СПОСОБ УСИЛЕНИЯ ИМПУЛЬСА Российский патент 2014 года по МПК H03K5/02 

Изобретение относится к импульсной технике, в частности к области обработки импульсов, и может быть использовано в различных технических, в том числе, радиофизических системах, для усиления импульсов в различных системах передачи и приема информации и в других технических импульсных системах.

Известны способы усиления импульса (см., например, сс.9-30, 266-268 в кн. Клягин Л.Е. Радиопередающие устройства / Л.Е.Клягин, В.Б.Козырев, А.А.Ляховкин и др. / под ред. В.В.Шахгильдяна. М.: Связь. 1980, 328 с.; сс.62-70, 116-130, 232-241 в кн. Белов Л.А. Радиопередающие устройства / Л.А.Белов, М.В.Благовещенский, В.М.Богачев и др. / под ред. М.В.Благовещенского, Г.М.Уткина. М.: Радио и связь. 1982, 408 с.; сс.8, 54, 55 в кн. Цыкина А.В. Электронные усилители / А.В.Цыкина. М.: Радио и связь. 1982, 288 с., сс.109-112, 340-343, 376-382 в кн. Каганов В.И. Основы радиоэлектроники и связи / В.И.Каганов, В.К.Битюков. М.: Горячая линия - Телеком. 2007, 542 с.).

Из известных наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату является способ усиления импульса, описанный на сс.109-112, 340-343, 376-382 в кн. Каганов В.И. Основы радиоэлектроники и связи / В.И.Каганов, В.К.Битюков. М.: Горячая линия - Телеком. 2007, 542 с. и заключающийся, в частности, в формировании радиоимпульса (одиночного или в составе пачки радиоимпульсов) за счет модуляции несущего колебания (при этом огибающая импульса определяется модулирующим колебанием, которое в дальнейшем будем именовать «первое модулирующее колебание»), и в последующем усиление импульса.

В данном способе усиление импульса производится за счет непосредственного усиления высокочастотной, модулированной составляющей (несущего колебания) радиоимпульса. Низкочастотное (сравнительно с несущим колебанием усиливаемого импульса) первое модулирующее колебание, определяющее огибающую, является неотъемлемой частью результата модуляции высокочастотных колебаний - составляющих радиоимпульса (несущего колебания). Огибающей радиоимпульса, при этом, признается условная кривая, огибающая высокочастотное заполнение (несущую) радиоимпульса, описывающее аппроксимированное изменение амплитуды такого заполнения (несущего колебания). То есть, усиление основного сигнала (несущего колебания радиоимпульса) влечет и усиление амплитуды его огибающей (в абсолютном значении).

Усиление пачки импульсов производится как усиление каждого из импульсов, входящих в такую пачку. При этом пачка импульсов - условная последовательность сформированных одиночных импульсов. То есть, понятие пачки импульсов - носит условный характер.

Аналогичным образом, как правило, производится усиление и других типов импульсов, например акустических, механических, гидродинамических импульсов.

Длительность импульсов, при их усилении известными методами, остается неизменной. При этом важной технической задачей является сжатие импульсов (пачки импульсов) во времени, что способствует повышению качества и ускорению передачи информации. То есть, названное временное сжатие импульсов (пачки импульсов), в названных случаях, достигается дополнительными методами и средствами.

Также, в названных способах усиления, в случае большой частоты повторения импульсов, или в случае использования импульсов более сложных форм, или сверхкоротких импульсов наличествует большее количество колебаний заполнения импульса. Поэтому возникают технические проблемы с усилением таких импульсов вследствие резонансной настройки усилителя или недостаточности его полосы пропускания (даже в случае широкополосных усилителей). Кроме того, усиление импульсов в составе пачки, следующих с малой скважностью (с большой частотой повторения), известными методами (за счет усиления амплитуды модулируемого колебания, например, ВЧ заполнения радиоимпульсов) приводит к увеличению шумов, т.к. при близкорасположенных (во времени) импульсах накачка энергии производится не только в сами радиоимпульсы, но и в течение пауз между импульсами производится насыщение энергией на частоте модулируемого колебания, что обуславливает необходимость фильтрации мощных помех, связанной с техническими затруднениями. Более того, при усилении импульсов за счет накачки энергии в резонансный контур, необходимо добиваться синфазности колебаний (модулируемого колебания и колебания ВЧ, энергия которого обеспечивает требуемое усиление), что также является недостатком известных способов усиления. Также, при усилении импульсов за счет усиления ВЧ несущей, используется дорогостоящая элементная база (сравнительно с низкочастотными усилительными элементами), что также является недостатком известных способов усиления. Помимо этого известный способ не обеспечивает усиление солитонов.

