Устройства генерирования сверхширокополосных излучений радиочастотного диапазона с генераторами возбуждения полупроводникового типа

УДК 537.86:621.373.54

Е. Ф. Лебедев, В. Е. Осташев, А. В. Ульянов Устройства генерирования сверхширокополосных излучений радиочастотного диапазона с генераторами возбуждения полупроводникового типа

Рассмотрена перспектива использования мощных генераторов электрических импульсов субнаносекунд-ной длительности полупроводникового типа в качестве модуляторов излучения. Приведены результаты расчета амплитудно-временных и спектральных параметров излучения синхронной активной антенной решетки, угловой расходимости излучения решетки, эффективности преобразования электрической энергии возбуждения антенн в энергию направленного сверхширокополосного излучения в главном лепестке диаграммы направленности решетки. Показано, что эффективная пиковая мощность излучения тераваттного уровня достигается при мощности возбуждения гигаваттного уровня, а эффективная средняя мощность излучения в десятки мегаватт достигается при первичном энергопотреблении модуляторов в десятки киловатт.

Ключевые слова: сверхкороткие импульсы напряжения, сверхширокополосное излучение, активные антенные решетки.

Введение

В последнее время интенсивно развивается полупроводниковая техника генерирования электрических импульсов субнаносекундной длительности. Пиковая мощность компактных генераторов достигает сотен мегаватт. Частота непрерывного следования импульсов с такой мощностью составляет примерно 103 имп/с.

Короткие электрические импульсы со скоростью изменения напряжения (1.. ,2)х1015 В/с эффективны для возбуждения сверхширокополосных (СШП) излучений.

Электрические импульсы субнаносекундной длительности, генерируемые полупроводниковыми устройствами, могут быть устойчиво синхронизированы с точностью до значения случайного временного джиттера импульсов, что делает возможным создание синхронных активных антенных решеток (СААР) с использованием этих устройств в качестве модуляторов.

Излучатели такого типа можно рассматривать в качестве источников подсветки в задачах радиочастотной локации различных объектов [1, 2], как средство мощного воздействия при изучении стойкости различных объектов электронной техники к импульсному излучению и как средство подавления и поражения объектов в задачах радиоэлектронной борьбы [3-5].

© Лебедев Е. Ф., Осташев В. Е., Ульянов А. В., 2018

Мощные полупроводниковые генераторы субнаносекундных импульсов

Успешные разработки мощных быстродействующих полупроводниковых коммутаторов в России проводятся в Физико-техническом институте им. А. Ф. Иоффе РАН (г. Санкт-Петербург), Институте электрофизики Уральского отделения РАН (г. Екатеринбург), Национальном исследовательском Томском политехническом университете, Санкт-Петербургском государственном электротехническом университете «ЛЭТИ» им. В. И. Ульянова (Ленина) [6-11].

Серия мощных генераторов импульсных напряжений (ГИН) суб- и наносекундной длительности разработана в ЗАО «ПК ФИД-Тех-ника» (г. Санкт-Петербург) [12, 13] и доведена до уровня коммерческого продукта. В частности, линейка ГИН покрывает диапазон частот следования импульсов 103.106 имп/с и амплитуд 1.100 кВ. Длительность фронта импульсов ГИН достигает 50 пс, скорость изменения напряжения на согласованной электрической нагрузке - (1...2)х1015 В/с. 2

Характерная форма униполярных наноси

секундных импульсов полупроводниковых £ ГИН представлена на интернет-сайте ЗАО «ПК | ФИД-Техника» [12]. В качестве примера на ^

га

рис. 1, а приведено фото генератора семейства | ГИН-100 кВ, а также параметры импульса на- о пряжения на его фидере (рис. 1, б). |

о см

<

I

о та

г

0 ^

со та

1

о.

<и

3

и <и со

см ч-ю

с?

см ч-ю см

(П (П

100

80

3 2" 60

40

20

К

\

«„-„Лпп.Ал/ \.j\mvs л..

