Комбинированные излучатели мощных сверхширокополосных импульсов

Андреев, Юрий Анатольевич

Комбинированные излучатели мощных сверхширокополосных импульсов тема автореферата и диссертации по физике, 01.04.03 ВАК РФ

Андреев, Юрий Анатольевич АВТОР

кандидата физико-математических наук УЧЕНАЯ СТЕПЕНЬ

Томск МЕСТО ЗАЩИТЫ

2006 ГОД ЗАЩИТЫ

01.04.03 КОД ВАК РФ

Диссертация по физике на тему «Комбинированные излучатели мощных сверхширокополосных импульсов»

Автореферат диссертации на тему "Комбинированные излучатели мощных сверхширокополосных импульсов"

На правах рукописи

Андреев Юрий Анатольевич

КОМБИНИРОВАННЫЕ ИЗЛУЧАТЕЛИ МОЩНЫХ СВЕРХШИРОКОПОЛОСНЫХ ИМПУЛЬСОВ

Специальность 01.04.03 - радиофизика

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание учёной степени кандидата физико-математических наук

Томск - 2006

003067079

Работа выполнена в Институте сильноточной электроники СО РАН

Научный руководитель:

доктор ф.-м. наук, профессор Кошелев Владимир Ильич Научный консультант:

кандидат ф.-м. наук, доцент Буянов Юрий Иннокентьевич Официальные оппоненты:

доктор ф.-м. н., профессор Гошин Геннадий Георгиевич (Томский государственный университет систем управления и радиоэлектроники),

кандидат ф.-м. наук, ст. н. с. Чуйков Вячеслав Дмитриевич (Сибирский физико-технический институт)

Ведущая организация:

Институт электрофизики УрО РАН, г. Екатеринбург.

Защита состоится 1 февраля 2007 г. в 14.30 на заседании диссертационного совета Д 212.267.04 при Томском государственном университете по адресу 634050, г. Томск, пр. Ленина, 36, главный корпус, 119 ауд.

С диссертацией можно ознакомиться в Научной библиотеке Томского государственного университета.

Автореферат разослан декабря 2006 г.

Учёный секретарь диссертационного совета

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность проблемы. Развитие импульсной и антенно-фидерной техники в различных лабораториях мира, позволило создать источники сверхширокополосного (СШП) излучения нано- и субнаносекундной длительности, перспективные для использования в различных областях науки и техники. Возможные применения таких источников - это подземная радиолокация и поиск мин, радиолокация лесных массивов и аэрокосмических объектов, воздействие на объекты и среды, в том числе биологические, электромагнитная совместимость. Преимуществами СШП радиолокации являются высокая разрешающая способность, вследствие короткой длительности импульса, и увеличение информативности излучения, рассеянного объектами, обусловленное большой шириной спектра. Для целей радиолокации аэрокосмических объектов на расстояниях до 100 км необходимы источники СШП излучения с длительностью ~1 не и пиковой мощностью 1-10 ГВт. Существующие в настоящее время мощные источники СШП излучения строятся по схемам: один генератор -одна передающая антенна, один генератор - антенная решетка либо - антенная решетка, каждый элемент которой возбуждается своим генератором. Антенные решетки с управляемым временем задержки входного импульса на каждом элементе (сканирующие антенные решетки) являются, вероятно, самыми перспективными излучателями для радиолокационных систем. К элементу такой антенной решетки предъявляются жесткие, порой противоречащие друг другу требования. Элемент должен быть компактным. Диаграмма направленности должна быть однонаправленной и характеристики изл'учения должны быть максимально близкими для возможно больших углов отклонения от направления главного максимума в рабочем полупространстве. Кроме того, антенна должна иметь полосу пропускания, достаточно большую для эффективного излучения возбуждающих импульсов и высокую электрическую прочность для излучения мощных импульсов.

Известные и широко применяемые в настоящее время излучатели мощных СШП импульсов не удовлетворяют всей совокупности этих требований.