То есть, возникают технико-экономические проблемы и затруднения при усилении (с возможным сжатием во времени) сверхширокополосных, сверхкоротких импульсов, пачек импульсов (с большой частотой повторения - с малой скважностью), а также, при усилении импульса с априори неизвестными параметрами и характеристиками, и при усилении солитонов.

Задачей, на решение которой направлено предлагаемое техническое решение, является обеспечение усиления (с возможностью сжатия во времени) импульсов с априори неизвестными параметрами и характеристиками, сверхширокополосных, сверхкоротких импульсов, импульсов в составе пачек импульсов, следующих с большой частотой повторения, а также усиление солитонов.

Технический результат выражается в создании способа усиления импульсов как одиночных, так и в составе пачки импульсов, в котором реализуется усиление импульсов с априори неизвестными параметрами и характеристиками, а также сверхширокополосных, сверхкоротких импульсов, импульсов в составе пачек импульсов, следующих с большой частотой повторения и, кроме того, обеспечивается усиление солитонов.

Результат достигается тем, что формируют импульс, в частности в составе пачки импульсов, вследствие модуляции несущего колебания первым модулирующим колебанием, определяющим огибающую формируемого импульса, формируют результирующий сигнал, содержащий упомянутый сформированный импульс, за счет модулирования сформированного импульса вторым модулирующим колебанием, определяющим огибающую результирующего сигнала, и усиливают результирующий сигнал путем усиления его огибающей, что приводит к усилению сформированного импульса, содержащегося в результирующем сигнале, при том, что частоту второго модулирующего колебания выбирают так, чтобы она была меньше частоты несущего колебания сформированного импульса и меньше частоты первого модулирующего колебания, а длительность полупериода второго модулирующего колебания была больше, чем длительность сформированного импульса, полностью вписывая такой импульс, по длительности, в один полупериод второго модулирующего колебания, что обеспечивает содержание сформированного импульса в составе результирующего сигнала.

Также, импульс, сформированный в составе пачки импульсов, усиливают в составе этой пачки импульсов, при этом частоту второго модулирующего колебания выбирают так, чтобы длительность его полупериода была больше, чем длительность упомянутой пачки импульсов, полностью вписывая, по длительности, такую пачку импульсов в один полупериод второго модулирующего колебания, что обеспечивает содержание импульса, сформированного в составе пачки импульсов, в составе результирующего сигнала.

Кроме того, усиливаемый импульс может быть сформирован как солитон.

На дату подачи материалов заявки авторам не известны технические решения, совокупность существенных отличительных признаков которых совпадает с заявляемой.

Предлагаемое техническое решение описывается и реализуется, например, следующим образом.

Формирование импульса, в общем случае, осуществляют модуляцией несущего колебания первым модулирующим колебанием. Например, имеется некоторое высокочастотное несущее колебание u₀(t), которое модулируют низкочастотным первым модулирующим колебанием u₁(t). Модуляция принимается, как результат сложения или перемножения (смешивания) колебаний:

u₀(t)=U₀cos(ω₀t+φ₀)

и u₁(t)=U₁cos(Ω₁t+φ₁),

где u₀(t) - несущее (модулируемое) колебание; U₀, ω₀, φ₀ - амплитуда, частота и начальная фаза несущего колебания; t - параметр времени; u₁(t) - первое модулирующее колебание; U₁, Ω₁, φ₁ - амплитуда, частота и начальная фаза первого модулирующего колебания.

Во всех случаях, огибающая импульса имеет меньшую частоту, чем несущая. То есть, принимается, что Ω₁<ω₀.

В результате смешивания, перемножения (модуляции) модулируемого (несущего) и первого модулирующего колебаний, модулированный сигнал будет описываться, как сформированный импульс:

$$u_u(t)=u_0(t)\cdot u_1(t)=\frac{U_0{U}_1}{2}\cos \{({\omega }_0+{\Omega }_1)t+({\varphi }_0+{\varphi }_1)\}+\frac{U_0{U}_1}{2}\cos \{({\omega }_0-{\Omega }_1)t+({\varphi }_0-{\varphi }_1)\}$$

или, соответственно известным описаниям (см. сс. 107-112, 384-386 в кн. Каганов В.И. Основы радиоэлектроники и связи / В.И.Каганов, В.К.Битюков. М.: Горячая линия - Телеком, 2007, 542 с.), в зависимости от отношения амплитуд U₀ и U₁:

$$u_{к}(t)=U_0\cos \{{\omega }_{0}t+{\varphi }_0\}+\frac{U_1}{2}\cos \{({\omega }_0+{\Omega }_1)t+({\varphi }_0+{\varphi }_1)\}+\frac{U_1}{2}\cos \{({\omega }_0-{\Omega }_1)t+({\varphi }_0-{\varphi }_1)\}$$

либо $$u_{к}(t)=U_1\cos \{{\Omega }_{1}t+{\varphi }_1\}+\frac{U_0}{2}\cos \{({\omega }_0+{\Omega }_1)t+({\varphi }_0+{\varphi }_1)\}+\frac{U_0}{2}\cos \{({\omega }_0-{\Omega }_1)t+({\varphi }_0-{\varphi }_1)\}$$

где u_и(t) или u_к(t) - модулированный сигнал (сформированный импульс, в частности - радиоимпульс).

