Устройство формирования мощных импульсных свч-сигналов

Устройство формирования мощных импульсных СВЧ сигналов относится к радиотехнике и может быть использовано в радиолокации, связи и других приложениях в которых применяются сверхкороткие радиоимпульсы. Устройство содержит источник СВЧ излучения с автогенератором (1), сканирующую фазированную антенную решетку (3) с N элементами и зонированное зеркало (4), дополнительно введено устройство временной компрессии (2) энергии излучения, вход которого соединен с выходом автогенератора (1), а выход поочередно с каждым из N элементов сканирующей антенной решетки (3). Технический результат заключается в уменьшении весо-габаритных параметров конструкции источника СВЧ излучения. 1 ил.

Полезная модель относится к радиотехнике, может быть использована в радиолокации, связи и других приложениях в которых применяются сверхкороткие радиоимпульсы.

Известна сканирующая антенна - многочастотная антенная решетка (МЧАР) [US 3766558, МПК H01Q 3/42; H01Q 3/30; публикация 1973.10.16], содержащая источник СВЧ излучения в виде системы формирования когерентной сетки частот и линейную эквидистантную антенную решетку, состоящей из N излучающих элементов. Каждый элемент соединен с отдельным генератором. Частоты сигналов по элементам решетки от 1-ого до N-ого располагаются в порядке возрастания или убывания частоты с постоянным дискретом. При этом скорость изменения фаз в элементах решетки пропорциональна 2if, где i - номер элемента решетки, f - сдвиг частоты между соседними элементами решетки. Наличие на элементах решетки переменной фазы с постоянным приращением приведет к сканированию диаграммы направленности в пространстве. Скорость сканирования будет равна Vcк=c/Dcos, где =F/f_cp - относительная полоса частот, f_cp - средняя частота многочастотного сигнала, F - ширина полосы многочастотного сигнала, D - линейный размер решетки, - угол отклонения от нормали к оси решетки. Длительность сформированного импульса равна _и=1/F. Мощность импульса определяется из выражения P_и =NP_i, где N - количество элементов МЧАР, P_i - мощность подводимая к i-тому элементу решетки.

Недостатком известного устройства является то, что каждый элемент решетки соединен с отдельным генератором. Для увеличения излучаемой импульсной мощности нужно пропорционально увеличить количество элементов решетки, а следовательно и количество генераторов.

Прототипом заявляемой полезной модели является устройство формирования мощных импульсных сигналов на сканирующей фазированной антенной решетке (ФАР) [Воробьев Н.В., Грязнов В.А., Иванов А.Н., Трофимова Г.В. Формирование мощных сверхширокополосных радиоимпульсов методом пространственно- временного преобразования многочастотного сигнала. - Радиоэлектроника, 2003, 4, стр.21-29]. Устройство-прототип состоит из источника СВЧ излучения, включающего блок формирования когерентной сетки частот, усилителей мощности, зонированного зеркала и многочастотной антенной решетки (МЧАР), выполненной на сканирующей ФАР. Для получения когерентной сетки частот применяют несколько (N) расстроенных в рабочей полосе частот автогенераторов с системой фазовой автоподстройки частоты под общий опорный генератор, а в качестве усилителей мощности в каналах многочастотной антенной решетки используют цепочки последовательно включенных пролетных клистронов, настроенных на частоту соответствующую частотам автогенераторов - F_г . Максимальная величина излучаемой импульсной мощности после пространственно-временного преобразования составляет P=K×N×P _г, где: K - количество элементов зонированного зеркала; N - количество элементов МЧАР; P_г - средняя мощность, излучаемая N-м элементом МЧАР. Формирование импульсного сигнала сверхкороткой длительности происходит в пространстве, образованном раскрывом МЧАР и зонированным зеркалом. При K=N и мощности возбуждения каждого из 11 каналов МЧАР равной 1 МВт суммарная излучаемая импульсная мощность сигнала длительностью 125 пс, может достигать 100 МВт.

К недостаткам устройства прототипа относится то, что для возбуждения каждого из N каналов МЧАР в источнике СВЧ излучения содержится N канальная система, каждый канал которой содержит усилительный каскад и автогенератор. Увеличение импульсной мощности связано с пропорциональным увеличением числа каналов. Поэтому устройство прототип становится сложным для реализации, а возможности увеличения выходной мощности связаны с техническими ограничениями на весо-габаритные параметры источника СВЧ излучения.

Технический результат, на достижение которого направлена заявляемая полезная модель, заключается в уменьшении весо-габаритных параметров конструкции источника СВЧ излучения.

Указанный технический результат достигается тем, что в устройстве формирования мощных импульсных СВЧ сигналов, содержащем, как и прототип, источник СВЧ излучения с автогенератором, сканирующую фазированную антенную решетку с N элементами и зонированное зеркало, в отличие от прототипа, дополнительно введено устройство временной компрессии энергии излучения, вход которого соединен с выходом автогенератора, а выход поочередно с каждым из N элементов сканирующей антенной решетки.

На фиг. представлена условная схема предлагаемого устройства.

Устройство включает источник СВЧ излучения, содержащий автогенератор 1 и устройство временной компрессии 2, сканирующую ФАР 3 и зонированное зеркало 4.

Устройство работает следующим образом. СВЧ излучение с частотой f_о от автогенератора 1 поступает на вход устройства временной компрессии 2, на выходе которого формируются импульсы уменьшенные до длительности t_и , и увеличенные по мощности до P=MP_г, здесь M - коэффициент усиления мощности устройства временной компрессии 2. Если пространственная длительность импульса формируемого устройством временной компрессии 2 [Диденко А.Н., Юшков Ю.Г. Мощные СВЧ - импульсы наносекундной длительности. М.: Энергоатомиздат, 1984. 112 с.] меньше длины решетки, то происходит последовательное возбуждение элементов сканирующей ФАР 3. В области между раскрывом ФАР 3 и зонированным зеркалом 4 формируется сканирующая диаграмма направленности. При сканировании диаграмма направленности ФАР 3 последовательно облучает элементы зонированного зеркала 4, возбуждая импульсный сигнал длительностью t_и=Q_дн/V_ск и мощностью P_и=M²×P_г×Q _ск/Q_дн, где Q_ск - ширина сектора сканирования, V_ск - скорость сканирования диаграммы направленности ФАР, P_г - мощность автогенератора, Q_дн - ширина диаграммы направленности антенны.

Оценки показывают, что при мощности автогенератора 1 МВт, коэффициенте усиления мощности устройства временной компрессии 100, длительности импульса сформированного на его выходе 125пс мощность излучаемого импульса будет равна 100 МВт. Для получения такого уровня мощности используется только один автогенератор.

Устройство формирования мощных импульсных СВЧ-сигналов, содержащее источник СВЧ-излучения с автогенератором, сканирующую фазированную антенную решетку с N элементами и зонированное зеркало, отличающееся тем, что дополнительно введено устройство временной компрессии энергии излучения, вход которого соединен с выходом автогенератора, а выход - поочередно с каждым из N элементов сканирующей антенной решетки.