Магнетронний генератор з перестройкою частоти від імпульсу до імпульсу

Реферат: Винахід належить до галузі електровакуумних НВЧ приладів магнетронного типу і може бути використаний при проектуванні і розробці різних систем радіолокації і зв'язку з розширеними функціональними можливостями на основі використання магнетронного генератора з дискретною перестройкою частоти від імпульсу до імпульсу. Магнетронний генератор з перестройкою частоти від імпульсу до імпульсу вміщує зовнішнє навантаження, одне або більше зовнішніх реактивних навантажень, що є послідовним з'єднанням перемикача, що містить діафрагми з включеними діодами і один або більше короткозамкнутих відрізків ліній передач різної довжини, додаткове джерело живлення, що дозволяє перестроювати частоту магнетронів від імпульсу до імпульсу. Застосування магнетронного генератора з перестройкою частоти від імпульсу до імпульсу дозволяє значно розширити застосування магнетронів для створення перестроюваних НВЧ генераторів і їх використання в різних системах радіолокації, у тому числі для підвищення ефективності і прихованості інформації, яка передається. UA 98574 C2 (12) UA 98574 C2 UA 98574 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 Винахід належить до галузі електровакуумних НВЧ приладів магнетронного типу і може бути використаний при проектуванні і розробці різних систем радіолокації і зв'язку з розширеними функціональними можливостями на основі використання магнетронного генератора з дискретною перестройкою частоти від імпульсу до імпульсу. Відома система керування частотою швидкоперестроюваного магнетрона, яка містить перестроюваний магнетрон, джерело живлення (модулятор), циркулятор і механізм перебудови частоти магнетрона (Зыбин М. Система управления частотой быстроперестраиваемого магнетрона. Электроника: Наука, Технология, Бизнес, №4. - 2001. - С. 28-32). Недоліком реалізації такої системи керування частотою магнетрона є її складність і обмеженість по рівню вихідної потужності за рахунок застосування циркулятора. Найбільш близьким за функціональними ознаками є магнетронний генератор (див. Пат. 42293 Україна, МПК Н01J 25/00, Бюл. №12, 25.06.09), який містить катод і анод, розділений на сегменти подовжніми щілинами, які входять до складу порожнистих резонаторів, вивід НВЧ енергії і додатково один або більше виводів енергії, джерело живлення, анодна напруга якого прикладена між катодом і анодом. Для керування вихідними характеристиками магнетронного генератора потрібні додаткові пристрої, які забезпечували б розширення його функціональних можливостей. У основу винаходу поставлена задача створення магнетронного генератора, який дозволив би перестроювати частоту генерації магнетрона від імпульсу до імпульсу. Такий технічний результат досягається тим, що в магнетронний генератор з перестройкою частоти від імпульсу до імпульсу, що містить катод, анод, розділений на сегменти подовжніми щілинами, які входять до складу порожнистих резонаторів, вивід НВЧ енергії і додатково один або більше виводів енергії, джерело живлення, анодна напруга якого прикладена між катодом і анодом, згідно з винаходом введені зовнішнє навантаження, сполучене з головним активним виводом НВЧ енергії і одне або більше зовнішнє реактивне навантаження, сполучені з одним або більше додатковими реактивними виводами НВЧ енергії і які є послідовним з'єднанням перемикача, що містить діафрагми з включеними діодами, на які подається напруга від додаткового джерела живлення, робота якого синхронізована з джерелом живлення магнетрона (модулятором), і один або більше короткозамкнутих відрізків ліній передач різної довжини L ij , i де i  1,2,3,..., ( N  1) - номер реактивного виведення енергії магнетрона; N - кількість резонаторів 2 магнетронного генератора; ji  12,3,..., M - номер короткозамкнутого відрізка ліній передач і-го , реактивного виводу. На Фіг.1 показана функціональна схема магнетронного генератора з перестройкою частоти від імпульсу до імпульсу. На Фіг.2 представлені часові залежності імпульсів напруги негативної полярності UK , що подаються на катод магнетрона від джерела живлення (модулятора) (а), керуючих імпульсів U11' і U2  2' , що подаються на діоди перемикача (в) і (г), а також епюри НВЧ напруги на частотах f1 та f2 , що генеруються магнетронним генератором (б). Магнетронний генератор з перестройкою частоти від імпульсу до імпульсу містить циліндричний катод 1 і анод 2, який є циліндричним блоком, що містить в азимутальному напрямі порожнисті резонатори 3 і поздовжні щілини 4, розташовані на рівних відстанях по колу. Від джерела живлення (модулятора) 7 імпульсна напруга негативної