RU2137265C1 - Microwave pulse shaper - Google Patents
Microwave pulse shaper Download PDFInfo
- Publication number
- RU2137265C1 RU2137265C1 RU97122026A RU97122026A RU2137265C1 RU 2137265 C1 RU2137265 C1 RU 2137265C1 RU 97122026 A RU97122026 A RU 97122026A RU 97122026 A RU97122026 A RU 97122026A RU 2137265 C1 RU2137265 C1 RU 2137265C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- waveguide
- resonator
- electronic switch
- distance
- microwave
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Control Of Motors That Do Not Use Commutators (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к устройствам преобразования энергии колебаний СВЧ на входе в энергию колебаний на выходе для повышения уровня мощности и может быть использовано для формирования мощных СВЧ-импульсов в радиолокации, технике СВЧ и т.п. The invention relates to devices for converting the energy of microwave oscillations at the input to the energy of oscillations at the output to increase the power level and can be used to generate powerful microwave pulses in radar, microwave technology, etc.
Известно устройство формирования СВЧ-импульсов [Р.А.Альварес. Подавление предимпульса В СВЧ-резонаторах со сжатием импульса. "Приборы для научных исследований". 1986, N 10, с.61], содержащее СВЧ-генератор, связанный элементом возбуждения с накопительным резонансным объемом, электронный коммутатор и устройство вывода СВЧ-энергии из резонатора. Резонансный объем образован отрезком одномодового регулярного прямоугольного волновода, ограниченного с одной стороны элементом возбуждения, а с другой стороны устройством вывода, выполненным в виде волноводного тройника с короткозамкнутым плечом. Длина резонансного объема - mλв/2, где m - целое число; λв - длина волны в волноводе. Поперечные размеры регулярного волновода и волновода тройника одинаковы, сравнимы с рабочей длиной волны λ и обеспечивают распространение H10 волны. Длина короткозамкнутого плеча подобрана так, что в процессе возбуждения резонансного объема излучения из открытого плеча тройника не происходит. Поджигающий электрод электронного коммутатора находится вне объема резонатора в отверстии широкой стенки короткозамкнутого плеча на расстоянии λв/4 от закорачивающей стенки. После возбуждения резонатора на поджигающий электрод подается импульс напряжения. За счет образования искры между электродом и стенкой волновода инициируется СВЧ-разряд, замыкающий противоположные широкие стенки волновода в области расположения поджигающего электрода. Собственная частота тройника изменяется, и накопленная СВЧ-энергия поступает через открытое плечо в нагрузку в виде импульса.A device for the formation of microwave pulses [R.A. Alvarez. Pre-pulse suppression In microwave resonators with pulse compression. "Instruments for scientific research." 1986, No. 10, p. 61], comprising a microwave generator coupled by an excitation element with a storage resonant volume, an electronic switch and a device for outputting microwave energy from the resonator. The resonant volume is formed by a segment of a single-mode regular rectangular waveguide bounded on one side by an excitation element and, on the other hand, by an output device made in the form of a waveguide tee with a short-circuited shoulder. The length of the resonant volume is mλ in / 2, where m is an integer; λ in - wavelength in the waveguide. The transverse dimensions of the regular waveguide and the tee waveguide are the same, comparable to the working wavelength λ and ensure the propagation of the H 10 wave. The length of the short-circuited arm is selected so that during excitation of the resonant volume of radiation from the open arm of the tee does not occur. The ignition electrode of the electronic switch is located outside the cavity volume in the hole of the wide wall of the short-circuited arm at a distance of λ in / 4 from the shorting wall. After the resonator is excited, a voltage pulse is applied to the ignition electrode. Due to the formation of a spark between the electrode and the waveguide wall, a microwave discharge is initiated that closes the opposite wide walls of the waveguide in the region of the ignition electrode. The natural frequency of the tee changes, and the accumulated microwave energy enters through the open shoulder into the load in the form of an impulse.
Известное устройство имеет большой коэффициент усиления, однако имеет невысокую энергию колебаний на выходе. The known device has a large gain, but has a low oscillation energy at the output.
