Резонатор для циклотронного защитного устройства Российский патент 2024 года по МПК H01P1/14 H02H7/10 H01J23/36 H05H13/00 

Изобретение относится к области высокочастотной радиоэлектроники, а именно к устройствам защиты входных каскадов СВЧ радиоприемных устройств, в частности, приемников радиолокационных станций, от воздействия входной мощности высокого уровня в сантиметровом и миллиметровом диапазонах длин волн.

В современных радиолокационных станциях (РЛС) предъявляются жесткие требования к входным каскадам приемника. Наряду с малым коэффициентом шума в рабочей полосе частот они должны быть надежно защищены от СВЧ-мощности высокого уровня при предельно малом времени восстановления параметров после окончания СВЧ-импульса.

Всем этим требованиям в значительной степени удовлетворяют циклотронные защитные устройства (ЦЗУ), работающие на быстрой циклотронной волне (БЦВ) электронного луча.

Известно ЦЗУ в основу работы которого положено взаимодействие электродинамической структуры с БЦВ электронного луча. Это устройство обеспечивает надежную защиту от СВЧ мощности высокого уровня при малом времени восстановления [Патент РФ №2167480, МПК Н02Н 7/12]. Резонаторы устройства выполнены в виде элементов связи с быстрой циклотронной волной.

В качестве входных и выходных устройств связи с электронным лучом используются резонаторы Куччиа [Радиотехника, 1999, №4, С.33; Успехи физических наук, 2005, Т. 175, №9, С.964]. Резонатор Куччиа является устройством, наиболее близким к предлагаемому изобретению (прототипом).

Резонатор Куччиа представляет собой объемный резонатор, который выполнен в металлическом корпусе с боковыми крышками, имеющими отверстия для прохождения электронного луча. В корпусе, противоположно одна другой расположены пластины, ориентированные вдоль направления электронного луча. Пластины между собой образуют емкостной зазор. В емкостном зазоре проходит электронный луч, при этом высокочастотное электрическое поле, возникающее в зазоре, направлено перпендикулярно к направлению движения электронного луча.

Недостатком прототипа является невозможность в необходимой мере расширить рабочую полосу частот ЦЗУ.

Для увеличения рабочей полосы частот следует увеличивать и электронную нагрузку резонаторов, и их характеристическое сопротивление. При этом для увеличения электронной нагрузки целесообразно уменьшать величину зазора, то есть приближать стенки зазора к электронному лучу, однако, это приводит к увеличению емкости резонатора и, следовательно, к уменьшению его характеристического сопротивления. Соответственно, увеличение зазора с целью возрастания характеристического сопротивления резонатора приводит к снижению его электронной нагрузки.

Техническим результатом предлагаемого изобретения является увеличение характеристического сопротивления резонатора и полосы рабочих частот ЦЗУ, а, следовательно, улучшение электрических параметров устройства.

Технический результат достигается тем, что резонатор для циклотронного защитного устройства, содержит корпус, боковые стороны которого закрыты крышками, в каждой выполнено прямоугольное отверстие для прохождения электронного луча, в корпусе противоположно расположены две пластины, ориентированные вдоль направления электронного луча и образующие емкостной зазор между ними, вдоль направления электронного луча на расстоянии от первой пары установлена дополнительная пара пластин, образующая второй емкостной зазор. Детали резонатора выполнены из меди с высокой проводимостью, резонатор размещен в вакууме и в продольном магнитном поле, при этом резонатор выполнен с временем пролета электронов луча в пространстве между первым и вторым зазорами равным нечетному количеству полупериодов циклотронных колебаний электронов в резонаторе.

Наличие второго зазора позволяет возбудить в резонаторе тип колебаний с увеличенным характеристическим сопротивлением резонатора, а, следовательно, позволяет получить большую полосу рабочих частот ЦЗУ.

Изобретение поясняется чертежами.

На фиг.1 показан предлагаемый резонатор ЦЗУ, где:

- корпус 1;

- крышка 2;

- отверстие для электронного луча 3;

- пластина первой пары 4;

- первый емкостной зазор 5;

- пластина второй пары 6;

- второй емкостной зазор 7;

- расстояние между парами пластин 8.

На фиг.2 показано схематическое изображение рабочей области предлагаемого резонатора с результатами трехмерного электромагнитного моделирования структуры электрической составляющей высокочастотного поля на резонансной частоте синфазного типа колебаний, где колебания в первом зазоре и во втором зазоре показаны стрелочками.

На фиг.3 показано схематическое изображение рабочей области предлагаемого резонатора с результатами электромагнитного моделирования структуры электрической составляющей высокочастотного поля на резонансной частоте противофазного типа колебаний, где колебания в первом зазоре и во втором зазоре показаны стрелочками.

Пример

Детали резонатора выполнены из меди с высокой проводимостью. Цилиндрический корпус резонатора 1 закрыт боковыми крышками 2. В крышках 2 выполнены прямоугольные отверстия с размерами, обеспечивающими прохождение ленточного электронного луча. Оси электронного луча и резонатора совпадают. Пластины 4 первой пары образуют первый емкостной зазор 5. На расстоянии 8 вдоль оси электронного луча расположена вторая пара пластин 6, которая образует второй емкостной зазор 7. В ЦЗУ резонатор находится в вакууме и в продольном однородном магнитном поле. Резонатор размещен в вакууме и в продольном магнитном поле Уровень магнитной индукции обеспечивает циклотронный резонанс на резонансной частоте рабочего типа колебаний резонатора. Время пролета электронов луча в пространстве между первым 5 и вторым 7 зазорами равно нечетному количеству полупериодов циклотронных колебаний электронов в резонаторе.

