Генератор электромагнитных импульсов

Генератор электромагнитных импульсов

Реферат

Изобретение относится к технике генерации мощных электромагнитных импульсов и может быть использовано в импульсной радиолокации и при испытаниях технических средств на воздействие мощных импульсных электромагнитных полей.

Известен генератор электромагнитных импульсов (ЭМИ) [1], содержащий импульсный лазер, плоский фотокатод и параллельный ему сетчатый анод, подключенные к источнику напряжения.

Этот генератор работает следующим образом. К промежутку между фотокатодом и анодом прикладывается напряжение. Импульсный лазер продуцирует импульс света, который направляется на некоторую мишень для создания вблизи ее поверхности слоя лазерной плазмы, конвертирующей импульс света в импульс рентгеновского излучения. Если предварительно ориентировать фотокатод и анод так, чтобы рентгеновское излучение освещало бы фотокатод под некоторым углом ϕ<90°, то по поверхности фотокатода побежит волна электронной эмиссии со скоростью ν, большей скорости света с (ν=c/sinϕ>с). Эмитированные электроны, ускоряясь в промежутке «фотокатод-анод», проходят сквозь сетчатый анод и попадают в свободное от внешнего электрического поля эквипотенциальное пространство. Волна инжекции электронов в эквипотенциальное пространство, бегущая вдоль анодной сетки со сверхзвуковой скоростью, является источником сверхширокополосного ЭМИ, причем направленность электромагнитного излучения обеспечивается черенковским характером формирования интерференционной картины излучения.

Учитывая, что лазерная плазма, образованная узким пучком когерентного света, фактически является точечным источником рентгеновского излучения, то угол падения рентгеновских квантов на плоский фотокатод на разных его участках различный, поэтому и направление черенковского излучения по мере прохождения волны инжекции вдоль плоского анода меняется.

Таким образом, главным недостатком известного генератора ЭМИ является широкая диаграмма направленности излучения, что ограничивает его применение, например, в импульсной радиолокации.

Известен также генератор ЭМИ, описанный в [2]. Этот генератор содержит импульсный или импульсно-периодический лазер, фотокатод с отверстием для ввода лазерного излучения и сетчатый параболоидный анод, подключенные к источнику напряжения, и рассеиватель лазерного излучения в виде зеркального параболоида вращения, который установлен внутри анодного параболоида соосно и софокусно ему, причем отверстие в фотокатоде выполнено по оси параболоидов.

Принцип действия известного генератора ЭМИ основан на следующей последовательности процессов: генерация мощного импульса или последовательности импульсов света субнаносекундного диапазона длительности с помощью лазера, преобразование лазерного луча в сферически расходящуюся волну света при отражении лазерного луча от параболоидного зеркала, освещение фотокатода этой сферической волной света с целью инициирования поверхностной волны фотоэмиссии электронов, бегущей по фотокатоду в направлении от его оси со скоростью ν>с, ускорение эмитированных электронов с диодном промежутке «фотокатод-анод» и их последующая инжекция сквозь сетчатый анод внутрь эквипотенциальной полости, охватываемой анодом. Тогда в этой полости возбуждается волна инжекции электронов в задиодное полупространство, бегущая вдоль анодной сетки также со сверхсветовой скоростью, которая является источником ЭМИ. Узкая направленность при излучении ЭМИ здесь обеспечивается как черенковским характером генерации излучения, так и оптическим свойством анодного параболоида вращения, заключающимся в том, что волна, испущенная сферически симметричным источником из его фокуса, отразившись от поверхности параболоида, имеет плоский фронт.

