Устройство для генерации узкополосного электромагнитного излучения сверхвысоких частот Российский патент 2024 года по МПК H01J25/00 

Область техники

Изобретение относится к сверхвысокочастотной (СВЧ) технике, а именно: к области генерации узкополосного электромагнитного излучения сверхвысоких частот и может быть использовано для имитации радиолокационных сигналов.

Уровень техники

Из уровня техники известно устройство для генерации направленного узкополосного излучения дециметрового диапазона (RU 2 768 373 C1, H01J 25/00, опубликовано 24.03.2022, приоритет от 30.07.2021), состоящее из двух источников исходных СВЧ сигналов, двух диодов, двух усилителей СВЧ-излучения, длинной кабельной линии, переключателя полярности, двух передающих антенн. Изобретение направлено на расширение функциональных возможностей устройства для генерации направленного узкополосного излучения дециметрового диапазона за счет обеспечения возможности формирования излучения, слагающегося из различных комбинаций двух полос.

Из уровня техники известен источник СВЧ-излучения (RU 191 221 U1, H01J 25/00, опубликовано 30.07.2019, приоритет от 23.04.2018), состоящий из источника исходного СВЧ сигнала, двух антенн, двух усилителей СВЧ излучения каждый состоит из: 2-х клистронов и 2-х модуляторов, 2-х фазовращателей и 2-х аттенюаторов и одного резонансного компрессора. Полезная модель направлена на создание компактного источника СВЧ излучения, формирующего СВЧ импульсы с импульсной мощностью сотни и тысячи мегаватт с микросекундной длительностью импульсов и ресурсом несколько тысяч часов, управляемых сигналом малой амплитуды, на основе вакуумных СВЧ клистронов с невысокими рабочими напряжениями и резонансных СВЧ компрессоров, с возможностью существенного увеличения дальности их действия.

Из уровня техники известен имитатор радиолокационных сигналов (RU 42 327 U1, G01S 13/00, опубликовано 27.11.2004, приоритет 19.07.2004), включающий два делителя мощности, и модулятор, введены (М-1) дополнительных модуляторов и аттенюаторов, (М+1) дополнительных смесителей, а также аналого-цифровой и М цифро-аналоговых преобразователей, (М+1) процессорных модулей, преобразователь частоты и гетеродин. Предложенный имитатор обеспечивает возможность проведения отработки радиолокационных комплексов в лабораторных условиях путем формирования и введения в каждый канал комплекс сигналов, имитирующих отраженные от цели радиолокационные сигналы.

Недостатком приведенных аналогов является невозможность создания постоянного узкополосного электромагнитного излучения СВЧ в широком диапазоне частот на продолжительное время с заданной мощностью для имитации неограниченного количества режимов работы неограниченного количества радиолокационных станций.

Сущность изобретения

Задача заявленного изобретения, заключается в увеличении количества режимов работы при создании узкополосного электромагнитного излучения СВЧ для имитации неограниченного количества режимов работы неограниченного количества радиолокационных станций, повышения ремонтопригодности без выключения устройства, обеспечения мобильности устройства с возможностью перемещения по высоте, а также в улучшении защищенности от отраженного узкополосного электромагнитного излучения СВЧ.

Технический результат, достигаемый заявленным изобретением, заключается в повышении эффективности работы, повышении ремонтопригодности, повышении мобильности и улучшения защищенности.

Указанные технические результаты достигаются в устройстве для генерации узкополосного электромагнитного излучения сверхвысоких частот (СВЧ), содержащее приборную стойку с расположенными в ней: генератор сигналов СВЧ, подключенного при помощи кабеля для передачи сигналов СВЧ к усилителю мощности сигналов СВЧ, состоящий из усилительных модулей, устройства изменения поляризации сигнала СВЧ, антенны и блока управления, причем содержит: медиаконвертер, подключенный комплектом кабелей Ethernet к генератору сигналов СВЧ и усилителю мощности сигналов СВЧ, а комплектом волоконно-оптических кабелей к блоку управления; направленный ответвитель для контроля мощности прямого и отраженного сигнала, подключенный через два датчика мощности к измерителю мощности, который подключен к медиаконвертеру; волновод, при этом блок управления выполнен с возможностью подачи управляющего сигнала через медиаконвертер на генератор сигналов СВЧ и усилитель мощности сигналов СВЧ и с возможностью принятия информационного сигнала через медиаконвертер от измерителя мощности, так же блок управления выполнен с возможностью корректировки величины сигнала СВЧ, на усилителе мощности сигналов СВЧ, на основе информации полученной от датчиков мощности через измеритель мощности, кроме того, на приборной стойке, со стороны антенны установлен радиопоглощающий материала.

