Способ формирования мощных коротких свч-импульсов

 

Изобретение относится к технике СВЧ. Технический результат заключается в формировании мощных коротких СВЧ-импульсов с малой скважностью. Способ включает возбуждение маломощного СВЧ-сигнала, усиление и модуляцию СВЧ-сигнала. Маломощный СВЧ-сигнал возбуждают в виде несущего СВЧ-синусоидального колебания с частотой f₀ и фазой ϕ₀, которое модулируют или путем частотной манипуляции, дискретно изменяя его частоту по закону f₀, f₁, f₀, f₁..., или модулируют путем фазовой манипуляции, дискретно изменяя его фазу по закону ϕ₀, ϕ₁, ϕ₀, ϕ₁. . . , или модулируют путем частотной и фазовой манипуляции, дискретно изменяя его частоту и фазу по закону (f₀ и ϕ₀), (f₁ и ϕ₁), (f₀ и ϕ₀), (f₁ и ϕ₁)..., при этом время существования модулированного сигнала в виде колебания с частотой f₀ и фазой ϕ₀ определяет длительность импульса, а время существования модулированного сигнала с частотой несущего колебания f₁≠f₀ и/или фазой ϕ₁≠ϕ₀ - длительность паузы между импульсами, где f₀ и ϕ₀ - const, a f₁ и/или ϕ₁ - const или varia, потом осуществляют селекцию сигнала с частотой несущего колебания f₀ и фазой ϕ₀, производя полосовую частотную и/или фазовую фильтрацию модулированного СВЧ-сигнала, затем полученный сигнал усиливают и повторно фильтруют, осуществляя селекцию мощного сигнала с частотой несущего колебания f₀ и фазой ϕ₀ 2 з.п. ф-лы, 5 ил.

Изобретение относится к технике СВЧ и может быть использовано при проведении научных исследований, в автоматизированных измерительных системах и в других радиотехнических системах.

Известны способы формирования мощных коротких СВЧ- импульсов (см., например, . а. с. СССР N 862800, МПК H 03 K 12/00, H 01 P 1/14, опубл. БИ N 37, 1982 г., а.с. СССР N 1121776, МПК H 03 K 12/00, H 02 M 5/02, опубл. БИ N 40, 1984 г., статью "Сверхширокополосная радиолокация", "Радиотехника", 1995 г. , N 3, стр. 3-6), заключающиеся в накоплении в резонаторе энергии возбуждаемого синусоидального колебания с одномоментной разрядкой накопленной энергии в виде мощного СВЧ-импульса (что представляет собой период следования мощных СВЧ-импульсов) и повторении процесса накопления энергии и разрядки. Однако при большой мощности СВЧ-импульсов время накопления энергии в резонаторе (любого типа) не обеспечивает получение высокой частоты следования импульсов с малой скважностью.

Из известных наиболее близким по технической сущности является способ формирования мощных коротких СВЧ-импульсов (см. а.с. СССР N 862800, МПК H 03 K 12/00, H 01 P 1/14, опубл. БИ N 37, 1982 г.), который включает (последовательно) возбуждение сигнала в виде несущего СВЧ синусоидального колебания, его накопление (усиление) в резонаторе и модуляцию путем одномоментной разрядки резонатора с образованием СВЧ-импульса. Данный способ позволяет формировать импульсы СВЧ-колебаний малой длительности и высокого уровня мощности с относительно большой частотой повторения. Однако формируемые импульсы имеют длительность порядка 100 нс, что для частот несущего колебания порядка 10 ГГц дает свыше 300 периодов несущего колебания в одном импульсе. Кроме того, факт использования разряжающегося резонатора при формировании импульсов не позволяет уменьшить период следования импульсов более чем до 10 мкс, т.е. не обеспечивается формирование таких импульсов, следующих с большой частотой повторения (малой скважностью).

Задачей, на решение которой направлено предлагаемое техническое решение, является уменьшение, длительности формируемых мощных СВЧ-импульсов и повышение частоты следования этих импульсов.

Технический результат выражается в формировании мощных коротких СВЧ-импульсов с малой скважностью (2-10).

