Хвилевідний генератор шуму

Реферат: UA 71460 U UA 71460 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Корисна модель належить до техніки НВЧ генерування й може бути використана у вимірювальних і діагностичних системах для виміру граничної чутливості підсилювальних пристроїв, завадостійкості систем автоматичного регулювання й телекерування, граничної дальності РЛС і радіонавігаційних систем, для виміру перехресних перешкод у радіорелейних лініях. Відомі генератори шуму на резисторах, тиратронах у магнітному полі, плазмових трубках [1]. Вони використовуються як первинні джерела шуму в підсилювальних системах. Подібні технічні рішення створюють вихідне випромінювання з перекрученою щільністю розподілу ймовірності високочастотного коливання, що зростає зі збільшенням потужності сигналу. Недоліками цих генераторів шуму є малі інтегральні потужності й спектральні щільності випромінювання. Відомі генератори шуму, побудовані на основі газорозрядних джерел випадкових, флуктуаційних випромінювань [2]. Недоліком таких генераторів є більші енерговитрати. Відомий пристрій для створення потужного шумового НВЧ випромінювання зі стохастичною автомодуляцією, обумовленою внутрішньою нестійкістю системи [3]. Недоліком такого пристрою є невелика потужність і енергія випромінювання. Відомий пристрій для генерації надвисокочастотних випромінювань, заснований на впливі НВЧ випромінювання на плазму, попередньо створену в іоносфері або у верхніх шарах атмосфери низькочастотним випромінюванням [4]. Недоліками відомого пристрою є: більші енерговитрати, обумовлені в основному витратами на іонізацію атмосфери низькочастотним сигналом, неможливість зміни діаграми спрямованості шумового випромінювання в широких межах. Найбільш близьким до технічного рішення, що заявляється, варто вважати хвилевідний генератор шуму, опис якого наведено в монографії [5]. Генератор складається з відрізка хвилеводу з газорозрядною трубкою, уведеною усередину цього хвилеводу через металевий екран (гальванічно пов'язаний із зовнішньою стінкою хвилеводу). В одному з торців хвилеводу встановлено погоджувальне навантаження. Інший торець хвилеводу відкритий і призначений для підключення до споживача. Генератор містить джерело живлення, підключений до електродів трубки в її протилежних торцях. Трубка встановлена під кутом порядку 10 градусів щодо осі хвилеводу. Діаметр циліндричного екрана менше поперечного розміру хвилеводу. Робота пристрою, узятого як прототип, відбувається в такий спосіб. Високовольтним імпульсом від джерела живлення здійснюється електричний пробій газового проміжку між електродами газорозрядної трубки. Через утворену в такий спосіб плазму починає протікати електричний струм. Нагрівання плазми супроводжується флуктуацією електричних полів, які й збуджують хвилевід. Для зміни інтенсивності шуму здійснюють механічне переміщення трубки. Установка трубки під кутом до осі хвилеводу, на думку автора, усуває дробовий шум. Діаметр екрана трубки менше характерного розміру хвилеводу в поперечному напрямку його, що усуває випромінювання із хвилеводу уздовж трубки в зовнішній вільний простір. Недоліками даного пристрою є низький коефіцієнт корисної дії перетворення енергії у випромінювання, мала інтенсивність шуму, наявність механічного регулювання інтенсивності випромінювання. В основу корисної моделі поставлено задачу вдосконалити хвилевідний генератор шуму шляхом створення в газорозрядній трубці додаткового електронного потоку, що дозволяє підвищити коефіцієнт корисної