Формирователь импульсов Советский патент 1993 года по МПК H03K3/53 H01P1/24 

Фиг Л

Предлагаемое изобретение относится к технике СВЧ и предназначено для формирования мощных высокочастотных импульсов для целей радиолокации, исследования газового разряда и плазмы.

Цель изобретения - уменьшение габаритов в метровом диапазоне длин волн.

Схематически предлагаемое устройство представлено на фиг. 1, где обозначено: 1 - возбуждающий СВЧ генератор; 2 - элемент возбуждения; 3 - внешний проводник резонатора и выходного коаксиального тракта; 4,5- центральные проводники отрезка дву- проводной коаксиальной линии; б - торцевая закорачивающая стенка; 7 - центральный проводник выходной коаксиальной линии; 8 - коммутатор.

Выход СВЧ генератора 1 соединен с элементом связи 2 накопительного коаксиального резонатора, который образован внешним цилиндрическим проводником 3 и двумя центральными проводниками 4 и 5 длиной L п Я /2, где Я - длина волны, п - целое число. Оба центральных проводника 4 и 5 соединены с одной стороны резонатора с центральным проводником у коаксиальной выходной линии, коммутатор 8 расположен на расстоянии Я/4 от торцевой стенки 6.

Устройство работает следующим образом.

Электромагнитная волна, поступающая от генератора 1 к элементу связи 2, возбуждает в отрезке двупроводной линии электромагнитное поле. Для того, чтобы выполнялось условие резонанса для отрезка длиной L, волна, бегущая от элемента возбуждения 2, должна отражаться от области соединения проводников 4 и 5 с проводником 7. В устройстве это выполнимо для противофазной волны двупроводной коаксиальной линии, эпюры поля которой изображены на фиг. 2, а. Наиболее устойчивое возбуждение противофазной волны происходит при использовании расположенной в центре торцевой стенки петли 2, плоскость которой совпадает с плоскостью расположения двух центральных проводников 4 и 5.

При A.2L/n во время переходного процесса At (3-4)г амплитуда колебаний в резонансном отрезке увеличивается, и после достижения напряженности поля своего максимального значения включается коммутатор 8, управляемый высоковольтными импульсами от блока запуска. Так как коммутатор расположен на расстоянии Я /4 от .торцевой стенки бив плоскости расположе- нмя обоих проводников 4 и 5, при его срабатывании плазмой разряда замыкается промежуток в пучности электрического поля между внешним проводником 3 и ближним центральным проводником 5. Эффективная

отражающая плоскость для стоячей волны, установившейся вдоль проводника 5, переносится в область разряда. Фаза бегущей волны, распространяющейся вдоль проводника 5 к выходной коаксиальной линии, изменится на л, и в области соединения проводников 4 и 5 с проводником 7 будут складываться синфазные волны. Структура волны в двухпроводной линии, распространяющейся к соединению проводников 4 и 5

после коммутации, представлена на фиг. 2 в. Рассматривая отдельно волны, бегущие по проводникам 4 и 5, можно заключить, что в выходной линии они не будут взаимно компенсироваться, и в нагрузку будет распространяться суммарная волна ТЕМ вида. Длительность импульса выходного излучения составит 2 L/C, где - скорость света.

Для того, чтобы во внутреннем объеме резонансного отрезка не возникало дополнительных отражений во время возбуждения при регулировке длины разрядного зазора, коммутатор должен быть расположен на внешнем цилиндрическом проводнике.

Таким образом, уменьшение габаритов

по сравнению с другими известными формирователями достигается за счет совмещения накопительного объема, коммутатора и выходного тракта в общем цилиндре, являющемся общим внешним проводником.

Размер внешнего проводника определяет поперечный размер накопительного объема в заявляемом устройстве, в то время как в других известных формирователях минимальный поперечный размер равен длине

закороченного плеча Т-образного соединения, который в метровом диапазоне не менее 50 см.

Согласование падающей синфазной волны двупроводной линии и выходной линии

достигается при равенстве волновых сопротивлений двух участков, рассчитываемых с помощью известных соотношений для синфазной волны двупроводной лиИии:

50

p 30lr

R - (di/2)4 bR3di

где R - радиус поперечного сечения внеш- него проводника,

di - расстояние между осями двух центральных проводников,

b - радиус поперечного сечения центральных проводников; для ТЕМ волны коаксиальной линии:

R

p 60lny ,

где г - радиус поперечного сечения центрального проводника.

Формирователь с рабочей частотой 150 МГц будет иметь следующие размеры: R 45 мм, Ь 9 мм, d 1 30 мм. Длина резонансного отрезка может составлять L 1 м или L 2 м, Коммутатор расположен на расстоянии 50 см от торцевой закорачивающей стенки. Выходная линия имеет такой же размер внешнего проводника R 45 мм, а диаметр центрального проводника - г 16,6 мм.

Предлагаемое изобретение имеет значение в связи с созданием в настоящее время компактных передвижных радиолокационных станций, в которых передатчиками являются источники сверхширокополосных СВЧ импульсов,

Формула изобретения Формирователь импульсов, содержащий СВЧ генератор, выход которого соединен с накопительным резонатором, в состав которого входит первая коаксиальная линия, замкнутая на одном конце, которая является первым плечом коаксиального тройника, второе плечо которого образовано второй коаксиальной линией, и коммутатор, который расположен на расстоянии Л/4 (где Я - длина волны) от закорачивающей стенки, отличающийся тем, что, с целью уменьшения габаритов при работе в метровом диапазоне длин волн, в состав накопительного резонатора введена вторая коаксиальная линия, которая расположена параллельно первой коаксиальной линии, и

5 которые имеют общий наружный цилиндрический проводник, конец которой замкнут, плоскость замыкания которой совпадает с плоскостью замыкания первой коаксиальной линии и которая имеет длину, одинаковую с

0 первой коаксиальной линией, равную пЛ/ /2, где п - целое число, причем коммутатор расположен на наружном цилиндрическом проводнике накопительного резонатора.

Использование: в области электроники СВЧ и предназначен для преобразования высокочастотных колебаний метрового диапазона в мощные радиоимпульсы наносекун- дной длительности. Сущность изобретения: формирователь включает: СВЧ генератор 1, элемент 2 возбуждения, внешний проводник 3, центральные проводники 4, 5, 7, зако- рачивающую стенку 6, коммутатор 8. Отличием изобретения является то, что коаксиальный накопительный объем, коммутатор и выходной тракт размещается в общем цилиндре, являющимся общем внешним проводником, что позволяет уменьшить габариты формирователя в метровом диапазоне длин волн. 2 ил.

Фиг. 1