Дополнительная особенность заключается в том, что устройство изменения поляризации сигнала СВЧ выполнено в виде прямой вставки на волновод или скруткой на волновод на 45 градусов или на 90 градусов.

Дополнительная особенность заключается в том, что усилитель мощности сигналов СВЧ выполнен с возможностью замены одного из усилительных модулей на новый, с возможностью бесперебойной работоспособности установки.

Дополнительная особенность заключается в том, что количество усилительных модулей в усилителе мощности сигналов СВЧ равно 8.

Краткое описание чертежей

Заявленное изобретение поясняется на графических материалах, где на

на фиг. 1. - функциональная схема устройства для генерации узкополосного электромагнитного излучения сверхвысоких частот, где: 1 - приборная стойка, 1.1- модуль формирования сигналов, 1.1.1 - генератор сигналов СВЧ, 1.1.2 - кабель для передачи сигналов СВЧ, 1.2 - модуль усиления мощности сигналов, 1.2.1 - усилитель мощности сигналов СВЧ, 1.3 - модуль контроля основных параметров, 1.3.1 - направленный ответвитель для контроля мощности прямого и отраженного сигнала, 1.3.2 - датчики мощности, 1.3.3 - измеритель мощности, 1.4 - модуль внешнего управления, 1.4.1 - медиаконвертер, 1.4.2-комплект кабелей Ethernet, 1.4.3 - комплект волоконно-оптических кабелей, БУ - блок управления, 1.5 - радиопоглощающий материал (РПМ), 2 - модуль подключения и коммутации антенны, 2.1 - волновод, 2.2 - вставка прямая на волновод, 3 -согласованная нагрузка, 4 - модуль формирования электромагнитного поля, 4.1 - антенна излучающая рупорная, 4.2 - штатив для излучающей антенны, 4.3 - устройство изменения поляризации сигнала СВЧ, 4.3.1 - скрутка на волновод на 45 градусов, 4.3.2 - скрутка на волновод на 90 градусов, 5 - комплект кабелей, 5.1 - кабель электропитания, 5.2 - кабель заземления.

фиг. 2. - общий вид устройства для генерации узкополосного электромагнитного излучения сверхвысоких частот;

на фиг. 3. - вид сбоку устройства для генерации узкополосного электромагнитного излучения сверхвысоких частот, где: 1 - приборная стойка, 6 - ремень стяжной, 7 - щит с радиопоглощающим материалом (РПМ), 8 - монитор блока управления, 9 - блок управления (БУ);

на фиг. 4. - вид прямо устройства для генерации узкополосного электромагнитного излучения сверхвысоких частот, где: 10 - упоры откидные, 11 - платформа металлическая, 12 - штабелер электрический;

на фиг. 5. - волновод с антенной с прямой волноводной вставкой, где: 2.1 - волновод, 2.2 - вставка прямая на волновод, 4.1 - антенна излучающая рупорная, 13 - устройство подключения и коммутации антенны, 14 - узел крепления антенны;

на фиг. 6. - волновод с антенной с волноводной скруткой на 90°, где: 2.1 - волновод, 15 - волноводная скрутка на 90 градусов.