Недостатком этого генератора является малая эмиссия электронов и то, что мощность генератора ЭМИ ограничена эмиссионной способностью фотокатода. Во многих прикладных задачах, ориентированных на получение максимальной мощности ЭМИ, эмиссионной способности фотокатода недостаточно, например, чтобы кроме источника ЭМИ, обусловленного волной инжекции электронов, задействовать в генераторе ЭМИ второй источник сверхсветового электромагнитного излучения, который в свою очередь обусловлен бегущей вдоль сеточного анода волной пространственного заряда виртуального катода, образующегося в задиодном полупространстве внутри эквипотенциальной полости параболоидного анода вблизи его поверхности при высоких плотностях тока инжекции электронов.

Наиболее близким по технической сущности к заявленному генератору является генератор ЭМИ [3] (прототип), содержащий импульсный или импульсно-периодический лазер, фотокатод с отверстием для ввода лазерного излучения и сетчатый параболоидный анод, подключенные к источнику напряжения, и рассеиватель лазерного излучения в виде зеркального параболоида вращения, который установлен внутри анодного параболоида соосно и софокусно ему, причем отверстие в фотокатоде выполнено по оси параболоидов, дополнительно содержит сетчатый параболоидный динод, соосный и софокусный параболоидному аноду, расположенный между фотокатодом и анодом, и второй источник напряжения, подключенный в фотокатоду и диноду.

Недостатком прототипа является очень низкая плотность излучаемой мощности ЭМИ, создаваемой в заданном направлении в дальней зоне излучателя генератора ЭМИ.

Все генераторы ЭМИ, в том числе и прототип, использующие «сверхсветовой» принцип получения электромагнитного излучения характеризуются, как и все активные излучающие устройства, определенной эффективностью преобразования запасенной в них или подводимой к ним в единицу времени энергии в энергию излучения. Среди рассматриваемых генераторов ЭМИ, в основе которых лежат пространственные фотодиодные структуры со сверхсветовой инициацией фотокатода, наиболее выделяются две с разной пространственной симметрией формирующих излучение электродов: плоской (переноса) и параболоидной аксиальной. Как показано в [4], плоская структура имеет большую эффективность преобразования Эф запасенной энергии в энергию излучения, продуцируемую в задиодном пространстве на поверхности анода, которая для этих двух упомянутых структур составляет: для плоской - , для параболоидной - . Вместе с тем, приведенные данные больше отражают удельные характеристики преобразования, относящиеся к мощности излучения снимаемой с единицы поверхности, чем интегральные, относящиеся к суммарной мощности генератора ЭМИ. Важно отметить, что площадь, с которой снимается интегральная мощность излучения в случае параболоидной геометрии, значительно превосходит таковую в случае плоской. Это объясняется тем, что вопрос синхронизации парциальных источников излучения в параболоиде решается автоматически вплоть до выходной апертуры генератора при размещении лазерного облучателя в фокусе параболоида, в то время как на плоскости этот вопрос решается только за счет ограничения размеров излучающей ее части. Компенсировать этот недостаток плоских структур пытаются, используя для генерации ЭМИ внутреннее пространство фотодиода с высокой эффективностью преобразования запасенной энергии, достигающей 43% [4], и формируя из фотодиодов решетку, укладывая отдельные электрически короткие плоские фотодиоды в стопку. Однако это не может привести к желаемому результату, т.к. из условия синхронизации всех парциальных источников излучения в раскрыве фотодиодной стопки размер апертуры не должен превышать ~ 3 λ_хар, при этом

,

где λ_хар - характерная длина волны излучения ЭМИ;

Т_хар - характерное время разрядки фотокатода;

h - межэлектродное расстояние фотокатод-анод;

е, m_e - заряд и масса электрона соответственно;

ϕ₀ - разность потенциалов между фотокатодом и анодом;

с - скорость света в свободном пространстве;

l_обр - длина образующей параболоида в излучающей структуре.

В противном случае требуется уширение исходного пучка лазерного излучения, инициирующего разряд фотодиодов, и, как следствие, падение его интенсивности и, соответственно, интенсивности выходного ЭМИ.