Как правило, принимается, что коэффициент модуляции $$m=\raisebox{1ex}{$U_1$}\!\left/ \!\raisebox{-1ex}{$U_0$}\right.\le 1$$ . Импульсная форма модулированного сигнала возникает при значениях m≈1.

То есть, результатом модуляции несущего колебания или результатом ограничения высокочастотного (несущего) колебания во времени является радиоимпульс (или электрический импульс). Огибающая такого сформированного импульса является условной кривой - законом изменения, например, амплитуды высокочастотного заполнения (несущего колебания) импульса. Радиоимпульс (электрический импульс), при этом, описывается выражением u_и(t) или u_к(t), как результат названной модуляции ВЧ-колебаний низкочастотным модулирующим колебанием, и является волновым пакетом.

Спектр сформированного импульса содержит составляющие на следующих частотах: ω₀ (частота несущей сформированного импульса), Ω₁ (частота огибающей сформированного импульса, соответствующая частоте первого модулирующего колебания), (ω₀+Ω₁) (суммарная частота), (ω₀-Ω₁) (разностная частота).

Модулируя сформированный импульс (u_и(t) или u_к(t)) вторым модулирующим колебанием u₂(t)=U₂cos(Ω₂t+φ₂) (где u₂(t) - второе модулирующее колебание; U₂, Ω₂, φ₂ - амплитуда, частота и начальная фаза второго модулирующего колебания), то есть, производя смешивание (перемножение) или суммирование сформированного импульса со вторым модулирующим колебанием, получают волновой пакет, как результирующий сигнал u_p(t) (с огибающей такого сигнала на частоте второго модулирующего колебания Ω₂):

- результат модуляции, как смешивание (перемножение) сформированного импульса со вторым модулирующим колебанием:

$$\begin{array}{l}{u}_{р}(t)=u_u(t)\cdot u_2(t)=[u_0(t)\cdot u_1(t)]\cdot u_2(t)=\\ =\frac{U_0\cdot U_1\cdot U_2}{4}\cos \{({\omega }_0+{\Omega }_1+{\Omega }_2)t+({\varphi }_0+{\varphi }_1+{\varphi }_2)\}+\\ +\frac{U_0\cdot U_1\cdot U_2}{4}\cos \{({\omega }_0+{\Omega }_1-{\Omega }_2)t+({\varphi }_0+{\varphi }_1-{\varphi }_2)\}+\\ +\frac{U_0\cdot U_1\cdot U_2}{4}\cos \{({\omega }_0-{\Omega }_1+{\Omega }_2)t+({\varphi }_0-{\varphi }_1+{\varphi }_2)\}+\\ +\frac{U_0\cdot U_1\cdot U_2}{4}\cos \{({\omega }_0-{\Omega }_1-{\Omega }_2)t+({\varphi }_0-{\varphi }_1-{\varphi }_2)\}\end{array}$$

или

$$\begin{array}{l}{u}_{р}(t)=u_{к}(t)\cdot u_2(t)=\\ =\frac{U_0\cdot U_2}{2}\cos \{({\omega }_0+{\Omega }_2)t+({\varphi }_0+{\varphi }_2)\}+\\ +\frac{U_0\cdot U_2}{2}\cos \{({\omega }_0-{\Omega }_2)t+({\varphi }_0-{\varphi }_2)\}+\\ +\frac{U_1\cdot U_2}{4}\cos \{({\omega }_0+{\Omega }_1+{\Omega }_2)t+({\varphi }_0+{\varphi }_1+{\varphi }_2)\}+\\ +\frac{U_1\cdot U_2}{4}\cos \{({\omega }_0+{\Omega }_1-{\Omega }_2)t+({\varphi }_0+{\varphi }_1-{\varphi }_2)\}+\\ +\frac{U_1\cdot U_2}{4}\cos \{({\omega }_0-{\Omega }_1+{\Omega }_2)t+({\varphi }_0-{\varphi }_1+{\varphi }_2)\}+\\ +\frac{U_1\cdot U_2}{4}\cos \{({\omega }_0-{\Omega }_1-{\Omega }_2)t+({\varphi }_0-{\varphi }_1-{\varphi }_2)\}\end{array}$$