0 1 2 3 4 не

б

Рис 1. ГИН и генерируемый им импульс напряжения, зарегистрированный в измерительном тракте с импедансом 50 Ом и длительностью фронта переходной характеристики 70 пс

Рассматриваемый ГИН (см. рис. 1) запи-тывается напряжением 300 В, запускается внешним импульсом с амплитудой 15 В, фронтом 1 нс и длительностью примерно 100 нс. Пиковая мощность импульсов ГИН на нагрузке 50 Ом равна РГИН - 200 МВт, а средняя, при частоте их следования 103 имп/с, - примерно 50 Вт. При этом эффективность преобразования первичной энергии в ГИН составляет 25 %. Удельная мощность генератора по средней мощности на выходном фидере составляет 50...70 кг/кВт.

Стоит отметить успешный опыт создания систем автоматической синхронизации импульсов таких генераторов, реализованный в активных антенных решетках излучателей. Например, в работе [14] описана 8-элемент-ная синхронизированная активная антенная решетка (СААР) с амплитудой импульсов возбуждения элемента 40 кВ.

Излучение СШП электромагнитных импульсов

Проблемам генерации и изучения СШП излучений посвящены монографии [15-19], в которых обобщены результаты примерно 20-летнего периода исследований.

Оценим амплитуду импульса Е (В/м), излучаемого плоским однородно возбуждаемым синхронным апертурным раскрывом по его оси, на расстоянии R в дальней зоне излучения. Поскольку Е ~ R_1, будем оценивать максимальное значение произведения ER , называемое электродинамическим потенциалом излучателя.

Введем следующие обозначения: иА - напряжение возбуждения раскрыва; 1А - ток, возбуждаемый этим напряжением; с - скорость распространения электромагнитной волны в свободном пространстве; ^ 0 - диэлектрическая постоянная;

- характеристическое сопротивление свободного пространства; Z0 = |10с = 120п Ом; £ - площадь раскрыва.

Затем, следуя [20], запишем:

dUA

ER = =

2п dt 2пс

dt

Напряжение иА определим из баланса энергии импульса генератора возбуждения Ug, потерь в фидере и энергии, доставляемой к излучающему раскрыву:

ил

%0 + ^А

Здесь п - характеристика омических потерь в фидере (если нет потерь - п = 1);

2 - входной импеданс антенно-фидер-ной системы (АФС);

- выходной импеданс АФС;

2а /(20 + 2а )2 - эффективность транспортировки энергии от ГИН к раскрыву (КПД фидерный).

При возбуждении апертурного раскрыва импульсом с крутизной 1015 В/с и апертуре раскрыва 0,3x0,3 м (волновой импеданс раскрыва -180 Ом) потенциал излучателя составляет ER - 0,4 МВ.

Поставим в соответствие потенциалу ER эффективную пиковую мощность излучателя - эквивалентную пиковую мощность изотропного излучения. Плотность потока энергии излучения на удалении R от раскры-ва по его оси п = Е2 / Z0 (Вт/м2). Тогда

^эф = ^ГИНКУ

4nR 2n = 4nR2 (E2 /Z0) = (ER)2 /30,

где Ку(м) - коэффициент усиления АФС по пиковой мощности;

Ку(м) = Рзф/^ГИН.

Таким образом, при ER ~ 0,4 МВ эффективная пиковая мощность излучения составляет Р3ф « 5 ГВт. При скважности последовательности импульсов (0,5.. ,1,0)х107 эффективная средняя мощность этого излучения находится в диапазоне 0,5...1,0 кВт. По эффективным параметрам излучения вычисляются локальные значения параметров в заданной точке наблюдения.

Коэффициент усиления АФС по пиковой мощности

Ку

эф

1ГИН

да/2

30 Z„

ZgL

30

^2 v Ug J

25,

а по энергии -

Ку(э)=Ку(м) х (т изл/Хгин).

Здесь Zg = 50 Ом; и& = 100 кВ;

тизл, тгин - характерные длительности импульсов излучения и возбуждения, определяющие их энергию.

