Генераторы СВЧ перекрывают диапазон частот от 1 до 40 ГГц. Эти приборы предназначены для регулировки, настройки и испытаний радиоэлектронной аппаратуры и других СВЧ-устройств. По типу выходного соединителя они делятся на коаксиальные и волноводные. Частотная граница этих двух групп приборов лежит в диапазоне 7 ...18 ГГц.
Для СВЧ-генераторов характерно сравнительно небольшое перекрытие по частоте и однодиапазонное построение. Поэтому генераторы СВЧ выпускаются сериями однотипных приборов на определенные участки диапазона частот. Так, генератор Г4-90 рассчитан на диапазон частот 16,65 ...25,86 ГГц, а генератор Г4-91 – на диапазон 25,86...37,5 ГГц.
Типовая структура генератора СВЧ проста (рис. 3). Важную роль в обеспечении параметров генератора играют механические узлы. Так, отсчет частоты генератора, как правило, производится по механическому счетчику, связанному с элементом перестройки частоты через линеаризующее устройство. Счетчик повышает разрешающую способность индикации частоты, обеспечивает простой и наглядный отсчет.
С контура задающего генератора мощность СВЧ-сигнала снимается с помощью подвижных устройств связи (емкостных или индуктивных). Однодиапазонность генератора позволяет связать механически съемники мощности с органом перестройки частоты. Введение в эту связь функциональной зависимости, обратной закону изменения мощности генератора от изменения частоты, позволяет достичь постоянства выходной мощности генератора в заданном диапазоне частот. Генераторы СВЧ-диапазона имеют встроенный измеритель мощности. В ряде случаев этот измеритель не подключается постоянно к источнику колебаний СВЧ. Выходной сигнал генератора перед проведением измерений вводится в измеритель мощности, устанавливается требуемой величины и после этого переключается в нагрузку. Задающим генератором в диапазоне СВЧ обычно служит клистрон. На частотах ниже 10 ГГц используется отражательный клистрон с внешним резонатором, на частотах свыше 10 ГГц - с внутренним резонатором. Генераторы на клистронах работают в режиме непрерывной генерации (НГ), амплитудной модуляции, частотной модуляции, импульсной модуляции.
Клистроны используются, например, в генераторах Г4-55 и Г4-56, в генераторах Г4-114 и Г4-115 сигналы, снимаемые с клистронного генератора, усиливаются лампой бегущей волны (ЛБВ).
Кроме клистронов, в качестве задающих генераторов применяют лампы обратной волны (ЛОВ), которые обеспечивают генерацию с электронной (безинерционной) перестройкой частоты колебаний в широких пределах, диоды Ганна и др. Диоды Ганна с внешним коаксиальным резонатором используются в генераторах Г4-112 и Г4-135.
Генераторы импульсов
Генераторы импульсов формируют измерительные сигналы для проверки и настройки различной радиоэлектронной аппаратуры, работающей в импульсном режиме. К такой аппаратуре относятся телевизионные устройства, ЭВМ, аппаратура телеметрии, радиолокации и т.п. Наиболее распространены генераторы импульсов прямоугольной формы. Генераторы импульсов по числу каналов основных импульсов подразделяются на одноканальные и многоканальные.
Одноканальные генераторы имеют на одном или нескольких связанных между собой выходах сигналы, не имеющие раздельной для каждого выхода регулировки параметров импульсов, кроме амплитуды и полярности. Многоканальные генераторы импульсов – генераторы, выдающие на раздельных не связанных между собой выходах синхронные импульсные сигналы, имеющие независимую для каждого выхода установку длительности, амплитуды и полярности.
По диапазону длительностей вырабатываемых импульсов генераторы подразделяются на генераторы микросекундной и наносекундной длительности импульсов. В зависимости от характера последовательности основных импульсов различают генераторы непрерывной последовательности импульсов, генераторы серий импульсов, генераторы кодовых последовательностей импульсов (кодовых пакетов).
Генераторы импульсов делятся на следующие группы:
Генераторы с калиброванной установкой амплитуды импульса.
Генераторы с калиброванной установкой длительности импульса.
Генераторы с калиброванной установкой частоты следования импульсов.
