Способ формирования наносекундных свч-импульсов

 

Изобретение относится к технике СВЧ и может быть использовано в передатчиках радиолокационных станций,. Цель изобретения - снижение уровня помех, содержащих гармонические составляющие после окончания формирования наносекундного СВЧ- импульса. По всем известным способам формирования наносекундных СВЧ-импульсов накопленную энергию передают в нагрузку в момент достижения максимальной амплитуды при окончании действия плоской части вершины СВЧ-импульса накачки . Передачу накопленной энергии в нагрузку осуществляют в момент полного окончания импульса накачки. 2 ил. - . з-. f Jfc-- 4- Ј

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (5t)5 Н 01 Р 1/14, 7/04

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

1 (21) 4793374/09 (22) 16,02.90 (46) 23.08.92.Бюп, N. 31 (71) Научно-исследовательский институт ядерной физики при Томском политехническом институте им,С.М,Кирова (72) C,А.Новиков, С.В,Разин и П.Ю.Чумерин (56) Farkas Z.D. et al. SLED: А method for

doubling SLAC s energy=Proceed of Фе IX

Intern. Conf. on High Energy Accelerat. Я.АС, Stanford, 1974, р, 576-583.

Девятков Н.Д. и др. Формирование мощных импульсов при накоплении СВЧэнергии в резонаторе. — Радиотехника и электроника, 1980, т, 25. и 6, с.1227, ЩСПО СМФ * б КУНДНЫХ СВЧ вЂ” ИМПУЛЬСОВ

Изобретение относится к технике СВЧ и предназначено для формирования мощных высокочастотных импульсов для целей радиолокации наземных объектов, имеющих малую ЭПР.

Использование формирователей СВЧимпульсов длительностью от единиц до десяти наносекунд в станциях нелинейной радиолокации (НРЛС) позволяет определять дальность с точностью до 1-1,5 м и увеличить максимальную дальность в 2 раза при увеличении мощности генератора накачки в 80 раз. Приемники нелинейно РЛС рассчитаны на частоту 2-й ипи 3-й гармоники частоты зондирующего сигнала и имеют высокую чувствительность, так как относительная мощность гармонической составляющей в отраженном сигнале невелика.

БЫ 175б981 А1 (57) Изобретение относится к технике СВЧ и может быть использована,в передатчиках радиолокационных станций,, Цель изобретения — снижение уровня помех, содержащих гармонические составляющие после окончания формирования наносекундного СВЧимпульса. По всем известным способам формирования наносекундных СВЧ-импульсов накопленную энергию передают в нагрузку в момент достижения максимальной амплитуды при окончании действия плоской части вершины СВЧ-импульса накачки. Передачу накойленной энергии в нагрузку осуществляют в момент полного окончания импульса накачки. 2 ип.

Поэтому в течение всей длительности микросекундного импульса генераторной лампы генератора накачки и риемник оказывается "закрытым" вследствие высокочастотных помех и паразитного сигнзпа, просачивающегося по СВЧ-цепям, Вследствие этого локации объектов в ближней зоне не может быть проведена, и способ увеличения эоны за счет ее ближней части является задачей изобретения.

Известен способ формирователя СВЧимпульсов, который заключается в том, что

СВЧ-энергию накапливают в резонансной системе, а после достижения заданной напряженности электрического поля изменяют фазу возбуждающей волны на z.

Инверсию фазы осуществляют во входной цепи мощного клистронного усилителя, и

1756981 длительность сигнала с измененной фазой составляет =1/6 часть от общей длительности импульса. Амплитуда выходного СВЧимпульса имеет максимальное значение в момент инверсии фазы, а затем быстро спадает, так что на выходе импульс СВЧ имеет форму трапеции с длительностью по основанию, изменяющейся от нескольких сотен наносекунд до одной микросекундьь

К недостатком способа относится то, что после излучения импульса мощная усилительная лампа продолжает работать в течение времени, состоящего =1/6 от общей длительности импульса, Общая длительность зависит от добротности системы, величины связи и для медных резонаторов близка к величине 5-6 мкс, Время работы клистрона после инверсии фазы будет 0,7-1 мкс, и в течение этого времени приемник

НРЛС будет "закрыт" помехами, Таким образом объекты, расположенные на расстоянии от излучающей антенны менее(100-150) м не будут обнаружены. С учетом того, что дальность известных НРЛС не превышает радиуса такой же величины (100-150) м, станция с передатчиком данного вида становится неработоспособной.

Известен также способ формиронания

СВЧ-импульсов, заключающийся в том, что импульс СВЧ-генератора накачки подают на элемент возбуждения резонатора, и в момент окончания действия плоской части огибающей при достижении максимального поля в резонаторе на пусковой электрод подается высоковольтный импульс.

Подробнее формирование наносекундных СВЧ-импульсов по данному способу происходит следующим образом, Импульс, поступающий от СВЧ-генератора накачки f< резонатору, приводит к возбуждению в нем электромагнитного поля.

