СПОСОБ СОКРАЩЕНИЯ ДЛИТЕЛЬНОСТИ ИМПУЛЬСА СВЧ ИЗЛУЧЕНИЯ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО РЕАЛИЗАЦИИ Российский патент 2014 года по МПК H03K5/04 

Изобретение относится к области СВЧ волноводной техники и может быть применено в радиолокационной технике.

Известны способ и устройство формирования мощных коротких СВЧ-импульсов [1], включающие возбуждение маломощного СВЧ-сигнала, усиление и модуляцию СВЧ-сигнала, селекцию сигнала с частотой несущего колебания ƒ₀ и фазой φ₀, производя полосовую частотную и/или фазовую фильтрацию модулированного СВЧ-сигнала, затем полученный сигнал усиливают и повторно фильтруют, осуществляя селекцию мощного сигнала с частотой несущего колебания ƒ₀ и фазой φ₀.

Наиболее близкимим по технической сущности к заявляемому изобретению являются способ и устройство генерирования волны СВЧ-диапазона, излучаемой короткими импульсами [2]. Способ заключается в формировании коротких импульсов излучения СВЧ из непрерывного (или из длинных импульсов ~ 1000 нc) путем поджига лазерным излучением плазменного образования в волноводной секции, заполненной определенным газом при низком давлении (1-30 Торр), которое вызывает полное отражение падающего излучения СВЧ и соответственно прерывание проходящей волны СВЧ. Недостатком данного устройства является то, что заполнение участка волновода газом при низком давлении уменьшает его (волновода) пробивную прочность и для поджига плазмы используется лазерное излучение.

Задачей данного изобретения является сокращение длительности импульсов СВЧ от десятков микросекунд до десятков наносекунд.

Способ сокращения длительности импульса СВЧ-излучения, при котором импульс СВЧ излучения заводят в волноводную секцию с газоразрядными лампами, с помощью генератора импульсного напряжения в газоразрядных лампах зажигают тлеющие разряды, что приводит к образованию электромагнитной полосовой структуры и к сужению проходящего импульса СВЧ, задержка между передним фронтом импульса СВЧ и моментом поджига газоразрядных ламп определяет длительность формируемого импульса, при этом мощность падающего СВЧ-излучения не превышает необходимую для СВЧ-пробоя в газоразрядных лампах.

Способ сокращения длительности импульса СВЧ-излучения реализуется с помощью устройства.

Устройство для сокращения длительности импульса СВЧ-излучения, содержащее волноводную секцию с пятью газоразрядными лампами, одной своей стороной через коаксиально-волноводный переход и ферритовый вентиль подключенную к выходу СВЧ-генератора, а другой стороной через коаксиально-волноводный переход и ферритовый вентиль - к СВЧ- детектору, пять газоразрядных ламп расположены вдоль волноводной секции перпендикулярно ее широким стенкам с периодом l=Λ₀/2÷Λ₀, где Λ₀=λ₀(1-(λ₀/2а)²)^-1/² - длина волны в волноводе, λ₀ - длина волны падающего СВЧ излучения; а - размер широкой стенки волноводной секции, и подключены к генератору импульсного напряжения, который подключен к выходу генератора импульсов, выход синхроимпульса которого соединен с СВЧ-генератором.

Сущность устройства поясняется фиг.1, где:

1 - волноводная секция,

2 - коаксиально-волноводный переход,

3 - ферритовый вентиль,

4 - СВЧ-генератор,

5 - СВЧ-детектор,

6 - генератор импульсного напряжения,

7 - генератор импульсов,

8 - газоразрядная лампа.

Согласно изобретению выход СВЧ-генератора 4 через вентиль 3 и коаксиально-волноводный переход 2 подключен к волноводной секции 1. СВЧ-сигнал из волноводной секции 1 через другой коаксиально-волноводный переход 2 и вентиль 3 подается на СВЧ детектор 5. Газоразрядные лампы 8 установлены вдоль волноводной секции на его оси перпендикулярно широким стенкам с периодом l=Λ₀/2÷Λ₀ , где Λ₀=λ₀(1-(λ₀/2а)²)^-1/² - длина волны в волноводе, λ₀ - длина волны падающего СВЧ излучения; а - размер широкой стенки волноводной секции и подключены к генератору импульсного напряжения (катоды газоразрядных ламп к минусу генератора импульсного напряжения и аноды к плюсу). Генератор импульсов 7 выходом подключен к генератору импульсного напряжения 6 и выходом синхроимпульса - к СВЧ- генератору 4.

Устройство работает следующим образом.

Синхроимпульс генератора импульсов 7 запускает СВЧ-генератор 4, СВЧ излучение от СВЧ-генератора 4 подается в волноводную секцию 1, проходит ее и регистрируется СВЧ детектором 5. Сигнал генератора импульсов 7 с задержкой запускает генератор импульсного напряжения 6, под действием которого в газоразрядных лампах 8 зажигают тлеющие разряды, которые формируют электромагнитную полосовую структуру с запрещенной зоной, что приводит к отсечке падающего сигнала СВЧ и, соответственно, к сокращению длительности импульса до времени, равного задержке между передним фронтом СВЧ-импульса и моментом поджига ламп.