Результат достигается тем, что в способе формирования мощных коротких СВЧ-импульсов, включающем возбуждение маломощного СВЧ-сигнала, усиление и модуляцию СВЧ-сигнала, упомянутый маломощный СВЧ сигнал возбуждают в виде несущего СВЧ синусоидального колебания с частотой f₀ и фазой ϕ₀, которое сначала, модулируют путем частотной и/или фазовой манипуляции, дискретно изменяя его частоту и/или фазу по закону (f₀ и/или ϕ₀), (f₁ и/или ϕ₁), (f₀ и/или ϕ₀), (f₁ и/или ϕ₁) ..., при этом время существования модулированного сигнала в виде колебания с частотой f₀ и фазой ϕ₀ определяет длительность импульса и соизмеримо с периодом этого колебания, а время существования модулированного сигнала с частотой несущего колебания f₁≠f₀ и/или фазой ϕ₁≠ϕ₀ - длительность паузы между импульсами, где f₀ и ϕ₀ - const, a f₁ и/или ϕ₁ - const или varia, потом осуществляют селекцию сигнала. с частотой несущего колебания f₀ и фазой ϕ₀, производя полосовую частотную и/или фазовую фильтрацию модулированного СВЧ-сигнала, затем полученный сигнал усиливают и повторно фильтруют, осуществляя селекцию мощного сигнала, с частотой несущего колебания f₀ и фазой ϕ₀.

При этом модуляция сигнала может быть осуществлена путем последовательного переключения сигналов с параметрами (f₀ и ϕ₀) и с параметрами (f₁ и/или ϕ₁) по закону t₀, t₁, t₀, t₁..., где t₀ - время существования сигнала с параметрами (f₀ и ϕ₀), а t₁ - время существования сигнала с параметрами (f₁ и/или ϕ₁) от источников сигналов, соответственно с параметрами (f₀ и ϕ₀) и (f₁ и/или ϕ₁).

Кроме того, для оптимизации условий фазовой фильтрации длительность паузы между импульсами должна быть кратна не целому числу периодов СВЧ-сигнала с частотой несущего колебания f₁ и/или фазой ϕ₁.

На дату подачи материалов заявки авторам не известно техническое решение, совокупность отличительных существенных признаков которого совпадает с заявляемой.

На фиг.1-5 представлены эпюры СВЧ-сигнала на различных стадиях процесса формирования СВЧ-импульсов, где А_M (ордината) - амплитудная характеристика, а t (абсцисса) - время.

На фиг.1 - маломощный СВЧ синусоидальный сигнал.

На фиг.2 - частотно-фазово-манипулированный СВЧ-сигнал.

На фиг.3 - СВЧ сигнал после первой фильтрации.

На фиг.4 - усиленный СВЧ-сигнал.

На фиг.5 - мощный СВЧ-сигнал после повторной фильтрации (сформированные мощные короткие СВЧ-импульсы).

Предлагаемый способ формирования мощных коротких СВЧ-импульсов заключается в следующем.

С помощью генератора СВЧ синусоидального сигнала возбуждают маломощное СВЧ синусоидальное колебание с частотой f₀ и фазой ϕ₀ (см. фиг.1). В качестве генератора, может быть использован источник СВЧ-колебаний, указанный в а. с. СССР N 862800, МПК H 03 K 12/00, H 01 P 1/14, опубл. БИ N 37, 1982 г. Этот СВЧ синусоидальный сигнал с помощью частотного и/или фазового манипулятора модулируют, дискретно изменяя его частоту и/или фазу по закону (f₀ и/или ϕ₀), (f₁ и/или ϕ₁), (f₀ и/или ϕ₀), (f₁ и/или ϕ₁) и т.д., причем f₁≠f₀, а ϕ₁≠ϕ₀. В рамках одного сигнала f₀ и ϕ₀ - const, а f₁ и/или ϕ₁ - const или varia, т.е. частота f₁ и/или фаза ϕ₁ могут иметь различные значения при выполнении условий f₁≠f₀ и ϕ₁≠ϕ₀, поскольку производимая далее селекция сигнала с частотой f₀ и фазой ϕ₀ обеспечивает подавление колебаний с любыми другими частотами и/или фазой.

В качестве возможного варианта исполнения манипулятора может быть использован частотный манипулятор по патенту РФ N 2107384, МПК Н 03 С 7/02, опубл. БИ N 8, 1998 г. Манипуляция осуществляется таким образом, что время существования СВЧ синусоидального колебания с частотой f₀ и фазой ϕ₀, определяющее длительность формируемого импульса, соизмеримо с периодом этого колебания, т. е. длительность формируемого импульса равна одному или нескольким периодам несущего СВЧ синусоидального колебания. Время существования модулированного сигнала с частотой несущего колебания f₁ и/или фазой ϕ₁, определяющее время паузы между импульсами, выбирается таким, чтобы отношение периода следования формируемых импульсов к длительности одиночного импульса (т. е. скважность) лежало в пределам 2-10. Вид частотно-фазово-манипулированного СВЧ синусоидального сигнала представлен на фиг.2. Кроме того, модуляция сигнала может быть произведена путем последовательного переключения сигналов с параметрами (f₀ и ϕ₀) и с параметрами (f₁ и/или ϕ₁) по закону t₀, t₁, t₀, t₁. .., где t₀ - время существования сигнала с параметрами (f₀ и ϕ₀), а t₁ - время существования сигнала с параметрами (f₁ и/или ϕ₁). Причем, в случаях осуществления фазовой фильтрации, оптимизация ее условий достигается при длительности паузы между импульсами кратной не целому числу периодов СВЧ-сигнала с частотой несущего колебания f₁ и/или фазой ϕ₁.