Во время действия импульса амплитуда колебаний в резонаторе нарастает и достигает к концу плоской части вершины огибающей своего максимального значения, В этот момент на пусковой электрод подается высоковольтный поджигающий импульс, искра разряда вызывает СВЧ-разряд в основном промежутке, что приводит к установлению сильной связи возбужденного вида колебаний с выходнйм отверстием, Сильная связь устанавливается за время много меньшее, чем постоянная времени резонатора, и энергия электромагнитного поля излучается за период времени, приблизительно равный времени двойного пробега волны вдоль длины резонатора.

В качестве резонансного обьема используется резонатор стоячей волны, ограниченный с одной стороны Т-образным соединением с короткозамкнутым плечом.

В этом плече расположен коммутатор, включающий в себя пусковой электрод, который расположен вне объема резонатора соосно

5 с отверстием, выполненным в стенке в области максимального электрического поля стоячей волны.

Недостатком способа является то, что во время и после формирования наносекун10 дного СВЧ-импульса происходит излучение электромагнитных колебаний на частотах гармонических составляющих. Это излучение связано с тем, что коммутацию осуществляют в момент времени, когда амплитуда

15 напряженности поля в резонаторе максимальна или же продолжает нарастать, но ее величина достигла критического значения.

Амплитуда достигает максимального значения в момент окончания действия плоской

20 части вершины огибающей СВЧ-импульса генератора накачки, однако длительность спада задней части импульса достигает величины порядка ста наносекунд, причем ее конкретное значение зависит от особенно25 стей работы высоковольтного модулятора.

Известны способы сокращения длительностел фронта и спада импульса СВЧ-генераторов, однако ввиду конечной добротности резонаторов генераторной лампы длитель30 ность может быть сокращена не более чем до 30-50 нс. В течение этого времени генератор накачки остается интенсивным источником помех, содержащих тармонические составляющие. Приемник Н РЛ С обладает

35 высокой чувствительностью (90-100 дБ) относительно 1 Вт мощности гармонической составляющей, и в течение 30-50 нс он остается "закрытым" помехой. Это означает, что участок в радиусе 7 м не попадает в зону

40 обнаружения, которая таким образом сокращается на 20-30 g„если принять максимально достижимую дальность 20-35 и, Цель изобретения — снижение уровня помех, содержащих гармонические состав45 ляющие после окончания формирования наносекундного СВЧ-импульса.

Указанная цель достигается тем, что согласно способу энергию накапливают в резонаторе путем подачи нэ его вход

50 СВЧ-импульса накачки и передают накопленную энергию в нагрузку, передачу накопленной энергии осуществляют в момент окончания СВЧ-импульса накачки.

По всем известным методом формиро55 вания СВЧ-импульсов и во всех известных устройствах большая связь с нагрузкой устанавливается в момент нарастания амплитуды поля в резонаторе или же в момент достижения максимальной змплитуды при окончании действия плоской части вершины

1756981 огибающей СВЧ-импульса накачки. По:-. ния действия импульса СВЧ-генератора предлагаемому способу большая связь и пе- свободно затухают. редача энергии в нагрузку происходит в мо- После полного окончания действия иммент полного окончания действия импульса пульса СВЧ-генератора в момент t2 от блока генератора накачки, т.е. через интервал 5 2 синхронизации подают управляющий им- времени, равный длительности среза эа- пульс на высоковольтный генератор 3, с дней части импульса, после окончания дей- выхода которого высоковольтйый пусковой ствия плоской части вершины:огибающей импульс передают на электрод поджигаюСВЧ-импульса накачки. Следовательно, пе- щего разрядника 7. Разряд в поджигающем редачу накопительной энергии осуществля- 10 разряднике 7 иницирует СВЧ-разряд в осют при спадающем поле в резонаторе . новном промежутКе, фйвоДящий к установУстановление большой связи и передача . лению сильной связи возбужденного поля с энергии в момент полного окончания дейст- выходным отверстйем 6. Тогда энергия поля вия импульса генератора накачки является в виде короткого ймпульСа излучается в насущественным отличием способа и позволя- 15 грузку 9, а его форма и амплитуда контролиет в принципе осуществлять локацию в руются осцилЛОГрафом 8. На фиг.2с изображена огибающая выходного импульНа фиг.1 изображено предлагаемое ус- са с пиковой мощностью Р1 совместно с, тройство, поясняющее способ; на фиг.2 — огибающей импульса СВЧ-генератора надиаграммы, поясняющие способ. 20 качки.