Уточнение и дополнение параметров излучения проведем, используя расчетную модель, в которой раскрыв представлен совокупностью однонаправленных излучающих элементов Гюйгенса [20], возбуждаемых из точки на оси раскрыва, вследствие чего раскрыв возбуждается несинхронно и неоднородно. Модель верифицирована на примерах аналитических решений, удовлетворяет теореме взаимности и не противоречит принципу сохранения энергии при ее преобразовании. Модель удовлетворительно описывает излучение экспериментального макета с апертурной

антенной на основе расходящегося ТЕМ-ру-пора (апертура 0,3x0,3 м), возбуждаемой одним из генераторов, разработанных ЗАО «ПК ФИД-Техника» (рис. 2).

Очевидно, что при больших углах отклонения от оси реальной антенны параметры ее излучения хуже воспроизводятся в рамках модели плоского раскрыва. Модуль СШП излучателя На основе расчетной модели оценим предельные параметры СААР с генераторами возбуждения типа ГИН-100 кВ. Импульс электрической энергии с амплитудой напряжения -100 кВ и эффективной длительностью -0,5 нс можно ввести в АФС, не прибегая к специальным мерам по обеспечению электрической прочности системы (масло, газ под давлением и т. п.). Это упрощает конструкцию излучателя и его эксплуатацию.

При заданной площади апертуры СААР мощность излучателя будет тем больше, чем больше синхронная мощность возбуждения антенны или, что тоже, чем больше генераторов, размещенных в пределах этой апертуры. Каждый генератор должен быть нагружен на свою АФС, согласованную как с генератором, так и с пространством распространения излучения. Согласование было реализовано в пассивной антенной решетке из четырех связанных ТЕМ-рупоров в формате 2x2. Каждый рупор имеет входной импеданс 200 Ом и выходной 280.300 Ом. Параллельное соединение входа рупоров с фидером ГИН осуществляется с использованием 4 гибких двухпроводных волновых линий с импедансом 200 Ом.

Время появления мощных импульсов напряжения на выходном фидере ГИН имеет случайный разброс - джиттер. Он связан с нестабильностью времени последовательного многоступенчатого процесса формирования выходного субнаносекундного импульса при полной длительности этого процесса Тформ ~ 100 нс.

Джиттер импульсов одного ГИН как случайный процесс характеризуется временем среднеквадратического отклонения о1. При совместной работе N однотипных генераторов джиттер генерируемых ими импульсов уменьшается в соответствии с законом больших чисел с N = с1

га

х

(U

ч

га Q.

га

о

о.

£

ф ц

(Ч

100 80 60 40 20

5

«а £

о -20 -40 -60

30 20 10

0

-10

-20

-

/ Ч / \

2 а

2 в

не

1 Ул I

1 > 1 > 1 * ? 1 У/

1/ \ ^г \

У V \\ ]

3

£

Г, НС

60 40 20 0 -20 -40

25 20 15 10 - 5 0 -5 -10 -15

л

л

—и 1 \

] 1 лл/ V/

ф

0

2 б

не

л /А

Г

\ \ \

\ \ \ ~7 V

/ V

\ /А \Я \ /

2 г

не

о см

Рис. 2. Импульсы излучения макета при углах отклонения от оси, равных 10° (а), 15° (б), 20° (в) и 30° (г), в плоскости, поперечной вектору поляризации излучения: -- измерение;---- расчет

<

I

о та

г

о ^

со та г о.

<и

3

и <и со

см ч-ю

с?

см ч-ю см

(П (П

Несинхронность выходных импульсов генераторов обусловлена не только джиттером, но и сравнительно медленным процессом изменения длительности формирования импульсов Тформ в генераторах однотипных, но не одинаковых. И если джиттер как случайный процесс нельзя исключить, то систематическую погрешность времени Гф0рм можно минимизировать системой автоматической стабилизации среднего значения Тформ при периодической коррекции времени внешнего запуска каждого из генераторов.

