Спосіб генерації шумового випромінювання

Реферат: Спосіб генерації шумового випромінювання включає інжекцію електронного пучка в електродинамічну гальмуючу систему в поздовжньому магнітнім полі. До початку інжекції пучка в просторі, що оточує електродинамічну структуру, створюють плазму шляхом запалювання газового розряду при тиску газу порядку 10 Па. UA 94962 U (54) СПОСІБ ГЕНЕРАЦІЇ ШУМОВОГО ВИПРОМІНЮВАННЯ UA 94962 U UA 94962 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Корисна модель належить до радіотехніки й може бути використана у високопотенційних станціях активних перешкод для створення потужного шумового випромінювання. Відомі способи генерації шумового випромінювання, де воно виникає за рахунок нелінійної взаємодії потоків електронів з полями в різних сповільнюваних структурах [1]. Більші потужності випромінювання одержують при використанні релятивістських електронних пучків [2]. Недоліками цих способів є те, що вони вимагають застосування складних і громіздких технічних пристроїв (прискорювач заряджених часток, системи енергоспоживання великої потужності й ін.). Відомий спосіб генерації шумового випромінювання для станцій активних перешкод, заснований на плазмово-пучкових взаємодіях [3], що й дозволяє одержувати потужні випромінювання при високому ККД перетворення енергії електронного пучка у випромінювання. Недоліком цього способу є громіздкість пристрою, що реалізує, і більші габарити. Найбільш близьким технічним рішенням є спосіб генерації шумового випромінювання, опис якого дано в [4]. В основі генерації стохастичного випромінювання даного способу лежить взаємодія електронного пучка з повільними хвилями сповільнюваної електродинамічної структури, заповненою плазмою. Основними операціями способу, прийнятого як прототип, є створення магнітного поля в обсязі взаємодії (уздовж структури), напуск газу в структуру, інжекція електронного пучка в структуру. При проходженні електронного пучка через структуру, заповнену газом, утворюється плазма, яка підвищує ефективність взаємодії пучка з повільними хвилями структури, якщо частота ленгмюровських хвиль у плазмі р , де - частота генерованих хвиль. Магнітне поле в даному способі використовується не тільки для транспортування електронного пучка уздовж структури, але й для формування більш рівномірного поперечного розподілу високочастотних полів у структурі. Із цієї причини напруженість поля Н вибирається з умови: н p, де н - циклотронна частота обертання електронів у магнітнім полі ( н 107 H). У НВЧ діапазоні ( =1…10 см) ці умови виконуються, якщо Н=(2…3) 103 Е, а тиск газу р 10-4 мм рт. ст. Для керування спектром випромінювання в способі змінюють струм пучка електронів (або використовують зовнішній керуючий сигнал). Найбільш великий діапазон регулювання - при використанні спіральних структур [5]. Недоліками відомого способу є: порівняно мала потужність випромінювання, малий електронний коефіцієнт корисної дії перетворення енергії електронного пучка у випромінювання, обмежений діапазон керування спектром випромінювання, мала тривалість імпульсу генерації випромінювання. Зазначені недоліки обумовлені наступними причинами. Плазма, утворена при взаємодії електронного пучка з газом, змінює свої параметри (темп, ступінь іонізації, щільність) згодом і навіть у просторі [6]. Цьому сприяє й дія високочастотного тиску хвилі на електронний компонент плазми [7], розвиток нестійкостей і коливань [8]. У результаті порушуються оптимальні співвідношення між параметрами плазми, пучка, зовнішнього магнітного поля, погіршуються умови передачі енергії від пучка до високочастотного поля, можуть виникнути паразитні електромагнітні коливання [9]. Тому тривалість інжекції електронного пучка й генерації