ГЕНЕРАЦИЯ МОЩНОГО МИКРОВОЛНОВОГО ИЗЛУЧЕНИЯ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ РЕЗОНАНСНОЙ РЕЛЯТИВИСТСКОЙ ЛОВ, ЗАПИТЫВАЕМОЙ ОТ КОМПАКТНОГО ИНДУКТИВНОГО НАКОПИТЕЛЯ

April 9, 2012 by admin Комментировать »

Безруков М. Ю., Горбачев К. В., Коровин С. Д.*, Месяц Г. А.*, Нестеров Е. В., Петров В. Ю., Плаксина С. Д., Полевин С. Д.* Рощупкин С. А., Строганов В. А., Сухов М. Ю.*, Черных Е. В., Фортов В. Е.

Институт теплофизики экстремальных состояний Объединенного института высоких температур Российской академии наук (ИТЭС ОИВТРАН) Ижорская 13/19, Москва – 125412, Россия Тел.: +7(095) 4841877; e-mail: nst@ihed.ras.ru

*               Институт сильноточной электроники СО РАН Академический проспект, 4, 634055- Томск, Россия

Аннотация – Приведены описание установки и результаты экспериментов по генерации мощного СВЧ излучения с использованием резонансной релятивистской ЛОВ (3,6 ГГц, ТМ01,) [1], запитываемой от высоковольтного генератора на основе индуктивного накопителя (кабельная линия) и электровзрывного прерывателя. В качестве первичного источника использовался либо емкостной накопитель (ГИТ), либо взрывомагнитный генератор (ВМГ). При напряжении на катоде 700 кВ, токе в диоде 9 кА пиковая мощность СВЧ излучения составила ~ 0,5 ГВт, длительность импульса – около 50 не.

I.  Введение

Разработка и создание универсального генератора высоковольтных сильноточных наносекундных импульсов по схеме с одинарной формирующей линией с твердотельным диэлектриком, запитываемой током либо емкостного накопителя, либо многокаскадного ВМГ с оконечным каскадом в виде динамического трансформатора [2], позволили использовать его для запитки резонансной релятивистской ЛОВ. Необходимое в этом случае внешнее транспортирующее магнитное поле напряженностью ~ 1,5 Тл создавалось с помощью однородного соленоида, который также им- пульсно запитывался (длительность импульса ~150 мкс) либо от ГИТа, либо от ВМГ.

II.  Описание установки

Схема установки представлена на рис.1.

Рис. 1. Схема установки по генерации мощного СВЧ-излучения с использованием резонансной ЛОВ.

Fig. 1. Schematic diagram of high power microwave generator based on resonant BWO

ВМГ (1) использовался для создания высоковольтного импульса на диоде ЛОВ (7), ВМГ (1а) – для питания соленоида (9), создающего магнитное поле, при этом возможно совмещение этих устройств в одном ВМГ, либо использование двух независимых ВМГ с системой синхронизации. И если ВМГ для получения высоковольтных импульсов были нами уже отработаны, то создание ВМГ для получения магнитного поля внутри тонкостенной структуры ЛОВ из нержавеющей стали за короткий промежуток времени (~ 150 мкс) представляло собой отдельную задачу, которая была успешно решена. ГИТы (2,3) использовались в отладочных экспериментах: ГИТ (2) с параметрами – 90 кВ, 1,6 мкФ – служил для запитки распределенного индуктивного накопителя LK~5 мкГн и электрически взрывающегося прерывателя (4); ГИТ

(3)    – 10 кВ, 5 кДж – для создания магнитного поля В~1,5 Тл в объеме ~5 л в течение ~ 150 мкс. Обостряющий разрядник (5) рассчитан на напряжение 500кВ, проходной секционированный изолятор – на напряжение мегавольтного уровня. В качестве генератора СВЧ использовалась резонансная релятивистская ЛОВ [1]. В резонансной релятивистской ЛОВ за счет улучшения продольного распределения ВЧ поля посредством отражения рабочей моды TMoi от концов электродинамической системы и оптимизации взаимодействия электронного пучка как со встречной, так и с попутной волнами, удалось повысить эффективность генерации. Важным достоинством резонансной ЛОВ в сравнении с обычной релятивистской ЛОВ является также меньшая длина пространства взаимодействия (~3 Л), требующая меньших затрат энергии на создание фокусирующего магнитного поля.

Установка также оснащена вакуумной и газовой системами (11), системами вывода излучения (рупорная антенна с диаметром полиэтиленового окна ~350 мм) и измерения (10).

Общий вид установки представлен на фото рис.2.

Рис. 2. Общий вид установки.

Fig. 2. General appearance of installation

III.  Результаты экспериментов

В экспериментах СВЧ излучение измерялось с помощью калиброванного детектора и калориметра. Характерные осциллограммы напряжения и тока диода (U и Idiode), тока через электровзрывной прерыватель (lis) и сигнал с СВЧ детектора представлены на рис.З. При работе от ГИТов и от ВМГ вид осциллограмм идентичен. Напряжение на вакуумном диоде составляло ~ 700 кВ, ток ~ 9 кА, длительность

импульса -50 нс. В экспериментах с ГИТами измеренная мощность излучения составила около 450 МВт. В эксперименте с запиткой от ВМГ мощность СВЧ излучения была даже несколько больше, чем в экспериментах от имитатора. Энергия излучения составила 9 Дж. Была также измерена диаграмма направленности излучения. Максимум излучения соответствует углу 10 градусов.