Осуществление изобретения

Заявленное устройство собрано в приборной стойке (1) (фиг. 1) куда входит:

- модуль формирования сигналов (1.1), состоящий из: генератора сигналов СВЧ (1.1.1) (диапазон частот 100 кГц - 20 ГГц; выходная мощность от минус 20 до 15 дБм) и кабеля для передачи сигналов СВЧ (1.1.2);

- модуль усиления мощности сигналов (1.2), состоящий из: усилителя мощности сигналов СВЧ (1.2.1), состоящий из 8 (восьми) усилительных модулей (диапазон частот 8 -18 ГГц, выходная мощность 1000 Вт);

- модуль контроля основных параметров (1.3), состоящий из направленного ответвителя (1.3.1) для контроля мощности прямого и отраженного сигнала, датчиков мощности (1.3.2) (диапазон частот 10 МГц - 18 ГГц, диапазон мощности от минус 60 дБм до 20 дБм) и измерителя мощности (1.3.3);

- модуль внешнего управления (1.4), состоящий из: медиаконвертера (1.4.1) для конвертации из оптоволоконного кабеля в Ethernet и обратно, комплекта кабелей Ethernet (1.4.2) для управления и контроля генератором, усилителем мощности, и аппаратурой контроля основных параметров, комплекта из двух волоконно-оптических кабелей для внешнего управления (1.4.3);

- модуль подключения и коммутации антенны (2) или согласованной нагрузки (3), при этом модуль подключения и коммутации антенны (2) состоит из: волновода (2.1) (длина 0,5 м, затухание не более 1,3 дБ) и вставки прямой на волновод (2.2);

- модуль формирования электромагнитного поля (4), состоящий из: антенны излучающей рупорной (4.1), штатива (4.2) на волновод для излучающей антенны, устройство изменения поляризации сигнала СВЧ (4.3) выполненное в виде прямой вставки на волновод (2.2) или скруткой на волновод на 45 градусов (4.3.1) или на 90 градусов (4.3.2).

Ко всем энергопотребляющим элементам устройства подключены кабели электропитания (5.1) и кабели заземления (5.2). К модулю внешнего управления (1.4) подключен блок управления с программным обеспеченьем, который размещается отдельно от приборной стойки (1).

Согласованная нагрузка (3) (диапазон частот 7,5 ГГц - 18 ГГц, антенна имеет волноводный вход WRD750, рассчитана на максимальную (непрерывную) мощность 1000 Вт), принимающая сигнал СВЧ после волновода (2.1) и вставки на волновод (2.2), представлена антенной (4.1) закрепленной в штативе (4.2).

Устройство изменения поляризации сигнала СВЧ (4.3) представлен: скруткой на волновод на 45 градусов (4.3.1) и скруткой на волновод на 90 градусов (4.3.2).

Между антенной (4.1) и волноводом (2.1) установлена прямая волноводная вставка (2.2), фиг. 5. Места сопряжения волновода (2.1), прямой волноводной вставки (2.2) и антенны (4.1) закреплены с помощью устройства подключения и коммутации антенны (13). Антенна (4.1) удерживается штативом (4.2) с помощью узла крепления (14). Штатив (4.2) закреплен на приборной стойке (1), фиг. 3.

Приборная стойка (1) размещается на металлической платформе (11) электрического штабелера, установленного на колесах (12), и крепится к платформе стяжными ремнями (6), фиг. 3. При этом, электрический штабелер (12) имеет откидные упоры (10), фиг. 4.

На приборной стойке (1), со стороны антенны (4.1), размещается щит (7) с радиопоглощающим материалом (РПМ) (1.5), фиг. 3.

Указанный технический результат, в части увеличения количества режимов работы при создании узкополосного электромагнитного излучения СВЧ для имитации неограниченного количества режимов работы неограниченного количества радиолокационных станций, достигается за счет:

- подачи управляющего сигнала от блока управления на генератор сигналов и на усилитель мощности сигналов СВЧ через медиаконвертер и контролируя мощность с помощью двух датчиков мощности и измерителя мощности, при этом, в блоке управления используется программное обеспеченье;

- использования прямой волноводной вставкой перед антенной, а также, за счет замены ее на скрутку на волновод на 45 градусов или на скрутку на волновод на 90 градусов.

Повышение ремонтопригодности без выключения устройства, достигается за счет использования в усилителе мощности сигналов СВЧ схемы синфазного сложения мощностей 8 (восьми) усилительных модулей, построенных на СВЧ-транзисторах. Это позволяет производить замену усилительных модулей в составе усилителя мощности, в случае выхода из строя одного из восьми модулей, без нарушения работоспособности устройства (со снижением максимальной выходной мощности на 1/8 часть).

