Устройство формирования мощных СВЧ-импульсов Российский патент 2017 года по МПК H03K3/00 H03B1/00 

Изобретение относится к импульсной технике, в частности к устройствам формирования мощных СВЧ-импульсов, передаваемых в антенно-фидерную систему (АФС) радиолокационных станций, и может быть использовано для построения передатчиков либо усилителей СВЧ-импульсов, содержащих в своем составе СВЧ-приборы с сеточным управлением (клистроны, ЛБВ, ЛОВ и т.п.).

В известных устройствах на вход СВЧ-прибора подается непрерывный сигнал, при этом формирование СВЧ-импульса возлагается на модулятор, открывающий СВЧ-прибор с частотой и длительностью усиливаемых импульсов.

В этом случае качество СВЧ-импульсов, передаваемых в АФС, зависит от характеристик модулятора.

В связи с этим, разработчики сосредотачивают внимание на построении модуляторов, обеспечивающих оптимальную форму СВЧ-импульсов, подаваемых на управляющие сетки СВЧ-приборов.

Известны модуляторы, предназначенные для формирования СВЧ-импульсов на управляющей сетке СВЧ-приборов [1, 2].

Один из этих модуляторов приведен на фиг. 1 [1].

Модулятор (Фиг. 1) содержит два ключа (Hold-off, Hold-on), открывающий и закрывающий СВЧ-прибор, а также два источника питания. Каждый из этих источников подключен к сетке СВЧ-прибора своим ключом. Ключи данного модулятора строят на базе мощных IGBT транзисторов, соединенных последовательно. Количество соединенных транзисторов зависит от рабочего напряжения единичного транзистора и напряжения сетка-катод СВЧ-прибора.

Особенностью данного модулятора является конструктивное выполнение модуля ключей, которые для уменьшения влияния паразитных параметров монтажа расположены по кругу (Фиг. 2). Такое конструктивное решение позволяет уменьшить влияние паразитных L, C параметров монтажа, однако, не позволяет исключить их полностью и получить заданную форму СВЧ-импульсов, передаваемых в АФС.

Другой способ улучшения качества СВЧ-импульсов приведен в патенте №2339158 С2 "Высоковольтный импульсный модулятор со стабилизацией амплитуды импульсов и электронный ключ для него (варианты)" [2].

Данное устройство (Фиг. 3) содержит источник питания, схему регулирования, датчик напряжения, схему управления, модулирующее устройство, выдающее импульсы на сетку СВЧ-прибора. Такое устройство улучшает форму видеоимпульса на управляющей сетке СВЧ-прибора, однако не позволяет получить СВЧ-импульсы заданной формы, передаваемые в АФС вследствие наличие паразитных параметров монтажа, что особенно характерно для устройств, формирующих мощные СВЧ-импульсы.

Недостатком первого модулятора является сложное конструктивное решение, а второго - наличие громоздкого специализированного источника питания. В обоих случаях не удается полностью исключить влияние паразитных параметров монтажа модуляторов.

Целью предлагаемого изобретения является обеспечение заданной формы СВЧ-импульсов, передаваемых в АФС, и упрощение модулятора за счет исключения влияния паразитных параметров его монтажа.

Поставленная цель достигается путем разделения цепей, подаваемых на вход СВЧ-прибора, и цепей управления его сеткой таким образом, чтобы усиливаемый импульс поступал на вход предварительно открытого прибора. При этом сформированный формирователем импульсов маломощный импульс заданной формы передается по неискажающей линии на вход прибора, открытого видеоимпульсом, сформированным модулятором.

Функциональная схема устройства формирования мощных СВЧ-импульсов приведена на Фиг. 4.

