ФАЗИРОВАННАЯ РЕШЕТКА ВИРКАТОРОВ

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.