Фазированная решетка виркаторов

 

Область применения: Изобретение относится к релятивистской СВЧ-электронике и может быть использовано при создании мощных импульсно-периодических источников СВЧ-излучения, создании фазированных антенных решеток для использования в радиолокации. Сущность: технический результат достигается тем, что в отличие от известной фазированной решетки виркаторов ФРВ, включающей, по меньшей мере, два электрически соединенных с источником питания виркатора, заанодные области которых сообщены между собой волноводной связью, в предлагаемой ФРВ волноводная связь организована из не менее двух гальванически изолированных проводников. Кроме того, предложено осуществление волноводной связи, в частности, посредством кабеля. Кроме того, ФРВ может отличаться тем, что волноводная связь установлена в предполагаемой области формирования виртуальных катодов. Технический результат повышение КПД ФРВ в 1,5 раза.

Изобретение относится к релятивистской СВЧ-электронике и может быть использовано при создании мощных импульсно-периодических источников СВЧ-излучения, а также при создании фазированных антенных решеток для использования в радиолокации.

Для того, чтобы выходным излучением системы синхронизированных по фазе излучателей (например, фазированной решетки СВЧ-излучателей - виркаторов) можно было управлять, необходимо скоординировать излучение от отдельных составляющих элементов этой системы (например, для фазированных решеток виркаторов (ФРВ) скоординировать излучение составляющих ее виркаторов).

Существуют активная и пассивная схема синхронизации виркаторов, объединенных в решетку. Активная синхронизация позволяет синхронизовать виркаторы с помощью внешнего задающего СВЧ-генератора. В пассивной виркаторы самосинхронизуются между собой на основе связи между ними.

Известна ФРВ, в которой используется связь между отдельными виркаторами по типу пассивной схемы с помощью полых волноводов, состоящей из одного проводника [1] (Sze H., Price D., Harteneck В., «Phase locking of two strongly coupled vircators», J.Appl. Phys., 1990, v.67, №5, p.2276).

Недостатком известной ФРВ является следующее обстоятельство. Виркатор - СВЧ-генератор с виртуальным катодом - как правило, является широкополосным генератором вследствие низкой добротности резонатора и существенной степени турбулентности электронного пучка. По этой причине в устройствах связи ФРВ должны распространяться широкополосны: сигналы. Связи на основе полых волноводов, выполненных из одного проводника, всегда присуща дисперсия фазовой скорости волны в зависимости от частоты, поэтому широкополосный сигнал, пройдя такой канал связи, сильно исказится, что отрицательно влияет на эффективность синхронизации виркаторов и снижает КПД ФРВ.

Известна также ФРВ, описанная в [2] (Селемир В.Д., Дубимов А.Е., Степанов Н.В. и др., «Исследования по созданию фазированных антенных решеток мощных СВЧ-генераторов типа виркатор». Антенны, 2001, вып.3 (49), с.6) - прототип. В ней также виркаторы электрически соединены с источником питания, а их заанодные области сообщены между собой волноводной связью из одного проводника. Недостаток прототипа тот же, что и у аналога, то есть низкий КПД.

Задачей изобретения является повышение КПД ФРВ за счет увеличения степени когерентности излучения виркаторов (или степени синхронизации виркаторов).

Данный технический результат достигается тем, что в отличие от известной ФРВ, включающей, по меньшей мере, два электрически соединенных с источником питания виркатора, заанодные области которых

сообщены между собой волноводной связью, в предлагаемой ФРВ волноводная связь организована из не менее двух гальванически изолированных проводников.

Кроме того, предложено осуществление волноводной связи, в частности, посредством кабеля. Кроме того, ФРВ может отличаться тем, что волноводная связь установлена в предполагаемой области формирования ВК.

В волноводах, содержащих не менее двух гальванически изолированных проводников, могут распространяться сигналы ТЕМ-типа, не имеющие дисперсии. Поэтому любой широкополосный сигнал пройдет канал связи без искажений. Виркаторы в ФРВ с такими связями будут синхронизироваться более эффективно, так как сигнал к каждому виркатору от их соседей по решетке приходит без искажений.

Волноводную связь с двумя проводниками легче всего организовать с помощью коаксиального кабеля, имеющего малые потери, хотя возможны и другие типы волноводной связи, например, полосковые или двухпроводные линии.

Для увеличения глубины связи рекомендуется связь каждого виркатора устанавливать в предполагаемой области формирования виртуального катода. Это также повышает эффективность синхронизации.

Все перечисленные меры увеличивают эффективность синхронизации виркаторов в ФРВ и в итоге увеличивают ее КПД.

На фиг представлена схема, в которой реализуется заявляемая ФРВ. Заявляемая ФРВ включает в себя: 1 - катодный электрод, 2 - анодный

электрод в виде сетки, 3 - заанодные области, 4 - окна вывода СВЧ-излучения, 5 - коаксиальный кабель связи, 6 - источники питания.

ФРВ работает следующим образом.

От источника питания 6 на каждый из катодных электродов 1 виркаторов периодически подается импульс напряжения отрицательной полярности. В результате взрывной электронной эмиссии на поверхности катодных электродов формируются электронные пучки, которые далее ускоряются по направлению к анодным сеткам 2. Проходя через анодные сетки 2 виркаторов и попадая внутрь заанодных областей 3, пучки формируют там виртуальные катоды (ВК). Колебания виртуальных катодов приводят к генерации широкополосного СВЧ-излучения, излучаемого через окна вывода 4.

СВЧ-сигналы посредством организованной в области формирования ВК кабельной связи 5 осуществляют взаимную синхронизацию виркаторов, в результате которой они подстраиваются под друг друга.

В результате формируется мощный сфазированный СВЧ-импульс, больший импульса связанных волноводом двух виркаторов (по прототипу), за счет повышения уровня синхронизации виркаторов путем организации волноводной связи, позволяющей передать широкий спектр излучения от одного к другому без искажения, что приводит к увеличению степени взаимной когерентности излучения от нескольких виркаторов. Как показывают расчеты, при этом возможно повышение КПД ФРВ в 1,5 раз по сравнению с прототипом.

1. Фазированная решетка виркаторов, включающая, по меньшей мере, два электрически соединенных с источником питания виркатора, заанодные области которых сообщены между собой волноводной связью, отличающаяся тем, что волноводная связь организована из не менее двух гальванически изолированных проводников.

2. Фазированная решетка виркаторов по п.1, отличающаяся тем, что волноводная связь осуществлена посредством коаксиального кабеля.

3. Фазированная решетка виркаторов по п.1, отличающаяся тем, что волноводная связь каждого виркатора установлена в предполагаемой области формирования виртуального катода.



 

Похожие патенты:

Приемник со стабилизированным источником питания постоянного тока относятся к устройствам, предназначенным для использования в навигационных системах в качестве датчика координат для определения текущих значений координат (широта, долгота, высота), вектора скорости, а также текущего времени по сигналам СНС ГЛОНАСС, GPS (включая их функциональные дополнения SBAS), GALILEO, COMPASS в любой точке земного шара, в любой момент времени. Технический результат заключается в повышении чувствительности и помехоустойчивости приемника навигационного с целью расширения применения в современных конечных устройствах, применяемых в различных условиях, в том числе, при высоких уровнях помех.
Наверх