МИКРОВОЛНОВЫЙ ГЕНЕРАТОР Российский патент 2011 года по МПК H03B11/00 

Изобретение относится к микроволновому генератору в соответствии с преамбулой п.1 формулы изобретения.

Работа микроволнового генератора такого типа основана на принципе короткого замыкания источника высокого напряжения, который, таким образом, разряжается через искровой разрядник микроволнового генератора. Источник высокого напряжения может иметь батарею конденсаторов, заряженных параллельно на основе принципа схемы импульсного генератора Маркса, и затем соединенных последовательно. В качестве альтернативы использованию схемы импульсного генератора Маркса то есть генератора Маркса, также можно использовать генератор высокого напряжения, возбуждаемый взрывчатыми веществами, которые могут генерировать одиночный импульс высокого напряжения с чрезвычайно большой энергией импульса.

Короткое замыкание источника высокого напряжения через искровой разрядник создает разряд с интенсивными колебаниями или токи короткого замыкания с крутым фронтом, которые содержат смесь самых высоких частот, излучаемых в виде микроволновой энергии через излучающий элемент (в форме антенны) микроволнового генератора, со спектром с широкой полосой, который зависит от соответствующей смеси частот. Широкополосный микроволновой спектр имеет очень высокую плотность энергии, что, например, отрицательно влияет на передачу по радиоканалу в непосредственной близости к микроволновому генератору такого типа и создает помеху входным цепям электронных схем, или, в особых случаях, даже может их разрушить в результате эффекта резонанса.

В DE 10151565 A1 описан микроволновый генератор, который имеет высоковольтный искровой разрядник между электродами, расположенными так, что они выровнены вдоль оси.

С обеих сторон искрового разрядника, вдоль, по меньшей мере, участка оси электродов и их коаксиальных держателей также расположен электрический проводник, проложенный на некотором расстоянии от них и электрически соединенный с одним из двух электродов. В таком известном микроволновом генераторе искровой разрядник сформирован между малым электродом, который выполнен в форме шляпки гриба, и относительно большим электродом, который выполнен в форме лепестка. Электрод в форме лепестка окружен внешним проводником, который соединен через соответствующую соединительную структуру с электродом, который выполнен в форме шляпки гриба. Соединительную структуру можно перемещать с целью настройки вдоль оси вместе с электродом, который выполнен в форме шляпки гриба с помощью механизма шпинделя относительно неподвижного второго электрода.

В предшествующей заявке на патент DE 102005002279 раскрыт микроволновый генератор, имеющий центральный электрод, который имеет излучающий элемент на передней поверхности, и имеет внешний электрод, который коаксиально окружает центральный электрод вдоль продолжающегося вдоль оси участка резонатора, при этом эти два электрода имеют конструкцию, обладающую симметрией вращения и образующую искровой разрядник, который перекрывается при приложении высокого напряжения с излучением микроволн через излучающий элемент центрального электрода. Такой микроволновый генератор, по существу, содержит два металлических электрода, в частности центральный электрод с излучающим элементом и внешний электрод, который его коаксиально окружает. Эти два электрода установлены в герметично закрытой электроизолирующей муфте-кожухе, и их можно заряжать от импульсного источника высокого напряжения просто через контакты на двух сторонах микроволнового генератора, удаленных друг от друга вдоль оси. Такая компоновка представляет собой, так называемое, двухпроводное питание микроволнового генератора. Внутренняя часть микроволнового генератора, которая образована двумя электродами и электроизолирующей муфтой-кожухом и представлена в герметичной форме, может быть заполнена газообразным или жидким диэлектриком для повышения диэлектрической прочности. В качестве примера, газообразный диэлектрик может представлять собой SF₆.

Последняя указанная форма микроволнового генератора, предпочтительно, применяется с использованием источника высокого напряжения в виде генератора Маркса, который расположен сбоку вдоль микроволнового генератора и параллельно ему, что позволяет соединять выводы напряжения, расположенные на взаимно противоположных концах генератора Маркса, со взаимно противоположными, расположенными вдоль оси выводами микроволнового генератора. Хотя такая конструкция обеспечивает оптимальную диэлектрическую прочность, пространство, требуемое для такой компоновки, то есть требуемая площадь, однако, соответственно, увеличивается, поскольку источник высокого напряжения располагается сбоку вдоль микроволнового генератора.

Изобретение основано на цели создания микроволнового генератора указанного выше типа, для которого требуется сравнительно малое пространство, то есть площадь, и который, следовательно, имеет очень компактную компоновку.

В соответствии с изобретением, данная цель достигается с использованием свойств п.1 формулы изобретения. Предпочтительные улучшения и усовершенствования микроволнового генератора в соответствии с изобретением охарактеризованы в зависимых пунктах формулы изобретения.