не повинні перевищувати часу розвитку нестійкостей, зв'язаних в основному з низькочастотними коливаннями іонного компонента плазми. При переході до генерації дециметрового випромінювання порушуються й умови впливу плазми на розподіли полів у структурі, що саме по собі впливає на ефективність перетворення енергії електронного пучка у випромінювання. В основу корисної моделі поставлена задача вдосконалити спосіб генерації шумового випромінювання шляхом створення плазми в області поза структурою уздовж її бічної поверхні, що дозволяє збільшити потужність випромінювання, підвищити електронний коефіцієнта корисної дії перетворення енергії електронного пучка у випромінювання, розширити діапазон керування спектром випромінювання й збільшити тривалість імпульсу генерації випромінювання. Поставлена задача вирішується тим, що в способі генерації шумового випромінювання, що включає інжекцію електронного пучка в електродинамічну гальмуючу систему в поздовжньому магнітнім полі, до початку інжекції пучка в просторі, що оточує електродинамічну структуру, створюють плазму шляхом запалювання газового розряду при тиску газу менш 10 Па. Таким чином, проведення інжекції електронного пучка в просторі, що оточує електродинамічну структуру, створення плазми шляхом запалювання газового розряду при тиску газу менш 10 Па, дозволяє збільшити потужність випромінювання, підвищити електронний коефіцієнта корисної дії перетворення енергії електронного пучка у випромінювання, розширити діапазон керування спектром випромінювання й збільшити тривалість імпульсу генерації випромінювання. Суть корисної моделі пояснюють креслення. 1 UA 94962 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Пристрій містить систему напуску газу 1, яка вводить у сповільнювану електродинамічну структуру 2 і розрядну камеру 3 газ під тиском 10-4 мм рт. ст. і 10 Па відповідно, при цьому сповільнювана електродинамічна структура 2 установлена в середині розрядної камери 3 і з'єднано з фідером 4 і колектором 5. Соленоїд 6 розміщено навколо розрядної камери 3 і створює в області структури 2 поздовжнє магнітне поле. Джерело постійної напруги 7 з'єднано із соленоїдом 6 і електродами 8. Електронна гармата 9 інжектує у структуру 2 електронний потік 10. Розрядна камера 3 і сповільнювана структура 2 вакуумнощільно герметизовані й не зв'язані між собою. Реалізація способу, що заявляється, за допомогою пропонованого пристрою відбувається в такий спосіб. Система напуску газу 1 вводить у структуру 2 і розрядну камеру 3 газ під тиском 10-4 мм рт. ст. і 10 Па відповідно, при цьому сповільнювана електродинамічна структура 2 установлена в середині розрядної камери 3 і з'єднано з фідером 4 і колектором 5. Соленоїд 6 створює в області структури 2 поздовжнє магнітне поле. Потім від джерела постійної напруги 7 подається постійна напруга на електроди 8 камери 3, і в ній запалюється електричний розряд, що приводить до утвору плазми в камері 3. Щільність цієї плазми і її характерна частота може змінюватися в широких межах при зміні подаваного на електроди 8 постійної напруги від джерела 7. Після цього усередину структури 2 за допомогою електронною гарматою 9 інжектується електронний пучок 10. Відбувається утворення плазми, параметри якої залежать від параметрів пучка 10. Пучок взаємодіє з повільними електромагнітними хвилями, а виникаюче при цьому випромінювання приділяється з генератора фідером 4. Керування спектром випромінювання здійснюється зміною щільності плазми в камері 3, а відпрацьовані електрони осідають на колекторі 5. Покажемо одержання позитивного ефекту за допомогою способу, що заявляється. Основні показники електродинамічної структури (дисперсійна характеристика й закон розподілу поля в поперечному