Структурная схема простейшего генератора импульсов одноканального типа изображена на рис. 4. Задающий генератор вырабатывает импульсы с частотой следования, регулируемой плавно, либо дискретно в заданном диапазоне. Импульсы задающего генератора используются для запуска схемы задержки и схемы формирования импульсов. Одновременно задающий генератор выдает импульсы синхронизации с той же частотой следования, выведенные на отдельное гнездо. Таким образом, с помощью элемента задержки можно обеспечить временной сдвиг основного сигнала относительно импульсов синхронизации. Задающий генератор может работать как в автоколебательном, так и в ждущем режиме. В ждущем режиме для запуска генератора необходимы пусковые импульсы, которые формируются устройством внешнего и однократного запуска. В ряде генераторов имеются возможности запуска генератора от последовательности внешних пусковых импульсов и однократного запуска путем подачи пускового импульса, сформированного в специальном устройстве. В режиме однократного запуска пусковой импульс в данной схеме формируется при нажатии кнопки, расположенной на передней панели прибора. Устройство задержки выдает импульсы, задержанные относительно запускающих импульсов, поступающих от задающего генератора. Время задержки регулируется либо плавно, либо дискретно. Схема формирования основных импульсов вырабатывает прямоугольные импульсы требуемой длительности и формы. Схема формирования позволяет устанавливать нужную длительность основных импульсов либо плавно, либо дискретно. В некоторых приборах регулируются длительность фронта и среза. Усилитель мощности предназначен для увеличения амплитуды основных импульсов до необходимого значения, изменения их полярности, а также для согласования схемы формирования основных импульсов с нагрузкой. Усилитель позволяет плавно изменять амплитуду импульсов в несколько раз. Для получения импульсов малой амплитуды служит ступенчатый аттенюатор, ослабляющий сигнал на 40 .. ...100 дБ.
Измеритель амплитуды импульсов предназначен для измерения установленного значения амплитуды выходного сигнала и представляет собой импульсный вольтметр.
Р
еальная
форма импульсов на выходе импульсного
генератора отличается от прямоугольной.
Характерные искажения формы импульсов
показаны на рис. 5. Амплитуду импульса
определяют продлением плоской части
вершины до пересечения с фронтом.
Амплитуда импульсов на выходе генератора
зависит от сопротивления подключенной
к нему нагрузки. Поэтому значение
амплитуды импульсов, обеспечиваемой
генератором, указывается для определенного
сопротивления нагрузки. Длительность
импульса прямоугольной формы τ
определяется на уровне 0,5 от значения
амплитуды. Длительность фронта τ ф
– время, в течение которого напряжение
импульса нарастает от значения 0,1 до
0,9 амплитуды. Длительность среза τ с
– время, в течение которого напряжение
импульса уменьшается от 0,9 до 0,1 от
значения амплитуды. Неравномерность
вершины импульса δ 1
- изменение плоской части вершины
импульса. Оценивается в процентах по
отношению к значению амплитуды. Выбросы
на вершине b 1
и срезе b 2
импульса –
кратковременное отклонение мгновенного
значения импульсного напряжения при
установлении вершины или на участке
среза от линий, определяющих его вершину
и основание. Выбросы импульса оцениваются
в процентах от значения амплитуды. По
длительности генерируемых импульсов
генераторы прямоугольных импульсов
делятся на генераторы микросекундного
и наносекундного диапазонов длительностей.
Первые выдают импульсы длительностью
10 -1
...10 6 мкс,
вторые 1...25000 нc.
Помимо импульсных генераторов, предназначенных для формирования импульсов прямоугольной формы, существуют генераторы сигналов специальной формы, относящиеся к группе Г6. Генераторы этого типа вырабатывают набор сигналов специальной формы, в том числе пилообразной, треугольной, ступенчатой и т. п. Часто эти же генераторы вырабатывают многофазный синусоидальный сигнал. Например, генератор Г6-26 выдает набор синусоидальных сигналов с фазами 0°, 90°, 180°, 270°. В телевизионном генераторе Г6-8 вырабатываются импульсы синусквадратичной формы, с помощью которых оценивается полоса пропускания видеотракта, сигнал ступенчатой формы для оценки нелинейных искажений и др.
Бывает так, что одного СВЧ генератора на рабочем месте не хватает, или же им кто-то пользуется, а проверить например смеситель (усилитель, АЦП…) очень нужно. А ещё стационарные СВЧ генераторы довольно большие и тяжёлые, лично мне часто лень их переносить и освобождать место на рабочем столе. По этим причинам два года назад я сделал свой маленький генератор, первую версию.