Кроме эффективности преобразования энергии источников питания в энергию излучения первичных элементарных излучателей на оценку генераторов ЭМИ влияют и другие их макропараметры. В частности, чтобы обобщить основные параметры генераторов ЭМИ, предназначенных, например, для решения задач радиолокации, т.е. обязанных обладать способностью максимально концентрировать излучаемую энергию в заданном направлении, введем понятие обобщенной эффективности , учитывающей также антенные свойства излучателей рассматриваемых генераторов ЭМИ. В связи с этим величину можно представить в виде произведения «энергетической» эффективности и известных из антенной практики величин

где Эф_U - эффективность преобразования запасенной энергии;

η_изл - коэффициент полезного действия излучателя;

D_изл - коэффициент направленного действия излучателя.

Оценим обобщенную эффективность генераторов ЭМИ рассматриваемых пространственных структур с апертурными излучателями.

В случае плоских структур в пренебрежении активными потерями в фотодиодах, уложенных в стопку, коэффициент полезного действия излучателя будем определять через коэффициент отражения Г от выходного раскрыва фотодиода электромагнитного излучения, сформированного внутри фотодиода сверхсветовой инициацией его фотокатода, так что

где Р_изл - мощность, излученная во внешнее пространство;

Р_пот - мощность потерь в излучателе.

Коэффициент отражения Г с учетом электромагнитного процесса, распространяющегося в узком следе лазерного луча в «полосковом» пространстве фотодиода, можно оценочно представить так, как это делается для длинных линий

,

где - импеданс нагрузки линии;

W_л - волновое сопротивление линии;

W_св - волновое сопротивление свободного пространства (условно имеющее место в сечении выходной апертуры линии).

Задаваясь приемлемым для рассматриваемого случая волновым сопротивлением линии и принимая во внимание значение W_св=377 Ом, получим нестрогую оценку коэффициента отражения . После чего из (2) следует, что коэффициент полезного действия плоских излучателей в пакете составляет не более .

Переходя к оценке коэффициента направленного действия плоских излучателей, собранных в пакет, заметим, что расстояние между плоскими электродами каждого фотодиода h_пл<<λ_хар. Тогда при узком луче лазерного возбуждения можно считать, что выходная апертура пакета плоских фотодиодов представляет собой линейку элементарных излучателей. Как известно [5], безотносительно к типу элементарного излучателя (электрический или магнитный диполи или элементарная щель) их нормированная к единице диаграмма направленности по мощности Ψ(θ) представляет простую зависимость угла θ, отсчитываемого от оси элементарного излучателя,

с максимумом, равным единице при θ=π/2, и шириной диаграммы направленности по уровню 0,5, также равной 2⋅θ_0,5=π/2. В итоге коэффициент направленного действия излучателя в отношении максимума диаграммы направленности, вычисляемый по формуле [6]

для элементарного излучателя с учетом (3) равен . В то же время для равномерной линейной решетки излучателей величина коэффициента ее направленного действия D_реш в зависимости от числа излучателей N и расстояния между соседними излучателями d_реш при равенстве токов в излучателях по амплитуде и фазе определяется из выражения [7]

,

где k=2π/λ_хар - волновое число.

Как видно из графиков зависимости, D_реш=f(d_реш/λ_хар) [7, рис. 5-9], при различном N наибольшее значение D_реш для фиксированного N достигается на всех графиках при d_реш/λ_xap=0,8-0,9. В отношении числа излучателей оптимальным является N=6, поскольку дальнейшее увеличение их числа приводит к пропорциональному (в сравнении со слабым ростом D_реш) снижению интенсивности лазерного возбуждения и соответственно ЭМИ каждого излучателя. Т.е. дальнейшее наращивание числа парциональных излучателей в «линейке» вклада в эффективность излучателя в целом не дает.

Таким образом, коэффициент направленного действия оптимального излучателя в генераторе ЭМИ с плоской структурой фотодиодов равен

,

а обобщенная эффективность такого генератора ЭМИ оценивается из (1) величиной

.