перерізі каналу) залежать від параметрів навколишнього середовища [10] як усередині структури, так і поза нею. Використання зовнішнього гіротропного середовища збільшує опір зв'язку, перерозподіляє потоки енергії по перетину структури, робить відбір енергії від пучка більш ефективним [11]. Як зовнішнє гіротропне середовище зручно використовувати плазму, що слабко поглинає енергію хвиль [12] і яка змінює діелектричну проникність за рахунок зміни її щільності й напруженості магнітного поля. Розрахунки показують, що для спіральної структури опір зв'язку в порівнянні з вакуумним випадком збільшується приблизно на порядок, тобто, так само, як і при використанні внутрішнього плазмового заповнення. Це означає, що при зменшенні інтенсивності електронного пучка, для компенсації зменшення впливу внутрішньої плазми необхідно збільшувати щільність зовнішньої плазми. Більше того, внутрішня плазма може взагалі використовуватися для компенсації просторового заряду часток пучка. Тиск газу в камері порядку 10 Па вибране з погляду мінімальних напруг пробою (утвору розряду) і втрат енергії на його підтримку [13]. Тому що довжина структури генератора звичайно 30…40 см, те доцільно використовувати аргон і магнієві електроди (у прототипі використовується водень або азот) при тиску порядку 10 Па. У цьому випадку пробивна напруга менш 100 В, а енерговитрати на створення плазми із частотою 3 ГГц, будуть не більш 200 Вт. Шляхом зменшення потужності розряду до 50 Вт характерна частота, в області якої буде виникати шумове випромінювання, буде близько 1 ГГц. Такий діапазон зміни характерних частот допускає спіральний резонатор. Смуга генерованих частот при цьому практично не буде залежати від струму (потужності) пучка. У такій схемі приладу величина магнітного поля може бути вибрана, виходячи з умов транспортування, тобто Н=(0,5….0,7) Е. Це значно зменшує витрату енергії на реалізацію способу. Таким чином, запропонований спосіб дозволяє, наприклад, при довжині хвилі випромінювання =20 см долучить потужність випромінювання Р=30 кВт, електронний ККД порядку 35 % при миттєвій смузі генерованих частот порядку октави й нерівномірності по спектру не більш 5 дБ у зазначеній смузі. Ступінь відхилення другого моменту функції розподілу від гаусова закону не більш 10 %. Джерела інформації: 1. Заславский Г.М. Стохастическая неустойчивость нелинейных колебаний. // У Ф Н. - Т. 105. - № 1. - С. 28-33. 2. Авторское свидетельство № 104446, МКИ Н04В 1 /04. 3. Авторское свидетельство № 114937, МКИ Н05Н 1/00. 4. Авторское свидетельство № 140137 по заявке № 255750/23 от 23.04.79 г. - прототип. 5. Авторское свидетельство № 147935 по заявке № 2266638. 6. Березин А.К. и др. Физика плазмы и проблемы УТС. - Киев, АН УССР, 1963. - Вып. 3. - С. 130, 134. 2 UA 94962 U 5 7. Лотков И.Б. Физика плазмы. - 1973. - Т. 5. - № 5. - С. 1020. 8. RadioSci. 1984. - T. 19. - № 5. 9. Liebsther R. Proc. IRE, 1958/ - V. 105, № 11. - C. 796-799. 10. Тараненко З.И., Трохименко Я.К. Замедляющие системы. - Киев, 1965. - С. 16-33. 11. Ахиезер А.И., Файнберг Я.Б. // УФН, 1951. - Т.ХIV. - Вып. 3. - С. 321, 330-331. 12. Виноградова М.Б. и др. Теория вол. - М.: Наука, 1979. - С. 117-120. 13. Мик Д., Крэгс Д. Электрический пробой в газах. - М.: Наука, 1960. - С. 116, рис. 50. ФОРМУЛА КОРИСНОЇ МОДЕЛІ 10 Спосіб генерації шумового випромінювання, що включає інжекцію електронного пучка в електродинамічну гальмуючу систему в поздовжньому магнітнім полі, який відрізняється тим, що до початку інжекції пучка в просторі, що оточує електродинамічну структуру, створюють плазму шляхом запалювання газового розряду при тиску газу порядку 10 Па. Комп’ютерна верстка А. Крулевський 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