Поскольку в случае микроволнового генератора в соответствии с изобретением источник высокого напряжения расположен внутри микроволнового генератора, а не снаружи от него, пространство, требуемое для него, то есть занимаемая им площадь, становится соответственно малым, то есть в соответствии с изобретением может быть получен очень компактный микроволновый генератор.

В качестве примера, очень компактный микроволновый генератор в соответствии с изобретением может быть установлен на транспортном средстве и может быть инициирован по радио в требуемый момент времени. Это позволяет, например, в нужный момент времени остановить транспортное средство. Другой вариант использования микроволнового генератора в соответствии с изобретением представляет собой вариант использования внутри помещений, например, против компьютеров, систем мониторинга, систем сигнализации или тому подобное. При таком использовании микроволновый генератор может быть внесен в здание, например, специальными силами и может быть активирован по радио в момент, после которого требуется обеспечить доступ в помещение.

Другие детали, свойства и преимущества будут очевидны из следующего описания примерного варианта выполнения микроволнового генератора в соответствии с изобретением, который схематично представлен на чертеже, в виде с продольным разрезом.

На чертеже показан вариант выполнения микроволнового генератора 10 в соответствии с изобретением, который имеет полый центральный электрод 12 и внешний электрод 14. Полый центральный электрод 12 и внешний электрод 14, который окружают его, коаксиально образуют продолжающийся вдоль оси участок 16 резонатора микроволнового генератора 10.

Полый излучающий элемент 18 закреплен на переднем торце и выполнен как единая деталь с материалом полого центрального электрода 12. Излучающий элемент 18 расширяется вперед от конструкции 20 и закрыт на переднем торце торцевой стенкой 22, обеспечивающей герметизацию.

Внешний электрод 14 выполнен в форме чаши с цилиндрической стенкой 24 и основанием 26 на задней стороне. Соединительный элемент 28 продолжается вперед по центру и выполнен как единая деталь с материалом основания 26. На задней стороне полый центральный электрод 12 имеет стенку 30 основания с отверстием 32 центральной апертуры. Соединительный элемент 28, обращенный от основания 26 внешнего электрода 14, продолжается по центру через отверстие 32 центральной апертуры стенки 30 основания от центрального электрода 12. Таким образом, между соединительным элементом 28 и кольцевой кромкой 34 отверстия 32 центральной апертуры в основании 30 центрального электрода 12 сформирован кольцевой искровой разрядник 36.

Источник 38 высокого напряжения соединен с двумя обладающими симметрией вращения электродами 12 и 14 микроволнового генератора 10 и содержит генератор 40 Маркса и устройство 42 электропитания для генератора 40 Маркса. Генератор 40 Маркса имеет выход 44 импульса высокого напряжения и выход 46 заземления для высокого напряжения. Выход 44 импульса высокого напряжения генератора 40 Маркса находится в контакте с соединительным элементом 28 внешнего электрода 14 микроволнового генератора 10. Выход 46 заземления высокого напряжения генератора 40 Маркса соединен с центральным электродом 12, как обозначено стрелкой 48.

Генератор 40 Маркса установлен внутри полого центрального электрода 12, и устройство 42 электрического питания для генератора 40 Маркса расположено внутри полого излучающего элемента 18 микроволнового генератора 10.

Устройство 42 электропитания имеет два высоковольтных преобразователя 50 и 52 постоянного напряжения в постоянное напряжение, питание которых обеспечивается от батареи 54.

Муфта-кожух 56, которая выполнена из электроизолирующего материала, прочно соединена на ее переднем торце 58 с полым излучающим элементом 18, образуя уплотнение. Муфта-кожух 56 прочно соединена на участке 60 ее заднего торца с внешним электродом 14, образуя герметичное уплотнение, в результате чего получают герметично закрытую внутреннюю область 62, образованную на переднем торце торцевой стенкой 22 излучающего элемента 18, на заднем торце - основанием 26 внешнего электрода 14, и вдоль окружности муфтой-кожухом 56. Внутреннее пространство 62 заполнено газообразным или жидким диэлектриком 64 для повышения диэлектрической прочности микроволнового генератора 10.

Интеграция источника 38 высокого напряжения, то есть генератора 40 Маркса и соответствующего устройства 42 электропитания во внутренней области 62 микроволнового генератора 10, предпочтительно, позволяет получить очень компактный микроволновый генератор 10, по сравнению с подачей питания по двум проводам и по сравнению с компоновкой вдоль оси, то есть с коаксиальной подачей питания.