В случае параболоидной структуры генератора ЭМИ коэффициент полезного действия его излучателя можно приближенного определить из соотношения площадей главного и первого бокового лепестков диаграммы направленности излучателя, имеющего круглый излучающий раскрыв диаметром d_раск [8]. При идеальных условиях возбуждения излучателя, соответствующих равномерному распределению напряженности поля по раскрыву (с учетом безусловной коллинеарности векторов поля по раскрыву), приведенная площадь главного лепестка S_гл диаграммы направленности по мощности с максимумом, нормированным к единице, как следует из [8], примерно равна

.

Предельная приведенная площадь первого бокового лепестка с учетом того, что его приведенный максимум равен -17,6 дБ [8], оценивается как

,

где - приведенный максимум первого бокового лепестка;

- ширина главного лепестка по нулям;

- ширина между крайними нулями первых боковых лепестков;

причем находится из соотношения [8]

.

В итоге численное значение

.

После чего коэффициент полезного действия параболоидного излучателя выражается следующим образом:

.

Для отыскания коэффициента направленного действия параболоидного излучателя необходимо оценить интеграл, стоящий в знаменателе выражения (4), применительно к круглому раскрыву с равномерным распределением поля по его площади. Как видно из [8], при синфазном возбуждении круглого раскрыва параболоида с равномерным распределением поля его диаграмма направленности по мощности определяется через функцию q(α)

,

где α=π⋅(d_раск/λ_хар)⋅sinθ;

2 - множитель, нормирующий диаграмму направленности к единице;

J₁(α) - функция Бесселя первого рода первого порядка.

При подстановке выражения для в (4) интеграл в знаменателе с учетом того, что λ_xap/(π⋅λ_раск)<<1, и оценочного характера вычислений преобразуется к виду

,

где α₁=3,8 - соответствует первому нулю уравнения J₁(α)=0, и тогда коэффициент направленного действия для генератора ЭМИ с идеализированной параболоидной системой излучения следует из простого соотношения

.

Таким образом, обобщенная эффективность генератора ЭМИ с параболоидной структурой построения в соответствии с (1) оценивается величиной

.

Сравнение обобщенных эффективностей генераторов ЭМИ, отвечающих двум современным подходам к их построению, показывает, что

,

при обеспечении равномерности и синфазности поля ЭМИ по поверхности выходного сечения раскрыва излучателя параболоидная структура в задачах радиолокации оказывается почти на четыре порядка эффективнее плоской.

Однако прототип плохо использует преимущества параболоидной структуры.

Как видно из предыдущего анализа, на обобщенной эффективности наиболее сильно сказывается поляризационная характеристика выходного раскрыва генератора ЭМИ, а значит, и элементарных излучателей, возникающих на поверхности параболоидного фотодиода. В [4] отмечено, что складывающаяся в раскрыве прототипа интерференционная картина приводит к отсутствию излучения по его оси, что больше соответствует рассеянному излучению источника. Действительно, как следует из [9], в дальней зоне источника в некоторой точке М вектора напряженности электрического и магнитного полей определяются соотношениями

,

,

где векторы и находятся из следующих интегральных выражений

где R - расстояние от начала координат расположенного в плоскости раскрыва источника до точки М;

- орт радиус-вектора ;

k - волновое число;

S - площадь поверхности раскрыва;

- векторы напряженностей электрического и магнитного полей в точках, расположенных на поверхности раскрыва;

- вектор нормали к элементу поверхности S раскрыва;

ρ - расстояние между началом координат и элементом на поверхности раскрыва;

θ - угол между радиус-векторами и .

При аксиальной симметрии источника излучения, которая определяется взаимно противоположенной поляризационной характеристикой парциальных источников в сходственных точках раскрыва (p, ϕ) и (ρ,ϕ+π) и наблюдается у прототипа, векторы и устремляются к нулю, а следовательно, близки к нулю и напряженности и .

