Способ формирования наносекундных свч-импульсов

(5 ГОСУДАРСТВЕННЫПО ИЗОБРЕТЕНИЯМПРИ ГКНТ СССР ОМИТЕТОТКРЫТИЯМ АНИЕ ИЗОБРЕТЕН ЯаЯ 1(1Ь,111: в, :. Р г( ф-,ОП ТОРСК ВИДЕТЕЛ ЬСТВУ(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 СВЧ- импульса, По всем известным способам формирования наносекундных СВЧ-импульсов накопленную энергию передают в нагрузку в момент достижения максимальной амплитудь 1 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 приемник 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 СВЧ- импульсов, который заключается в том, что СВЧ-энергию накапливают в резонансной системе, а после достижения заданной напряженности электрического поля изменяют фазу возбуждающей волны на 7 т, Инверсию фазы осуществляют во входной цепи мощного клистронного усилителя, и(22) 16,02.90 (46) 23.08.92.Бюп, М 31 (71) Научно-исследовательский институт ядерной физики при Томском политехническом институте им, С. М, Кирова (72) С,А.Новиков, С.В,Разин и П.Ю.Чумерин (56) Рамаз г.О. ет а. Я.ЕО: А п)ет 1)об аког бовЫпц ЯЫСз епегцу=Ргосееб о 1 Фе 1 Х 1 птегп. СопС.оп Н 91) Епегцу Ассеегер, Я.АС, ЯтаМогд, 1974, р, 576-583.Девятков Н.Д. и др. Формирование мощных импульсов при накоплении СВЧ- энергии в резонаторе. - Радиотехника и электроника, 1980, т, 25. 1 ч. 6, с,1227, ( ОРМИРОВАНИЯ НАНОСЕУНДНЫХ СВЧ - ИМПУЛЬСОВ Изобретение относится к технике СВЧ и предназначено для формирования мощных высокочастотных импульсов для целей радиолокации наземных объектов, имеющих малую ЭПР,Использование формирователей СВЧ- импульсов длительностью от единиц до десяти наносекунд в станциях непйнейной 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. 75 б 981 А 1длительность сигнала с измененной фазой составляет =1/6 часть от общей длительности импульса. Амплитуда выходного СВЧ- импульса имеет максимальное значение в момент инверсии фазы, э затем быстро спадает, так что на выходе импульс СВЧ имеет форму трапеции с длительностью по основанию, изменяющейся от нескольких сотен наносекунд до одной микросекундь 1,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 работь 1 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 излуцающей антенны менее(100-150) м не будут обнаружены, С учетом того, что дальность известных НРЛС не превышает радиуса такой же велицины 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 к 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 зэ 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, которыйрасположен вне объема резонатора соосно5 с отверстием, выполненным в стенке в области максимального электрического полястоячей волны.Недостатком способа является то, чтово время и после формирования наносекун 10 дного СВЧ-импульса происходит излучениеэлектромагнитных колебаний на частотахгармонических составляющих. Это излучение связано с тем, что коммутацию осуществляют в момент времени, когда амплитуда15 напряженности поля в резонаторе максимальна или же продолжает нарастать, но еевеличина достигла критического значения.Амплитуда достигает максимального значения в момент окончания действия плоской20 части вершины огибающей СВЧ-импульсагенератора накачки, однако длительностьспада задней цасти импульса достигает величины порядка ста наносекунд, причем ееконкретное значение зависит от особенно 25 стей работы высоковольтного модулятора,Известны способы сокращения длительностел фронта и спада импульса СВЧ-генераторов, однако ввиду конечной добротностирезонаторов генераторной лампы длитель 30 ность может быть сокращена не более чемдо 30-50 нс. В течение этого времени генератор накачки остается интенсивным источником помех, содержащих тармоническиесоставляющие, Приемник НРЛС обладает35 высокой чувствительностью 90-100 дБ) относительно 1 Вт мощности гармоническойсоставляющей, и в течение 30-50 нс он остается "закрытым" помехой. Это означает, чтоучасток в радиусе 7 м не попадает в зону40 обнаружения, которая таким образом сокращается на 20-30, если принять максимально достижимую дальность 20-35 и,Цель изобретения - снижение уровняпомех, содержащих гармонические состав 45 ляющие после окончания формирования наносекундного СВЧ-импульса,Указанная цель достигается тем, что согласно способу энергию накапливают в резонаторе путем подачи нэ его вход50 СВЧ-импульса накачки и передают накопленную энергию в нагрузку, передачу накопленной энергии осуществляют в моментокончания СВЧ-импульсэ накацки.По всем известным методом формиро 55 вания СВЧ-импульсов и во всех известныхустройствах большая связь с нагрузкой устанавливается в момент нарастания амплитуды поля в резонаторе или же в моментдостижения максимальной змплитуды приокончании действия плоской части вершины1756981огибающей СВЧ-импульса накачки, По:. ния действия импульса СВЧ-генераторапредлагаемому 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 12 от блокагенератора накачки, т,е, через интервал 5 2 синхронизации подаютуправляющий им-времени, равный длительности среза эа- пульс на высоковольтный генератор 3, сдней части импульса, после окончания дей- выхода которого высоковольтйый пусковойствия плоской части вершины:огибающей импульс передают на электрод поджигаюСВЧ-импульса накачки. Следовательно, пе- щего разрядника 7. Разряд