СПОСОБ ГЕНЕРАЦИИ ЭЛЕКТРОМАГНИТНОГО ПОЛЯ Российский патент 1997 года по МПК H03B28/00 H01Q1/00 

Изобретение относится к способам генерации импульсных электромагнитных полей и может быть использовано в технике импульсной радиолокации и при испытаниях радиоэлектронной аппаратуры на воздействие мощных электромагнитных полей.

Известны способы генерации электромагнитного поля, когда в материальной среде или вакууме размещают полеобразующую систему (антенну) и запитывают ее при помощи генератора, подключаемого к полеобразующей системе при помощи фидера.

Недостатками известных способов получения электромагнитной энергии являются:
ограниченная питающим фидером (его малым пробивным напряжением) мощность излучения;
трудность согласования передатчика, питающего фидера и антенны друг с другом.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату к заявляемому изобретению является способ генерации электромагнитного поля путем возбуждения импульсного электрического тока в полеобразующей системе с помощью электрического генератора импульсов напряжения.

Недостатки прототипа:
низкие амплитудные характеристики генерируемых полей из-за недостаточной электрической прочности сочленения между генератором и полеобразующей системой;
узкий частотный спектр генерируемого поля из-за отсутствия генераторов, на которых можно было бы получать короткие импульсы с крутым фронтом при высоких амплитудных характеристиках.

Достигаемый при осуществлении заявляемого способа технический результат заключается в увеличении амплитудных параметров и расширении спектрального состава генерируемого электромагнитного поля.

Технический результат достигается за счет того, что в известном способе генерации электромагнитного поля, заключающемся в возбуждении электрического тока в полеобразующей системе, новым является то, что возбуждение тока осуществляется путем проводки пучка заряженных частиц между соответствующими элементами полеобразующей системы.

Возбуждение тока в полеобразующей системе путем проводки пучка заряженных частиц позволяет:
при заданной верхней граничной частоте генерируемого поля повысить амплитуду электрической и магнитной компонент за счет устранения сочленения между полеобразующей системы и питающим ее устройством, что позволяет повысить электрическую прочность изоляции;
за счет быстрого нарастания наведенной проводимости промежутка между элементами полеобразующей системы, между которыми осуществляется проводка пучка (при осуществлении проводки в газовой среде), укоротить фронт и длительность генерируемого импульсного поля, что эквивалентно расширению спектрального состава генерируемого поля.

Возбуждение пучком заряженных частиц электрического тока непосредственно в элементах полеобразующей системы в патентной и научно-технической литературе не обнаружено. Известны лишь факты применения электронных пучком для генерации электромагнитных колебаний в специальных электродинамических структурах с последующим выводом электромагнитной энергии через антенны.

На фиг. 1 и 2 показаны примеры схемно-конструктивной реализации предлагаемого способа генерации электромагнитного поля с использованием ускорителя электронов и полеобразующей системы в виде биконической и рупорной антенн соответственно; на фиг. 3 показан пример схемно-конструктивной реализации предлагаемого способа генерации поля с использованием ускорителя электронов и рамочной антенны; на фиг. 4 и 5 приведены осциллограммы электрического поля вблизи конусной антенны и частотный спектр этого поля.

Предлагаемый способ генерации электромагнитного поля включает в себя следующие операции:
размещение в материальной среде или вакууме полеобразующей системы;
возбуждение импульсного электрического тока в полеобразующей системе путем пропускания пучка заряженных частиц от одного элемента полеобразующей системы к другому.

Одно из устройств для осуществления предлагаемого способа содержит (см. фиг. 1) ускоритель электронов, катод которого показан поз.1, а анод поз.2, и систему полеобразования в виде биконической антенны, образованной конусом 3 и анодом 2. Электронный пучок 4 проводится через изоляционный промежуток между вершинами конусов и вводится в вершину конуса 3.

Второе устройство для осуществления предлагаемого способа содержит (см. фиг. 2) ускоритель электронов, катод которого показан поз1, а анод поз.2, и полеобразующую систему в виде плоского рупора, образуемого электродами 5 и 3. Анод 2 ускорителя соединен с нижним электродом 5 плоского рупора. Электронный пучок 4 проводится между электродами рупора у его вершины.

Третье устройство для осуществления предлагаемого способа содержит (см. фиг. 3) ускоритель электронов и полеобразующую систему в виде четырехсекционной проводящей рамки. Катод ускорителя показан поз.1, анод 2 ускорителя соединен с началом секций рамки. Концы 3 секций рамки соединены параллельно и расположены напротив выпускного отверстия в аноде параллельно и расположены напротив выпускного отверстия в аноде ускорителя. Электронный пучок 4 фокусируется непосредственно на "пятачке", соединяющем концы секций рамки.

Четвертое устройство для осуществления предлагаемого способа может содержать ускоритель электронов, анод которого соединяется с проводящей плоскостью, например землей или корпусом транспортного средства, и проводящий конус. Электронный пучок проводится в направлении от земли к верхушке проводящего конуса.

Все указанные устройства работают следующим образом. При проводке электронного пучка между элементами полеобразующей системы возникает импульс напряжения, амплитудно-временные характеристики которого определяются входным импедансом полеобразующей антенны (относительно точек проводки пучка), амплитудно-временными параметрами тока пучка, наведенной проводимостью изоляции между электродами:

где
входной импеданс излучателя антенны на частоте ω;
R_ut шутнирующее сопротивление, обусловленное ионизацией воздушного промежутка между анодом ускорителя и вершиной конуса;
спектральная плотность тока пучка на частоте ω
Напряжение U можно рассматривать как некоторый генератор, запитывающий полеобразующую систему. Тогда процесс формирования поля в полеобразующей системе происходит точно так же, как и при запитке ее от традиционных электротехнических генераторов.

Предназначаемый способ излучения электромагнитной энергии был опробован авторами на экспериментальном устройстве, содержащем промышленный ускоритель типа БЕТА и моноконус из медных проволочек. Диаметр основания конуса составляет 3 м, угол при вершине конуса 151^o, длина воздушного промежутка между анодом ускорителя и вершиной конуса 3 см. Энергия электронов равнялась 200 кВ, амплитуда тока в пучке 2 кА, длительность фронта нарастания тока 0,5 нс, длительность импульса 2 нс.

В результате облучения конуса таким электронным пучком на расстоянии 2,5 м от вершины конуса было зарегистрировано импульсное электромагнитное поле с фронтом 0,4 нс, длительностью первой полуволны 1,2 нс и амплитудами электрической и магнитной компонент 80 кВ/м и 200 А/м, соответственно.

Отметим, что на существующих традиционных генераторах имитируются поля с фронтами на порядок хуже.

Способ генерации электромагнитного поля. Использование: испытание электронной аппаратуры на воздействие импульсных электромагнитных полей, импульсная радиолокация. Достигаемый технический результат: повышение верхней граничной частоты и амплитуды генерируемых полей. Сущность изобретения: генерация электромагнитного поля путем возбуждения импульсного электрического тока в полеобразующей системе. Для возбуждения тока используется проводка пучка заряженных частиц между соответствующими элементами полеобразующей системы. 5 ил.

Способ генерации электромагнитного поля путем возбуждения импульсного электрического тока в антенне, отличающийся тем, что возбуждение тока осуществляют путем пропускания пучка заряженных частиц между точками питания антенны.