- результат модуляции, как сложение сформированного импульса со вторым модулирующим колебанием:

$$\begin{array}{l}{u}_{р}(t)=u_u(t)+u_2(t)=[u_0(t)\cdot u_1(t)]+u_2(t)=\\ =\frac{U_0\cdot U_1}{2}\cos \{({\omega }_0+{\Omega }_1)t+({\varphi }_0+{\varphi }_1)\}+\\ +\frac{U_0\cdot U_1}{2}\cos \{({\omega }_0-{\Omega }_1)t+({\varphi }_0-{\varphi }_1)\}+\\ +U_2\cos ({\Omega }_{2}t+{\varphi }_2)\end{array}$$

или

$$\begin{array}{l}{u}_{р}(t)=u_{к}(t)+u_2(t)=\\ U_0\cos ({\omega }_{0}t+{\varphi }_0)+\\ +\frac{U_1}{2}\cos \{({\omega }_0+{\Omega }_1)t+({\varphi }_0+{\varphi }_1)\}+\\ +\frac{U_1}{2}\cos \{({\omega }_0-{\Omega }_1)t+({\varphi }_0-{\varphi }_1)\}+\\ +U_2\cos ({\Omega }_{2}t+{\varphi }_2)\end{array}$$

Во всех случаях огибающая результирующего сигнала имеет меньшую частоту, чем несущая, и меньшую частоту, чем огибающая импульса. То есть, принимается, что Ω₂<Ω₁<ω₀.

Как видно из аналитического описания импульса, в спектре результирующего сигнала присутствуют следующие составляющие:

- основные составляющие на частотах: ω₀ (частота несущей сформированного импульса), Ω₁ (частота огибающей сформированного импульса, соответствующая частоте первого модулирующего колебания), Ω₂ (частота огибающей результирующего сигнала, соответствующая частоте второго модулирующего колебания);

- составляющие на суммо-разностных частотах: (ω₀+Ω₁), (ω₀-Ω₁);

- составляющие на суммо-разностных частотах: (ω₀+Ω₁+Ω₂), (ω₀+Ω₁-Ω₂), (ω₀-Ω₁+Ω₂), (ω₀-Ω₁-Ω₂).

То есть, в спектр результирующего сигнала входят составляющие, определяющие сформированный импульс: ω₀, Ω₁, (ω₀+Ω₁), (ω₀-Ω₁). Таким образом, сформированный импульс входит в состав (включается в состав при модулировании сформированного импульса вторым модулирующим колебанием) результирующего сигнала и содержится в этом составе в качестве высокочастотного (сравнительно с частотами огибающей сформированного импульса и огибающей результирующего сигнала) заполнения результирующего сигнала.

При этом аналитически показана взаимосвязь между амплитудой сформированного импульса (в частности, $$\frac{U_0\cdot U_1}{2}$$ ), амплитудой результирующего сигнала и произведением амплитуд несущей такого импульса, его же огибающей и огибающей результирующего сигнала (определяемой вторым модулирующим колебанием), в частности, $$\frac{U_0\cdot U_1\cdot U_2}{4}$$ . То есть, усиление результирующего сигнала (рассматриваемое, как увеличение его амплитуды) возможно за счет увеличения амплитуды любой из основных составляющих его спектра. В настоящем случае, усиление огибающей результирующего сигнала (увеличение амплитуды U₂, спектральной составляющей результирующего сигнала на частоте Ω₂) влечет усиление названного сигнала (увеличение его амплитуды). За счет указанной взаимосвязи основных составляющих спектра, усиление результирующего сигнала, за счет усиления его огибающей, сопряжено с усилением (увеличением амплитуды) других составляющих его спектра. Таким образом, будут усилены составляющие спектра результирующего сигнала на частотах ω₀, Ω₁, (ω₀+Ω₁), (ω₀-Ω₁). Следовательно, будет усилен сформированный импульс (в т.ч. в составе пачки импульсов), содержащийся в результирующем сигнале, в качестве его высокочастотного заполнения.

Возможны и иные варианты аналитического описания формирования импульса и его модулирования вторым модулирующим колебанием, однако, во всех случаях, результирующий сигнал будет включать в себя (содержать в себе) сформированный импульс, а в спектре результирующего сигнала будут присутствовать составляющие на всех упомянутых частотах: ω₀, Ω₁, Ω₂, (ω₀+Ω₁), (ω₀-Ω₁), (ω₀+Ω₁+Ω₂), (ω₀+Ω₁-Ω₂), (ω₀-Ω₁+Ω₂), (ω₀-Ω₁-Ω₂). И, с учетом взаимосвязи составляющих спектра результирующего сигнала, усиление его огибающей будет приводить к усилению сформированного импульса, содержащегося в результирующем сигнале, как его высокочастотное заполнение.

