Измеритель импульсной мощности и плотности потока мощности СВЧ-излучения Советский патент 1992 года по МПК G01R29/08 

Изобретение относится к технике измерений на СВЧ и может использоваться для регистрации и измерений СВЧ-излучения, генерируемого сверхмощными источниками, например, на релятивистских электронных пучках, в устройствах и системах для лучевой передачи энергии СВЧ-излучением, например, от солнечных космических электростанций на Землю, при наземных лучевых трассах, и является усовершенствованием изобретения по авт. ев, Nfe 1242855.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому устройству является устройство, состоящее из камеры с радиопрозрачным окном, в котором размещен детектор, выполненный в виде электрода, и коронообразующий слой среды с пониженной пороговой плотностью пробой на поверхности, а также измеритель напряжения с нагрузочным сопротивлением

Недостатками известного устройство является относительно низкая надежность и неудобство эксплуатации.

Данные недостатки следуют из принципа действия прототипа, Покажем это следующими доводами.

При воздействии СВЧ-излучения в камере у поверхности коронообразующего слоя среды с пониженной пороговой плотностью пробоя образуется горячая плазменная корона, с которой непосредственно контактирует электрод. Электрод, контактируя с горячей плазмой, рождает дугу и принимает потенциал плазмы, который подается на измеритель напряжения через нагрузочное сопротивление. Образование на электроде дуги с горячей плазменной короной неизбежно приводит к разогреву, разрушению и расходу материала электрода.

При этом, чем выше уровень измеряемой ППЭ СВЧ-излучения, тем меньше будет

шЛ

00

о ю

го

ю

допустимая длительность как однократного процесса измерения, так и общего срока эксплуатации устройства в непрерывном режиме. Расход материала электрода, таким образом, снижает надежность устрой- Ства.

Следует отметить, что, поскольку потенциал плазменной короны пропорционален энергии покидающих ее ускоренных электронов и уже при плотностях потока энергии 103 - 104 Вт/см2 достигает единиц киловольт, то при ППЭ 105 - 106 Вт/см2 потенциал короны и электрода может достигать десятков и сотен киловольт. Измерение таких и более высоких значений напряжения требует применения специальных мер изоляции - кабелей, измерителей напряжения (потенциалов), что также снижает надежность и представляет определенную опасность для эксплуатирующего устройство персонала, что, в совокупности, обуславливает неудобство эксплуатации и определяет недостатки прототипа.

Цель изобретения - повышение надежности и удобства в эксплуатации.

Указанная цель достигается тем, что поверхность электрода покрыта слоем диэлек- трика, а параллельно измерителю напряжения включен введенный конденсатор.

Изоляция высокотемпературным диэлектриком электрода от плазменной короны разрывает Путь протекания тока проводимости и устраняет возникновение дуги, а следовательно, и разрушение (расход мате- риала) электрода. При этом наличие диэлектрика между поверхностью электрода и плазменной короной приводит к образованию распределенной емкости электрод - плазменная корона. Ср, которая совместно с введенной нагрузочной емкостью Сн, включенной параллельно измерителю напряжения, образуют емкостный делитель напряжения. Таким образом, величина напряжения, регистрируемого измерителем напряжения, отличается от потенциала плазменной короны на величину коэффициента передачи емкостного делителя, равного отношению Сн/Ср.

Покажем это с помощью линейных экви- валентных схем прототипа и предлагаемого устройства. Эквивалентные схемы включают источник ЭДС.-соответствующий потенциалу плазменной короны, внутреннее сопротивление Rp, заполненного плазмой межэлектродного промежутка детектор камера, нагрузочное сопротивление Си3 и

введенный конденсатор Сн . а также распределенную емкость Ср электрод - корона.

Поскольку в прототипе электрод непосредственно контактирует с короной и образуется дуга, то регистрируемое на нагрузочном сопротивлении напряжение практически равно потенциалу короны, так как сопротивление нагрузки подобрано из условия RH Rp. Для предлагаемого устройства регистрируемой .напряжение фактически снимается с емкостного делителя и отличается от величины потенциала на значение коэффициента передачи делителя.

Таким образом, емкостный делитель позволяет понизить регистрируемые величины напряжения и повышает удобство эксплуатации, а также позволяет расширить диапазон измеряемых плотностей потока энергии СВЧ-излучения в область более высоких значений.

, На чертеже приведена конструкция измерителя импульсной мощности и плотности потока энергии СВЧ-излучения.

Предлагаемое устройство содержит камеру 1 с радиопрозрачным окном 2, короно- образующнй слой 3 среды с пониженным порогом пробоя, детектор 4, выполненный в виде электрода 5, покрытого слоем € диэлектрика, нагрузочное сопротивление 7, конденсатор в, измеритель 9 напряжения.

Измеритель импульсной мощности и плотности потока энергии СВЧ-излучения работает следующим образом.

При воздействии СВЧ-излучения в камере 1 у поверхности коронообразующего слоя 3 среды возникает плазменная корона 10, в которую через отверстие в слое 3 или сбоку введен детектор 4, Потенциал короны, 10 через изолирующий слой 6 диэлектрика электростатически индуцирует на электроде 5 напряжение. Электрод 5 контактирует с камерой 1 через включенные параллельно сопротивление нагрузки и конденсатор 8. Сигнал с нагрузочного конденсатора 8, пропорциональный потенциалу плазменной короны 10, регистрируют любым измерителем 9 потенциалов (пиковым детектором, катодным высоковольтным вольтметром и т.д.).

Формула изобретения

Измеритель импульсной мощности и плотности потока мощности СВЧ-излучения по авт. ев, № 1242855, отличающийся тем, что, с целью повышения надежности и удобства в эксплуатации, поверхность электрода покрыта слоем диэлектрика, а параллельно измерителю напряжения включен введенный конденсатор.

Использование: регистрация и измерение СВЧ-излучения, генерируемого сверхмощным источником. Сущность изобретения: измеритель импульсной мощности и плотности потока мощности СВЧ- излучения содержит камеру с радиопроз- рачным окном, детектор, выполненный в виде электрода, размещенный в вакууме или слое среды, измеритель напряжения. Электрод покрыт слоем диэлектрика; слой среды представляет собой или диэлектрик (или облачко газа или плазмы, создаваемое импульсным напуском посредством облучения лучом лазера или испарением вещества, или вспомогательным электродом), на который подается высоковольтный импульс напряжения относительно электрода. Параллельно измеоителю напряжения включен конденсатор. 1 ил.