Выберем в качестве прототипа устройство формирования СВЧ-импульсов [см. А. С. СССР N 862800], содержащее цилиндрический резонатор с элементами ввода и вывода энергии и электронный коммутатор, соединенный с источниками управляющих сигналов и расположенный внутри цилиндрического резонатора. Электронный коммутатор выполнен в виде металлических шариков, установленных с зазором в трубке из диэлектрического материала, к концам которой подведены электроды, подключенные к источнику управляющих сигналов. Упомянутая трубка расположена параллельно торцевой стенке цилиндрического резонатора на расстоянии λв/4. Элемент вывода энергии выполнен в виде отрезка волновода, запредельного для частоты входных колебаний. После подачи на электроды напряжения от источника управляющих сигналов происходит импульсный пробой, что вызывает сильное искажение высокочастотного поля около многозазорного разрядника и сдвиг резонансной частоты. В результате этого происходит перестройка структуры высокочастотного поля, которая приводит к тому, что запредельный волновод перестает быть запредельным и электромагнитная энергия излучается из резонатора в виде импульса СВЧ.We choose a prototype device for the formation of microwave pulses [see AS USSR N 862800], containing a cylindrical resonator with energy input and output elements and an electronic switch connected to the sources of control signals and located inside the cylindrical resonator. The electronic switch is made in the form of metal balls installed with a gap in the tube of dielectric material, to the ends of which electrodes connected to the source of control signals are connected. The mentioned tube is parallel to the end wall of the cylindrical resonator at a distance of λ in / 4. The energy output element is made in the form of a waveguide segment that is beyond the limits of the input oscillation frequency. After applying voltage to the electrodes from the source of control signals, a pulse breakdown occurs, which causes a strong distortion of the high-frequency field near the multi-gap spark gap and a shift of the resonant frequency. As a result of this, a restructuring of the high-frequency field occurs, which leads to the fact that the transcendental waveguide ceases to be transcendental and electromagnetic energy is radiated from the resonator in the form of a microwave pulse.
Известное устройство обладает достаточно высоким коэффициентом усиления k ≈ 13. Однако данное устройство имеет два существенных недостатка, связанных с расположением разрядника непосредственно в полости резонатора. Во-первых, из-за трансформации на элементах конструкции разрядника рабочего типа волны в другие типы волн, излучающиеся в нагрузку через выходной волновод, снижается добротность резонатора в режиме накопления и, во-вторых, такое расположение уменьшает электрическую прочность резонатора из-за присутствия указанных элементов в максимуме электрической составляющей электрического поля. The known device has a sufficiently high gain k ≈ 13. However, this device has two significant drawbacks associated with the location of the arrester directly in the cavity of the resonator. Firstly, due to the transformation on the structural elements of the spark gap of the working type of wave into other types of waves emitted into the load through the output waveguide, the quality factor of the resonator in the accumulation mode is reduced and, secondly, this arrangement reduces the dielectric strength of the resonator due to the presence of these elements in the maximum electric component of the electric field.
Таким образом, по-прежнему актуальной остается задача создания формирователя мощных СВЧ-импульсов, позволяющих работать с высокой рабочей мощностью. Thus, the task of creating a shaper of powerful microwave pulses, allowing to work with high working power, remains relevant.
Этот технический результат достигается тем, что формирователь СВЧ-импульсов, как и прототип, содержит цилиндрический резонатор диаметра d с элементами ввода и вывода энергии и электронный коммутатор с электродом, подключенным к источнику управляющих сигналов. В отличие от прототипа электронный коммутатор выполнен в виде закороченного с одной стороны волноводного отрезка длиной λв/2, расположенного вне резонансного объема и присоединенного второй стороной через окно связи к торцевой стенке цилиндрического резонатора. Волноводный отрезок расположен на расстоянии d/4 от оси цилиндрического резонатора. Окно связи равно поперечному сечению волноводного отрезка. Электрод коммутатора расположен в отверстии на боковой стенке волноводного отрезка на расстоянии λв/4 от его закороченной стенки.This technical result is achieved in that the microwave pulse generator, like the prototype, contains a cylindrical resonator of diameter d with energy input and output elements and an electronic switch with an electrode connected to the source of control signals. Unlike the prototype, the electronic switch is made in the form of a shorted waveguide length λ in / 2 shortened on one side, located outside the resonance volume and connected by the second side through the communication window to the end wall of the cylindrical resonator. The waveguide segment is located at a distance d / 4 from the axis of the cylindrical resonator. The communication window is equal to the cross section of the waveguide segment. The switch electrode is located in the hole on the side wall of the waveguide segment at a distance of λ in / 4 from its shorted wall.