Приведенное аналитическое описание формирования импульса, сформированного импульса, его модулирования вторым модулирующим колебанием и результирующего сигнала, показывает, что при упомянутом модулировании сформированного импульса длительность результирующего сигнала может быть меньше длительности сформированного импульса, что подтверждает ранее поставленную цель обеспечения временного сжатия результирующего сигнала (и содержащегося в нем сформированного импульса).

Усиление огибающей результирующего сигнала (содержащего сформированный импульс, в данном случае, радиоимпульс или электрический импульс) может производиться за счет выполнения следующих действий:

- усиление огибающей результирующего сигнала (с использованием активного, усилительного элемента), как усиление низкочастотного (сравнительно с высокочастотной несущей и огибающей сформированного импульса) колебания на частоте второго модулирующего колебания (определяющего огибающую результирующего сигнала) Ω₂;

- усиление огибающей результирующего сигнала, как усиление составляющей спектра такого сигнала на частоте второго модулирующего колебания (определяющего огибающую результирующего сигнала) Ω₂;

- усиление огибающей результирующего сигнала за счет накачки энергии (как непосредственно в результирующий сигнал, так и в среду распространения (область нахождения) такого сигнала), на частоте второго модулирующего колебания (определяющего огибающую результирующего сигнала) Ω₂, что может производиться, например, в порядке параметрического усиления названного сигнала (содержащего сформированный импульс, в данном случае, радиоимпульс или электрический импульс) в плазменной среде или в параметрическом усилителе.

Во всех перечисленных случаях не производится какое-либо специальное выделение составляющей спектра результирующего сигнала на частоте второго модулирующего колебания (частоте огибающей результирующего сигнала) Ω₂. To есть, не производится подавление других составляющих спектра результирующего сигнала.

При указанном усилении результирующего сигнала (в частности, как радиоимпульса, электрического импульса) с помощью активного элемента, следует обеспечить требуемую полосу пропускания (например, или широкополосность, или гребенчатость полосы пропускания, или многорезонансную полосу пропускания - для частот ω₀, Ω₁, Ω₂, либо для основных составляющих спектра импульса ω₀, Ω₁, Ω₂ и суммо-разностных частот (ω₀±Ω₁), (ω₀±Ω₁±Ω₂)) усилителя, фильтров и активного элемента, чтобы обеспечить прохождение через соответствующие радиотехнические тракты колебаний с частотами ω₀, Ω₁, Ω₂ и, в случае необходимости, на суммо-разностных частотах (ω₀±Ω₁) и/или (ω₀±Ω₁±Ω₂).

Учитывая, что приведенные аналитические выражения показывают взаимодействие между основными составляющими спектра результирующего сигнала (между несущей и огибающей сформированного импульса, а также огибающей результирующего сигнала), следует, что увеличение амплитуды любой из основных составляющих спектра результирующего сигнала приводит к усилению других составляющих спектра результирующего сигнала и, следовательно, составляющих спектра, определяющих сформированный импульс, содержащийся в результирующем сигнале.

Кроме того, взаимосвязь спектральных элементов результирующего сигнала (и содержащегося в нем сформированного импульса) может быть обеспечена резонансным соответствием частот Ω₂, Ω₁ и ω₀ (что означает резонансность частот Ω₂, Ω₁ и ω₀). В таком случае, колебание на более высокой частоте является гармоникой колебания более низкой частоты. Такое соответствие частот можно охарактеризовать как внутренняя когерентность результирующего сигнала (и содержащегося в нем сформированного импульса). Приведенные обоснования взаимосвязи энергий (амплитуд) колебаний на частотах ω₀, Ω₁, Ω₂, в случае частотного соответствия колебаний, как гармоник, известны, как результат разложения в ряд Фурье результирующего сигнала (и содержащегося в нем сформированного импульса): модулируемого колебания - несущей, модулированной первым модулирующим колебанием - огибающей сформированного импульса, который, в свою очередь, модулирован вторым модулирующим колебанием. Известно, что при накачке энергии в нулевую гармонику будут увеличиваться амплитуды всех остальных гармоник.

Таким образом, при усилении результирующего сигнала (содержащего сформированный импульс) за счет усиления его огибающей (в соответствии с предлагаемым техническим решением) должна быть задействована большая энергия, чем при непосредственном усилении одиночного второго модулирующего колебания на частоте Ω₂, т.к. такая энергия включает и энергию для усиления огибающей сформированного импульса (составляющей спектра такого импульса - первого модулирующего колебания на частоте Ω₁) и несущей сформированного импульса (составляющей спектра такого импульса - модулируемого колебания на частоте ω₀). Однако такая большая энергия обеспечивает усиление и огибающей результирующего сигнала (на частоте второго модулирующего колебания), и огибающей сформированного импульса (на частоте первого модулирующего колебания), и несущей сформированного импульса (на частоте несущей - модулируемого колебания), и является не большей, чем энергия, затрачиваемая на усиление импульса за счет усиления ВЧ составляющих.