Сверхвысокочастотное циклотронное защитное устройство с входным и выходным предлагаемыми резонаторами работает следующим образом.

В режиме пропускания входной сигнал на частоте рабочего типа колебаний резонатора поступает по тракту передачи сигнала во входной резонатор. Под его воздействием в электронном луче возбуждается БЦВ электронного луча, которая передает энергию сигнала в выходной резонатор, который по конструкции аналогичен входному резонатору. В выходном резонаторе сигнал выводится из БЦВ и по тракту передачи передается во внешнюю СВЧ-линию.

Во входном и выходном предлагаемых двухзазорных резонаторах рабочими являются противофазные типы колебаний. Для обеспечения эффективного взаимодействия с электронным лучом при противофазных колебаниях электрического поля в первом и втором зазорах каждого из резонаторов необходимо обеспечить время пролета электронов луча в пространстве между первым и вторым зазорами равным нечетному количеству полупериодов циклотронных колебаний электронов в резонаторе.

Техническая возможность реализации предлагаемого резонатора с двумя зазорами подтверждена методом компьютерного моделирования.

Трехмерное электромагнитное моделирование структуры электрической составляющей высокочастотного поля на резонансной частоте предлагаемого резонатора представлено на Фиг. 2 и Фиг. З.

На Фиг. 2 колебания в первом 5 и во втором 7 зазорах синфазны, сдвиг фазы между колебаниями составляет 0π. Данный тип колебаний полностью аналогичен рабочему типу колебаний в резонаторе Куччиа - прототипе. В пространстве на расстоянии 8 между первой и второй парами пластин практически полностью отсутствует электромагнитное поле. Зазоры 5 и 7 для данного типа колебаний включены параллельно. Возбуждение синфазного типа колебаний со сдвигом фаз 0π в предлагаемом двухзазорном резонаторе не имеет практического интереса.

На Фиг. 3 колебания в первом 5 и во втором 7 зазорах имеют сдвиг фаз равный π. В пространстве на расстоянии 8 между первой и второй парами пластин присутствует высокочастотное поле, что свидетельствует о том, что зазоры 5 и 7 для данного противофазного типа колебаний включены последовательно. Характеристическое сопротивление резонатора на данном типе колебаний существенно увеличено. Это позволяет увеличить рабочую полосу частот циклотронного защитного устройства и, следовательно, улучшить его электрические характеристики.

Увеличенное характеристическое сопротивление входного и выходного двухзазорных резонаторов позволяет обеспечить согласование проводимостей электронного луча и каждого из резонаторов в увеличенной полосе рабочих частот ЦЗУ.

Таким образом, предлагаемая двухзазорная конструкция каждого из двух резонаторов ЦЗУ позволяет существенно увеличить их характеристическое сопротивление и, следовательно, расширить рабочую полосу частот ЦЗУ - улучшить его электрические параметры.

Изобретение относится к области высокочастотной радиоэлектроники, а именно к устройствам защиты входных каскадов СВЧ радиоприемных устройств, в частности приемников радиолокационных станций, от воздействия входной мощности высокого уровня в сантиметровом и миллиметровом диапазонах длин волн. Резонатор для циклотронного защитного устройства содержит корпус, боковые стороны которого закрыты крышками, в каждой выполнено прямоугольное отверстие для прохождения электронного луча. В корпусе противоположно расположены две пластины, ориентированные вдоль направления электронного луча и образующие емкостной зазор между ними, вдоль направления электронного луча на расстоянии от первой пары установлена дополнительная пара пластин, образующая второй емкостной зазор. Детали резонатора выполнены из меди с высокой проводимостью, резонатор размещен в вакууме и в продольном магнитном поле, при этом резонатор выполнен с временем пролета электронов луча в пространстве между первым и вторым зазорами равным нечетному количеству полупериодов циклотронных колебаний электронов в резонаторе. Технический результат - увеличение характеристического сопротивления резонатора и увеличение полосы рабочих частот ЦЗУ, а следовательно улучшение электрических параметров ЦЗУ. 3 ил.

Резонатор для циклотронного защитного устройства, содержащий корпус, боковые стороны которого закрыты крышками, в каждой выполнено прямоугольное отверстие для прохождения электронного луча, в корпусе противоположно расположены две пластины, ориентированные вдоль направления электронного луча и образующие емкостной зазор между ними, вдоль направления электронного луча на расстоянии от первой пары установлена дополнительная пара пластин, образующая второй емкостной зазор, отличающийся тем, что детали резонатора выполнены из меди с высокой проводимостью, резонатор размещен в вакууме и в продольном магнитном поле, при этом резонатор выполнен с временем пролета электронов луча в пространстве между первым и вторым зазорами равным нечетному количеству полупериодов циклотронных колебаний электронов в резонаторе.