Устройство содержит формирователь импульсов (1), первым выходом соединенный со входом возбудителя (2), выход которого соединен с первым входом усилителя СВЧ-импульсов (3), подключенным выходом через согласующий вентиль (4) ко входу СВЧ-прибора (8), модуль управления (5), соединенный входом со вторым выходом формирователя импульсов (1), первым выходом с подмодулятором (6), а вторым выходом с усилителем СВЧ-импульсов (3), модулятор (7), первым входом соединенный с подмодулятором (6), выходом с управляющей сеткой СВЧ-прибора (8), а вторым входом с отрицательным выводом источника коллекторного напряжения СВЧ-прибора (9) и катодом этого прибора.

Работа устройства иллюстрируется диаграммами (Фиг. 5).

Формирователь импульсов (1) вырабатывает опорные импульсы длительностью (т_о) с заданной частотой работы РЛС (Диагр. 1).

Опорные импульсы поступают на вход возбудителя (2) с некоторой задержкой т_зад (Диагр. 2), в результате чего возбудитель начинает вырабатывать СВЧ-импульсы заданной формы и длительности т_и (Диагр. 3) с частотой опорных импульсов т_о поступающих через согласующий вентиль (4) на вход СВЧ-прибора (8). Вторым выходом формирователь импульсов (1) с упреждением по отношению к СВЧ-импульсу т_у запускает модуль управления (5), который формирует импульс входа подмодулятора (6) т_подм≥т_и (Диагр. 4); подмодулятор (6) запускает модулятор (7), который выдает видеоимпульсы на сетку СВЧ-прибора (8), открывая его (Диагр. 6).

С целью повышения КПД, вторым выходом модуль управления (5) открывает усилитель СВЧ-импульсов на время > т_и (Диагр. 5). В паузах между импульсами (т_откр) усилитель СВЧ-импульсов закрыт и не потребляет энергии.

Заявленное устройство формирования мощных СВЧ-импульсов в составе передатчиков РЛС, с приборами сеточного управления, позволяет сформировать и передать в АФС импульсы заданной формы при отсутствии специальных требований к модулятору при сохранении КПД, имеющего место для передатчиков данного типа.

Литература

1. Solid State Radar Modulators. Dr Marcel P.J. Gaudreau, Dr. Jeffrey A. Casey etc Diversified Technolodgies, Jnc., Bedford, MA O 1730, USA, June 2000.

2. Высоковольтный импульсный модулятор со стабилизацией амплитуды импульсов и электронный ключ для него (варианты). Алексеев В.А. и др. Патент РФ на изобретение №2339158 C2.

Изобретение относится к импульсной технике и может быть использовано для формирования мощных СВЧ-импульсов заданной формы в составе передатчиков радиолокационных станций, использующих СВЧ-приборы с сеточным управлением. Техническим результатом является улучшение формы СВЧ-импульсов при исключении влияния на них паразитных параметров модулятора, который в связи с этим значительно упрощается, что достигается путем разделения цепей, подаваемых на вход СВЧ-прибора, и цепей управления его сеткой таким образом, чтобы усиливаемый импульс поступал на вход предварительно открытого прибора. Устройство формирования мощных СВЧ-импульсов в передатчиках РЛС с приборами сеточного управления содержит формирователь импульсов (1), возбудитель (2), усилитель СВЧ-импульсов (3), согласующий вентиль (4), модуль управления (5), подмодулятор (6), модулятор (7), СВЧ-прибор (8). 5 ил.

Устройство формирования мощных СВЧ-импульсов в передатчиках РЛС с приборами сеточного управления, содержащее формирователь импульсов, возбудитель, усилитель, согласующий вентиль, модуль управления, подмодулятор, модулятор и источник коллекторного напряжения, отличающееся тем, что формирователь импульсов первым выходом соединен со входом возбудителя, усилитель первым входом подключен к выходу возбудителя, а своим выходом через согласующий вентиль ко входу СВЧ-прибора, модуль управления соединен входом со вторым выходом формирователя импульсов, подмодулятор подключен входом к модулю управления, а выходом к первому входу модулятора, который выходом подключен к управляющей сетке СВЧ-прибора, а вторым входом к его катоду и отрицательному выводу источника коллекторного напряжения.