Компактные высоковольтные устройства для генерирования мощных субнаносекундных электромагнитных импульсов

• Автор: Ульмаскулов, Марат Рахметович
• Шифр специальности: 01.04.13
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2001
• Место защиты: Екатеринбург
• Количество страниц: 138 с. : ил

СОДЕРЖАНИЕ
Введение. Общая характеристика работы
Глава 1. Формирование высоковольтных субнаносекундных импульсов
1.1. Высоковольтные генераторы субнаносеундного диапазона
1.2. Стабильность наносекундных газовых разрядников
1.3. Стабильность субнаносекундных газовых разрядников
1.4. Субнаносекундные разрядники с большой частотой повторения
импульсов
1.5. Выводы
Глава 2. Генерирование высоковольтных субнаносекундных импульсов
с увеличенной эффективной мощностью
2.1. Компрессия энергии импульсов в режиме бегущей волны
2.2. Устройство компрессии энергии генератора “РАДАН-303”
2.3. Пассивный формирователь биполярных импульсов
2.4. Активный биполярный формирователь
2.5. Выводы
Глава 3. Генераторы мощных сверхширокополосных субнаносекундных
электромагнитных импульсов
3.1. Высоковольтные ТЕМ антенны
3.2. Лепестковая ТЕМ-антенна малогабаритного СШП генератора
3.3. Одно- и двумерные антенные системы из ТЕМ-рупоров
3.4. Электрическая прочность воздушной изоляции высоковольтных коаксиально-фидерных переходов
3.5. Выводы
Заключение
Приложение
Литература

Введение. Общая характеристика работы Актуальность темы диссертации
Для генерирования сверхмощных импульсов электромагнитного излучения миллиметрового, сантиметрового и дециметрового диапазонов длин волн широко используются наносекундные сильноточные ускорители релятивистских электронных пучков (РЭП) [1]. Их основным элементом является генератор высоковольтных импульсов напряжения [2], передаваемых через коаксиальную линию в виде ТЕМ-волны в ускорительную трубку электронного СВЧ генератора. Суммарная эффективность последовательного преобразования энергии в цепи "генератор - РЭП -электромагнитное излучение" обычно невелика и достигает 10-20% [3,4]. В то же время, энергия ТЕМ-волны высоковольтного генератора может быть преобразована в электромагнитное излучение без использования РЭП, то есть прямым излучением электромагнитного импульса с помощью сверхширокополосной антенны. Характеристики такого импульса существенно отличаются по свойствам от импульса излучения аналогичной длительности с СВЧ-заполнением и зависят от длительности импульса і . Относительная ширина спектра (А/') в данном случае может быть
достаточно большой ( А/ «/„ ~ а характерная центральная частота спектра излучения (/0) для существующих сильноточных высоковольтных генераторов с длительностью импульса ґр = (0.1-1) не лежит в диапазоне 1-10 ГГц. Указанное
обстоятельство определяет особенности применения таких сверхширокополосных (СШП) импульсов в качестве зондирующих и тестовых сигналов [5,6].
СШП импульсы электромагнитного излучения малой мощности уже успешно используются в геологоразведке и ряде других областей. К особенностям их использования в качестве зондирующих электромагнитных импульсов можно отнести возможность регистрации отражений от объектов, невидимых для обычных радиолокационных систем, основанных на когерентном одночастотном микроволновом излучении, в том числе и обладающих высоким уровнем импульсной мощности. Для зондирования короткими СШП-импульсами также доступными являются предметы, имеющие специальное поглощающее покрытие. Следует отметить относительную простоту создания СШП антенн, в качестве которых наибольшее распространение получили ТЕМ рупоры различной модификации. К серьезным недостаткам

использования СШП импульсов относится трудность формирования узконаправленного излучения при ограниченных размерах апертуры антенны.
Использование мощного импульсного высоковольтного генератора в качестве модулятора существенно повышает возможности СШП-системы. В этом случае даже при слабой направленности излучатель может обеспечить зондирование объектов на больших расстояниях с приемлемым уровнем принимаемой мощности. В то же время, при высокой мощности на небольшом удалении могут создаваться уровни электромагнитных полей, несовместимые с безаварийной работой радиоэлектронной аппаратуры. Вполне понятно, что возможность генерации СШП импульсов электромагнитного излучения с уровнем мощности в сотни мегаватт и более в режиме периодического следования с частотой повторения от десятков герц и выше представляет интерес как с точки зрения локационных приложений, так и в плане выяснения пороговых уровней негативного воздействия таких импульсов на телекоммуникационную аппаратуру, компьютерную технику и другие чувствительные радиоэлектронные приборы.
Мощный источник СШП импульсов на основе ТЕМ антенны может обладать хорошей воспроизводимостью параметров от образца к образцу, относительными простотой и дешевизной. При этом стабильность его характеристик полностью определяется стабильностью импульсов модулятора.
Единичный мощный СШП-излучатель является альтернативой секционированным системам, основанным на использовании ряда синхронизированных маломощных источников [7]. К моменту постановки задач данной диссертационной работы была реальной возможность создания системы синхронных излучателей на основе мощных единичных СШП - генераторов. Методы формирования высоковольтных субнаносекундных импульсов [8] в принципе допускали параллельное секционирование наносекундных драйверов - основы мощных импульсных модуляторов. Кроме того, исследования [9] показывали, что вполне достижимы и субнаносекундные точности включения электрически управляемых высоковольтных газовых коммутаторов (разрядников с искажением поля). Это открывало перспективу для синхронизации мощных модуляторов с длительностью импульсов 1Р < 1 не.
Созданием секционированных синхронизированных модуляторов, то есть, источников питания мощных СШП - антенных решеток с импульсным возбуждением,

Рис. 16. Осциллограммы субнаносекундных импульсов гибридного модулятора, полученные в случае водородного, 100 атм., (а) и азотного, 60 атм., (б) заполнения разрядников при частотах повторения до 2кГц. Емкость формирующей линии преобразователя - 17 пФ.
Рис. 17. Квазипрямоугольный импульс с длительностью на полувысоте 720 пс и фронтами 150 пс, полученный с помощью гибридного субнаносекундного генератора на частоте повторения 3.5 кГц.