При цифровой регистрации импульсов ГИН-100 кВ, следующих с частотой 103 имп/с в течение -10 с, фиксируется О! « 20 пс. Поскольку все импульсы попадают в интервал времени ±3с1 ~ 60 пс, то при фронте импульса генератора -100 пс джиттер необходимо учитывать при оценке параметров СААР.

Рассмотрим элемент СААР (модуль) с апертурой антенны 0,3x0,3 м и тремя ГИН возбуждения, размещенными в пределах этой апертуры (габариты ГИН-100 кВ позволяют это сделать). Оценим параметры излучения такого модуля с учетом несинхронности и неоднородности возбуждения раскрыва антенны, переходных свойств АФС элемента модуля, а также джиттера импульса генераторов (вероятный разброс ограничим интервалом ±2о). Результат расчета параметров, усредненных по 200 импульсам излучения, представлен на рис. 3.

Электродинамический потенциал модуля ЕЯ - 0,52 МВ (-5,2 кВ/м в 100 м от модуля по оси его излучения). Соответствующее значение эффективной пиковой мощности импульса излучения составляет -9 ГВт, а эффективной энергии импульса - 1,15 Дж. Эта энергия сосредоточена в частотном интервале 1,6...4 ГГц с

0,6 0,4 0,2

^ 0

-0,2 -0,4

1 1 1 1

Л А л

1 Г'

1 !

1,2 1,0

0,45

er 0,40 и

1 °'35 g 0,30

SC

0,8 g и

о

?

0,4

т

0,2 й

0

t, не

0,15 | о 0,10

Рн м '

Q, g

2 0,05 6 0 -0,05

-------

А Л / /

\ / Ч /

А Л

1

Л / / /

к /

/

\J / / / у

/ ' / У

1,2

0,9 ^

х

0

1

U

m

0,6

0,3

&

к СП

о

о

Частота, ГТц

Рис. 3. Эффективные параметры излучения модуля во временной (а) и частотной областях (б):

- - импульс излучения;--энергетический спектр импульса излучения;----энергия импульса

излучения эффективная

характерной плотностью - 0,2 мДж/МГц. При частоте следования импульсов 103 имп/с средняя эффективная мощность излучения составляет -1,1 кВт, а спектральная плотность средней мощности - 0,2 Вт/МГц. АФС модуля характеризуется коэффициентом усиления Ку(м)«17,8 по пиковой мощности и Ку(э) « 8 - по энергии.

На рис. 4 представлены расчетные данные, характеризующие диаграмму направленности антенны (ДНА) модуля.

Полный угол расходимости излучения модуля по плотности энергии импульса составляет -18°. Энергетический коэффициент направленного действия антенны модуля БЭ = 34. В соответствии с приведенными данными, энергетическая эффективность АФС с апертурой антенны 0,3x0,3 м, возбуждаемой

заданным униполярным импульсом, составляет примерно 24 % (Ку(э)/ОЭ).

Ширина ДНА по пиковой мощности излучения (линия 2) несколько меньше, чем по плотности энергии (линия 1). Важно отметить, что при увеличении угла отклонения от оси излучателя ширина частотного спектра излучения (линия 3) сокращается в результате сдвига высокочастотной границы излучения в сторону низких частот. Ширина ДНА по этому параметру и среднему значению плотности частотного спектра (линия 4), примерно вдвое меньше, чем ширина ДНА по энергии и мощности импульса излучения.

Одна из особенностей СШП излучения направленной антенны заключается в том, что энергия излучения в пределах главного лепестка ДНА заметно меньше, чем для синусоидаль-

1,0 0,8 0,6 0,4 0,2

0

1\\ ""1

-3

.— 4

20 40 60

Отклонение, град а

80

1,0

s

&0,8

¡0,4

0,2

^5

30 60 90 120 Отклонение, град б

100

n= 3х

80

60 а

Я £

40 &

X

m

20 g I

0 150

Рис. 4. ДНА модуля по плотности энергии

га

х

(U

ч

га Q.

га

о

о.