Список ссылочных позиций:

10. Микроволновый генератор

12. Полый центральный электрод (генератора 10)

14. Внешний электрод (генератора 10)

16. Участок резонатора (генератора 10 между позициями 12 и 14)

18. Полый излучающий элемент (на детали 12)

20. Сужение (между деталями 12 и 18)

22. Торцевая стенка (элемента 18)

24. Цилиндрическая стенка (электрода 14)

26. Основание на заднем торце (электрода 14)

28. Соединительный элемент (на основании 26 для 44)

30. Стенка основания на заднем торце (электрода 12)

32. Отверстие центральной апертуры (в стенке 30)

34. Кольцевая кромка (отверстие 32)

36. Кольцевой искровой разрядник (между 34 и 28)

38. Источник высокого напряжения (для устройства 10)

40. Генератор Маркса (источника 38)

42. Устройство электропитания (для 40)

44. Выход импульса высокого напряжения (генератора 40)

46. Выход заземления высокого напряжения (генератора 40)

48. Стрелка/соединение (между элементами 46 и 12)

50. Преобразователь высокого напряжения постоянного напряжения в постоянное напряжение (устройства 42)

52. Преобразователь высокого напряжения постоянного напряжения в постоянное напряжение (устройства 42)

54. Батарея (для устройства 42)

56. Муфта-кожух (генератора 10)

58. Передний торец (муфты-кожуха 56)

60. Оконечный участок заднего торца (муфты-кожуха 56)

62. Внутренняя область (генератора 10 между деталями 56, 22 и 26)

64. Диэлектрик (в полости 62)

Изобретение касается микроволнового генератора, работа которого основана на принципе короткого замыкания источника высокого напряжения, который таким образом разряжается через искровой разрядник. Микроволновый генератор (10) имеет полый центральный электрод (12), передняя поверхность которого имеет полый излучающий элемент (18), и имеет внешний электрод (14), который коаксиально окружает центральный электрод (12) вдоль продолжающегося вдоль оси резонаторного участка (16). Два указанных электрода (12 и 14) образуют искровой разрядник (36) и соединены с источником (38) высокого напряжения, который установлен внутри полого центрального электрода (12) микроволнового генератора (10). Технический результат - повышение компактности и расширение области применения микроволнового генератора, 6 з.п. ф-лы, 1 ил.

1. Микроволновый генератор, имеющий полый центральный электрод (12), передняя поверхность которого имеет полый излучающий элемент (18), и имеющий внешний электрод (14), который коаксиально окружает центральный электрод (12) вдоль продолжающегося вдоль оси участка (16) резонатора с двумя электродами (12 и 14), образующими искровой разрядник (36) и соединенными с источником (38) высокого напряжения, отличающийся тем, что
источник (38) высокого напряжения установлен внутри полого центрального электрода (12).

2. Микроволновый генератор по п.1, отличающийся тем, что
источник (38) высокого напряжения имеет генератор (40) Маркса и устройство (42) электропитания для генератора (40) Маркса, при этом генератор (40) Маркса установлен на участке (16) резонатора центрального электрода (12), и устройство (42) электропитания расположено внутри полого излучающего элемента (18).

3. Микроволновый генератор по п.2, отличающийся тем, что устройство (42) электропитания имеет два преобразователя (50 и 52) высокого напряжения постоянного напряжения в постоянное напряжение, получающих питание от батареи, которые соединены с генератором (40) Маркса.

4. Микроволновый генератор по п.2, отличающийся тем, что внешний электрод (14) выполнен в форме чаши с цилиндрической стенкой (24) и с основанием (26), с соединительным элементом (28), продолжающимся вперед по центру и выполненным как единая деталь с материалом основания (26), и находящимся в контакте с выходом (44) импульса высокого напряжения генератора (40) Маркса, и что центральный электрод (12), который соединен с выходом (46) заземления высокого напряжения имеет стенку (30) основания на заднем торце, выполненную с отверстием (32) центральной апертуры, через которое продолжается соединительный элемент (28) внешнего электрода (14), в результате чего между соединительным элементом (28) и кольцевой кромкой (34) отверстия (32) апертуры образуется кольцевой искровой разрядник (36).

5. Микроволновый генератор по одному из пп.1-4, отличающийся тем, что
внешний электрод (14) плотно закрывает муфту-кожух (56), состоящую из электроизолирующего материала, на заднем торце, и что излучающий элемент (18) центрального электрода (12) плотно закрывает муфту-кожух (56) на передней поверхности, образуя уплотнение.

6. Микроволновый генератор по п.5, отличающийся тем, что
внутренняя область (62), образованная муфтой-кожухом (56) микроволнового генератора (10), заполнена газообразным или жидким диэлектриком (64).

7. Микроволновый генератор по одному из пп.1-4, отличающийся тем, что
излучающий элемент (18) закрыт на передней поверхности торцевой стенкой (22).