в поджигающемредачу накопительной энергии осуществля разряднике 7 иницирует СВЧ-разряд в осют при спадающем поле в резонаторе. новном промежфтКе",Ърйводящий кустановУстановление большой связи и передача . лению сильной связи возбужденного поля сэнергии в момент полного окончания дейст- выходным отверстйем 6. Тогда энергия полявия импульса генератора накачки является в виде короткогоймпульСа"излучается в насущественным отличием способа и позволя грузку 9, а его форма и амплитуда контролиет в принципе осуществлять локацию в руются осциллбграфом 8, На фиг.2 сближней зоне, изображена огибающая выходного импульНа фиг.1 изображено предлагаемое ус- са с пиковой мощностью Р 1 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 моменткачки; блок 2 синхронизации; высоковольт г по предлагаемомуспособу, так как описаный генератор 3; накопительный резонатор но выше, во времяпередачи энергии из на 4; элемент 5 возбуждения, выходной узел 6 копительного резонатора 4 магнетронрезонансного обьема; пусковой разрядник 25 отключен и не генерирует колебания на ос 7 осциллограф 8;согласованную нагрузку 9. новной частоте и частоте гармонических соБлок 2 синхронизациисоединенс гене- ставляющих. Это позволяет, в частностиратором 1 накачки и высоковольтным гене- при использований формирователя в каче.ратором 3. Генератор 1 накачки с помощью стве передатчика НРЛС, производить локаСВЧ-тракта соединен с элементом возбуж цию объектов, расположенных вблизидения резонатора 5. Один из электродов станции.пускового разрядника 7 подключен с высо- При формировании импульса в моментковольтному генератору 3, Выходной узел 6 достижения максимального значения уровсоединен с согласованной нагрузкой 9 с по- ня поля в резОнаторе, так как это показаномощью выходного тракта. В тракт включен 35 на фиг,2 б, в течение времени Ь магнетронответвитель, к которому подключен осцил- - остается работающим и является источнилограф 8, ком интенсивных помех с частотами гармоФормирование импульса происходит- нических составляющих, Если такимследующим образом, способом импульс формируется в НРЛС, тоОт блока 2 синхронизации запускаю в радиусес й)/2 метров обьекты не могутощий 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 (т 2-т 0), Огибающая СВЧ-импульса изо-., скорость света.б ражена на рис.2 а. где 1, момент окончания 45 Способ применим если длительностьееплоскойчасти. Этотимпульспередаатна заднего среза импульса магнетрона илиэлемент 5 резонатора 4, который воэбужда- другой генерирующей лампы) й многоется в течение отрезка времени (12-10). С меньше постоянной временит резонатора.момента времени ь 0 до о амплитуда поля в Для большинства практических случаев эторезонаторе нарастает поэкспоненциально условие выполняется, что можно показатьму 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 волнводе энергии амплитуда поля резко т 1 адает, т 10 6 с при соответствующей нагруженнойчто соответствует в выбранном масштабе 55 добротности дн, Длительность задневремени вертикальной линии на фиг.2 в. го среза импульса магнетрона может бытьПунктирной линией представлена эависи- получена 30-50 нс, а коммутация через 30 нсмость амплитуды для случая, когдав"резо- после окончания действия плоской частинаторе не осуществляют коммутацию, а огибающей импульса магнетрона приведетэлектромагнитные колебания после окончак тому, что выходная мощность уменьшиться на 6 относительно мощности, которая могла бы быть получена при коммутации в момент достиженйя максимального поля в резонаторе (фиг,2 д). При 6=50 нс уменьше ние мощности составит=9,5 О.Уменьшение мощности выходных импульсов относительно оптимального значения на 10-30 является вполне приемлемой величиной, так как усиление мощности в 10 медных резонаторах достигает,и при задержке коммутации на время; равное длительности заднего спада, усиление составит 72-56. С другой стороны локация обьектов, удаленных более, чем на (сй)2, может про изводиться как обычно при коммутации в момент достижения максимального поля в резонаторе, поскольку временная развязка с помехой достигается задержкой отраженного сигнала. 20 Следует отметить, что в 30-сантиметровом диапазоне добротность б медных резонаторов можно увеличить до 10000, так как собственная добротность достигает ОР 25 =20000. Тогда в передатчике возбуждающий импульс может иметь Й 150 нс, что достижимо с помощью традиционных модуляторов без специального изменения их конструкции. 30 В том случае, если й - 50 нс, то при формировании импульса по предлагаемому способу зона обнаружения увеличивается на 7 м за счет уменьшения радиуса ближней границы, Если й 150 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 Н РЛ С.В настоящее время НРЛС начинают широко использоваться для исследования поверхностных слоев почвы и обнаружения подповерхностных обьектов, 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, О т л и ч а ю щ и й с я 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;.1756981Составитель С.Новиков едектор В.Бугренкова Теехред М.Моргентал Корректор Е.П 3093 Тираж .. Подписное ИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ ССС 113035, Москва; Ж, Раушская наб., 4/5л. Гагарина,Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Уж