£

V

ц

(Ч

ного сигнала [21]. Энергетическая эффективность главного лепестка ДНА рассматриваемого модуля составляет примерно 15 % (см. линию 5 на рис. 4). Однако это не означает, что поток энергии СШП излучения в целом не может быть компрессирован в физическом пространстве. Это возможно при увеличении площади апертуры антенны (Ку ~ £). При этом относительная доля энергии СШП излучения, сосредоточенная в главном лепестке ДНА, по-прежнему относительно мала. Синхронная активная антенная решетка СШП излучателей

Оценим параметры излучения СААР на примере решетки с размерностью 6x6 элементов. В качестве элемента решетки используем модуль с апертурой 0,3x0,3 м, описанный выше.

Полагая решетку синхронной с точностью до джиттера каждого активного элемента, получим значение электродинамического потенциала излучателя на уровне 19 МВ (-2 кВ/м на расстоянии 10 км от излучателя). Соответствующее значение эффективной пиковой мощности излучателя будет равно Рпик - 12 ТВт.

Эффективная энергия импульса излучения решетки еэф « 15 кДж при эффективной ю длительности импульса тэф = £эф /Рпик ~ 130 пс.

0 При частоте следования этих импульсов, рав-т-" ной 103 имп/с, эффективная средняя мощность

О!

^ излучения составит 1,5 МВт. >1 Распределение энергии импульса в ча-

£ стотной области в основном соответствует ее

< тт

1 распределению в единичном модуле. При этом | максимальное значение эффективной плотности энергетического спектра излучения составит примерно 0,4 Дж/МГц в частотном интер-

ш вале1,5...3,5ГГц(см.рис.3,б).

2 При апертуре решетки 1,8x1,8 м коэффи-з- циент усиления ее АФС по пиковой мощности £ равен Ку(м) - 640, а по энергии -Ку(э) - 280. I Ширина главного лепестка ДНА равна -3°, а Б его энергетическая эффективность составляет

Ф

ю примерно 6 % при заданной (приведенной) форме импульса возбуждения. Последнее мож-5 но объяснить тем, что главный лепесток ДНА ™ формируется высокочастотной частью импуль-8 са излучения, а доля энергии этой части от ю полной энергии СШП импульса относительно мала.

Технологические параметры антенной решетки определяются в основном удельными параметрами генератора возбуждения. Масса 108 генераторов составляет -380 кг. При этом удельная эффективная мощность излучения по среднему ее значению составит примерно 0,25 кг/кВт (380 кг/1,5 МВт).

Пиковая синхронная мощность возбуждения антенны с учетом джиттера генераторов равна примерно 18,4 ГВт, а средняя при частоте следования импульсов 103 имп/с - 5,4 кВт. При этом средняя мощность электропитания всех генераторов возбуждения составит 20.25 кВт.

Режим работы генераторов следующий: единицы минут без охлаждения (на теплоемкости конструкции) или длительно - при охлаждении мощных переключающих элементов в схеме генератора. Заключение

Развитие техники генерирования мощных СШП излучений обусловлено практическим интересом к использованию таких сигналов, в ее основе быстрый прогресс в создании мощных полупроводниковых устройств, генерирующих импульсы с фронтами субнано-секундной длительности. Привлекательность полупроводниковой техники заключается в ее компактности, надежности, возможности генерирования мощных импульсов с высокой частотой их следования при возможности обеспечения устойчивой синхронизации импульсов субнаносекундной длительности в пределах случайного временного джиттера.

Предельное значение электродинамического потенциала СААР, создаваемой на основе рассмотренной технологии, находится в диапазоне 5.6 МВ на 1 м2 ее апертуры. Соответствующее значение эффективной пиковой мощности излучения составляет около 1 ТВт. Мощность излучения СААР пропорциональна квадрату числа ее элементов.

