ЖУРНАЛ РАДИОЭЛЕКТРОНИКИ. ISSN 1684-1719. 2020. № 8
Оглавление выпускаТекст статьи (pdf)
DOI https://doi.org/10.30898/1684-1719.2020.8.9
УДК 621.396.67
Предельно допустимые параметры импульса электромагнитного поля с линейно нарастающей амплитудой в поверхностной антенне мощного сверхвысокочастотного генератора
А. А. Волков
Военный учебно-научный центр Военно-воздушных сил «Военно-воздушная академия имени профессора Н.Е. Жуковского и Ю.А. Гагарина», 394064, г. Воронеж, ул. Старых Большевиков, 54 А.
Статья поступила в редакцию 29 июля 2020 г.
Аннотация. Эффективность мощных сверхвысокочастотных генераторов при решении ряда прикладных задач прямо зависит от мощности выводимого в атмосферу электромагнитного поля. В атмосферных условиях мощность излучения всегда ограничена электрическим пробоем воздуха в антенне. Типовыми антеннами мощных сверхвысокочастотных генераторов являются поверхностные антенны. Поэтому исследования, связанные с поиском путей повышения электрической прочности поверхностных антенн, представляют практический интерес. Один из таких путей связан с применением импульсов с линейно нарастающей амплитудой напряженности электрического поля. Цель работы состоит в определении предельно допустимых пробойных параметров импульсов указанного типа (максимальной амплитуды напряженности электрического поля, пиковой мощности и энергии) в поверхностной антенне мощного сверхвысокочастотного генератора и их сравнение с аналогичными параметрами импульсов с постоянной амплитудой. Основой для решения задачи послужили критерий пробоя и уравнение непрерывности электронов в воздухе. В результате получены выражения для оценки предельно допустимых пробойных параметров импульса с линейно нарастающей амплитудой в поверхностной антенне. Проведено сравнение указанных параметров с аналогичными параметрами импульса с постоянной амплитудой. Показано, что пробойное поле и предельно допустимая пиковая мощность импульса с линейно нарастающей амплитудой выше, а предельно допустимая энергия ниже соответствующих параметров импульса с постоянной амплитудой при их одинаковой длительности. Определены закономерности, связывающие предельно допустимые энергию и пиковую мощность импульсов. Установлено, что при одинаковой предельно допустимой пиковой мощности энергия импульса с линейно нарастающей амплитудой выше, чем у импульса с постоянной амплитудой.
Ключевые слова: пробой воздуха, поверхностная антенна, сверхвысокочастотный генератор.
Abstract. The efficiency of high power microwave generators in the solving a number of applied problems directly depends on the power of the electromagnetic field emitted into the atmosphere. In atmospheric conditions, the radiation power is always limited by the electrical breakdown of the air in the antenna. Typical antennas for high power microwave generators are superface antennas. Therefore, studies related to the search for ways to increase the electric strength of superface antennas are of practical interest. One of these ways is associated with the use of pulses with a linearly increasing amplitude of the electric field strength. The purpose of the research is to determine the maximum permissible breakdown parameters of pulses of this type (maximum amplitude of the electric field strength, peak power and energy) in the superface antenna of a high power microwave generator and compare them with similar parameters of pulses with constant amplitude. The basis for solving the problem is the breakdown criterion and the equation of continuity of electrons in air. As a result, expressions were obtained for estimating the maximum permissible breakdown parameters of a pulse with linearly increasing amplitude in a superface antenna. The above parameters are compared with similar parameters of a pulse with constant amplitude. It is shown that the breakdown field and the maximum permissible peak power of a pulse with linearly increasing amplitude are higher, and the maximum permissible energy is lower than corresponding parameters of a pulse with a constant amplitude at the same duration. The regularities connecting the maximum permissible energy and the peak power of the pulses have been determined. It was found that at the same maximum permissible peak power, the energy of a pulse with linearly increasing amplitude is higher than that of a pulse with constant amplitude.
Key words: air breakdown, superface antenna, microwave generator.
Литература
1. Диденко А.Н. СВЧ-энергетика: Теория и практика. М.: Наука, 2003. 446 с.
2. Bromborsky A., Kehs R.A., Hattlin G.A., Graybell S.E., Still M.E., Clarc M.C., Bartach R., Davis H.A., Sherwood E. and Thode L.E. Preliminary Results from a Reflex Diode Experiment Aurora Intense Pulsed Relativistic Electron Beam Generator. // Abstracts of the 1987 IEEE International Conference on Plasma Science. Arlington, VA, 1987. P. 39.
3. Бугаев С.П., Канавец В.И., Климов А.И., Кошелев В.И., Слепков А.И., Черепенин В.А. Взаимодействие электронного потока и электромагнитного поля в многоволновом черенковском генераторе с мощностью 1010 ватт // Радиотехника и электроника. 1987. Т. 32. № 7. С. 1488–1498.
4. Айзенберг Г.З. Антенны ультракоротких волн. М.: Государственное издательство литературы по вопросам связи и радио, 1957. 699 с.
5. Fenstermachera Dan L. and Frank von Hippelb. An Atmospheric Limit on Nuclear- powered Microwave Weapons // Science & Global Security. 1991. Vol. 2. No 4. P. 30–324.
6. Gould L. and Roberts L.W. Breakdown of Air at Microwave Frequencies // Journal of Applied Physics. 1956. Vol. 27. No 10. P. 1162–1170.
7. Рухадзе А.А., Столбецов С.Д., Тараканов В.П. Виркаторы (обзор) // Радиотехника и электроника. 1992. Т. 37. № 3. С. 385–396.
8. Дубинов А.Е., Селемир В.Д. Электронные приборы с виртуальным катодом // Радиотехника и электроника. 2002. Т. 47. № 6. С. 645–672.
9. Черепенин В.А. Релятивистские многоволновые СВЧ генераторы и их возможные применения // Успехи физических наук. 2006. Т. 176. № 10. С. 1124–1130.
10. Визитенко И.И. Релятивистские магнетроны. М.: ФИЗМАТЛИТ, 2013. 360 с.
11. Волков А.А. Энергия пробоя воздуха в поверхностной антенне // Электромагнитные волны и электронные системы. 2020. № 1–2. С. 96–101.
12. Барашенков В.С., Грачев Л.П., Есаков И.И., Костенко Б.Ф., Ходатаев В.К., Юрьев М.З. Пробой воздуха в нарастающем СВЧ–поле // Журнал технической физики. 2000. Т. 70. № 10. С. 34–39.
13. Мак-Доналд А. Сверхвысокочастотный пробой в газах. М.: Мир. 1969. 212 с.
14. Александров А.Ф., Бычков В.Л., Грачев Л.П., Есаков И.И., Ломтева А.Ю. Ионизация воздуха в околокритическом электрическом поле // Журнал технической физики. 2006. Т. 76. № 3. С. 38–43.
15. Гуревич А.В. Ионизация нижней ионосферы под действием мощных радиоимпульсов // Геомагнетизм и аэрономия. 1979. Т. 19. № 4. С. 633–640.
16. Зарин А.С., Кузовников А.А., Шибков В.М. Свободно локализованный СВЧ-разряд в воздухе. М.: Нефть и газ, 1996. 204 с.
Для цитирования:
Волков А.А. Предельно допустимые параметры импульса электромагнитного поля с линейно нарастающей амплитудой в поверхностной антенне мощного сверхвысокочастотного генератора. Журнал радиоэлектроники [электронный журнал]. 2020. №8. https://doi.org/10.30898/1684-1719.2020.8.9