Таким образом, плотность излучаемой мощности ЭМИ, определяемой вектором Пойнтинга , создаваемой в заданном направлении, например в направлении точки М, в дальней зоне излучения прототипа генератора ЭМИ является очень низкой.

Приближенно можно считать, что вся мощность прототипа уходит в полупространство, равное 2π стерадиан, и коэффициент направленного действия прототипа полагать равным - .

Технический результат заключается в увеличении плотности излучаемой мощности ЭМИ, создаваемой в заданном направлении в дальней зоне излучателя генератора ЭМИ.

Технический результат достигается тем, что генератор электромагнитных импульсов, содержащий импульсный лазер, фотокатод с отверстием для ввода лазерного излучения, сетчатый параболоидный анод, сетчатый параболоидный динод, соосный и софокусный параболоидному аноду и расположенный между фотокатодом и анодом, фотокатод и анод подключены к источнику анодного напряжения, а фотокатод и динод подключены к источнику динодного напряжения, и рассеиватель лазерного излучения выполнен в виде зеркального параболоидного рассеивателя лазерного излучения, который установлен внутри параболоидного анода соосно и софокусно ему, причем отверстие в фотокатоде выполнено по оси параболоидов, дополнительно содержит запирающий параболоидный электрод, соосный и софокусный параболоидному аноду, запирающий параболоидный электрод выполнен в виде системы расходящихся идентичных металлических проводов, расположенных внутри параболоидного анода и на одном конце, примыкающем к оси параболоидов, металлические провода электрически соединены между собой, а на другом конце каждый металлический провод электрически присоединен к соответствующей согласованной нагрузке, замкнутой на параболоидный анод, а анод и запирающий электрод посредством коаксиальной линии, проходящей через отверстие в фотокатоде, подключены через разделительный конденсатор к источнику импульсного напряжения, синхронизованного с лазером, и направляющий плоский электрод, расположенный в эквипотенциальном пространстве запирающего параболоидного электрода и разделяющий это пространство, на два электромагнитно зеркальных полупространства, причем ось симметрии направляющего плоского электрода совпадает с осью параболоидов, направляющий плоский электрод электрически соединен с запирающим параболоидным электродом со стороны вершины параболоида, кроме того, в одном из двух электромагнитно зеркальных полупространств в плоскости выходной апертуры генератора установлена фазосдвигающая диэлектрическая вставка, заполняющая собой половину плоскости выходной апертуры генератора, ограниченной параболоидным анодом и направляющим плоским электродом, и замедляющая поток импульсного электромагнитного излучения, сформированный в этом полупространстве генератора, по отношению к потоку импульсного электромагнитного излучения, сформированному во втором зеркальном первому полупространстве генератора, на время, обеспечивающее соответствующий фазовый сдвиг между этими зеркальными поляризационно противоположными потоками импульсного электромагнитного излучения, необходимый для формирования выходных электромагнитных импульсов.

На фиг. 1 изображена схема конструктивного выполнения предлагаемого генератора ЭМИ. На фиг. 1 приняты следующие обозначения:

1 - импульсный лазер;

2 - фотокатод с отверстием;

3 - зеркальный параболоидный рассеиватель лазерного излучения;

4 - сетчатый параболоидный динод;

5 - источник динодного напряжения для электропитания динода;

6 - сетчатый параболоидный анод;

7 - источник анодного напряжения для электропитания анода;

8 - запирающий параболоидный электрод;

9 - металлические провода, образующие запирающий параболоидный электрод;

10 - согласованные нагрузки;

11 - разделительный конденсатор;

12 - коаксиальная линия;

13 - источник импульсного напряжения для электропитания запирающего электрода;

14 - направляющий плоский электрод;

15 - фазосдвигающая диэлектрическая вставка, стрелками показан ход лазерного излучения.

На фиг. 2 представлены системы координат параболоида вращения, принятые по тексту при выполнении количественной оценки эффекта предлагаемого технического решения.