Немного об элементной базе
Генератор построен на микросхеме HMC833 (или HMC830), ФАПЧ со встроенным ГУН и микросхеме HMC625, усилитель с переменным коэффициентом усиления. В качестве опорного генератора можно использовать генераторы ГК155-П или CB3LV с частотой 25…100 МГц. В первой версии генератора для управления HMC833 и HMC625 я решил использовать микросхему FT232RL в режиме bit bang, вдохновившись статьями про этот режим в интернете.Характеристики
- Диапазон частот 25…6000 МГц, если используется микросхема HMC833;- Диапазон частот 25…3000 МГц, если используется микросхема HMC830;
- Регулировка сигнала по мощности, 31.5 дБ, с шагом 0,5 дБ;
- Точность настройки частоты, ~3 Гц;
- Максимальная измеренная мощность сигнала на частоте 1 ГГц – 17 дБм;
- Максимальная измеренная мощность сигнала на частоте 2 ГГц – 16 дБм;
- Максимальная измеренная мощность сигнала на частоте 3 ГГц – 12 дБм;
- Питание и управление от microUSB.
Все остальные характеристики можно узнать в документации на применённые мной микросхемы.
Немного о недостатках первой версии
Схема первой версии была не лишена недостатков:- во первых, как я уже говорил, для управления синтезатором и усилителем по SPI использовалась микросхема FT232RL в режиме bit bang. Из-за этого управление было медленным. Я впервые использовал микросхему FT232RL и не знал о такой особенности.
- во вторых, я использовал комплектующие, которые у меня были в наличии. Из-за этого генератор получился дорогим, а некоторые элементы сложно достать.
Но в целом генератор себя оправдал, часто помогая мне в работе.
Исправление ошибок
Спустя два года я решил избавится от этих недостатков и сделал вторую версию генератора.Микросхему FT232RL я заменил микроконтроллером STM32F103C8T6, вместо дорогого генератора ГК155-П-100 МГц можно установить CB3LV-3I-25M0000 (или другой), ну и по мелочи. Теперь все элементы для генератора можно купить у китайцев на алиэкспресс, что не может не радовать.
Печатную плату я проектировал в Altium Designer, программа для STM32 написана в IAR Embedded Workbench, программа управления для ЭВМ написана с использованием QT, Visual Studio и библиотеки HID API. Поскольку использован класс USB HID, то установка драйверов не требуется.
Собрать этот USB генератор можно самостоятельно, для этого я прикладываю все необходимые файлы. Без ошибок собранный генератор в регулировке и настройке не нуждается, только в прошивке.
Заключение
На данный момент программное обеспечение пока далеко от финального и обладает только базовыми настройками, такими как установка частоты и усиления. В ближайшем будущем я планирую добавить режимы ГКЧ и возможно (если получится) импульсного генератора.Теперь немного картинок со спектроанализатора R&S FSL3 и в самом конце ссылки на исходные файлы. К сожалению спектроанализатор у меня на работе только до 3х ГГЦ:
R&S FSL3
Исходные файлы находятся здесь.
Владельцы патента RU 2321099:
Изобретение относится к импульсной технике больших мощностей и предназначено для генерации СВЧ-колебаний гигаватного уровня мощности. Техническим результатом является повышение к.п.д. СВЧ-генератора, частоты следования импульсов и плотности энергии СВЧ-импульсов за счет фокусировки энергии в заданном объеме. СВЧ-генератор содержит вакуумную камеру-резонатор, в которой расположен анод, подключенный к положительному потенциалу импульсного источника питания, и антенну. Анод выполнен в виде плоского кольца из немагнитного материала с высокой проводимостью. Напротив анода помещен цилиндрический катод, выполненный из тонкого немагнитного материала с низкой проводимостью, под которым помещены витки плоской кольцевой катушки с плотностью укладки витков, обратно пропорциональной радиусу. Витки катушки закрыты экранами-коллекторами электронного пучка, выполненными из тонкого немагнитного материала с невысокой проводимостью. На боковой поверхности вакуумной камеры-резонатора напротив катода помещено выходное окно антенны пирамидального типа. Заземленный катод и кольцевая катушка снабжены механизмом перемещения вдоль оси симметрии СВЧ-генератора и дополнительной внутренней катушкой, запитываемой от отдельного источника питания. 1 з.п. ф-лы, 6 ил.
