д.ф.-м.н. И.В. Романченко, П.В. Припутнев, к.ф.-м.н. В.Ю. Конев, С.Н. Мальцев
В результате численного и экспериментального исследования предложен способ генерации мощных СВЧ импульсов на основе нелинейной передающей линии с ферритом без использования соленоида. Центральный проводник коаксиальной линии представляет собой гофрированную структуру (рис. 1).
Рис. 1. Изображение нелинейной коаксиальной линии: 1 – внешний проводник, 2 – внутренний проводник, 3 – масляная изоляция, 4 – ферриты, 5 – постоянные кольцевые магниты.
Аксиально намагниченные постоянные кольцевые магниты располагают внутри участка с увеличенным диаметром центрального проводника. Ферритовые кольца помещают на отрезке внутреннего проводника с меньшим диаметром. В такой конфигурации магнитное поле, насыщающее феррит в продольном направлении, создается в основном только в небольшом объеме, занимаемом ферритом. Дисперсионные свойства передающей линии оптимизируются таким образом, чтобы обеспечить эффективную генерацию на заданной частоте за счет возбуждения затухающей гиромагнитной прецессии в феррите.
Экспериментально реализован макет с генерацией СВЧ колебаний на частоте 1.3 ГГц в линии с периодически расположенными ферритами и магнитами с импедансом 40 Ом. При этом мощность СВЧ колебаний оказалось выше, чем в линии с однородным заполнением таким же количеством ферритовых колец (рис. 2, а). Экспериментально реализован макет с генерацией СВЧ колебаний на частоте 2.5 ГГц в линии с импедансом 18 Ом (рис. 2, б). В этой конфигурации получен СВЧ импульс длительностью около 7 нс. Впервые получен СВЧ импульс в линии с ферритом с таким низким импедансом и повышенной длительностью на частоте свыше 2 ГГц. Численное 3D-моделирование выполнено с помощью электромагнитного нестационарного кода KARAT. Масса постоянных магнитов не превышала 1 кг. Полученные результаты открывают возможности для создания компактных источников СВЧ импульсов гигаваттного уровня мощности.
а)
б)
Рис. 2. Расчетные и экспериментальные осциллограммы генерации СВЧ импульсов в линии с импедансом 40 Ом на частоте 1.3 ГГц (а), в линии с импедансом 18 Ом на частоте 2.5 ГГц (б).
Публикации
- И.В. Романченко, В.Ю. Конев, П.В. Припутнев, “Способ генерации мощных импульсов свч-излучения наносекундной длительности” // Патент Российской Федерации на изобретение № 2753420 , дата регистрации: 16.08.2021.
- P.V. Priputnev, I.V. Romanchenko, S.N. Maltsev, V.Yu. Konev, V.P. Tarakanov. RF Pulse Generation in a Gyromagnetic Nonlinear Transmission Line With Periodically Placed Ferrites and Permanent Magnets. // IEEE Microwave and Wireless Components Letters. – 2022. – V. 32- № 5. - P.471-474. https://doi.org/10.1109/LMWC.2021.3138964
Результат получен в рамках Гос. Задания, тема ФНИ: «Механизмы генерации мощного электромагнитного излучения в электродинамических системах, содержащих твердотельные нелинейные элементы, и импульсно-периодические источники излучения на их основе» № 0291-2019-0001 (FWRM-2019-0001).
Приоритетное направление
1.3.6.6. Наносекундная электроника больших мощностей и ее применение
Результат получен сотрудниками ЛНЭС
