ИСКРОВОЙ ГЕНЕРАТОР СВЕРХШИРОКОПОЛОСНОГО ШУМА (ВАРИАНТЫ)

Искровой генератор сверхширокополосного шума
(варианты )
Полезная модель относится к средствам для генерации широкополосного электромагнитного излучения в широком диапазоне частот и может быть использовано для защиты информации от утечки по радиоканалу (защита ЭВМ, блокирование подслушивающих устройств, радиотелефонов, противодействие радиоуправляемым взрывным устройствам и т. д. ).
Для оценки новизны и технического уровня заявленного решения рассмотрим ряд известных технических средств аналогичного назначения.
Известен управляемый искровой разрядник, содержащий два противостоящих основных электрода и поджигающий электрод, отделенный от заземленного основного электрода изоляционной втулкой, выступающей в промежуток между основными электродами и расположенной коаксиально поджигающему электроду, и катушку электромагнита, установленную снаружи указанной изоляционной втулки, при этом поджигающий электрод выполнен в виде кольца, установленного снаружи указанной изоляционной втулки, заземленный электрод выполнен в виде полого цилиндра, коаксиально установленного внутри указанной изоляционной втулки, а катушка электромагнита расположена соосно поджигающему электроду, см. авторское свидетельство СССР № 1769669, Н01Т 2/02.
Известен генератор сверширокополосного сигнала, содержащий элемент шума, подключенный к источнику напряжения и выполненный в виде трубы, заполненной металлическими шариками, которые выполнены из алюминия, при этом труба выполнена из
М.кл. : Н01Т 9/00, НОЗВ 29/00
2
диэлектрика и размещена на продольной оси введенного конического рупора, см.патент РФ №2031538, НОЗВ 29/00.
Известен искровой генератор электромагнитного излучения непостоянного спектра частот, содержащий набор электродов, подсоединенных к источникам электрических разрядов, и систему случайного замыкания электродов накоротко, которая выполнена в виде соединенной с вибрационным механизмом диэлектрической пластины с жесткими стенками, выполненной со сферическими лунками и снабженной набором безокисных металлических шаров, размещенных на пластине с возможностью свободного перемещения и имеющих радиус, соразмерный радиусу лунок, электроды, подключенные к разноименным полюсам источников электрических зарядов, механически объединены с помощью дополнительно введенных оснований в подпружиненные пары, число которых выбрано равным числу лунок, в каждой из которых установлена соответствующая пара электродов, причем глубина Н и радиус R лунок выбраны в соотношении 0,4  H/R  0,66, см., патент РФ № 2037245, Н01Т 9/00.
По наибольшему количеству сходных признаков и достигаемому при использовании результату данное техническое решение выбрано в качестве прототипа заявляемой полезной модели.
Недостатками прототипа, не позволяющими достичь поставленной нами цели, является недостаточная стохастичность частотных характеристик электромагнитного излучения искровых разрядов, недостаточная ширина полосы получаемых частот и низкая выходная мощность, отнесенная к габаритам и стоимости генератора.
В основу полезной модели положено решение задачи создания простого инадежного устройства для генерирования
сверхширокополосного шума с высоким энтропийным фактором излучения, высоким коэффициентом полезного действия и высокой средней выходной мощностью, отнесенной к массогабаритным характеристикам и стоимости генератора.
Сущность заявляемой полезной модели выражается в следующих совокупностях существенных признаков нескольких независимых вариантов заявленного технического решения, объединенных единым изобретательским замыслом.
Согласно первому независимому варианту полезной модели искровой генератор сверширокополосного шума, включающий источник электрической энергии и соединенный с ним искровой разрядник, характеризуется тем, что искровой разрядник выполнен в виде капсулы, размещенной в двух стаканах с необходимым радиальным и осевым зазорами, при этом выводы источника электрической энергии подсоединены к стаканам, капсула и стаканы выполнены из вентильных металлов или сплавов на их основе, а электрически взаимодействующие между собой поверхности капсулы и стаканов снабжены диэлектрическим слоем оксида вентильного металла или сплава на его основе, причем разрядник снабжен приводом для принудительного перемещения капсулы относительно стаканов, индукционно взаимодействующим с магнитной вставкой, размещенной в капсуле, кроме того генератор снабжен телескопической антенной, непосредственно подсоединенной к стаканам искрового разрядника.