дії перетворення енергії у випромінювання, збільшити інтенсивність шуму, виключити механічне регулювання інтенсивності випромінювання. Поставлена задача вирішується тим, що у хвилевідному генераторі шуму, що містить відрізок хвилеводу з погоджувальним навантаженням, установленим усередині відрізка хвилеводу з його закритого торця, інший торець відрізка хвилеводу відкритий, газорозрядну трубку, поміщену в металевий екран поза відрізком хвилеводу й з'єднану із джерелом живлення, газорозрядна трубка встановлена перпендикулярно осі відрізка хвилеводу, поміщена в соленоїд поза відрізком хвилеводу, причому соленоїд розміщений на поверхні металевого екрана й з'єднаний із джерелом живлення, а газорозрядна трубка оснащена електронною гарматою, установленою в одному з торців газорозрядної трубки й з'єднаною із джерелом живлення, при цьому між соленоїдом і зовнішньою поверхнею відрізка хвилеводу розміщені феромагнітні кільця. Таким чином, установлена перпендикулярно осі хвилеводу газорозрядна трубка й оснащена електронною гарматою, соленоїдом і феромагнітними кільцями дозволяє підвищити коефіцієнт корисної дії перетворення енергії у випромінювання, збільшити інтенсивність шуму, виключити механічне регулювання інтенсивності випромінювання. 1 UA 71460 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 Суть корисної моделі пояснюється кресленням, на якому представлена структурна схема пропонованого генератора шуму. Хвилевідний генератор шуму містить джерело живлення 1, з'єднане з газорозрядною трубкою 2 і електронною гарматою 3, розташованою в одному з торців газорозрядної трубки 2, що установлена перпендикулярно осі відрізка хвилеводу 4. На зовнішній поверхні відрізка хвилеводу 4 розміщений соленоїд 5, установлений на феромагнітному кільці 6 і відділений від газорозрядної трубки 2 металевим екраном 7. Усередині відрізка хвилеводу 4 у закритого торця розміщено погоджувальне навантаження 8. Хвилевідний генератор шуму працює в такий спосіб. За допомогою джерела живлення 1 включається газорозрядна трубка 2 і електронна гармата 3, що створює потік електронів, що рухається від катода трубки до її анода. Електронний потік приводить до виникнення електричного розряду усередині газорозрядної трубки 2. Надалі через створену плазму електричний струм тече за рахунок спрямованого потоку електронів і іонів із плазми. Відрізок хвилеводу 4 збуджується надтепловими колективними полями плазми при проходженні спрямованого потоку електронів і іонів. Ці поля значно більше флуктуаційних. Для зменшення втрат електронів на стінки газорозрядної трубки 2 і збільшення числа елементарних механізмів порушення плазми створюється поздовжнє магнітне поле в газорозрядній трубці 2 за допомогою соленоїда 5 з феромагнітними кільцями 6, установленими на поверхні металевого екрана 7. Соленоїд 5 з'єднаний із джерелом живлення 1. Погоджувальне навантаження 8 служить для підтримки потрібного частотного діапазону шумового випромінювання. Регулювання інтенсивності й спектра полів здійснюється зміною величини напруги джерела живлення 1. Позитивний ефект досягається при такому. При русі електронів у газі газорозрядної трубки відбувається іонізація цього газу [6]. При цьому втрати енергії за рахунок черенківського випромінювання на одиницю шляху малі (10-5…10-3) еВ/см при щільності газу (10.12…10.14) 3 часток/см і широкому спектрі електромагнітного випромінювання [7, 8]. Якщо в плазмі поширюється потік електронів великої енергії (одиниці кіловольт і більше), то виникає пучковоплазменна