С использованием рассмотренной технологии могут быть созданы синхронизированные излучатели с пиковой мощностью возбуждения антенны в десятки гигаватт, эффективной пиковой мощностью излучения в десятки тераватт при эффективной средней мощности излучения мегаваттного уровня и

энергопотреблении модуляторов в десятки киловатт. Характерная ширина частотного спектра таких излучений в пределах главного лепестка ДНА составляет 3.5 ГГц. Список литературы

1. Зеркаль А. Д. Вопросы практического использования системы ближней радиолокации на основе сверхкоротких импульсов с малым энергопотреблением // Журнал радиоэлектроники. 2012. № 1. URL: http://jre.cplire.ru/jre/ jan12/3/text.pdf (дата обращения 16.02.2018).

2. Скосырев В. Н. Повышение информативности радиолокационных систем на основе технологий сверхширокополосных сигналов // Журнал радиоэлектроники. 2012. № 7. URL: http://jre.cplire.ru/jre/jul12/9/text.pdf (дата обращения 16.02.2018).

3. Schreiber A. W., Butler C. M., Tesche F. M., Giri D. V. Effects of high power electromagnetic radiation on electronic systems // Proc. of the IEEE AP-S Intern. Symp. and UNSC/URSI and AMEREM Meetings. Albuquerque, NM USA, July 2006. P. 216.

4. Перунов Ю. М., Фомичев К. И., Юдин Л. М. Радиоэлектронное подавление информационных каналов систем управления оружием / под ред. Ю. М. Перунова. М.: Радиотехника, 2003. 416 с.

5. Добыкин В. Д., Куприянов А. И., Пономарев В. Г., Шустов Л. Н. Радиоэлектронная борьба. Силовое поражение радиоэлектронных систем / под ред. А. И. Куприянова. М.: Вузовская книга, 2007. 468 с.

6. Тучкевич В. М., Грехов И. В. Новые принципы коммутации больших мощностей полупроводниковыми приборами. Л.: Наука, 1988. 116 с.

7. Котов Ю. А., Месяц Г. А., Рукин С. Н., Филатов А. Л. Твердотельный прерыватель тока для генерирования мощных наносекундных импульсов // Доклады Академии наук. 1993. Т. 330. № 3. С. 315-317.

8. Рукин С. Н., Месяц Г. А., Любутин С. К., Сло-виковский Б. Г., Аличкин Е. А. Субнаносекунд-ная коммутация гигаваттной пиковой мощности полупроводниковым диодным обострите-лем // Доклады Академии наук. 2001. Т. 379. № 4. С. 470.

9. Аличкин Е.А., ЛюбутинС.К., ПономаревА.В., Рукин С. Н., Словиковский Б. Г. Формирование коротких импульсов с субнаносекундным

фронтом и пиковой мощностью до 1 ГВт полупроводниковым диодным обострителем // ПТЭ. 2002. № 4. С. 106-111.

10. Короткое С. В., АристовЮ.В., ВоронковВ.Б. Генератор высоковольтных наносекундных импульсов с субнаносекундным фронтом нарастания // ПТЭ. 2010. № 2. С. 80.

11. Афанасьев А. В., Демин Ю. А., Иванов Б. В., Ильин В. А., Лучинин В. В., Сергушичев К. А., Смирнов А. А., Кардо-Сысоев А. Ф. Мегаватт-ный генератор наносекундных импульсов на основе карбидокремниевых дрейфовых диодов с резким восстановлением // Известия высших учебных заведений России. Радиоэлектроника. 2015. № 3. С. 21-24.

12. FID GmbH Company. URL: http:// fidtechnology.com (data access 16.02.2018).

13. Efanov V. M., Yarin P. M., Kricklenko A. V. New generation of high voltage picosecond generators based on FID technology // Proc. of the IEEE AP-S Intern. Symp. on UNSC/URSI and AMEREM Meetings. Albuquerque, NM USA, July 2006. P. 72.

14. Грехов И. В., Ефанов В. M., Лебедев E. Ф. и др. Модульный СШП излучатель электромагнитных волн с управляемой диаграммой направленности / Научные труды Института теплофизики экстремальных состояний ОИВТ РАН. 2003. Вып. 6. М.: ОИВТ РАН. 2004. С. 103.