полярності подається на катод 1. Генерована магнетроном НВЧ енергія через головний активний вивід енергії 5 виводиться з резонатора на зовнішнє навантаження 8. До реактивного виводу (чи виводів) НВЧ енергії 6 магнетрона підключається реактивне навантаження (реактивні навантаження) 10, яке складається з послідовно сполучених перемикача 11 і короткозамкнутих відрізків хвилеводів різної довжини 13, які вибираються в інтервалі 0  L  в , де  в - довжина хвилі в хвилеводі. На перемикач 11 з включеними діодами 12 D1 і D2 від додаткового джерела живлення 9, синхронізованого з джерелом живлення (модулятором) 7, через клеми 1-1' або 2-2' надходять керуючі імпульси U11' і U2  2' , які випадковим чином або за певним заданим законом підключають і відключають по черзі короткозамкнуті відрізки лінії передач різної довжини L 1 або L2 . 55 Магнетронний генератор з перестройкою частоти від імпульсу до імпульсу працює таким чином. У початковий момент часу t  0 на катод 1 магнетронного генератора від джерела живлення (модулятора) 7 подається імпульс напруги негативної полярності UK , тривалістю  u і 1 UA 98574 C2 періодом прямування Tu . Одночасно з додаткового джерела живлення 9 на діоди 12 D1 і D2 перемикача 11 подаються імпульси U11' позитивної полярності і U2  2' негативної полярності, 5 10 15 що керують, тривалістю  u і періодом прямування Tu . В результаті діод D1 перемикача 11 закривається, а діод D2 - відкривається. В цьому випадку реактивним навантаженням магнетронного генератора є короткозамкнутий відрізок лінії передачі завдовжки L1, вхідний комплексний опір якого визначається як [див. Лебедев И.В. Техника и приборы СВЧ. T.1, - М.: Высшая школа. - 1970. - С. 16] 2L1 Z н  jZ c  tg в , (1) Z вх  Z c  2L1 Z c  jZ н  tg в де Z c - характеристичний опір лінії передач; Zн - характеристичний опір навантаження відрізка лінії передач. Як видно з рівняння (1), вхідний опір лінії передач залежить від її довжини L 1 . Зміна довжини лінії передач в діапазоні значень 0  L1  в призводить до зміни реактивної компоненти повного вхідного опору Zвх . В результаті змінюються значення еквівалентної індуктивності і/або ємності анода 2 магнетронного генератора і, як наслідок, його резонансна ~ частота зміщується. Магнетронний генератор генерує електромагнітні коливання U на частоті f1 (Фіг.2,б), які надходять в узгоджене навантаження 8. При u  Tu  (n  1)  t  Tu  n , де n  12,3... - ціле число, коли дія імпульсу напруги Uк , припиняється, коливання магнетронного генератора зриваються. У разі подання на катод 1 наступного імпульсу анодної напруги при Tu  (n  1)  t  Tu  (n  1)  u де n  12,3... - ціле число, відбувається зміна полярності керуючих , імпульсів U11 і U2  2 . В результаті як реактивне навантаження, що підключається до ' 20 25 ' реактивного виходу енергії 6 магнетронного генератора служить короткозамкнутий відрізок лінії передач завдовжки L 2 . Як випливає з (1), це призводить до зміни вхідного комплексного опору реактивного навантаження і зміни частоти генерації магнетронного генератора, яка в цьому випадку дорівнює f2 (f2  f1 ) (Фіг.2,б). Таким чином, цей магнетронний генератор з перестройкою частоти від імпульсу до імпульсу дозволяє значно розширити застосування магнетронів для створення перестроюваних НВЧ генераторів і їх використання в різних системах радіолокації, у тому числі для підвищення ефективності і прихованості інформації, яка передається. ФОРМУЛА ВИНАХОДУ 30 35 40 Магнетронний генератор з перестройкою частоти від імпульсу до імпульсу, що містить катод, анод, розділений на сегменти подовжніми щілинами, які входять до складу порожнистих резонаторів, вивід НВЧ енергії і додатково один або більше виводів енергії, джерело живлення, анодна напруга якого прикладена між катодом і анодом, який відрізняється тим, що введені зовнішнє навантаження, сполучене з головним активним виводом НВЧ енергії і одне або більше зовнішніх реактивних навантажень, сполучених з одним або більше додатковими реактивними виводами НВЧ енергії і які є послідовним з'єднанням перемикача, що містить діафрагми з включеними діодами, на які подається напруга від додаткового джерела живлення, робота якого синхронізована з джерелом живлення магнетрона (модулятором), а також введені один або N більше короткозамкнутих відрізків ліній передач різної довжини L ij , де i  1,2,3,...(  1) - номер 2 реактивного виведення енергії магнетрона, N - кількість резонаторів магнетронного генератора, i  12,3,..., M - номер короткозамкнутого відрізка ліній передач і-го реактивного виводу. , i 2 UA 98574 C2 Комп’ютерна верстка А. Рябко 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