ФОРМИРОВАТЕЛЬ СВЧ-ИМПУЛЬСОВ С ЭЛЕМЕНТОМ ПОДАВЛЕНИЯ ПОСЛЕИМПУЛЬСНОГО ИЗЛУЧЕНИЯ ДЛЯ НАНОСЕКУНДНОГО РАДИОЛОКАТОРА

Предлагаемая полезная модель относится к технике сверхвысоких частот (СВЧ) и предназначена для генерации наносекундных импульсов с временной компрессией импульса передатчика.
Известно, что радиолокационные станции (РЛС) использующие в качестве зондирующего сигнала наносекундные импульсы могут быть конструктивно выполнены по разному: иметь на входе СВЧ импульс наносекундной длительности, поступающий с СВЧ генератора или формировать этот импульс путем временного сжатия микросекундных импульсов, поступающих с промышленного СВЧ генератора, с помощью СВЧ резонатора. В случае формирования импульса сжатием, существует проблема - большая величина энергии послеимпульсного излучения. Это излучение возникает в тот момент времени, когда накопленный наносекундный импульс начинает излучаться, а энергия, поступающая с СВЧ-генератора микросекундных импульсов, распространяется через резонатор в нагрузку. Таким образом, излучается не только наносекундный импульс, но еще и часть микросекундного импульса. Во время вывода накопленного наносекундного импульса, микросекундное излучение просачивается с генератора в нагрузку и как следствие ухудшает технические показатели РЛС. Величина энергии просачивания зависит от конструкции формирователя и составляет значительную часть от мощности генератора. При сквозном распространении микросекундного импульса с генератора в нагрузку, он излучается в пространство, затем он отражается от поверхности зондирования и поступает в приемную систему РЛС, при этом мешает определению объектов тех размеров, для которых предназначена данная наносекундная РЛС. Применение в радиолокации наносекундных импульсов в качестве зондирующего сигнала дает выигрыш в разрешающей способности РЛС, и обеспечивает определение местоположения цели с точностью до десятков сантиметров.
b
b
b
Известно устройство формирования СВЧ-импульсов [RU, патент №2137265] содержащее СВЧ-генератор, накопительный резонансный объем, ограниченный элементом возбуждения и элементом вывода энергии и электронный коммутатор. Накопительный резонансный объем выполнен из круглого волновода диаметра d длиной рλ/2, где р - целое число, λ - длина волны в волноводе. Электронный коммутатор выполнен в виде закороченного с одной стороны волноводного отрезка длиной λ/2,
расположен вне основного резонансного объема и присоединен второй стороной через окно связи, равное поперечному сечению волноводного отрезка, к торцевой стенке цилиндрического резонатора на расстоянии d/4 от ее оси. Устройство вывода энергии выполнено в виде отрезка прямоугольного волновода.
Недостатком данного устройства является величина энергии, которая распространяется с генератора на нагрузку во время вывода накопленной электромагнитной волны.
Устройство формирования наносекундных СВЧ-импульсов [Ю.Г.Юшков, Н.Н.Бадулин, А.П.Бацула, А.И.Мельников, С.А.Новиков, С.В.Разин, Е.Л.Шошин. Наносекундный радиолокатор с временной компрессией СВЧ-импульсов передатчика. Электромагнитные волны & электронные системы, №6, т.2, 1997, с.71-76], выбранное в качестве прототипа, содержит подключенный к СВЧ-генератору резонансный объем, образованный отрезком регулярного волновода, ограниченным на входе элементом возбуждения и со стороны выхода тройником с поджигающим электродом в короткозамкнутом плече и блок синхронизации. Тройник соединен с согласованной нагрузкой. Длина короткозамкнутого плеча тройника выбрана такой, чтобы в режиме накопления энергии волны, излучаемые из этого плеча и резонатора в направлении к согласованной нагрузке, интерферировали в противофазе, а в режиме вывода после срабатывания поджигающего электрода суммировались в фазе.
b
b
b
b
Известное устройство работает следующим образом. В режиме формирования наносекундных СВЧ-импульсов элемент возбуждения, выполненный в виде диафрагмы, пропускает волну в резонансный объем. Выходной тройник настраивается таким образом, чтобы волна поступающая из резонансного объема и отраженная из короткозамкнутого плеча интерферировали в противофазе. Для этого длина короткозамкнутого плеча должна быть равна mλ/2, где λ- длина волны в волноводе и m - целое число. Тройник имеет поджигающий электрод, расположенный в короткозамкнутом плече таким образом, что в режиме накопления электромагнитной волны расстояние от него до закорачивающей стенки равно λ/4, где λ - длина волны в волноводе. В режиме вывода - после срабатывания поджигающего электрода в короткозамкнутом плече тройника образуется плазменный разряд и отраженная от него волна суммируется по фазе с падающей волной. Таким образом, короткий наносекундный импульс большой мощности поступает в выходной волноводный тракт и далее на согласованную нагрузку. Поперечные размеры волновода, из которого выполнен тройник, равны поперечным размерам резонансного объема.
К недостаткам устройства относится то, что во время вывода энергии входная волна с генератора просачивается на выход к согласованной нагрузке, что ухудшает характеристики радиолокатора.
Задача данной полезной модели разработать формирователь наносекундных СВЧ-импульсов, который позволяет подавлять послеимпульсное излучение.