При практическом осуществлении модели использовались прямоугольный волновод сечением 23×10 мм^2, длиной около 50 см и падающее СВЧ-излучение с длиной волны в воздухе λ₀=33 мм. Пять газоразрядных ламп ГШ-5 (длина около 20 см, внутренний диаметр 3 мм, наполнены неоном при давлении 70 мм рт. ст.) располагались перпендикулярно широким стенкам волноводной секции в отверстиях диаметром 4 мм, просверленных на расстоянии l=38 мм друг от друга в середине широких стенок, что соответствует диапазону l=Λ₀/2÷Λ₀=24÷48 мм. При включении генератора 7 включается СВЧ-генератор 4 (фиг.2, кривая 1 - падающий импульс) и с некоторой задержкой генератор импульсного напряжения 6, в газоразрядных лампах 8 возникают плазменные столбы, что приводит к образованию электромагнитной полосовой структуры с запрещенной зоной пропускания [3], которая уменьшает пропускание волноводной секции на частоте падающего излучения на 50-60 дБ, а длительность прошедшего импульса СВЧ сокращается до времени задержки между сигналом и синхроимпульсом генератора импульсов 7 (фиг.2, кривые 2, 3, 4 - прошедшие импульсы СВЧ при задержках 7, 3 мкс и 50 нс, соответственно).

Использование данных способа и устройства позволяет непрерывно сокращать длительность импульсов СВЧ-излучения от десятков микросекунд до десятков наносекунд.

Источники информации

1. RU 2210857.

2. RU 2188500.

3. Control of electromagnetic band gap devices by discharge plasmas / V.I. Arkhipenko [et al.] // Proceedings of the VIII International Workshop on Microwave Discharges: Fundamentals and Applications (MD-8), Zvenigorod, Russia, 10-14 September 2012 / Sci. Council of RAS on Physics of Low Temperature Plasma; ed. Yu.A. Lebedev. - Moscow: Yanus-K, 2012. - P. 275-280.

Изобретение относится к области СВЧ волноводной техники и может быть применено в радиолокационной технике. Технический результат - сокращение длительности импульсов СВЧ от десятков микросекунд до десятков наносекунд. Способ сокращения длительности импульса СВЧ- излучения характеризуется тем, что импульс СВЧ излучения заводят в волноводную секцию с газоразрядными лампами, с помощью генератора импульсного напряжения в газоразрядных лампах зажигают тлеющие разряды, что приводит к образованию электромагнитной полосовой структуры. Устройство для сокращения длительности импульса СВЧ излучения содержит волноводную секцию с пятью газоразрядными лампами, одной своей стороной через коаксиально-волноводный переход и ферритовый вентиль подключенную к выходу СВЧ-генератора, а другой стороной через коаксиально-волноводный переход и ферритовый вентиль - к СВЧ-детектору, пять газоразрядных ламп расположены вдоль волноводной секции перпендикулярно ее широким стенкам с периодом l=Λ₀/2÷Λ₀, где Λ₀=λ₀(1-(λ₀/2а)²)^-1/2 - длина волны в волноводе, λ₀ - длина волны падающего СВЧ излучения; а - размер широкой стенки волноводной секции, и подключены к генератору импульсного напряжения, который подключен к выходу генератора импульсов, выход синхроимпульса которого соединен с СВЧ-генератором. 2 н.п. ф-лы, 2 ил.

1. Способ сокращения длительности импульса СВЧ излучения, при котором импульс СВЧ-излучения заводят в волноводную секцию с газоразрядными лампами отличающийся тем, что с помощью генератора импульсного напряжения в газоразрядных лампах зажигают тлеющие разряды, что приводит к образованию электромагнитной полосовой структуры и к сужению проходящего импульса СВЧ, задержка между передним фронтом импульса СВЧ и моментом поджига газоразрядных ламп определяет длительность формируемого импульса, при этом мощность падающего СВЧ излучения не превышает необходимую для СВЧ-пробоя в газоразрядных лампах.

2. Устройство для сокращения длительности импульса СВЧ- излучения способом по п.1, содержащее волноводную секцию с пятью газоразрядными лампами, одной своей стороной через коаксиально-волноводный переход и ферритовый вентиль подключенную к выходу СВЧ- генератора, а другой стороной через коаксиально-волноводный переход и ферритовый вентиль - к СВЧ-детектору, отличающийся тем, что пять газоразрядных ламп расположены вдоль волноводной секции перпендикулярно ее широким стенкам с периодом l=Λ₀/2÷Λ_0, где Λ₀=λ₀(1_-(λ₀/2a)²)^-1/2 - длина волны в волноводе, λ₀ - длина волны падающего СВЧ-излучения; а - размер широкой стенки волноводной секции, и подключены к генератору импульсного напряжения, который подключен к выходу генератора импульсов, выход синхроимпульса которого соединен с СВЧ-генератором.