Фактически, усиление результирующего сигнала за счет усиления его огибающей соответствует известным аналитическим преобразованиям (см., например, с.110 в кн. Каганов В.И. Основы радиоэлектроники и связи / В.И.Каганов, В.К.Битюков. М.: Горячая линия - Телеком. 2007, 542 с.) и подтверждено экспериментально. При этом результат усиления описывается выражением:

u_p(t)=А·u_р(t), то есть, u_p(t)=А·u_р(t)=А·u_р{u_u(t)},

где А - численный показатель усиления результирующего сигнала (увеличения его амплитуды).

Для модуляции с целью получения, например, радиоимпульсов или электрических импульсов, используют смешение ВЧ и НЧ колебаний (определяющих несущую и огибающую формируемого импульса соответственно), которое подразумевает как суммирование, так и перемножение смешиваемых сигналов (сс.107-112, 384-386 в кн. Каганов В.И. Основы радиоэлектроники и связи / В.И.Каганов, В.К.Битюков. М.: Горячая линия - Телеком. 2007, 542 с.), т.к. обыкновенное сложение колебаний приводит к получению модулированного сигнала не импульсного вида.

Аналогичным методом может быть получена пачка радиоимпульсов, как некоторый набор одиночных импульсов, следующих с большой частотой повторения. Пачка импульсов со скважностью (период следования импульсов, отнесенный к длительности импульса: Т₀/τ_и, где Т₀ - период следования импульсов, τ_и - длительность импульса) порядка 2, т.е. следующих с большой частотой повторения, может быть получена, например, по алгоритму, изложенному в патенте РФ №2210857, 2002, бюл. №23, 2003 «Способ формирования мощных коротких СВЧ импульсов» (МКИ Н03К 12/00).

Идеальным случаем радиоимпульса считается ограниченное во времени одно колебание с одной частотой и детерминированной амплитудой - так называемый телеграфный или манипулированный сигнал - сс.107, 112 в кн. Каганов В.И. Основы радиоэлектроники и связи / В.И.Каганов, В.К.Битюков. М.: Горячая линия - Телеком. 2007, 542 с.

Реально, т.к. длительность радиоимпульса (электрического импульса) как одиночного, так и в составе пачки импульсов, ограничена во времени, его огибающая описывается более сложной формой, например, по нормальному закону (гауссовское распределение), или солитонным решением какого-либо нелинейного уравнения (например, кубического нелинейного уравнения Шредингера) - см. патент РФ №2262797, 2003, бюл. №29, 2005 «Способ формирования нелинейных сигналов», МКИ Н03В 19/05, 28/00, а в составе импульса будет присутствовать большое количество колебаний с разными амплитудами и частотой - с.347 в кн. Каганов В.И. Основы радиоэлектроники и связи / В.И.Каганов, В.К.Битюков. М.: Горячая линия - Телеком. 2007, 542 с.

Описание процессов формирования импульса соответствует известным процедурам с гармоническими колебаниями или с более сложными сигналами (см., например, сс.35-38 в кн. Колачева Н.М. Колебания в механических и электрических системах / Н.М.Колачева, М.Я.Израилович, Л.В.Соломатина. М.: Изд-во ГОУ ВПО «МГИРЭА (ТУ)». 2007, 72 с.; патент РФ №2210857, 2002, бюл. №23, 2003 «Способ формирования мощных коротких СВЧ импульсов» (МКИ Н03К 12/00)).

Указанные процедуры - модуляция, смешение, перемножение, обеспечивающие формирование импульса и модулирование сформированного импульса (вторым модулирующим колебанием), в том числе в составе пачки импульсов, могут производиться, например, как в телеграфном режиме (методом манипуляции: включения и отключения, с частотой Ω₁, источника колебаний с частотой ω₀), так и с использованием модулятора, смесителя, перемножителя, например, в соответствии с алгоритмом и со схемами, приведенными на сс.384-396 в кн. Каганов В.И. Основы радиоэлектроники и связи / В.И.Каганов, В.К.Битюков. М.: Горячая линия - Телеком. 2007, 542 с. Также, радиоимпульсы (в т.ч. в составе пачки импульсов) могут быть сформированы соответственно устройствам, описанным в патенте РФ №2262797, 2003, бюл. №29, 2005. Способ формирования нелинейных сигналов / Володин И.А., Дмитриев В.Г., Макаров С.Б., Сергеев В.И., Сергеева Е.А. (для формирования солитонов), или на сс.445-486 в кн. Гусев В.Г. Электроника / В.Г.Гусев, Ю.М.Гусев. М.: Высшая школа. 1982, 495 с., или на сс.215-225, 228-231 в кн. Сиберт У.М. Цепи, сигналы, системы: В 2-х ч. Ч. 2 / У.М.Сиберт. М.: Мир. 1988, 360 с.