Обеспечение мобильности устройства с возможностью перемещения по высоте, так что антенну можно установить по высоте от 1 до 3,5 м, достигается за счет размещается приборной стойки на металлической платформе электрического штабелера, установленного на колесах и крепления к металлической платформе стяжными ремнями.

Улучшение защищенности от отраженного узкополосного электромагнитного излучения СВЧ, достигается за счет размещения на приборной стойке радиопоглощающего материала (РПМ) со стороны антенны.

Установка работает следующим образом.

Принцип работы заключается в следующем: на генератор сигналов СВЧ (1.1.1) с блока управления (9) через медиаконвертер (1.4.1) поступает управляющий сигнал на генерацию электромагнитного излучения с заданными характеристиками. Генератор сигналов СВЧ (1.1.1) формирует СВЧ сигнал и передает его по кабелю передачи сигналов СВЧ (1.1.2) на усилитель мощности сигналов СВЧ (1.2.1). Усилитель мощности сигналов СВЧ усиливает сигнал за счет работы 8 усилителей, которые работают по схеме синфазного сложения мощностей 8 усилительных модулей. Усилитель мощности сигналов СВЧ, так же, получает управляющий сигнал от блока управления через медиаконвертер. Далее, сигнал СВЧ проходит через направленный ответвитель (1.3.1) к волноводу (2.1). После волновода поступает на прямую волноводную вставку (2.2) и далее сигнал СВЧ поступает на антенну (4.1).

При прохождении сигнала через направленный ответвитель (1.3.1) происходит контроль мощности сигнала СВЧ. На направленном ответвителе (1.3.1) установлены 2 датчика мощности сигнала СВЧ (1.3.2), которые передают информацию о сигнале на измеритель мощности (1.3.3), с измерителя мощности сигнала информация поступает на блок управления через медиаконвертер (1.4.1). Если мощность сигнала отличается от заданной, то блок управления передает управляющий сигнал на генератор сигналов СВЧ (1.1.1) через медиаконвертер (1.4.1). Таким образом осуществляется контроль мощности сигнала СВЧ.

Сигнал СВЧ на антенну (4.1) с волновода (2.1) поступает через прямую волноводную вставку (2.2). Если требуется изменить поляризацию сигнала, то вместо прямой волноводной вставки, может быть установлена скрутка на волновод на 45 градусов (4.3.1) или скрутка на волновод на 90 градусов (4.3.2). Для этого, отключается и обесточивается устройство, снимаются устройства подключения и коммуникации антенны (13), устанавливается выбранная скрутка (4.3.1/4.3.2) вместо прямой вставки и устанавливаются устройства подключения и коммуникации антенны. Устройства подключения и коммуникации антенны (13) необходимы для закрепления и центрирования вставки (2.2) или скрутки (4.3.1/4.3.2) между волноводом (2.1) и антенной (4.1). Антенна при этом поворачивается в узле крепления антенны (14) на угол 45 или 90 градусов, в соответствии с нужной поляризацией.

Работа усилителя мощности сигналов СВЧ основана на схеме синфазного сложения мощностей 8 усилительных модулей. В случае выхода из строя одного из восьми модулей усилителя мощности сигналов СВЧ, возможна замена усилительных модулей на новые без нарушения работоспособности установки со снижением максимальной выходной мощности на 1/8 часть.

Для обеспечения имитации неограниченного количества режимов работы неограниченного количества радиолокационных станций, блок управления подает управляющий сигнал, используя в работе программное обеспечение.

Устройство обладает мобильностью, так как приборная стойка (1) размещается на металлической платформе (11) электрического штабелера, установленного на колесах (12), который может перемещаться оператором в заданное. Антенна устройства, за счет перемещения штабелера, может быть направлена в секторе 360 градусов. После установки откидных упоров (10), приборная стойка (1) может подниматься вверх на заданную высоту, так что антенну можно установить на высоте от 1 до 3,5 м.

Для защиты модулей устройства от отраженного узкополосного электромагнитного излучения СВЧ на приборной стойке, со стороны антенны, размещен радиопоглощающий материала (РПМ).

