14.6. Мощные источники СШП-излучения

На исследования и разработку мощных источников СШП-излучения с использованием в качестве излучателей комбинированных антенн были направлены большие усилия [9, 12, 27-31]. Решалось несколько задач, такие как создание высоковольтных генераторов биполярных импульсов напряжения наносекундной длительности (1-4 нс) с высокой частотой повторения (до 100 Гц) и стабильностью амплитуды получение одиночной антенной пиковой мощности излучения реализация многоэлементной с пиковой мощностью излучения гигаваттного уровня.

При создании источников СШП-излучения использовался общий подход, хотя конструктивно они отличались друг от друга. В качестве ключей использовались газовые разрядники. Для примера кратко рассмотрим конструкции и работу СШП-источников на основе одиночной антенны [31] и четырехэлементной решетки [29, 30].

Внешний вид -источника с одиночной антенной [31] приведен на рис. 14.15. Основными компонентами источника являются генератор монополярных импульсов, формирователь биполярных импульсов и антенна. Генератор монополярных импульсов по конструкции близок к описанному ранее генератору [32]. Высоковольтным накопителем энергии генератора является коаксиальная формирующая линия с масляной изоляцией (волновое сопротивление 40 Ом), заряжаемая до импульсным трансформатором Тесла, встроенным

Рис. 14.15. Внешний вид источника импульсов -излучения с одной антенной рансформатор Тесла, 2 - тирнсторпый ключ, 3 - газовый разрядник, 4 - передающая линия с потерями, 5 - формирователь биполярных импульсов, 6 - фидер, 7 - передающая антенна в диэлектрическом контейнере

в нее. На первичную обмотку трансформатора Тесла тиристорным ключом коммутируется накопительная емкость, заряжаемая от трехфазной сети до напряжения примерно 600 В. После срабатывания разрядника на выходе генератора формируется монополярный импульс длительностью не и амплитудой который по передающей линии с волновым сопротивлением 50 Ом поступает на вход формирователя биполярных импульсов. Формирователь биполярных импульсов, построенный по специальной схеме с использованием трех коаксиальных линий и двух газовых разрядников, преобразует монополярный импульс в биполярный с длительностью -1 не и амплитудой -120 кВ (рис. 14 16,а), который по коаксиальному фидеру с волновым сопротивлением 50 Ом поступает на вход антенны. Использовалась антенна, приведенная на рис 14 5,в.

Рис. 14.16. Осциллограммы: а - импульсов напряжения на входе антенны; электромагнитного излучения

Для повышения электрической прочности и использования источника в различных погодных условиях антенна помещалась в диэлектрический контейнер из полиэтилена, при этом воздух в контейнере замещался продувкой на при небольшом избыточном давлении. Контейнер не оказывал влияния на характеристики излучения. Форма излученного импульса приведена на рис. 14.16,б. Пиковая мощность излучения составила -170 МВт при частоте повторения импульсов 100 Гц и непрерывной работе 1 час. Ограничение рабочего времени связано с эрозией электродов разрядников. Напряженност поля в главном направлении измеренная на расстоянии составила Измеренная величина была близка к оцененной из соотношения

где антенны Эффективное напряжение используемое [33] для сравнительной оценки СШП-источников, составило

Схема источника СШП-импульсов на основе четырехэлементной решетки [29, 30] приведена на рис 14.17. Генератор биполярных импульсов состоит из четырех коаксиальных линий четырех разрядников и модулятора, собранного на тиратроне Линии соответственно, лавсановой и полиэтиленовой изоляциями являются промежуточными накопителями

Рис. 14.17. Схема источника импульсов СШП-излучения с антенной решеткой: ПА - передающие антенны, коаксиальные линии, разрядники, -трансформатор Тесла, индуктивность, напряжения. и 2 - первичная и вторичная обмотки трансформатора Тесла, 3 - магнитопровод, 4 - четырехканальнын делитель мощности, 5 - диэлектрические контейнеры энергии, линия, формирующая биполярные импульсы, передающая линия. Волновое сопротивление линий составляет 12,5 Ом, а . Электрическая длина линий равна 3.0, 2,5, 1,5, 4 нс. соответственно. Разрядники работают в режиме обострения фронта импульса, а радиальный разрядник как срезающий. Внутри линии встроен трансформатор Тесла.

При подаче пускового импульса срабатывает тиратрон коммутируя на первичную обмотку трансформатора Тесла-накопительную емкость, заряженную до напряжения На вторичной обмотке напряжение нарастает до значения заряжая линию за При срабатывании разрядника линия заряжает промежуточный накопитель — линию за время -8 не до напряжения При срабатывании использование промежуточного накопителя позволяет сократить время зарядки формирователя биполярных импульсов - линии до не. При одновременном срабатывании разрядников и в передающей линии распространяется биполярный импульс с амплитудой, меньшей в два раза амплитуды мопополярпого зарядного импульса, и длительностью, примерно равной времени двойного пробега волны между разрядниками.

С выхода генератора биполярные импульсы напряжения амплитудой длительностью не и частотой повторения до 100 Гц подавались на четырехканальный делитель мощности, а затем по коаксиальным фидерам с волновым сопротивлением 50 Ом поступали одновременно на входы антенн квадратной решетки. Использовались антенны, представленные на рис. 14.5,а. Антенны помещались в диэлектрические контейнеры из органического стекла, наполненные до 0,6 атм избыточной. Ширина в горизонтальной и вертикальной плоскостях уменьшилась более чем в два раза и составила . Энергетическая эффективность и эффективность по пиковой мощности решетки уменьшились по сравнению с одиночной антенной. Пиковая мощность излучения составила а эффективный потенциал Генератор мог работать непрерывно в течение 20 мин с последующим перерывом 1,5 часа. Ограничение рабочего времени связано с нагревом изоляторов линий