В этом заключается совокупность существенных признаков первого независимого варианта заявленного решения, обеспечивающая получение технического результата во всех случаях, на которые распространяется испрашиваемый объем правовой охраны.
Согласно второму независимому варианту полезной модели искровой генератор сверширокополосного шума, включающий источник электрической энергии и соединенный с ним искровой разрядник, характеризуется тем, что искровой разрядник выполнен в виде капсулы, торцевые зоны которой размещены в двух втулках с необходимым радиальным и осевым зазорами, при этом выводы источника электрической энергии подсоединены к втулкам, капсула и втулки выполнены из вентильных металлов или сплавов на их основе, а электрически взаимодействующие между собой поверхности капсулы и втулок снабжены диэлектрическим слоем оксида вентильного металла
// f 9или сплава на его основе, причем разрядник снабжен приводом для принудительного перемещения капсулы относительно втулок, механически взаимодействующим с капсулой, кроме того генератор снабжен телескопической антенной, непосредственно подсоединенной к втулкам искрового разрядника.
В этом заключается совокупность существенных признаков второго независимого варианта заявленного решения, обеспечивающая получение технического результата во всех случаях, на которые распространяется испрашиваемый объем правовой охраны.
Согласно третьему независимому варианту полезной модели искровой генератор сверширокополосного шума, включающий источник электрической энергии и соединенный с ним искровой разрядник, характеризуется тем, что искровой разрядник выполнен в виде диэлектрической трубки, размещенной в двух стаканах, при этом выводы источника элеетрической энергии подсоединены к стаканам, в полости диэлектрической трубки размещена совокупность шаров, причем шары и стаканы выполнены из вентильных металлов или сплавов на их основе, а электрически взаимодействующие между собой поверхности шаров и стаканов снабжены диэлектрическим слоем оксида вентильного металла или сплава на его основе, причем разрядник снабжен приводом для принудительного перемещения шаров относительно стаканов и друг друга, индукционно взаимодействующим с магнитной вставкой, размещенной в одном или нескольких шарах.
В этом заключается совокупность существенных признаков третьего независимого варианта заявленного решения, обеспечивающая получение технического результата во всех случаях, на которые распространяется испрашиваемый объем правовой охраны.
Кроме того, генератор в этом варианте исполнения может быть снабжен телескопической антенной, непосредственно подсоединенной к стаканам искрового разрядника.
Согласно четвертому независимому варианту полезной модели искровой генератор сверширокополосного шума, включающий источник электрической энергии и соединенный с ним искровой разрядник.
характеризуется тем, что искровой разрядник выполнен в виде диэлектрической трубки, внутри которой размещена совокупность шаров из вентильного металла или сплава на его основе, при этом трубка укреплена во втулках, соединенных с выводами высокочастотного высоковольтного источника электрической энергии, при этом электрически взаимодействующие между собой поверхности шаров снабжены диэлектрическим слоем оксида вентильного металла или сплава на его основе, причем разрядник снабжен приводом, например, вибрационным, для принудительного перемещения шаров внутри диэлектрической трубки.
В этом заключается совокупность существенных признаков четвертого независимого варианта заявленного решения, обеспечивающая получение технического результата во всех случаях, на которые распространяется испрашиваемый объем правовой охраны.
Согласно пятому независимому варианту полезной модели искровой генератор сверширокополосного шума, включающий источник электрической энергии и соединенный с ним искровой разрядник, характеризуется тем, что искровой разрядник выполнен в виде кольцевой обоймы, снабженной центрирующим роликом, при этом между внутренней поверхностью кольцевой обоймы и центрирующим роликом размещена совокупность шаров, причем кольцевая обойма, центрирующий ролик и шары выполнены из вентильных металлов или сплавов на их основе, а электрически взаимодействующие между собой поверхности кольцевой обоймы, центрирующего ролика и шаров снабжены диэлектрическим слоем оксида вентильного металла или сплава на его основе, при этом выводы источника электрической энергии подключены к кольцевой обойме и центрирующему ролику, кроме того разрядник снабжен индукционным приводом, выполненным в виде соленоида, охватывающего кольцевую обойму, а часть шаров снабжена магнитными вставками.