Изобретение относится к импульсной технике больших мощностей и предназначено для генерации СВЧ-колебаний гигаватного уровня мощности.
Известны схемы генерации СВЧ-мощности на основе приборов с виртуальным катодом (ВК) [Рухадзе А.А., Столбцов С.Д., Тараканов В.П. Виркаторы (обзор). РиЭ. 1992, вып.3, с.385-395], в которых СВЧ-излучение возникает за счет колебаний электронов пучка относительно сетки с положительным потенциалом и колебаний плотности заряда в ВК. Такие генераторы содержат импульсный источник питания, заземленный катод, анод-сетку, вакуумную камеру, одновременно выполняющую роль резонатора, антенну, геометрическая ось которой расположена перпендикулярно оси пучка электронов, так называемые отражательные триоды с ВК. Некоторые схемы виркаторов содержат соленоиды, создающие продольное магнитное поле вдоль движения электронов пучка.
Наиболее близким к предложенному решению является отражательный триод с виртуальным катодом [Рухадзе А.А., Столбцов С.Д., Тараканов В.П. Виркаторы (обзор). РиЭ. 1992, вып.3, с.385-395], в котором энергия СВЧ-колебаний накапливается в резонаторе, образует обратную связь с пучком электронов, усиливая колебания заряда в ВК и тока в пучке электронов. Энергия СВЧ-колебаний с помощью антенны выводится наружу. Длина волны СВЧ-излучения связана с периодом колебаний электронов относительно сетки. Вектор Пойтинга электромагнитной волны перпендикулярен вектору скорости электронов пучка, а электрическая составляющая СВЧ-волны поляризована по вектору скорости электронов в пучке.
Недостатком таких схем генерации является низкий к.п.д. Это связанно с тем, что электронный пучок, стартуя с заземленного катода, ускоряется в промежутке катод-анод (сетка), за сеткой тормозится, образуя ВК. В области ВК вектор скорости электронов изменит знак, они вновь ускоряются к сетке, входят в ускоряющий промежуток анод-катод и т.д. В области ВК образуется область отрицательного заряда, электронное облако (ЭО) с повышенной плотностью заряда по отношению к плотности заряда пучка электронов, образующих ЭО. Потери электронов на сетке, компенсация заряда пучка и ЭО ионами материала сетки вызывают большие потери, и к.п.д. генерации значительно меньше 50% от энергии, расходуемой на создание пучка, так как генератор является однотактным, работающим на вольтамперной характеристике электронного диода. Кроме того, такая схема генерации при больших мощностях не может работать в частотном режиме из-за разрушения анода - сетки.
Основным техническим результатом предложенного изобретения является повышение к.п.д. СВЧ-генератора, частоты следования импульсов, и плотности энергии СВЧ-импульсов (вектора Пойтинга) за счет увеличения плотности энергии в заданном объеме.
Это достигается за счет того, что излучающий контур СВЧ-генератора содержит анод, выполненный в виде плоского кольца из немагнитного материала с высокой проводимостью, под которым помещены витки плоской кольцевой катушки с плотностью укладки витков, обратно пропорциональной радиусу, причем витки катушки как снаружи, так и внутри катода закрыты экранами-коллекторами электронного пучка, выполненными из тонкого немагнитного материала с невысокой проводимостью, а на боковой поверхности вакуумной камеры-резонатора напротив катода помещены выходные окна антенн пирамидального типа. Кроме того, заземленный катод и кольцевая катушка снабжены механизмом перемещения вдоль оси симметрии СВЧ-генератора и дополнительной внутренней катушкой, запитываемой от отдельного источника питания.
Пример конкретного выполнения.
Сущность изобретения поясняется на фиг.1-6. На фиг.1 показано устройство генератора, где: 1 - кольцевой анод; 2 - катод цилиндрического типа, 3, 4 - центры ампервитков относительно оси Х " , проходящей по центру поверхности кольцевого анода; 5, 6 - экраны-коллекторы электронного пучка; 7 - вакуумная камера-резонатор; 8 - диск с отверстиями, сквозь которые пропущены шпильки 9, удерживающие анод 1 и подключенные к защитному экрану 10 изолятора источника питания: емкостной накопитель 11, индуктивность 12, коммутатор 13; 14 - вакуумно-плотная антенна пирамидального типа с оптической осью R, которых по азимуту вакуумной камеры-резонатора 7 может быть несколько; 15, 16 - траектории электронов в ЭО; дополнительно показано R A , внешний радиус анода; R K - радиус эмиссионной кромки "а" катода, 17 - подстроечная катушка.