Затем осуществляют селекцию СВЧ-сигнала с частотой несущего колебания f₀ и фазой ϕ_0/ , производя полосовую частотную и/или фазовую фильтрацию модулированного СВЧ сигнала. Эпюра СВЧ сигнала после выделения полезного сигнала с частотой f₀ и фазой ϕ₀ представлена на фиг.3. В качестве полосового частотного фильтра может быть использован фильтр по а.с. СССР N 1758723, опубл. БИ N 32, 1992 г.

Полученный сигнал (последовательность СВЧ-импульсов) усиливают и повторно (уже мощный сигнал) фильтруют. Эпюры сигнала представлены, соответственно, на фиг.4 и фиг.5.

Таким образом, использование предлагаемого способа позволяет сформировать мощные короткие СВЧ-импульсы со следующими параметрами результирующего сигнала (для частоты несущего колебания порядка 10 ГГц): длительность годного импульса - 300 нс ... 3-5 нс; скважность - 2...10; импульсная мощность - 50-150 кВт. Уровень подавления помех и шумов (в т.ч. несущего колебания на основной частоте) во время паузы, за счет двойной селективной фильтрации - до 40-50 дБ по мощности. Данная величина подавления помех и шумов значительным образом улучшает технико-экономические параметры формирования импульсов за счет уменьшения затрат на тепловые потери и потери при излучении энергии в течение паузы между импульсами. В результате получаем сигнал, состоящий из мощных коротких импульсов, длительностью до одного периода несущего СВЧ-колебания, следующих с большой частотой (малой скважностью - до 2).

Формула изобретения

1. Способ формирования мощных коротких СВЧ-импульсов, включающий возбуждение маломощного СВЧ-сигнала, усиление и модуляцию СВЧ-сигнала, отличающийся тем, что маломощный СВЧ-сигнал возбуждают в виде несущего СВЧ-синусоидального колебания с частотой f₀ и фазой ϕ₀, которое модулируют или путем частотной манипуляции, дискретно изменяя его частоту по закону f₀, f₁, f₀, f₁. . . , или модулируют путем фазовой манипуляции, дискретно изменяя его фазу по закону ϕ₀, ϕ₁, ϕ₀, ϕ₁. . . , или модулируют путем частотной и фазовой манипуляции, дискретно изменяя его частоту и фазу по закону (f₀ и ϕ₀), (f₁и ϕ₁), (f₀ и ϕ₀), (f₁ и ϕ₁). . . . , при этом время существования модулированного сигнала в виде колебания с частотой f₀ и фазой ϕ₀ определяет длительность импульса, а время существования модулированного сигнала с частотой несущего колебания f₁≠f₀ и/или фазой ϕ₁≠ϕ₀ - длительность паузы между импульсами, где f₀ и ϕ₀ - const, a f₁ и/или ϕ₁ - const или varia, потом осуществляют селекцию сигнала с частотой несущего колебания f₀ и фазой ϕ₀, производя полосовую частотную и/или фазовую фильтрацию модулированного СВЧ-сигнала, затем полученный сигнал усиливают и повторно фильтруют, осуществляя селекцию мощного сигнала с частотой несущего колебания f₀ и фазой ϕ₀.

2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что модуляцию сигнала осуществляют путем последовательного переключения сигналов с параметрами (f₀ и ϕ₀) и с параметрами (f₁ и/или ϕ₁) по закону t₀, t₁, t₀, t₁. . . , где t₀ - время существования сигнала с параметрами (f₀ и ϕ₀), а t₁ - время существования сигнала с параметрами (f₁ и/или ϕ₁) от источников сигналов, соответственно с параметрами (f₀ и ϕ₀) и (f₁ и/или ϕ₁).

3. Способ по п. 1, отличающийся тем, что длительность паузы между импульсами кратна не целому числу периодов СВЧ-сигнала с частотой колебания f₁ и/или фазой ϕ₁.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4, Рисунок 5