В этом заключается совокупность существенных признаков пятого независимого варианта заявленного решения, обеспечивающая
получение технического результата во всех случаях, на которые распространяется испрашиваемый объем правовой охраны.
Заявленные техническое решение является новым, так как все заявленные в независимых пунктах формулы варианты характеризуются наличием новых совокупностей конструктивных признаков, отсутствующих во всех известных нам объектах техники аналогичного назначения.
Непосредственный технический результат, который может быть получен при реализации заявленной совокупности признаков каждого независимого варианта заявленного генератора заключается в том, что в каждом из них достигаются оптимальные условия для возникновения искровых разрядов, исключается возможность микросварки между электрически взаимодействующими между собой поверхностями разрядника, обеспечивается сверхширокая полоса генерируемых частот и высокий коэффициент полезного действия. Все заявленные варианты генератора могут быть реализованы промышленным образом с использованием известных технических средств ( источники электрической энергии, приводы, антенны).
Указанное позволяет признать заявленное техническое решение соответствующим всем установленным законом условиям патентоспособности полезной модели.
Сущность полезной модели поясняется чертежами, где на фиг. 1-5 представлены соответствующие номеру фигуры независимые варианты заявленного генератора.
Все варианты генератора сверширокополосного шума включают источник электрической энергии 1 и соединенный с ним искровой разрядник.
В первом варианте генератора искровой разрядник выполнен в виде капсулы 2, размещенной в двух стаканах 3 с необходимым радиальным и осевым зазорами. Выводы источника электрической энергии 1 подсоединены к стаканам 3. Капсула 2 и стаканы 3 выполнены из вентильных металлов или сплавов на их основе. Электрически взаимодействующие между собой поверхности капсулы 2
и стаканов 3 снабжены диэлектрическим слоем 4 оксида вентильного металла или сплава на его основе. Разрядник снабжен индукционным приводом 5 для принудительного перемещения капсулы 2 относительно стаканов 3, который взаимодействует с магнитной вставкой 6, размещенной в капсуле 2 Генератор снабжен телескопической антенной 7, непосредственно подсоединенной к стаканам 3 искрового разрядника.
Во втором варианте генератора искровой разрядник выполнен в виде капсулы 2, торцевые зоны которой размещены в двух втулках 8 с необходимым радиальным и осевым зазорами. Выводы источника электрической энергии подсоединены к втулкам 8. Капсула 2 и втулки 8 выполнены из вентильных металлов или сплавов на их основе. Электрически взаимодействующие между собой поверхности капсулы 2 и втулок 8 снабжены диэлектрическим слоем 4 оксида вентильного металла или сплава на его основе. Разрядник снабжен приводом 9 для принудительного вращения капсулы 2 относительно втулок 8. Генератор снабжен телескопической антенной 7, непосредственно подсоединенной к втулкам 8 искрового разрядника.
В третьем варианте генератора искровой разрядник выполнен в виде диэлектрической трубки 2, размещенной в двух стаканах 3. Выводы источника электрической энергии 1 подсоединены к стаканам 3. В полости диэлектрической трубки 2 размещена совокупность шаров 10. Шары 10 и стаканы 3 выполнены из вентильных металлов или сплавов на их основе. Электрически взаимодействующие между собой поверхности шаров 10 и стаканов 3 снабжены диэлектрическим слоем 4 оксида вентильного металла или сплава на его основе. Разрядник снабжен индукционным приводом 11 для принудительного перемещения шаров 10 относительно стаканов 3 и друг друга., который взаимодействует с магнитной вставкой 12, размещенной по меньшей мере в одном из шаров 10.
Генератор в этом варианте может быть снабжен телескопической антенной, непосредственно подсоединенной к стаканам искрового разрядника ( на чертеже не показана).. 7
В четвертом варианте генератора искровой разрядник выполнен в виде диэлектрической трубки 13, внутри которой размещена совокупность шаров 10 из вентильного металла или сплава на его основе. Трубка 13 укреплена во втулках 14, соединенных с выводами высокочастотного источника электрической энергии 1. Электрически взаимодействующие между собой поверхности шаров 10 снабжены диэлектрическим слоем 4 оксида вентильного металла или сплава на его основе. Разрядник снабжен вибрационным приводом 15, взаимодействующим с трубкой.