Рис. 3. Осциллограммы напряжения и тока диода (U и Idiode), тока через ЭВП (lis) и сигнал с СВЧ детектора.

Fig. 3. Waveforms of voltage (U), diode current (Idiod), current through EEOS(ljS) and microwave detector output signal

IV.  Заключение

Таким образом, проведены исследования по генерации мощного СВЧ излучения с использованием резонансной релятивистской ЛОВ, запитываемой от высоковольтного генератора на основе индуктивного накопителя и электровзрывного прерывателя, которые продемонстрировали возможность использования в качестве первичного источника взрывомагнитного генератора, как для формирования высоковольтного импульса, так и для запитки соленоида магнитного поля сопровождения. При напряжении на катоде 700 кВ, токе в диоде 9 кА пиковая мощность СВЧ излучения составила ~ 0,5 ГВт, длительность импульса – около 50 нс.

V.  Список литературы

[1]  Kitsanov S. A., et al., Proc. of the 14th Int. Conf. on High Power Particle Beams, Albuquerque, 2002, pp. 255-258.

[2]  Горбачев К. В. и др. Универсальный компактный генератор высоковольтных сильноточных импульсов, Труды 12 Международной Крымской конференции «СВЧ-техника и телекоммуникационные технологии», Севастополь, Вебер, 2002, С. 482-483.

НРМ GENERATION BY USE OF RESONANT RELATIVISTIC BWO DRIVEN BY COMPACT INDUCTIVE ENERGY STORAGE

Bezrukov M. Yu., Gorbachev К. V., Korovin S. D.*, Mesyats G. A.*, Nesterov E. V., Petrov V. Yu., Plaksina S. D., Polevin S. D.*, Roschupkin S. A., Stroganov V. A., Sukhov M. Yu.*, Chernykh E. V., Fortov V. E.

Institute for High-Energy Densities (IHED) RAS Izhorskaya St. 13/19, Moscow, Russia, 127412,

Tel.:(095)-484-18-77, E-mail: nst@nictiv.ivtan.msk.su

* Institute of High Current Electronics, SD, RUS

4,  Akademichesky Ave., 634055, Tomsk, Russia

Abstract – Installation and experimental results of high- power microwave generation by resonant relativistic BWO (3.6 GHz, TM0i) [1] driven by high-voltage generator based on inductive storage (cable line) and electro-explosive opening switch are described. As a primary source either a capacitive storage (surge current generator) or magnetic cumulative generator (MCG) was used. For cathode voltage of 700 kV and diode current of 9 kA the peak microwave power reached ~ 0.5 GW and pulse duration was about 50 ns.

I.  Introduction

For supply of resonant relativistic BWO we used a universal high-voltage generator of high current nanosecond pulses [2] designed beforehand and connected in a circuit with a single forming line with a solid dielectric, which was driven either by a capacitive storage or a multi-stage MCG including dynamic transformer as a final stage. Required applied leading axial magnetic field with intensity of ~ 1.5 T was created by uniform solenoid with pulsed power supply (~ 150 jlxs pulse length), which also could be delivered either by surge current generator or MCG.

II.  Experimental results

Schematic diagram of installation is given in Fig. 1. MCG (1) was used for high voltage pulse generation on BWO diode while MCG (1a) delivered power to solenoid. They either could be integrated into one MCG or used as separate units combined with synchronizing system. Surge current generators (SCG) were employed for debugging tests: SCG (2) with capacitance of 1.6 jlxF and charging voltage of 90 kV supplied power to both distributed inductive storage of 5 |uH and fuse opening switch

(4)   , while SCG (3) of 10 kV charging voltage and 5 kJ energy capacity – served for magnetic field generation.

A resonant relativistic BWO was used as microwave generator. Important features of resonant relativistic BWO are higher generation efficiency and shorter length of interaction space (~ 3X) in comparison with common BWO. Magnetically insulated coaxial diode with explosive emission graphite cathode served for electron beam generation. Radiation was extracted through horn antenna with a polyethylene window of -35 mm in diameter. Appearance of the installation is given in photo (Fig. 2).

Microwave radiation was registered with a microwave calorimeter and calibrated detector. Characteristic waveforms are given in Fig. 3. Voltage on the vacuum diode was ~ 700 kV, current ~ 9 kA and pulse length of ~ 70 ns. For surge current generators power supply the radiated power was about 450 MW. For MCG power supply the radiated power was even higher. Radiated energy reached 9 J.

III.  Conclusion

Experimental study of powerful microwaves generation by resonant relativistic BWO driven by high voltage generator based on inductive storage and electro-explosive opening switch with MCG as a primary energy source was carried out. For cathode voltage of 700 kV and diode current of 9 kA the peak microwave power ran into ~ 0.5 GW and pulse length – about 50 ns.

Источник: Материалы Международной Крымской конференции «СВЧ-техника и телекоммуникационные технологии»

Оставить комментарий

микросхемы мощности Устройство импульсов питания пример приемника провода витков генератора выходе напряжение напряжения нагрузки радоэлектроника работы сигнал сигнала сигналов управления сопротивление усилитель усилителя усиления устройства схема теория транзистора транзисторов частоты