На фиг.2 приведено распределение магнитных полей, где 18÷18 n±1 - ход силовых линий магнитного поля относительно кромки катода "а"; 19 - центры ампервитков катушек 3, 4; 20 - индуцированный катушками 3, 4 ток в материале анода 1 при их импульсном питании. На фиг.3 показаны траектории движения электронов, где 21 - траектория электрона в скрещенных электрическом Е и магнитном В (E⊥B) полях - циклоида; 22 - линия центра тяжести заряда ЭО, дрейфующего со скоростью V=E/B и образующего ток; а 23 + - его отображение в теле анода. На фиг.4 приведены циклоиды и ларморовая окружность, где 24 - ларморовая окружность с радиусом r е; дополнительно показано Ve max - максимальная скорость электронов на вершинах циклойд V Em =2V; B e - магнитное поле дрейфующих электронов. На фиг.5 приведена кривая 25, относительно которой указан ход силовых линий На фиг.6 приведены эпюры напряжения и токов в СВЧ-генераторе: 26 - импульсное напряжение в анод-катодном промежутке; 27 - изменение заряда межэлектродной емкости анод - ЭО, пунктиром показаны эти же зависимости при холостом ходе, 28 - ток заряда ЭО (ток катода 2); 29 - импульс СВЧ-излучения (продетектированный); 30 - зона модуляции анодного напряжения (заштрихованная часть), 31 - вершина импульса тока в катушках 3, 4 создающего магнитное поле. Дополнительно указана глубина напряжения модуляции ΔU=U 1 -U 2 .
В технике широко применяется дрейф пучка электронов в скрещенных электрическом и магнитном полях (E⊥B), например в магнетронах, где ЭО образуется вокруг катода, находящегося под отрицательным потенциалом, а анод заземлен. При генерации СВЧ-энергии происходит преобразование потенциальной энергии eU электрона у катода за счет взаимодействия с СВЧ-волной анодных резонаторов и движения по раскручивающейся спирали в E⊥B поле в энергию СВЧ-колебаний.
В ионном диоде с внешним магнитным полем [Фурман Э.Г., Степанов А.В., Фурман Н.Ж. Ионный диод. ЖТФ, 2007, №5, с.86-95] электронное облако образуется у радиально расположенной поверхности анода за счет замкнутого дрейфа электронов в E⊥B, образуя катодную поверхность с электронным зарядом, имитирующим катод ионного диода. Магнитное поле у анода имеет, в основном, только радиальную составляющую. В таком ионном диоде можно накапливать плотность заряда в ЭО, не ускоряя ионы, режим холостого хода (XX). Накопленный заряд в ЭО в режиме XX при определенных условиях можно заставить колебаться и получить СВЧ-излучение. Такие условия возникают на спадающей части импульса напряжения, когда требуется выполнение условия "плоского конденсатора" C·U(t)=Q. Но из-за инерционности электронного облака с накопленным зарядом Q в магнитном поле при уменьшении U(t) должна увеличиваться емкость системы С для выполнения условия Q=const, что должно сопровождаться уменьшением расстояния между зарядами на обкладках конденсаторов, а в магнитных полях это вызывает колебания зарядов и СВЧ-излучение.