Схематически предлагаемое устройство представлено на фиг. 1 где цифрами обозначено: 1 - накопительный резонатор, 2 электронный коммутатор, 3 - источник управляющих сигналов, 4 - элемент ввода, 5 - элемент вывода, 6 - источник, возбуждающий колебания, 7 - поджигающий электрод, 8 - окно связи. Источник 6, возбуждающий колебания, через элемент возбуждения 4, связан с резонатором 1. Накопительный резонансный объем выполнен из круглого волновода диаметра d длиной pλв/2, где p - целое число; λв - длина волны в волноводе. Электронный коммутатор 2 выполнен в виде закороченного с одной стороны волноводного отрезка длиной λв/2, расположенного вне резонансного объема и присоединенного второй стороной через окно связи 8, равное поперечному сечению волноводного отрезка, к торцевой стенке цилиндрического резонатора на расстоянии d/4 от ее оси. Устройство вывода энергии 5 выполнено в виде отрезка прямоугольного волновода, запредельного для H20 колебаний.Schematically, the proposed device is presented in FIG. 1 where the numbers indicate: 1 - storage resonator, 2 electronic switch, 3 - source of control signals, 4 - input element, 5 - output element, 6 - source, exciting oscillations, 7 - ignition electrode, 8 - communication window. The oscillation exciting source 6, through the excitation element 4, is connected to the resonator 1. The storage resonant volume is made of a circular waveguide of diameter d of length pλ in / 2, where p is an integer; λ in - wavelength in the waveguide. The electronic switch 2 is made in the form of a short-circuited waveguide segment of length λ in / 2, located outside the resonant volume and connected by the second side through the communication window 8, equal to the cross section of the waveguide segment, to the end wall of the cylindrical resonator at a distance d / 4 from its axis . The energy output device 5 is made in the form of a segment of a rectangular waveguide, beyond the limits of H 20 oscillations.
Формирователь СВЧ-импульсов работает следующим образом. Shaper microwave pulses works as follows.
От источника возбуждающих колебаний 6, через элемент 4 ввода энергии поступают СВЧ-колебания. Это приводит к тому, что во внутреннем объеме резонатора 1 возбуждается СВЧ-поле H01p на резонансной длине волны λ и происходит процесс накопления энергии. Размеры электронного коммутатора 2 необходимо подобрать так, чтобы его связь с резонатором во время процесса накопления была сильная. Это достигается в том случае, когда длина электронного коммутатора равна λв/2 и в нем возбуждается H10 колебание. Структура H01p колебания в цилиндрическом резонаторе на окне связи 8 похожа на структуру H10 волны прямоугольного резонатора (см. фиг. 2). В результате связь между резонатором и коммутатором сильная, коммутатор не изменяет интерференционную картину поля в резонаторе во время процесса накопления. Излучения из выходного волновода 5 не происходит, в результате противофазности на окне связи полей для H01p и H10 и запредельности волновода для H20 колебания. После подачи напряжения от источника управляющих сигналов 3 на электрод 7, происходит пробой на расстоянии λв/4 от торцевой стенки коммутатора. В результате изменилась интерференционная картина поля в резонаторе (см. фиг. 3). Помимо H01p колебаний станут возбуждаться высшие типы колебаний. Наиболее возможно возбуждение резонатора на E11p колебании, так как для него обусловлена сильная связь с электронным коммутатором и выходным волноводом и оно сильно вырождено с H01p колебанием. В результате нарушаются условия противофазности для H10 колебания и энергия, накопленная в резонаторе, в виде короткого мощного СВЧ-импульса из устройства вывода попадет на нагрузку.From the source of exciting oscillations 6, through the element 4 of the energy input, microwave oscillations are received. This leads to the fact that in the internal volume of the resonator 1, a microwave field H 01p is excited at a resonant wavelength λ and an energy storage process occurs. The dimensions of the electronic switch 2 must be selected so that its connection with the resonator during the accumulation process is strong. This is achieved when the length of the electronic switch is equal to λ in / 2 and H 10 oscillation is excited in it. The oscillation structure H 01p in the cylindrical resonator on the coupling window 8 is similar to the structure of the H 10 wave of a rectangular resonator (see FIG. 2). As a result, the coupling between the resonator and the switch is strong; the switch does not change the interference pattern of the field in the cavity during the accumulation process. Radiation from the output waveguide 5 does not occur, as a result of the out-of-phase field coupling window for H 01p and H 10 and the transcendence of the waveguide for H 20 oscillations. After applying voltage from the source of control signals 3 to the electrode 7, a breakdown occurs at a distance of λ in / 4 from the end wall of the switch. As a result, the interference pattern of the field in the cavity has changed (see Fig. 3). In addition to H 01p vibrations, higher types of vibrations will become excited. The resonator is most likely to be excited by the E 11p oscillation, since it is due to strong coupling with the electronic switch and the output waveguide, and it is highly degenerate with the H 01p oscillation. As a result, the antiphase conditions for H 10 oscillations are violated and the energy accumulated in the resonator, in the form of a short powerful microwave pulse from the output device, will get to the load.
