АВТОНОМНЫЙ ГЕНЕРАТОР МОЩНЫХ ИМПУЛЬСОВ СВЧ КОЛЕБАНИЙ Российский патент 2024 года по МПК H02N2/18 H10N30/30 F42C11/02 

Область техники

Настоящее изобретение относится к области сверхвысокочастотной (СВЧ) техники и может использоваться для генерации мощных импульсов сверхширокополосного (СШП) СВЧ излучения.

Уровень техники

Известно устройство ([1] RU 2470455 С2, МПК H03B 11/02, H01T 9/00, опубл. 20.12.2012) СВЧ генератора с газовым разрядником, имеющим, по меньшей мере, два последовательных искровых промежутка, в котором происходит пробой при подаче напряжения зажигания. Для работы данного устройства требуется стационарный источник электропитания, система откачки и напуска рабочего газа. Из-за вышеуказанных особенностей эксплуатации и иных особенностей своей конструкции устройство имеет большие размеры и массу.

Таким образом, недостатками данного устройства являются невозможность его автономной работы и большие массогабаритные характеристики.

Известно устройство ([2] RU 189407 U1, МПК H01J 25/00, опубл. 22.05.2019) гибридного СВЧ-генератора, содержащего электродинамическую систему в виде лампы бегущей волны с элементами ввода и вывода энергии, дополнительно содержащим трубу дрейфа, расположенную во внешнем фокусирующем магнитном поле. Из описания устройства следует, что для его работы требуется стационарный источник электропитания, система откачки вакуумного объема и дополнительная магнитная фокусирующая система. Из-за вышеуказанных особенностей конструкции устройство имеет большие размеры и массу.

Таким образом, недостатками данного устройства являются большие габариты и потребность в стационарном источнике электропитания.

В качестве наиболее близкого аналога, взятого за прототип, выбрано устройство, описанное в способе генерации мощных импульсов СВЧ наносекундной длительности ([3] RU 2753420 C1, МПК H03B 19/00, H03K 3/45, опубл. 16.08.2021). Данное решение представляет собой генератор мощных импульсов СВЧ излучения устройство колебаний, состоящий из генератора импульсов тока, нелинейной гиромагнитной передающей линии и нагрузки.

К недостаткам прототипа относятся: вынужденная необходимость эксплуатации устройства в специально подготовленном (лабораторном) помещении, оборудованном специальными источниками электропитания, устройствами накачки газом, трансформаторным маслом и др. Также к недостатку прототипа относится то, что он обладает достаточно большими размерами и массой.

Сущность изобретения

Техническая проблема заявленного изобретения заключается в необходимости обеспечения автономной работы генератора мощных импульсов СВЧ колебаний без использования внешних стационарных источников электропитания в неподготовленных условиях, обеспечении компактности его размеров и в уменьшении его массы.

Техническим результатом предлагаемого изобретения является обеспечение возможности автономной работы генератора мощных импульсов СВЧ колебаний без использования внешних стационарных источников электропитания, обеспечение компактности его размеров и уменьшение его массы.

Технический результат достигается тем, что автономный генератор мощных импульсов СВЧ колебаний включает в себя генератор импульсов тока с подключенной к нему с помощью передающей линии нагрузкой, электропитание генератора мощных импульсов СВЧ колебаний обеспечивает автономный источник электропитания, представляющий собой ударный пьезогенератор, а генератор импульсов тока представляет собой полупроводниковый формирователь сверхширокополосных импульсов.

Краткое описание чертежей

Изобретение иллюстрируется чертежами, где представлено:

на фиг. 1 - схема генератора мощных импульсов СВЧ колебаний;

на фиг. 2 - схема ударного пьезогенератора (генератора тока);

на фиг. 3 - график зависимости импульса тока, создаваемого ударным пьезогенератором от времени;

на фиг. 4 - график зависимости напряжения на нагрузке от времени;

на фиг. 5 - спектр СВЧ импульса, генерируемого в нагрузке.

На фигурах обозначены следующие позиции:

1 - ударный пьезогенератор;

2 - конденсатор;

3 - полупроводниковый формирователь СШП импульсов;

4 - передающая линия;

5 - нагрузка;

6 - взрывчатое вещество;

7 - лайнер;

8 - буфер;

9 - рабочее тело, изготовленное из пьезоэлектрического материала.