Генератор ЭМИ содержит импульсный лазер 1, работающий в коротковолновой части видимого или ультрафиолетового спектра, фотокатод 2 с отверстием для ввода лазерного излучения и импульсного электропитания, изготовленный из материала с максимальным квантовым выходом, соответствующим спектральной линии излучения лазера 1, зеркальный параболоидный рассеиватель 3 лазерного излучения, изготовленный из материала с высокой отражающей способностью по отношению к излучению лазера 1, сетчатый параболоидный динод 4, изготовленный из электропроводящего материала с диэлектрическим покрытием, обладающим высоким коэффициентом вторичной электронной эмиссии, источник 5 динодного напряжения для электропитания динода 4, подключенный к фотокатоду 2 и сетчатому параболоидному диноду 4, сетчатый параболоидный анод 6, изготовленный из электропроводящего материала с пониженным динатронным эффектом, источник 7 анодного напряжения для электропитания анода 6, подключенный к фотокатоду 2 и сетчатому параболоидному аноду 6, причем сетчатый параболоидный динод 4 расположен между фотокатодом 2 и сетчатым параболоидным анодом 6 соосно и софокусно сетчатому параболоидному аноду 6, запирающий параболоидный электрод 8, соосный и софокусный параболоидному аноду 6, выполненный в виде системы расходящихся идентичных металлических проводов 9, расположенных над параболоидным анодом 6, и на одном конце, примыкающем к оси параболоидов, металлические провода 9 электрически соединены между собой, а на другом конце каждый металлический провод 9 электрически присоединен к соответствующей согласованной нагрузке 10, замкнутой на параболоидный анод 6 и обеспечивающей режим бегущей волны в линиях, образованных параболоидным анодом 6 и металлическими проводами 9, анод 6 и запирающий электрод 8 посредством коаксиальной линии 12, проходящей через отверстие в фотокатоде 2, подключены через разделительный конденсатор 11 к источнику 13 импульсного напряжения, синхронизованному с лазером 1, и направляющий плоский электрод 14, расположенный в эквипотенциальном пространстве запирающего электрода 8 и разделяющий это пространство, не затеняя параболоидного рассеивателя 3 лазерного излучения, на два электромагнитно зеркальных полупространства, причем ось симметрии направляющего плоского электрода 14 совпадает с осью параболоидов, направляющий плоский электрод 14 электрически соединен с запирающим параболоидным электродом 8 со стороны вершины параболоида, кроме того, в одном из двух электромагнитно зеркальных полупространств в плоскости выходной апертуры параболоидов установлена фазосдвигающая диэлектрическая вставка 15, заполняющая собой половину плоскости выходной апертуры генератора, ограниченной параболоидным анодом 6 и направляющим плоским электродом 14, которая может быть выполнена, например, из слабо отражающего ЭМИ диэлектрического материала с низкой диэлектрической проницаемостью, зеркальный параболоидный рассеиватель 3 лазерного излучения установлен внутри параболоидного анода 6 соосно и софокусно ему, отверстие в фотокатоде 2 выполнено по оси параболоидов зеркала 3, динода 4, анода 6 и запирающего электрода 8.

Генератор ЭМИ работает следующим образом.