Так, для системы 3-см-диапазона с резонатором, имеющим диаметр 90 и длину 213.5 мм и работающим на частоте 9.4 гГц на H0112 виде колебаний, электронный коммутатор выполнен из стандартного волновода длиной 17.3 мм с поперечным сечением 28.5 - 12.6 мм. Электронный коммутатор расположен на расстоянии 22.5 мм от оси резонатора. В качестве выходного волновода использовался прямоугольный волновод с сечением 28.5-12.6 мм, подсоединенный соосно с резонатором ко второй его торцевой крышке. Система питалась от магнетронного генератора с выходной импульсной мощностью ≈ 60 кВт при длительности ≈ 1 мкс. Максимальный коэффициент усиления составил 9 дБ при пиковой мощности выходного сигнала ≈ 0,5 МВт и длительности по уровню 0.5 около 30 нс.So, for a 3-cm-range system with a resonator having a diameter of 90 and a length of 213.5 mm and operating at a frequency of 9.4 GHz on H 0112 mode of oscillation, the electronic switch is made of a standard waveguide with a length of 17.3 mm with a cross section of 28.5 - 12.6 mm. The electronic switch is located at a distance of 22.5 mm from the axis of the resonator. A rectangular waveguide with a cross section of 28.5–12.6 mm connected coaxially with the resonator to its second end cap was used as the output waveguide. The system was powered by a magnetron generator with an output pulse power of ≈ 60 kW and a duration of ≈ 1 μs. The maximum gain was 9 dB with a peak output signal power of ≈ 0.5 MW and a duration of 0.5 around 30 ns.
Claims (1)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU97122026A RU2137265C1 (en) | 1997-12-30 | 1997-12-30 | Microwave pulse shaper |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU97122026A RU2137265C1 (en) | 1997-12-30 | 1997-12-30 | Microwave pulse shaper |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2137265C1 true RU2137265C1 (en) | 1999-09-10 |
Family
ID=20200750
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU97122026A RU2137265C1 (en) | 1997-12-30 | 1997-12-30 | Microwave pulse shaper |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2137265C1 (en) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2487444C2 (en) * | 2011-07-15 | 2013-07-10 | Открытое акционерное общество "Концерн "Созвездие" | Method of generating high-frequency signals and apparatus for realising said method |
-
1997
- 1997-12-30 RU RU97122026A patent/RU2137265C1/en not_active IP Right Cessation
Non-Patent Citations (1)
Title |
---|
Атомная техника за рубежом, 1982, N 11, с. 36. Артеменко С.Н. и др. Накопление и вывод энергии на волне из цилиндрического резонатора, ЖТФ, 1986, с. 56, с. 1424, 1425. Приборы для научных исследований, 1986, N 10, с. 60 - 66. * |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2487444C2 (en) * | 2011-07-15 | 2013-07-10 | Открытое акционерное общество "Концерн "Созвездие" | Method of generating high-frequency signals and apparatus for realising said method |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US5072157A (en) | Excitation device suitable for exciting surface waves in a discharge tube | |
US7215083B2 (en) | Microwave generator | |
RU94062U1 (en) | RESONANT MICROWAVE COMPRESSOR | |
RU2137265C1 (en) | Microwave pulse shaper | |
US7842907B2 (en) | Microwave generator | |
US3967155A (en) | Electronic frequency tuning magnetron | |
US5065075A (en) | Launcher suitable for exciting surface waves in a discharge tube | |
US5650670A (en) | Induction charge microwave pulse generator having a split ground plane | |
US5235249A (en) | Multiple-beam microwave tube with groups of adjacent cavities | |
RU2422938C1 (en) | Relativistic magnetron with wave-guide outputs of capacity | |
RU2124803C1 (en) | Device for generation of heavy-power nanosecond microwave pulses | |
SU1756981A1 (en) | Method of forming nanosecond microwave pulses | |
US4745336A (en) | Microwave generation by virtual cathode with phase velocity matching | |
Abubakirov et al. | Relativistic backward wave oscillator using a selective mode converter | |
SU1617492A1 (en) | Shaper of microwave pulses | |
RU2014661C1 (en) | Vacuum-tube oscillator-former of nanosecond radio pulses | |
SU862800A1 (en) | Chf pulse former | |
US5052003A (en) | Quasi-optical gyrotron | |
SU1756982A1 (en) | Microwave pulse former | |
RU141773U1 (en) | RESONANT MICROWAVE COMPRESSOR | |
RU2486641C1 (en) | Method of generating subnanosecond microwave pulses and apparatus for realising said method | |
SU1571711A1 (en) | Microwave pulse shaper | |
CN114050098B (en) | Dual-mode working relativistic backward wave tube output microwave phase control method and structure | |
RU2166229C1 (en) | Nanosecond microwave pulse generator | |
RU2573223C2 (en) | Device for generating nano and sub-nanosecond microwave pulses |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20091231 |