Кроме того, модулирование сформированного импульса (в частности радиоимпульса) вторым модулирующим колебанием с частотой Ω₂ может производиться методом включения импульса (пачки импульсов) в состав результирующего сигнала, что соответствует процессу суммирования (сложения) колебания с частотой Ω₂ и сформированного импульса (в т.ч. в составе пачки импульсов) и может быть реализовано, например, с помощью сумматора или смесителя, описанного, в частности, на сс.31-37 в кн. Бунин С.Г. Справочник радиолюбителя-коротковолновика / С.Г.Бунин, Л.П.Яйленко. Киев: Техшка. 1984, 264 с., или при использовании плазменного образования, как распределенного параметрического смесителя, соответственно сс.311-320 в кн. Александров А.Ф. Лекции по электродинамике плазмоподобных сред / А.Ф.Александров, А.А.Рухадзе. М.: Изд-во Московского университета. Физический факультет МГУ. 1999, 336 с. (в том числе, для формирования и модуляции солитонов).

Усиление огибающей результирующего сигнала (определяемой вторым модулирующим колебанием с частотой Ω₂), с заполнением в виде сформированного импульса (колебания с частотой ω₀, модулированного первым модулирующим колебанием с частотой Ω₁), может производиться с использованием, например, устройств, описанных на ее. 120-220 в кн. Гусев В.Г. Электроника / В.Г.Гусев, Ю.М.Гусев. М.: Высшая школа. 1982, 495 с., или на сс.120-140 в кн. Цыкин Г.С. Усилители электрических сигналов / Г.С.Цыкин. М.: Энергия. 1969, 384 с. Также, например, может быть использован параметрический усилитель как с сосредоточенными, так и с распределенными (например, за счет усиления электромагнитных колебаний, при накачке энергии в плазменное образование) параметрами, что описано, в частности на сс.11-105, 144-196 в кн. Мари Ж. Низкочастотные параметрические усилители с ортогональным магнитным управлением / Ж.Мари. М.: Мир. 1967, 232 с., или на сс.311-315 в кн. Александров А.Ф. Лекции по электродинамике плазмоподобных сред / А.Ф.Александров, А.А.Рухадзе. М.: Изд-во Московского университета. Физический факультет МГУ. 1999, 336 с.

Кроме того, усиление огибающей результирующего сигнала может производиться путем смешивания (перемножения) названного результирующего сигнала с колебанием на частоте второго модулирующего колебания Ω₂, на смесителе или перемножителе, с коэффициентом преобразования, равным единице. То есть, усиление результирующего сигнала (содержащего сформированный импульс) производится за счет именно накачки энергии в результирующий сигнал на частоте его огибающей. В этом случае, уровень увеличения амплитуды огибающей результирующего сигнала (т.е. уровень усиления такого сигнала) регулируется амплитудой накачиваемого колебания (на частоте Ω₂). Данный случай представляет один из возможных вариантов построения усилительной цепи для усиления огибающей результирующего сигнала, влекущего усиление сформированного импульса, содержащегося в результирующем сигнале.

Следует учесть, что при усилении сформированного импульса в составе пачки импульсов настоящим способом возможны искажения импульсов на краях огибающей результирующего сигнала, что минимизируется при значительном уменьшении частоты Ω₂ (при достижении условий Ω₂<<ω₀, Ω₂<<Ω₁). Для уменьшения названных возможных искажений, в настоящем техническом решении предъявляется требование, чтобы длительность полупериода второго модулирующего колебания была больше, чем длительность сформированного импульса, и чтобы такой импульс (или пачка импульсов, в которую входит сформированный импульс) полностью вписывался, по длительности, в один полупериод второго модулирующего колебания. Кроме того, названное усиление амплитуды сформированного импульса (в частности, радиоимпульса) возможно производить с помощью активного элемента. При этом следует обеспечить требуемую полосу пропускания (или широкополосность, или гребенчатость полосы пропускания, или многорезонансную полосу пропускания - для частот ω₀, Ω₁, Ω₂, а также, в случае необходимости, для суммо-разностных частот: (ω₀±Ω₁) и/или (ω₀±Ω₁±Ω₂)) усилителя, фильтров и активного элемента, чтобы обеспечить прохождение через соответствующие радиотехнические тракты колебаний с частотами ω₀, Ω₁, Ω₂ и на суммо-разностных частотах (ω₀±Ω₁) и/или (ω₀±Ω₁±Ω₂).