С помощью задания параметров сигнала (на управляющей секции усилителя мощности или в управляющем программном обеспечении), в частности частоты, непрерывного или импульсного режима работы (и параметров такого режима работы -периода, скважности, и др.) на базе одной моделирующей установки возможна имитация излучения (мощных электромагнитных полей) неограниченного количества радиолокационных станций.

Изобретение относится к сверхвысокочастотной (СВЧ) технике, а именно к области генерации узкополосного электромагнитного излучения сверхвысоких частот, и может быть использовано для имитации радиолокационных сигналов. Устройство содержит приборную стойку с расположенным в ней генератором сигналов СВЧ, подключенным при помощи кабеля для передачи сигналов СВЧ к усилителю мощности сигналов СВЧ. Усилитель мощности состоит из усилительных модулей, устройства изменения поляризации сигнала СВЧ, антенны и блока управления, а также содержит медиаконвертер, подключенный комплектом кабелей Ethernet к генератору сигналов СВЧ и усилителю мощности сигналов СВЧ, а комплектом волоконно-оптических кабелей к блоку управления. Кроме того, усилитель содержит направленный ответвитель для контроля мощности прямого и отраженного сигналов, подключенный через два датчика мощности к измерителю мощности, подключенному к медиаконвертеру, а также волновод. Причем блок управления выполнен с возможностью подачи управляющего сигнала через медиаконвертер на генератор сигналов СВЧ и усилитель мощности сигналов СВЧ и с возможностью принятия информационного сигнала через медиаконвертер от измерителя мощности. Кроме того, блок управления выполнен с возможностью корректировки величины сигнала СВЧ на усилителе мощности сигналов СВЧ на основе информации, полученной от датчиков мощности через измеритель мощности. На приборной стойке со стороны антенны установлен радиопоглощающий материал. Техническим результатом является возможность бесперебойной работы установки, а также ее мобильность и ремонтопригодность без выключения устройства. 3 з.п. ф-лы, 6 ил.

1. Устройство для генерации узкополосного электромагнитного излучения сверхвысоких частот (СВЧ), содержащее приборную стойку (1) с расположенными в ней: генератор сигналов СВЧ (1.1.1), подключенный при помощи кабеля для передачи сигналов СВЧ (1.1.2) к усилителю мощности сигналов СВЧ (1.2.1), состоящий из усилительных модулей, устройства изменения поляризации сигнала СВЧ (4.3), антенны (4.1) и блока управления, отличающееся тем, что содержит: медиаконвертер (1.4.1), подключенный комплектом кабелей Ethernet (1.4.2) к генератору сигналов СВЧ (1.1.1) и усилителю мощности сигналов СВЧ (1.2.1), а комплектом волоконно-оптических кабелей (1.4.3) к блоку управления; направленный ответвитель (1.3.1) для контроля мощности прямого и отраженного сигналов, подключенный через два датчика мощности (1.3.2) к измерителю мощности (1.3.3), который подключен к медиаконвертеру (1.4.1); волновод (2.1), при этом блок управления выполнен с возможностью подачи управляющего сигнала через медиаконвертер (1.4.1) на генератор сигналов СВЧ (1.1.1) и усилитель мощности сигналов СВЧ (1.2.1) и с возможностью принятия информационного сигнала через медиаконвертер (1.4.1) от измерителя мощности (1.3.3), также блок управления выполнен с возможностью корректировки величины сигнала СВЧ, на усилителе мощности сигналов СВЧ (1.2.1), на основе информации, полученной от датчиков мощности (1.3.2) через измеритель мощности (1.3.3), кроме того, на приборной стойке (1) со стороны антенны (4.1) установлен радиопоглощающий материал (1.5).

2. Устройство для генерации по п. 1, отличающееся тем, что устройство изменения поляризации сигнала СВЧ (4.3) выполнено в виде прямой вставки на волновод (2.2) или скруткой на волновод на 45 градусов (4.3.1) или на 90 градусов (4.3.2).

3. Устройство для генерации по п. 1, отличающееся тем, что усилитель мощности сигналов СВЧ (1.2.1) выполнен с возможностью замены одного из усилительных модулей на новый, с возможностью бесперебойной работоспособности установки.

4. Устройство для генерации по п. 1, отличающееся тем, что количество усилительных модулей в усилителе мощности сигналов СВЧ (1.2.1) равно 8.