Осуществление изобретения

Устройство состоит (фиг. 1) из ударного пьезогенератора 1, являющегося автономным источником электропитания устройства, с параллельно подключенными к нему конденсатором 2 и полупроводникового формирователя СШП импульсов 3, к полупроводниковому формирователю СШП импульсов 3 с помощью передающей линии 4 подключена нагрузка 5. Ударный пьезогенератор 1 состоит (фиг. 2) из заряда взрывчатого вещества 6, лайнера 7, диэлектрического буфера 8 и рабочего тела 9, изготовленного из пьезоэлектрического материала. Лайнер 7 изготавливается из пластичного металла, например, меди, сплавов АМц или АМг. Рабочее тело 9 состоит из набора отдельных пьезокерамических элементов, контактные площадки которых подключаются к конденсатору 2.

Устройство работает следующим образом.

В ударном пьезогенераторе 1 инициируется детонация заряда взрывчатого вещества 6, продукты детонации которого разгоняют лайнер 7. Лайнер 7 ударяет по поверхности диэлектрического буфера 8, создавая в нем ударную волну, которая пройдя буфер 8, распространяется по рабочему телу 9. При распространении ударной волны через пьезоэлектрический материал рабочего тела 9, происходит его механическая деформация, под действием которой возникает поляризация, и, как следствие, на контактных площадках пьезокерамических элементов, составляющих рабочее тело 9, возникает разность потенциалов, в результате чего в электрической цепи ударного пьезогенератора 1 начинает течь электрический ток, который заряжает конденсатор 2.

Импульс тока (фиг. 3), создаваемый ударным пьезогенератором 1, имеет длительность порядка 0.5 - 1 мкс и амплитуду до нескольких сотен ампер. Ударный пьезогенератор 1 заряжает конденсатор 2 до напряжения Uзар, при достижении которого срабатывает полупроводниковый формирователь СШП импульсов 3. В полупроводниковом формирователе СШП импульсов 3 накопленная в конденсаторе 2 энергия преобразуется в энергию электрического импульса, который с помощью передающей линии 4 формирует на нагрузке 5 импульс напряжения (фиг. 4) амплитудой в несколько сотен киловольт и длительностью фронта менее одной наносекунды. Спектр импульса СВЧ колебаний в нагрузке 5 имеет ярко выраженные максимумы излучения при частотах > 1 ГГц (фиг. 5).

По теоретическим и экспериментальным оценкам данный автономный генератор мощных импульсов СВЧ колебаний обладает достаточно высоким коэффициентом преобразования энергии, запасенной в рабочем теле 9, в энергию импульса СВЧ колебаний, составляющим 20 % и более. Благодаря автономному источнику электропитания, представляющему собой ударный пьезогенератор 1, данное устройство может использоваться для генерации одиночных или коротких серий импульсов СВЧ колебаний, не требует специально обеспеченных условий эксплуатации и имеет малое время подготовки к запуску. Благодаря отсутствию вспомогательных устройств для электропитания, откачки газов, накачки маслом и т.п., а также использованию в качестве генератора субнаносекундных импульсов тока полупроводникового формирователя СШП импульсов 3, представленное устройство компактно и имеет небольшую массу относительно своих аналогов.

Таким образом, достигается заявленный технический результат, а именно обеспечение возможности автономной работы генератора мощных импульсов СВЧ колебаний без использования внешних стационарных источников электропитания, обеспечение компактности его размеров и уменьшение его массы.

Изобретение относится к области сверхвысокочастотной (СВЧ) техники и может использоваться для генерации мощных импульсов сверхширокополосных (СШП) СВЧ колебаний. Техническим результатом изобретения является обеспечение возможности автономной работы генератора мощных импульсов СВЧ колебаний без использования внешних стационарных источников электропитания, обеспечение компактности его размеров и уменьшение его массы. Автономный генератор мощных импульсов СВЧ колебаний состоит из генератора импульсов тока с подключенной к нему с помощью передающей линии нагрузкой. Электропитание генератора мощных импульсов СВЧ колебаний обеспечивает автономный источник электропитания, представляющий собой ударный пьезогенератор. Генератор импульсов тока представляет собой полупроводниковый формирователь сверхширокополосных импульсов. 5 ил.

Автономный генератор мощных импульсов СВЧ колебаний, состоящий из генератора импульсов тока с подключенной к нему с помощью передающей линии нагрузкой, отличающийся тем, что электропитание генератора мощных импульсов СВЧ колебаний обеспечивает автономный источник электропитания, представляющий собой ударный пьезогенератор с рабочим телом, изготовленным из пьезоэлектрического материала, а генератор импульсов тока представляет собой полупроводниковый формирователь сверхширокополосных импульсов.