К промежуткам «фотокатод-динод» и «фотокатод-анод» от источников напряжения 5 и 7 соответственно прикладываются постоянные или импульсные напряжения положительной полярности относительно фотокатода 2, причем анодное напряжение источника 7 выше динодного напряжения источника 5. На электрические линии, образованные поверхностью сетчатого параболоидного анода 6 и металлическими проводами 9 запирающего параболоидного электрода 8, от источника 13 через разделительный конденсатор 11 посредством коаксиальной линии 12 синхронно с инициацией импульсного лазера 1 подается импульсное напряжение наносекундного диапазона отрицательной полярности. Лазером 1 генерируется импульс или последовательность импульсов света субнаносекундного диапазона длительности. Лазерный луч, пройдя сквозь отверстие в фотокатоде 2 и прозрачные сетчатые параболоидный динод 4, анод 6 и запирающий электрод 8, попадает на зеркальный параболоидный рассеиватель 3, где при отражении от его поверхности преобразуется в сферически расходящуюся волну света. Сферически симметрично расширяясь, волна света достигает поверхности фотокатода 2, при этом точки касания волнового фронта по мере набегания сферической волны на фотокатод 2 движутся по направлению от оси фотокатода 2 вдоль его образующей, причем угол падения света на поверхность фотокатода отличен от 90°. В результат такого процесса освещения фотокатода 2 инициируется поверхностная волна фотоэмиссии электронов, бегущая вдоль поверхности фотокатода 2 в направлении от его оси со скоростью ν>с. Эмитированные электроны ускоряются в промежутке «фотокатод-динод» и, двигаясь по силовым линиям электрического поля, налетают на сетчатый динод 4, взаимодействуют с материалом его поверхности и выбивают из нее вторичные электроны с коэффициентом размножения первичных электронов много больше единицы. Вторичные электроны, концентрируясь вблизи сетчатого динода 4, захватываются электрическим полем промежутка «динод-анод», ускоряются в этом промежутке до субрелятивистских скоростей, проходят сквозь сетчатый анод 6 и инжектируются в промежуток «анод-запирающий электрод». В результате в этом промежутке вблизи поверхности сетчатого анода 6 возбуждается волна инжекции электронов в полупространство, бегущая вдоль анодной сетки от оси сетчатого параболоидного анода 6 к его периферии, так же как и волна фотоэмиссии, со сверхсветовой скоростью. Эта волна в соответствии с эффектом Черенкова сбрасывает часть своей энергии в окружающее пространство посредством излучения, генерируя инжекционную компоненту «сверхсветового» ЭМИ. За фронтом инжекции следует основная масса эмитированных из динода 4 электронов, которые тормозятся в поле запирающего электрода 8 до полной остановки, образуя на некотором расстоянии от поверхности анода 6 отрицательный зарядовый слой. Этот зарядовый слой в момент своего образования и при последующих флуктуациях, находясь над поверхностью положительно заряженного анода 6, излучает, как дипольная система зарядов, в основном вдоль поверхности анода 6. Усиленное благодаря отрицательному потенциалу запирающего электрода 8 торможение электронов в промежутке «анод-запирающий электрод» увеличивает интенсивность дипольной «сверхсветовой» компоненты ЭМИ. Накладываясь друг на друга, распределенные по поверхности сетчатого параболоидного анода 6 парциальные источники компонент «сверхсветового» ЭМИ, обусловленные указанными механизмами, интерферируют между собой, формируя в плоскости выходной апертуры параболоидов суммарный аксиально симметричный «сверхсветовой» ЭМИ с неравномерным распределением интенсивности по радиусу пятна излучения и областью тени на оси параболоидов. Одновременно с этим при торможении движущихся от поверхности анода 6 электронов, инжектированных в межэлектродный промежуток «анод-запирающий электрод», возникает прямое тормозное излучение, не связанное со сверхсветовым эффектом. Благодаря присутствию в тормозном поле запирающего электрода 8, запитываемого через коаксиальную линию 12 и разделительный конденсатор 11 от импульсного источника 13, магнитной составляющей, обусловленной нагружением металлических проводов 9 на согласованные нагрузки 10, поперечной направлению движения инжектированных электронов, диаграмма направленности тормозного излучения соответствует в основном диаграмме доминирующей узконаправленной синхротронной его части и при субрелятивистских скоростях электронов