Принцип работы СВЧ-генератора основан на одновременном выполнении следующих условий. При выполнении условия, что ход силовых линий магнитного поля относительно поверхности анода с учетом всех наведенных вихревых токов при импульсном питании катушек 3, 4, 17 спадает медленнее, чем зависимость 24, например по 18, фиг.5, то при подаче импульса напряжения на анод от источника питания 11, 12, 13 электроны из взрывоэмиссионной плазмы начнут образовывать ЭО, двигаясь по разворачивающейся спирали вдоль поверхности анода. При выполнении другого условия: плотность энергии магнитного поля 
в три раза больше плотности энергии электростатического поля 
, которое связано с тем, что площадь ларморовской окружности электрона с энергией eU=2er е ·Е max , где r e - ларморовый радиус, в три раза меньше площади циклоиды, описываемой этой окружностью, фиг.4, электроны начнут образовывать электронное облако, так как будут "замагничены" магнитным потоком между поверхностями магнитных линий (линий равного магнитного потенциала), например, 18 n-1 ÷18 n+1 , при этом поверхность силовых линий магнитного поля 18 n будет совмещена с линией центра тяжести объемного заряда ЭО (22), фиг.3, вектора средней дрейфовой скорости ЭО по азимуту вдоль поверхности анода (21) и вектора плотности тока циркулирующего облака j e =ρ e ·V, где ρ е - плотность заряда в ЭО. Циклоида разомкнутая кривая, следовательно, результирующий ток I e =S·j e , где S - площадь сечения ЭО по радиусу - виток с током у поверхности хорошо проводящего анода, образует заряд отображения и ток отображения 21 + согласно закону электростатической индукции. Заряд ЭО локализует электростатическое поле анода 1 в области: поверхность анода 1 с плотностью заряда на поверхности G a =E·ε 0 , где ε 0 =8,85·10 -12 Ф/м, а Е стремится к ϕ/d, где ϕ - потенциал анода, d - расстояние между поверхностной плотностью заряда на аноде и центром тяжести поверхностной плотности заряда ЭО, расположенной тоже на поверхности силовых линий 18 n .
Циркулирующий в ЭО ток I создает магнитное поле B e , которое у поверхности анода совпадает с основным В и создает суммарное поле В ∑ =В+В е. Электронное облако с зарядом Q э =G a ·2r e как бы лежит на "магнитной подушке", которая уравновешивает силу Кулона - сила F=Q·Е. Магнитная подушка обеспечивает силу Ампера F=I×В ∑ .
С момента времени t 0 , фиг.6, напряжение катод-анодного промежутка изменяется по закону режима холостого хода, пунктирные кривые. До момента времени t 1 в цепи источника питания протекает только емкостной ток, связанный с накоплением заряда 27 в ЭО. Затрат энергии на ускорение электронов практически нет, так как, родившись в точке "а" на катоде, где ϕ=0, фиг.1, он снова попадает по траекториям 15, 16 на коллекторы 6, 5 имеющие тот же потенциал, что и катод.
До момента времени t 1 в емкости анод - электронное облако накапливается энергия в электростатическом и магнитном полях электронного резонатора (ЭР). Понятие ЭР введено [Фурман Э.Г. СВЧ приборы с виртуальным катодом. - Томск: Изд. ТПУ, 1999. - 52 с.] для объяснения принципа работы симметричного отражательного триода (СОТ) с ВК. В рассматриваемом случае ЭР тороидального типа с емкостью
и индуктивностью
с собственной частотой
где с - скорость света.
Электроны, уходящие в дрейфовое движение с эмиссионных кромок катода 2, совершают много оборотов у поверхности анода с дрейфовой скоростью V=Е/В, углубляясь в сторону анода на расстояние
где ±V 0 - начальная скорость электрона в момент рождения. Считая 
имеем ларморовский радиус
Дрейфовая скорость электронов по радиусу определяется градиентом магнитного поля, кривой изменения индукции 18 и значительно на 10 2 ÷10 3 раз меньше V, так что образование электронного облака и накопление заряда требует времени (длительности фронта), а ЭО достаточно "инерционно".
В момент времени t 1 , близкий к максимуму напряжения U(t), (25) рис.3, имеем "плоский" конденсатор с емкостью (1), в котором должно выполняться условие
где Q Э - накопленный в ЭО заряд. При уменьшении напряжения ϕ=U(t) на некоторую величину ΔU для выполнения условия "плоского конденсатора" (6) при Q Э =const должна увеличиваться емкость С (1) за счет сокращения расстояния d, т.е. ЭО должно приблизиться к аноду на расстояние Δd. Появляются колебания заряда отображения в металле анода (конвекционные токи в резонаторах СВЧ-приборов) и за счет искажения траектории в ЭО, при этом величина заряда в ЭО не изменяется.
