде крестообразного волноводного соединения, представляющего собой ортогональное пересечение круглого волновода и сверхразмерного прямоугольного волновода, круглый волновод пересекает сверхразмерный прямоугольный волновод по широким стенкам, и каждый из пересекающихся волноводов с одного торца короткозамкнут, и от центра пересечения до короткозамыкателя круглый волновод выполнен длиной λ/4, а волновод прямоугольный длиной λ/2, открытый торец круглого волновода соосно соединен с концом отрезка круглого волновода диаметром D1, вмонтированного в резонаторе, а к открытому торцу сверхразмерного прямоугольного волновода прямым плечом подсоединен Н-тройник из идентичного прямоугольного волновода с полуволновым короткозамкнутым боковым плечом. Техническим результатом является сохранение компактности СВЧ компрессора, формирующего импульсы практически прямоугольной формы длительностью 10-100 нс. 2 ил.