Устройство для излучения электромагнитных импульсов

Устройство для излучения электромагнитных импульсов

Иллюстрации

Показать все

Реферат

Изобретение относится к устройствам излучения электромагнитных импульсов. Устройство используется в сверхширокополосной радиосвязи с использованием сверхкоротких электромагнитных импульсов, а также при тестировании аппаратуры и объектов, защищаемых от воздействия импульсных электромагнитных излучений (например, по ГОСТ Р 52863-2007).

Известно устройство для излучения электромагнитных импульсов, содержащее так называемую плоскую биконическую антенну, [1]. Как показано в [1], плоская биконическая антенна обладает теми же свойствами излучения в дальней зоне, что и традиционная биконическая антенна, имеющая круглое основание. Плоская биконическая антенна является более компактной по сравнению с традиционной и позволяет эффективно излучать импульсы длительностью Т_И=l/с, где l - высота конуса, а с - скорость света [2]. Однако плоская биконическая антенна, как правило, является высокоомным устройством (с волновым сопротивлением 150-200 Ом [1]), а возбуждающий генератор, как правило, имеет выходное сопротивление 50 Ом, поэтому в силу рассогласования системы нельзя достичь максимальной энергии излучения, которая определяется произведением квадрата напряженности амплитуды излучаемого импульса на его длительность Т_И.

Из уровня техники известно также устройство для излучения электромагнитных импульсов в виде набора вибраторных антенн (коническая антенна превращается в вибраторную при угле конуса, стремящемся к нулю), возбуждаемых от одного источника с целью согласования их с генератором [3]. За счет лучшего согласования такое устройство имеет лучшие характеристики по излучаемой энергии. Однако, как показали экспериментальные исследования, в случае компактного размещения конических антенн вследствие их взаимного влияния уменьшается длительность излучаемого импульса, а следовательно, уменьшается энергия излучения.

Техническая задача, решаемая изобретением, состоит в обеспечении отсутствия взаимного влияния плоских биконических антенн. За счет этого длительность импульса излученного сигнала определяется только их длиной.

Поставленная цель достигается за счет подбора определенных геометрических параметров устройства. Предлагаемое нами устройство схематически представлено на Фиг.1. Устройство представляет собой набор из n одинаковых по высоте l плоских конических антенн, каждая из которых обозначена цифрой 1. Расстояние между соседними вершинами конусов составляет величину а. Нами экспериментально установлено, что цель изобретения, состоящая в излучении максимальной энергии при заданных (минимальных) габаритах антенны, достигается при определенном соотношении геометрических параметров установки, а именно: расстояние между соседними вершинами антенн должно быть равно высоте конуса. Длительность излучаемого импульса при этом составит величину Т_И=l/с [2].

Фиг.2. иллюстрирует схему подключения (вид сбоку) каждой из плоских биконических антенн. Цифрой 2 обозначен фидер, соединяющий генератор 3 с антенной 1. По фидеру 2 передается импульс напряжения от генератора с амплитудой U_Ф. - вектор напряженности импульсного электрического поля.

Один из вариантов осуществления изобретения состоит в том, что в качестве фидеров используется «Устройство для ввода высоковольтных импульсов напряжения в n ТЕМ-рупорную антенну» [4], где вместо рупоров используются плоские биконические антенны, так как биконическая антенна является частным случаем ТЕМ-рупора при угле его раскрыва 180 градусов [5].

Пример 1.

Был изготовлен макет устройства, состоящий из 6-и плоских биконических антенн (см. Фиг.1, n=6). Высота l каждого конуса составляет 150 мм, а расстояние между соседними вершинами конусов а=116 мм, то есть а≠l. Размер апертуры антенны: 660×300 мм². Материал электродов - медная фольга.

Генератор 3 (см. Фиг.2) в рассматриваемом варианте осуществления изобретения представляет собой генератор импульсов Г5-84 с амплитудой импульса напряжения 10 В. В качестве фидера 2 (см. Фиг.2) используется устройство для ввода высоковольтных импульсов напряжения в ТЕМ-рупорную антенну [4], состоящую из n биконических антенн.

Излучение поступает на измерительный полосковый датчик [6] и регистратор Tektronix CSA8000.