В пятом варианте генератора искровой разрядник выполнен в виде кольцевой обоймы 16, снабженной центрирующим роликом 17. Между внутренней поверхностью кольцевой обоймы 16 и центрирующим роликом 17 размещена совокупность шаров 10, Кольцевая обойма 16, центрирующий ролик 17 и шары 10 выполнены из вентильных металлов или сплавов на их основе. Электрически взаимодействующие между собой поверхности кольцевой обоймы 16, центрирующего ролика 17 и шаров 10 снабжены диэлектрическим слоем 4 оксида вентильного металла или сплава на его основе. Выводы источника электрической энергии 1 подключены к кольцевой обойме 16 и центрирующему ролику 17. Разрядник снабжен индукционным приводом, выполненным в виде соленоида 18, охватывающего кольцевую обойму 16, а часть шаров 10 снабжена магнитными вставками 12.
Устройство во всех вариантах работает следующим образом.
Все заявленные варианты генератора по способу формирования сверхширокополосного сигнала относятся к короткоимпульсным генераторам. Принцип их работы основан на электрическом пробое многослойных диэлектрических структур ( воздушный промежуток, диэлектрические слои 4 оксида вентильного металла и приграничные слои на поверхности вентильных металлов, из которых выполнены соответствующие элементы разрядника: капсулы 2, стаканы 3, втулки 8,шары 10, кольцевая обойма 16, центрирующий ролик 17).
формируется мощный (до 100 А) сверхкороткий ( 10-100 пс) импульс тока с частотой повторения 1-10 Мгц, который возбуждает в элементах разрядника или в подключенной к ним антенне 7 электромагнитные колебания, которые и представляют собой сверширокополосный шум. Разрядники заявленных конструкций формируют импульсы высокой мощности с коротким фронтом., что приводит к расширению полосы генерируемых частот излучения. Высокая средняя выходной мощность генераторов обеспечивается за счет высокой мощности импульса и высокой частоты следования импульсов. Это объясняется тем, что оксиды вентильных металлов обладают высокой диэлектрической прочностью и малым временем восстановления своих диэлектрических характеристик после очередного пробоя. Принудительное относительное перемещение электрически взаимодействующих между собой поверхностей элементов разрядника или их частей друг относительно друга ( капсулы 2 относительно стаканов 3 или втулок 8, шары 10 относительно стаканов 3 или относительно друг друга) с помощью непосредственного воздействующих на них привода 9 или 15, либо с помощью индукционных приводов 5 или 11 или 18, обеспечивает гарантированное возникновение максимально возможного числа достаточно мощных электрических разрядов между ними, а кроме того исключает возможность микросварки между этими поверхностями и обеспечивает охлаждение этих поверхностей.
Заявленный генератор обеспечивает протекание физических процессов формирования шума со слабой корреляцией последовательности формируемых импульсов ( или ее отсутствие) по амплитуде, длительности и фазе.
Применение того или иного варианта исполнения генератора, изменение размеров его элементов, наличие и длина телескопических антенн позволяет варьировать спектральные характеристики генератора, сдвигая максимум излучения в часть спектра, необходимую для решения конкретной задачи.
антенной. С целью увеличения интегральной выходной мощности, равномерности спектральной характеристики и диаграммы направленности, обеспечения высокой надежности при оперативной работе может применяться несколько генераторов с обеспечением автономности питания от встроенных аккумуляторов, скрытности включения и индикации работы. При параллельной работе нескольких генераторов происходит аддитивное сложение мощностей и повышается энтропийный фактор суммарного излучения.
Использование заявленного решения по сравнению со всеми известными средствами аналогичного назначения обеспечивает следующие преимущества:
-генерирование сверхширокополосного шума,
-высокий коэффициент полезного действия,
возможность наращивания спектральной плотности мощности шума за счет аддитивного сложения мощностей при параллельной работе нескольких генераторов,
-обеспечение необходимого распределения по пространству достаточно равномерной спектральной характеристики,
-высокий энтропийный фактор излучения,
-экологическая чистота генерируемого излучения, обусловленная тем, что характеристики генерируемого высокоэнтропийного сигнала максимально приближены к характеристикам теплового излучения.
(
10