При дальнейшем распространении результирующего сигнала u_p(t), такой волновой пакет рассыпается на свои составляющие (в т.ч. из-за разной скорости распространения его составляющих). То есть, при распространении результирующего сигнала, усиленный сформированный импульс выделяется из результирующего сигнала (в состав которого он входит) самостоятельно. Следовательно, результирующий сигнал u_p(t) преобразуется в усиленный сформированный импульс (в частности, в составе пачки импульсов) A·u_и(t) (или A·u_к(t)), что решает поставленную задачу.

Возможно выделение усиленного сформированного импульса из состава усиленного результирующего сигнала известными методами и устройствами детектирования.

Однако, учитывая упомянутую условность огибающих сформированного импульса и результирующего сигнала, даже содержась в составе усиленного результирующего сигнала, усиленный сформированный импульс (рассматриваемый, как несущая такого импульса, амплитуда которой изменяется по закону огибающих) позволяет производить его обработку, производить с ним иные требуемые действия, что доказано практически при разработке устройств, действующих на основе настоящего способа усиления.

То есть, для проведения каких-либо операций над усиленным сформированным импульсом, его не требуется выделять из состава результирующего сигнала: усиленный результирующий сигнал рассматривается как усиленная несущая сформированного импульса (с возможным сжатием по длительности), т.е. как сам усиленный сформированный импульс. Данное обстоятельство позволяет использовать такой усиленный импульс без его специального выделения из состава результирующего сигнала, что показано аналитически и доказано экспериментально.

Аналогичным образом, в качестве импульса (волнового пакета), усиливаемого путем усиления низкочастотной огибающей, может быть использован солитон.

Приведенное аналитическое описание показывает возможность усиления различных типов импульса, например, для случаев радиоимпульсов (электрических импульсов), акустических, механических, гидродинамических импульсов. Справедливость приведенного описания подтверждена экспериментально.

Таким образом, рассмотренный способ усиления импульса обеспечивает усиление короткого (сверхкороткого), широкополосного (сверхширокополосного) импульса, солитонов и пачек импульсов (с большой частотой повторения - с малой скважностью), а также, при усилении импульса с априори неизвестными параметрами и характеристиками за счет усиления огибающей волнового пакета, формируемого вследствие модуляции импульса вторым модулирующим колебанием.

Изобретение относится к импульсной технике. Технический результат заключается в обеспечении усиления импульсов с априори неизвестными параметрами и характеристиками, сверхширокополосных, сверхкоротких импульсов и импульсов в составе пачек импульсов. Способ усиления импульса заключается в том, что формируют импульс, в частности, в составе пачки импульсов, осуществляя модуляцию несущего колебания первым модулирующим колебанием, определяющим огибающую формируемого импульса, формируют результирующий сигнал, содержащий упомянутый сформированный импульс, путем модулирования сформированного импульса вторым модулирующим колебанием, определяющим огибающую результирующего сигнала, и усиливают результирующий сигнал путем усиления его огибающей, усиливая тем самым сформированный импульс, содержащегося в результирующем сигнале, при этом частоту второго модулирующего колебания выбирают так, чтобы она была меньше частоты несущего колебания сформированного импульса и меньше частоты первого модулирующего колебания, а длительность полупериода второго модулирующего колебания была больше, чем длительность сформированного импульса, полностью вписывая такой импульс, по длительности, в один полупериод второго модулирующего колебания, обеспечивая содержание сформированного импульса в составе результирующего сигнала. 2 з.п. ф-лы.

1. Способ усиления импульса, заключающийся в том, что формируют импульс, в частности, в составе пачки импульсов, осуществляя модуляцию несущего колебания первым модулирующим колебанием, определяющим огибающую формируемого импульса, формируют результирующий сигнал, содержащий упомянутый сформированный импульс, путем модулирования сформированного импульса вторым модулирующим колебанием, определяющим огибающую результирующего сигнала, и усиливают результирующий сигнал путем усиления его огибающей, усиливая, тем самым, сформированный импульс, содержащийся в результирующем сигнале, при этом частоту второго модулирующего колебания выбирают так, чтобы она была меньше частоты несущего колебания сформированного импульса и меньше частоты первого модулирующего колебания, а длительность полупериода второго модулирующего колебания была больше, чем длительность сформированного импульса, полностью вписывая такой импульс, по длительности, в один полупериод второго модулирующего колебания, обеспечивая содержание сформированного импульса в составе результирующего сигнала.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что импульс, сформированный в составе пачки импульсов, усиливают в составе этой пачки импульсов, при этом частоту второго модулирующего колебания выбирают так, чтобы длительность его полупериода была больше, чем длительность упомянутой пачки импульсов, полностью вписывая, по длительности, такую пачку импульсов в один полупериод второго модулирующего колебания, обеспечивая содержание импульса, сформированного в составе пачки импульсов, в составе результирующего сигнала.

3. Способ по п.1, отличающийся тем, что усиливаемый импульс формируют как солитон.