15. Хармут Х. Ф. Несинусоидальные волны в радиолокации и связи. М.: Радио и связь, 1985. 376 с.

16. Астанин Л. Ю., Костылев А. А. Основы сверхширокополосных радиолокационных измерений. М.: Радио и связь, 1989. 192 с.

17. Подосенов С. А., Потапов А. А., Соколов А. А. Импульсная электродинамика широкополосных радиосистем и поля связанных структур / под ред. А. А. Потапова. М.: Радио- — техника, 2003. 720 с. I

18. Антенно-фидерные и оптоэлектронные g устройства / Колосов Ю. А., Курочкин А. П., ° Левков Ф. Е. [и др.]; под ред. В. С. Вербы, ГС А. П. Курочкина. М.: Радиотехника, 2014. 352 с. те

19. БеличенкоВ. П., БуяновЮ. И., КошелевВ. И. | Сверхширокополосные импульсные радиосистемы / под ред. В. И. Кошелева. Новосибирск: g Наука, 2015. 483 с. ^

20. Марков Г. Т., Сазонов Д. М. Антенны. М.: Энергия, 1975. 528 с.

21. Осташев В.Е., Ульянов А.В., Федоров В.М. Оценка эффективности преобразования энергии в излучателе сверхширокополосных импульсов: от энергии электрической в энергию

направленного излучения // Известия высших учебных заведений. Физика. 2016. Т. 59. № 9/3. С. 127-131.

Поступила 12.02.18

Лебедев Евгений Федорович - доктор технических наук, профессор, академик Академии электротехнических наук Российской Федерации, главный научный сотрудник Федерального государственного бюджетного учреждения науки Объединенный институт высоких температур Российской академии наук, г. Москва. Область научных интересов: импульсная электрофизика.

Осташев Василий Евгеньевич - кандидат физико-математических наук, старший научный сотрудник, заведующий лабораторией Федерального государственного бюджетного учреждения науки Объединенный институт высоких температур Российской академии наук, г. Москва. Область научных интересов: импульсная электрофизика.

Ульянов Александр Витальевич - кандидат технических наук, старший научный сотрудник Федерального государственного бюджетного учреждения науки Объединенный институт высоких температур Российской академии наук, г. Москва.

Область научных интересов: импульсная электрофизика.

о

Means for generating ultra-wideband radio-frequency emissions with semiconductor field generators

The paper considers the perspective of using powerful semiconductor subnanosecond electrical pulse generators as radiation modulators. We give the data on determining the amplitude-time and spectral radiation parameters of a synchronous active antenna array, the angular divergence of the array radiation. We also estimate the efficiency of converting the electric excitation energy of the antennas into the energy of the directed ultra-wideband ™ radiation in the main directional lobe. Findings of the research show that the effective peak radiation power of ^ the terawatt level is reached at the excitation power of the gigawatt level, and the effective average radiation power of tens of megawatts is achieved with the primary power consumption of modulators of tens of kilowatts.

>§ Keywords: ultra-short voltage pulses, ultra-wideband radiation, active antenna arrays.

i-

<

i Lebedev Evgeniy Fedorovich - Doctor of Engineering Sciences, Professor, Academician of the Academy of Electrotechnical

CO

| Sciences of the Russian Federation, Chief Research Fellow, Joint Institute for High Temperatures of the Russian Academy

jj of Sciences, Moscow.

q Science research interests: pulse electrophysics.

it CO

to Ostashev Vasili Evgen'evich - Candidate of Physical and Mathematical Sciences, Senior Research Fellow, Head of the

a. Laboratory, Joint Institute for High Temperatures of the Russian Academy of Sciences, Moscow.

J Science research interests: pulse electrophysics.

| Ul'yanov Aleksandr Vital'evich - Candidate of Engineering Sciences, Senior Research Fellow, Joint Institute for High ¡E Temperatures of the Russian Academy of Sciences, Moscow. $ Science research interests: pulse electrophysics.

OQ

CM t ю 9

CM Clio

CM

w w