нестійкість [9] з високим інкрементом наростання хвиль [10], більшими втратами енергії (до 10.4 еВ/см) і широким спектром хвиль [11], особливо в замагніченій плазмі [12]. Певний внесок у створення хвиль у плазмі й порушення хвилеводу (резонатора) роблять іони, що рухаються від анода газорозрядної трубки убік катода (до електронної гармати) [13]. На основі проведених експериментів і розрахунків доцільно використовувати в запропонованому пристрої хвилеводи типу Р-32, Р-41, Р-70, газорозрядну трубку з аргоновим наповненням і з електронною високопервеансною гарматою [14, 15] або з автоелектронним джерелом з регульованою напругою до 5 кВ [16]. Розроблене технічне рішення дозволяє створити широкосмугове шумове випромінювання в смузі хвилеводу. При струмі 10 мА й 3 напрузі 3 кВ, магнітному полі 0,8 кЕ в аргоні із щільністю 10,13 часток/см інтенсивність шуму в мідному хвилеводі була в 10,3 рази вище, ніж у прототипі, що дозволяє застосовувати такий генератор шуму без додаткового підсилювача (як у прототипі) для відзначених раніше практичних задач. Джерела інформації: 1. Черепанов В.П. Генераторы шума. - М.: Сов. Радио, 1968. 2. Mumford W. A broad-band microvawe noice Source. RSTI. 1949. - V. 28. - № 4. - P. 608-618. 3. М.И. Рабинович, Д.И. Трубецков. Введение в теорию колебаний и волн. - М.: Наука, 1984. - С. 396-398. 4. В.П. Силин. Параметрическое воздействие излучением большой мощности на плазму. М.: Наука, 1973. 5. Н.М. Тетерич. Генераторы шума. - М-Л.: Госэнергоиздат, 1961. - С. 121-123. - Рис. 50. 6. Энгель А. Ионизованные газы. - М.: ФМ, 1959. 7. Л.Д. Ландау, Е.М. Лифшиц. - Электродинамика сплошных сред. - М.: ГИТТЛ, 1959, Параграф 86. 8. В.Л. Гинзбург. Некоторые вопросы излучения //УФН, 1959. - Т. 69. - № 4. - С. 537. 9. Е.М. Лифшиц, Л.П. Питаевский. Физическая кинетика, - М.: Наука, 1979. - Параграф 61. 10. А.И. Ахиезер, Я.Б Файнберг. Медленные электромагнитные волны.// УФН, 1951. - № 3. С. 350-360. 11. М.В. Незлин. Неустойчивость пучков заряженных частиц в плазме// УФН, 1970. - Т. 102. № 1. - С. 115-120. 12. В.П. Коваленко. Электронные сгустки //УФН, 1983. - Т. 139. - № 2. - С. 223-262. 13. Е.Г. Набока, В.Л. Верещагин. Возбуждение электромагнитных колебаний ионами.// Электронная техника, серия 1, Электроника СВЧ, 1975, № 11. - С. 14-20. 2 UA 71460 U 5 14. Г.П. Березина. Нагрев плазменных электронов //Физика плазмы.-Киев, 1975. - Т. 1. - № 6. - С. 979-981. 15. И.В. Алямовский. Электронные пучки и электронные пушки. - М.: Сов. Радио, 1966. - Гл. 17. 16. Справочник по лазерной технике./ Под ред. Ю.В. Байбородина. - Киев, Техника, 1978. С. 113-114. ФОРМУЛА КОРИСНОЇ МОДЕЛІ 10 15 Хвилевідний генератор шуму, що містить відрізок хвилеводу з погоджувальним навантаженням, установленим усередині відрізка хвилеводу з його закритого торця, інший торець відрізка хвилеводу відкритий, газорозрядну трубку, поміщену в металевий екран поза відрізком хвилеводу й з'єднану із джерелом живлення, який відрізняється тим, що газорозрядна трубка встановлена перпендикулярно осі відрізка хвилеводу, поміщена в соленоїд поза відрізком хвилеводу, причому соленоїд розміщений на поверхні металевого екрана й з'єднаний із джерелом живлення, а газорозрядна трубка оснащена електронною гарматою, установленою в одному з торців газорозрядної трубки й з'єднаною із джерелом живлення, при цьому між соленоїдом і зовнішньою поверхнею відрізка хвилеводу розміщені феромагнітні кільця. Комп’ютерна верстка Г. Паяльніков Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 3