Возникают колебания заряда ЭО у поверхности анода на расстоянии Δd˜ΔU/Q Э при среднем расстоянии d, которое уменьшается со временем пропорционально U(t). Колебания заряда ЭО в созданном им же электрическом потенциальном поле и наложенным на него переменным электромагнитным полем стоячей СВЧ-волны камеры резонатора 7, возбуждаемой ЭР, приводит к раскачке СВЧ-колебаний, усилению радиальных конвекционных токов на поверхности анода и в ЭО. Радиальные конвекционные токи в ЭО резко увеличивают радиальный дрейф электронов. Скорость радиального дрейфа становится сравнимой со скоростью E/V, увеличивается потребляемый ЭР ток 28 до величины, определяемой волновым сопротивлением ЭР (нагрузка)
где первый член 
Ом - волновое сопротивление вакуума. Соответственно, появляется мощность СВЧ-излучения, пропорциональная
Мощность СВЧ-излучения, в первую очередь, определяется глубиной модуляции анодного напряжения, которая с уменьшением абсолютного значения анодного напряжения должна возрастать. Длительность формируемого СВЧ-импульса определяется соотношением накопленной энергии в емкости 11 источника питания и излучаемой энергии, т.е. Q C ≈Р·t, естественно с учетом к.п.д. преобразования энергии. По электродинамическим характеристикам это двухтактный генератор, имеющий теоретический к.п.д.→1.
Принцип работы рассмотренного СВЧ-генератора заключается в преобразовании потенциальной энергии (Q·ϕ/2) накапливаемого (восполняемого) заряда через кинетическую энергию его движения в Е⊥В полях в СВЧ-излучение, т.е. это прибор М-типа, как и магнетрон.
Для изменения геометрии ЭР и подстройки частот в камере-резонаторе 7 используется подстроечная катушка 17, фиг.1. Величиной тока в ней можно регулировать ход зависимости индукции от радиуса фиг.5, а следовательно, скорость радиального дрейфа движущихся в E⊥B полях электронов ЭО, т.е. регулировать плотность заряда ЭО и его геометрию за счет значения ларморовых радиусов, фиг.4. Это возможно, так как влияние объемного заряда и вызываемых им полей сравнимо с действующими стационарными.
С помощью выходного окна и пирамидальной антенны 14, выполняющих согласующую роль между волновым сопротивлением ЭР и свободным пространством, излучение СВЧ-мощности выводится в пространство. Учитывая, что излучение ЭР в камере имеет круговую направленность СВЧ-излучения из ЭО и круговую симметрию устройства относительно оси X, выходных окон, а следовательно, антенн может быть несколько, симметрично расположенных на боковых поверхностях резонатора.
Таким образом, поставленная выше цель - повышение к.п.д., мощности, частоты следования импульсов СВЧ-излучения и повышение плотности энергии СВЧ, достигнута. Диапазон максимальных длин волн и минимальных частот легко определить из (3), а мощность СВЧ-излучения из (8) как P˜U 2 /Z. Как любой генератор, он может генерировать СВЧ-излучение в многомодовом режиме с резким понижением общего к.п.д.
1. СВЧ-генератор, содержащий вакуумную камеру-резонатор, в которой расположен анод, подключенный к положительному потенциалу импульсного источника питания, антенну, отличающийся тем, что анод выполнен в виде плоского кольца из немагнитного материала с высокой проводимостью, напротив анода у внутреннего радиуса помещен цилиндрический катод, выполненный из тонкого немагнитного материала с низкой проводимостью, под которым помещены витки плоской кольцевой катушки с плотностью укладки витков, обратно пропорциональной радиусу, причем витки катушки как снаружи, так и внутри катода, закрыты экранами-коллекторами электронного пучка, выполненными из тонкого немагнитного материала с невысокой проводимостью, а на боковой поверхности вакуумной камеры-резонатора напротив катода помещены выходные окна антенн пирамидального типа.
2. СВЧ-генератор по п.1, отличающийся тем, что заземленный катод и кольцевая катушка снабжены механизмом перемещения вдоль оси симметрии СВЧ-генератора и дополнительной внутренней катушкой, запитываемой от отдельного источника питания.
Похожие патенты:
Изобретение относится к СВЧ-технике, а именно к устройствам генерации электромагнитного излучения на основе колебаний виртуального катода (ВК), и может быть использовано при создании генераторов мощного сверхвысокочастотного (СВЧ) излучения.
Изобретение относится к электронике сверхвысоких частот, а именно к устройствам для генерирования широкополосных шумоподобных СВЧ-колебаний среднего уровня мощности и может быть использовано в различных системах радиолокации, радиопротиводействия, системах связи на основе хаотических сигналов, установках промышленного применения, а также в устройствах медицинского назначения.