Технический результат разработки данной полезной модели заключается в сокращении величины сквозного распространения СВЧ энергии от генератора к нагрузке, в следствии чего послеимпульсная величина сокращается, что улучшает характеристики РЛС, а именно ее разрешающую способность.
Поставленная задача решается тем, что предлагаемое устройство - формирователь СВЧ-импульсов с элементом подавления послеимпульсного излучения для наносекундного радиолокатора, как и прототип, содержит подключенный к СВЧ-генератору резонансный объем, образованный отрезком регулярного волновода, ограниченным на входе элементом возбуждения, а на выходе Т-образным Н-тройником с поджигающим электродом в короткозамкнутом плече и блок синхронизации. В отличии от прототипа, устройство дополнительно содержит элемент подавления послеимпульсного излучения, установленный перед элементом возбуждения и выполненный в виде Т-образного Н-тройника с поджигающим электродом в короткозамкнутом плече, при этом поджигающий электрод соединен с блоком синхронизации.
b
b
Для того, чтобы в режиме накопления энергии, волна поступающая с генератора и отраженная из короткозамкнутого плеча интерферировали в фазе, а в режиме вывода энергии, волна поступающая с генератора и отраженная из короткозамкнутого плеча интерферировали в противофазе, длина короткозамкнутого плеча дополнительного Т-образного Н-тройника выбрана из условия (2m-1) λ/4, где λ - длина волны в волноводе, m - целое число.
На Фиг.1 представлена схема формирователя СВЧ-импульсов с элементом подавления послеимпульсного излучения для наносекундного радиолокатора.
b
b
Весь передающий тракт РЛС состоит из генератора микросекундных импульсов 1, последовательно присоединенных к нему циркулятора 2 и фазовращателя 3. К выходу фазовращателя 3 присоединен входной волноводный Т-образный Н-тройник 4. Этот тройник, имеет поджигающий электрод 9 расположенный в широкой стенке короткозамкнутого плеча таким образом, что расстояние от него до закорачивающей стенки равно λ/4, где λ - длина волны в волноводе. Второе открытое плечо входного Т-образного Н-тройника 4 присоединено к резонансному объему 5 ограниченному на входе
b
b
элементом возбуждения, выполненным в виде диафрагмы 11, а на выходе волноводным выходным Т-образным Н-тройником 6. Этот тройник, как и входной Т-образный Н-тройник 4, имеет поджигающий электрод 7 расположенный в широкой стенке короткозамкнутого плеча таким образом, что расстояние от него до закорачивающей стенки равно λ/4, где λ -длина волны в резонансном объеме 5. Поджигающие электроды 7 и 9 управляются блоком синхронизации поджига 8. Поперечные размеры волноводов, из которых выполнены тройники 4 и 6 одинаковы и равны поперечным размерам резонансного объема. Выходной волноводный Т-образный Н-тройник 6 присоединен к антенной системе 10. Существенное отличие предлагаемого устройства состоит в том, что в конструкцию введен элемент, позволяющий подавлять послеимпульсное излучение, выполненный в виде Т-образного Н-тройника 4.
b
b
b
b
Устройство работает следующим образом. При формировании наносекундных импульсов, входной волноводный Т-образный Н-тройник 4 пропускает электромагнитную волну в резонансный объем 5. Входной Т-образный Н-тройник 4 изготовлен так, что волна, поступающая с генератора, и отраженная из короткозамкнутого плеча интерферировали в фазе. Для этого длина короткозамкнутого плеча входного Т-образного Н-тройника 4 должна быть равна (2m-1) λ/4, где λ - длина волна в волноводе, m - целое число. Выходной Т-образный Н-тройник 6 изготовлен так, что волна, поступающая из резонансного объема 5, и отраженная из короткозамкнутого плеча интерферировали в противофазе. Для этого длина короткозамкнутого плеча выходного Т-образного Н-тройника 6 должна быть равна mλ/2, где λ - длина волна в резонаторе, m - целое число. В режиме вывода накопленной электромагнитной волны срабатывает поджигающий электрод 9, в короткозамкнутом плече входного Т-образного Н-тройника 4 образуется плазменный разряд и отраженная от него волна интерферирует в противофазе с падающей волной. Таким образом, электромагнитная волна, поступающая с генератора СВЧ-импульсов 1, закорачивается и не попадает в резонансный объем 5. Одновременно с поджигающим электродом 9 срабатывает поджигающий электрод 7, в короткозамкнутом плече выходного Т-образного Н-тройника 6 образуется плазменный разряд и отраженная от него волна суммируется по фазе с падающей волной. В результате короткий наносекундный импульс поступает в антенную систему 10.
Коэффициент связи для устройства не содержащего элемент подавления послеимпульсного излучения [Дж.Альтман. Устройства сверхвысоких частот. M. Мир. 1968], с резонатором работающим на частоте 3,12 ГГц и выполненным из отрезка регулярного волновода с поперечным сечением 72,14-34,04 мм, [А.Л.Фельдштейн, Л.Р.Явич, В.П.Смирнов. Справочник по элементам волноводной техники. M. Советское
радио. 1967, с.115] в режиме вывода накопленной электромагнитной волны, составляет - 20 дб. Входной тройник представляет собой режекторный фильтр и добавляет - 40 дб к рассчитанному коэффициенту связи. Таким образом, суммарное просачивание волны в данном формирователе равно- 60 дб, что существенно улучшает характеристики РЛС.