По данным измерений зарегистрированная длительность импульса поля по уровню 0,5 от установившегося значения амплитуды составила Т_И=380 пс. Напряженность поля на расстоянии 0,5 м по оси антенной системы составила E=16,4 В/м.

Пример 2.

Был изготовлен макет устройства, состоящий из 4-х плоских биконических антенн (см. Фиг.1, n=4). Высота l каждого конуса составляет 150 мм, а расстояние между соседними вершинами конусов а=150 мм, то есть а=l. Размеры апертуры антенны такие же, как в примере 1: 660×300 мм². Материал электродов - медная фольга.

В качестве фидера 2 (см. Фиг.2) используется устройство для ввода высоковольтных импульсов напряжения в ТЕМ-рупорную антенну [4], состоящую из n биконических антенн.

Для согласования антенн с фидером, волновое сопротивление (определяемое геометрическими размерами) каждой плоской биконической антенны выбрано равным 200 Ом. Кроме того, выполняется равенство а=1. При этом оказалось, что электроды плоских биконических антенн перекрывают друг друга. Однако экспериментальные исследования показали, что, если образующие перекрывающихся конусов делят друг друга в отношении не более 2/3, то существенных изменений в излучении сигнала не происходит.

Генератор 3 (см. Фиг.2) в данном варианте осуществления изобретения - генератор импульсов Г5-84, а амплитуда импульса напряжения составляет 10 В.

Излучение поступает на измерительный полосковый датчик [6] и регистратор Tektronix CSA8000.

По данным измерений зарегистрированная длительность импульса поля по уровню 0,5 от установившегося значения амплитуды составила Т_И=500 пс. Напряженность поля на расстоянии 0,5 м по оси антенной системы составила E=16,1 В/м.

Вывод: сравнение результатов измерений в примерах 1 и 2 показывает, что устройство, в котором геометрические параметры подобраны таким образом, чтобы обеспечивалось равенство l=а (см. Фиг.1), позволяет излучить электромагнитный импульс с длительностью, равной Т_И=l/с.

ЛИТЕРАТУРА

1. С.Н.Скляров, А.А.Соколов. Экспериментальное исследование излучателей коротких электромагнитных импульсов // Вопросы излучения и измерения нестационарных электромагнитных полей: Сб. статей. Научные труды ВНИИОФИ. - М.: 1980. - С.4-11.

2. Соколов А.А. О метрологическом обеспечении измерений напряженности импульсных электрических и магнитных полей // Вопросы излучения и измерения нестационарных электромагнитных полей: Сб. статей. Научные труды ВНИИО-ФИ. - М.: 1980. - С.31-47.

3. С.Р.Кельнер, А.А.Соколов. Нестационарное излучение системы из двух тонких симметричных вибраторов // Исследование нестационарных электромагнитных полей: Сб. статей. - М.: Атомиздат, 1977. - С.17-25.

4. Пат. 2185012 РФ, МКИ H01Q 13/04, Н01Р 5/12. Устройство для ввода высоковольтных импульсов напряжения в ТЕМ-рупорную антенну / К.Ю.Сахаров, О.В.Михеев, А.А.Соколов и др. (РФ). - 2001111370/09; Заявлено 26.04.2001; Опубл. 10.07.2002. Бюл. 19. Приоритет 26.04.2001.

5. Евтихеев Н.Н., Сахаров К.Ю., Соколов А.А., Алешко А.И., Засовин Э.А., Черепанов А.К. Биконическая антенна как базовая структура для излучения испытательных и эталонных сверхкоротких электромагнитных импульсов в нестационарных задачах ЭМС // Технологии электромагнитной совместимости. - 2006. - №4. - С.3-9.

6. Пат. 2013780 РФ, МКИ G01R 29/08. Устройство для измерения параметров электромагнитного импульса / К.Ю.Сахаров, Я.Г.Свекис, А.А.Соколов (РФ). - 4932308/09; Заявлено 29.04.91; Опубл. 30.05.94. Бюл.10. Приоритет 29.04.91.

Устройство для излучения электромагнитных импульсов, содержащее две или более плоские биконические антенны, расположенные в одной плоскости, и устройство для ввода импульсов напряжения, отличающееся тем, что расстояние между вершинами конусов равно высоте конусов.