Устройство содержит генератор 1 на- При формировании импульса в момент качки; блок 2 синхронизации; высоковольт- tz по предлагаемому способу, так как описаный генератор 3; накопительный резонатор но выше, Во время передачи энергии из на4; элемент 5 возбуждения, выходной узел 6 копительного резонатора 4 магнетрон резонансного объема; пусковой разрядник 25 отключен и не генерирует колебания на ос7 осциллограф 8;согласованную нагрузку 9. новной частоте и частоте гармонических соБлок2синхронизациисоединенс гене- ставляющих. Это позволяет, в частности ратором 1 накачки и высоковольтным гене - при использований формирователя в качератором 3. Генератор 1 накачки с помощью стве передатчика HPËÑ, производить локаСВЧ-тракта соединен с элементом возбуж- 30 цию объектов, расположенных вблизи дения резонатора 5. Один из электродов станции. пускового разрядника 7 подключен с высо- При формировании импульса в момент ковольтному генератору 3. Выходной узел 6 достижения максимального значения уровсоединен с согласованной нагрузкой 9 с по- ня поля в резонаторе, так как это показано мощью выходного тракта. В тракт включен 35 на фиг.2d, в течение времени At магнетрон ответвитель, к которому подключен осцил- — остается работающим и является источнилограф 8. ком интенсивных помех с частотами гармоФормирование импульса происходит- нических составляющих, Если таким следующим образом, способом импульс формируется в НРЛС, то

От блока 2 синхронизации запускаю- 40 в радиусе(с At)/2 метров объекты не могуто щий импульс подают на генератор 1, кото- быть обнаружены. Тогда как по предлагаерый вырабатывает ми кросекундйый мому способу зона обнаружения увеличиваСВЧ-импульс с длительностью по основа- ется за счет ближней границы. Здесь с— нию (t2-to), Огибающая СВЧ-импульса изо-., скорость света. б ражена на рис.2а. где 1, момент окончания 45 Способ применим если длительность ееплоскойчасти.Этотимпульспередаатна заднего среза импульса магнетрона (или элемент5 резонатора 4, который воэбужда- другой генерирующей лампы) At много ется в течение отрезка времени (t2-т0). С меньше постоянной временит резонатора. момента времени to до tt амплитуда поля в Для большинства практических случаев это резонаторе нарастает поэкспоненциально- 50 условие выполняется, что можно показать му закону, а затем начинает уменьшаться, В на конкретном примере. нормально работающем формирователе ПостояннаявременимедногорезонатаСВ-импульсов во время коммутациИ и вы- ра в 30-сантиметровом диапазоне длин во в де энергии амплитуда поля резко падает, т 10 с при соответствующей нагруженной

-6 лн что соответствует в выбранном масштабе 55 добротности 0н3200. Длительность задневремени вертикальной линии на р р о линии на фиг.2в. го среза импульса магнетрона может быть

Пунктирной линией представлена эависи- получена 30-50 нс, а коммутация через 30 нс мость амплитуды для случая, когда в"резо - после окончания действия плоской части наторе не осуществляют комм та ию коммутацию а огибающей импульса магнетрона приведет электромагнитные колебания после оконча1756981 к тому, что выходная мощность уменьшиться на 6 относительно мощности, которая могла бы быть получена при коммутации в момент достиженйя максимального поля в резонаторе (фиг,2д). При 6(=50 нс уменьше- 5

we мощности составит=9p5%.

Уменьшение мощности выходных импульсов относительно оптимального значения на 10-30ф» является вполне приемлемой величиной, так как усиление мощности в 10 медных резонаторах достигает=80,и при задержке коммутации на время; равное длительности заднего спада, усиление составит

72-56. С другой стороны локация обьектов. удаленных более, чем на {с Ьт)/2, может про- 15 изводиться как обычно при коммутации в момент достижения максимального поля р резонаторе, поскольку временная развязка с помехой достигается задержкой отраженного сигнала. 20

Следует отметить, что в 30-сантиметровом диапазоне добротность 4 медных резонаторов можно увеличить до 10000, так как собственная добротность достигает QP25

=20000. Тогда в передатчике возбуждающий импульс может иметь и 150 нс, что достижимо с помощью традиционных модуляторов без специального изменения их конструкции. 30

В том случае, если ht50 нс, то при формировании импульса по предлагаемому способу зона обнаружения увеличивается на 7 м за счет уменьшения радиуса ближней границы, Если,Й150 нс увеличение зоны составит 21 м. С учетом того, что максимальная дальность достигается 25-35 м в первом случае зона обнаружения увеличивается на 30%, во втором случае использование способа в принципе обеспечивает работоспособность HPË С.

В настоящее время HPËÑ начинают широко использоваться для исследования поверхностных слоев почвы и обнаружения подповерхностных объектов, и поэтому заявляемый способ имеет большое научное и народно-хозяйственное значение.

Формула изобретения

Способ формирования наносекундных

СВЧ-импульсов, заключающийся в том, что накапливают энергию в резонаторе путем подачи на его вход СВЧ-импульса накачки и передают накопленную энергию в нагрузку, отличающийся тем, что, с целью снижения уровня помех, содержащих гармонические составляющие после окончания формирования наносекундного СВЧ-импульса, передачу накопйенной энергии осуществляют в момент окончания импульса накачки;.

1756981

Составитель C.Hoâèêoâ

Редактор В.Бугренкова Теехред М.Моргентал Корректор Е.Папп

Заказ 3093 Тираж .. Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва; Ж-35, Раушская наб.. 4/5

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина, 161