Генератор электрического тока на потоке плазмы относится к области электротехники и может быть использован для получения и накопления статического электричества, а также получения электрического тока для питания аккумуляторов, систем и агрегатов космических аппаратов, транспортных средств. Генератор содержит корпус (1) в виде полой диэлектрической трубки, внутри которой соосно установлены конфузор (21) и сопло (10) с аксиально-коническим каналом (12), а также основная полая трубка (2), контактирующая с внутренней поверхностью корпуса и образующая основную кольцевую цилиндрическую полость (4), дополнительная полая трубка (5) из диэлектрика, образующая дополнительную кольцевую полость (8). Дополнительная полая трубка выступает за торцевые крышки (20) герметичного корпуса и с одной стороны контактирует с электродом-мишенью (15), защищенным графеновой пленкой (14), а с другой стороны является направляющей для потока заряженных частиц плазмы в конфузор. Основная полая трубка и сопло выполнены из нанопористого проводящего материала, а внутренняя поверхность основной полой трубки, внешняя и внутренняя поверхности дополнительной полой трубки, наружная поверхность сопла и поверхность аксиально-конического канала сопла покрыты графеновой пленкой, кроме того, основная кольцевая полость и дополнительная кольцевая полость заполнены твердым или жидким электролитом. Технический результат - накопление статического заряда за счет преобразования энергии потока заряженных частиц (электронов или катионов) плазмы в энергию электростатического заряда, обеспечение стабильности электрического тока и напряжения для зарядки аккумуляторов электрических систем, а также упрощение конструкции устройства. 5 з.п. ф-лы, 2 ил., 2 табл.Изобретение относится к импульсной технике больших мощностей и предназначено для генерации СВЧ-колебаний гигаватного уровня мощности
Доброе утро дорогие друзья. Эту статью решил посветить всем, кто планирует собрать свч пушку на основе лампы - магнетрон из микроволновки. Несколько дней назад мне в интернете попалась одна статья про свч оружие, и ради интереса решил повторить сборку свч пушки. Как известно, магнетроны имеют высокий к.п.д и могут работать на различных частотах начиная от 0,5 и до 100 ГГц, с мощностями от нескольких Вт до десятков кВт в непрерывном режиме, и от 10 Вт до 5 МВт в импульсном режиме. Правда при длительностях импульсов от долей, до десятков микросекунд.
Магнетрон достал из микроволновой печки с мощностью - 700 ватт. Далее собрал трансформатор для накала, который выдаёт 3,5 вольт 10 ампер и преобразователь высокого напряжения 3000 воль для питания магнетрона. Сxема включения магнетрона достаточно часто встречается в интернете. Диод - высоковольтный, типа кц106, конденсатор на 5 киловольт, его емкость от 1 до 5 микрофарад.
О сборке устройства и намотке трансформаторов говорить не стану, поскольку этой статьей xочу не подогреть интерес к устройству, а предупредить про опасность свч генератора! Волновод (трубка) присоединен к антенне. Магнетрон не излучает узконаправленный поток, и поэтому к волноводу прикрепил цилиндр, чтобы направить поток. Все казалось шло гладко, но это только с первого взгляда...
Итак, после пары дней работ все уже было готово и осталось только включить пушку. Для того чтобы понять, что магнетрон работает, поставил вблизи волновода неоновую трубку, которая должна была засветится. Устройство решил включить на очень короткое время - пару секунд. Сначала подключил только накал, потом кратковременно подал на магнетрон высокое напряжение. Сам в этот момент стоял на 20 см от магнетрона и волновод был направлен в противоположную сторону. Ощущения были самыми жесткими которые когда-либо чувствовал. Глаза как-будто вздулись и вся кровь пошла в голову, давление резко поднялась и я стал чувствовать поднятие температуры тела и сильную головную боль, затем успел сxватится за вилку и выключить питание магнетрона. После опыта 3 дня болели глаза и кожа горела, как будто на ней были ожоги! Так что всех, кто решил попробовать собрать этот генератор СВЧ, xочу предупредить - этого делать не надо! Магнетрон работает на частоте 2,4 гегагерц - это резонансовая частота молекул воды, которая заставляет молекулам двигаться с большой скоростью и вода начинает кипеть. А ведь наше тело почти целиком из воды и при долгом включении магнетрона начнет кипеть поверxность кожи. В итоге сами понимаете какие последствия будут и совсем не важно напревлен волновод на человека или в противоположную сторону. Я человек который собрал его и вот мое мнение - не губите себя ради науки - АКА.