имеет ярко выраженный максимум в направлении их скорости. В связи с этим величина «тормозного» ЭМИ и ширина его диаграммы направленности зависит от величины импульсного напряжения, прикладываемого к промежутку «анод-запирающий электрод», и от величины этого промежутка. Результирующее «тормозное» ЭМИ, так же как и «сверхсветовое» ЭМИ, в пятне излучения парциальных источников имеет строгую аксиальную симметрию, однако в отличие от «сверхсветового» ЭМИ оно распределено по площади пятна более равномерно с преимущественной плотностью излучения в приосевой области параболоидов. Формируемый щелями, образованными системой металлических проводов 9, и заполняющий эквипотенциальное пространство запирающего электрода 8 суперпозиционный аксиально симметричный поток излучения «сверхсветового» и «тормозного» ЭМИ направляющим плоским электродом 14 разделяется на две электромагнитно зеркальные части. При этом в плоскости выходной апертуры параболоидов прямым - с поверхности анода 6 - и отраженным от плоского электрода 14 излучением парциальных источников продуцируется суперпозиционная продольная компонента излучения, параллельная оси параболоидов, с противоположенной поляризацией по обе стороны направляющего плоского электрода 14 и отвечающая за формирование излучения в дальней зоне генератора ЭМИ. Для снижения возможных возмущений суперпозиционного продольного поля излучения формируемого ЭМИ запирающий электрод 8 своим импульсным электромагнитным полем препятствует попаданию инжектированных электронов в эквипотенциальное пространство. В плоскости выходной апертуры параболоидов с помощью фазосдвигающей диэлектрической вставки 15, заполняющей собой половину плоскости выходной апертуры генератора, ограниченной параболоидным анодом 6 и направляющим плоским электродом 14, и замедляющей поток импульсного электромагнитного излучения, сформированный в этом полупространстве генератора, по отношению к потоку импульсного электромагнитного излучения, сформированному во втором, зеркальном первому, полупространстве генератора, на время, обеспечивающее соответствующий фазовый сдвиг между этими зеркальными поляризационно противоположными потоками импульсного электромагнитного излучения, необходимый для формирования выходных электромагнитных импульсов, причем одна из половин потока продольного излучения, направленного вдоль оси параболоидов, выделенная и ограниченная направляющим плоским электродом 14, замедляется по отношению к другой половине потока излучения ЭМИ на время, определяемое толщиной и диэлектрической проницаемостью фазосдвигающей диэлектрической вставки 15 и равное, например, характерной длительности ЭМИ, исключая тем самым в дальней зоне излучения генератора пространственную компенсацию поляризационно противоположных интегральных квазиисточников электромагнитного излучения, расположенных по обе стороны направляющего плоского электрода 14. В итоге предлагаемый генератор ЭМИ излучает вдоль оси параболоидов мощный суперпозиционный ЭМИ в виде двух следующих друг за другом квазиполупериодов излучения противоположенной полярности.

Количественная оценка эффекта предлагаемого технического решения может быть осуществлена следующим образом.

В связи с тем что количественная оценка формирования тока инжекции в заанодном пространстве в предлагаемом генераторе ЭМИ подробно описана в прототипе [3] и не относится к технической сущности данного изобретения, количественную оценку характеристик предлагаемого генератора ЭМИ уместно начать сразу со стадии продуцирования тормозного излучения.

Как известно из теории излучения движущегося заряда [10], диаграмма направленности этого излучения зависит от отношения (5 скорости частицы ν и скорости света с в данной среде. При этом, если заряженная частица не выходит за пределы этой среды, указанное отношение как функция кинетической энергии частицы W_к выглядит следующим образом:

где m₀ - масса покоя заряженной частицы.

Из анализа, проведенного в [10], видно, что в зависимости от величины β и направления ускорения частицы можно выделить три характерных случая, которым соответствует своя особенная модификация диаграммы мощности излучения Р_изл (далее в качестве среды рассматривается вакуум или свободное пространство):

1) β<<1 - заряженная частица ускоряется практически из состояния покоя

где dW(θ,ϕ) - потеря энергии частицы через излучение в направлении (θ,ϕ);

dt' - интервал времени, в