Состояние вопроса. Традиционно антенны делятся на узкополосные, широкополосные и диапазонные или частотно независимые. Однако, многие из известных широкополосных и диапазонных антенн не пригодны для малоискаженного излучения СШП импульсов в связи с зависимостью положения фазового центра антенны от частоты. К таким антеннам относятся спиральные и логопериодические антенны. Биконическая антенна в

полосе частот не менее двух октав сохраняет стабильные характеристики направленности, поляризационную характеристику, стабильный фазовый центр и постоянное входное сопротивление. Но диаграмма направленности (ДН) биконической антенны и толстого диполя равномерна в плоскости перпендикулярной оси диполя, что ограничивает их применение в качестве излучателей направленных СШП импульсов.

В качестве излучателей мощных СШП импульсов в настоящее время широко используются ТЕМ антенны и IRA (Impulse Radiating Antenna). Вопрос создания СШП сканирующей антенной решетки, где в качестве элемента решетки используется IRA, обсуждается в литературе. Указывается на теоретическую возможность создания такой системы для радарных и других приложений с установкой на воздушных судах и космических кораблях. Однако, информацию о реальных IRA решетках обнаружить не удалось.

Известны антенные решетки, выполненные на основе ТЕМ антенн. К недостаткам таких антенных решеток можно отнести большие габаритные размеры излучателя и малые

углы сканирования.

Для практического применения источники мощного СШП излучения должны удовлетворять ряду требований. Это - компактность, малый вес и высокая излучаемая мощность. Таким образом, необходимо уменьшать размеры и вес всех подсистем, составляющих СШП источник, и одновременно увеличивать выходную пиковую мощность при высокой частоте повторения импульсов. Развитие технологии твердотельных генераторов дает основание для решения энергетической части задачи. Компактная СШП антенна, которая обеспечивала бы высокую эффективность излучения СШП импульсов и широкую полосу пропускания - является следующей проблемой, с которой сталкиваются разработчики компактных источников СШП излучения.

Развитие техники генерирования мощных нано- и субнаносекундных импульсов на основе газовых коммутаторов позволило создать источники мощных импульсов с амплитудой напряжения -100 кВ. Следует отметить, что генераторы с использованием газовых разрядников позволяют получать импульсы субнаносекундного диапазона с большей мощностью, чем твердотельные. Таким образом, в настоящее время имеется энергетическая основа для разработки мощных источников СШП излучения.

Исходя из вышесказанного, целью работы является исследование влияния комбинаций излучателей электрического и магнитного типов, а также ТЕМ рупора на характеристики СШП излучения комбинированных антенн и создание на их основе компактных излучателей мощных электромагнитных импульсов

Задачи исследований. В рамках поставленной цели решались следующие задачи.

1. Исследование факторов, влияющих на согласование антенн с фидерным трактом. Выяснение возможности расширения полосы согласования антенн в область низких частот. Определение предельной (теоретической) нижней полосы пропускания антенны. Исследование возможности создания компактной комбинированной антенны, состоящей из излучателей электрического и магнитного типов с общим входом.

2. Решение задачи расширения полосы пропускания компактных антенн в область высоких частот.

3. Исследование пространственно-временной структуры поля излучения комбинированных излучателей и возможности управления ею.

4. Решение задачи нахождения пиковой мощности излучения СШП источников при их возбуждении нано- и субнаносекундными импульсами напряжения.

5. Исследование и разработка источников СШП излучения с пиковой мощностью более 108 Вт.

Методы проведения исследования. При решении поставленных задач использовались методы электродинамики и спектрального анализа. Для проверки работоспособности предложенных подходов использовались численное моделирование и натурные эксперименты.

На защиту выносятся следующие положения. '

1. Комбинация электрических и магнитных излучателей в антенне уменьшает запас реактивной энергии в ближней зоне и позволяет расширить полосу согласования, получить кардиоидную диаграмму направленности, а также реализовать комбинированные антенны (электрический монополь и магнитный диполь с общим входом) с размерами I = 0.17Я„ (А„ -длина волны, соответствующая нижней граничной частоте полосы согласования) и частотным перекрытием 10:1 по уровню коэффициента стоячей волны по напряжению <3 для источников излучения с пиковой мощностью 100 МВт с одиночной антенной и 1 ГВт с четырехэлементной антенной решеткой.

2. Условием нахождения пиковой мощности сверхширокополосного излучения является знание коэффициента эффективности излучателя по пиковой мощности, который вычисляется по результатам измерений амплитудно-временных зависимостей входного и отраженного от антенны импульсов, а также пространственно-временных зависимостей импульсов поля в дальней зоне и пригоден для сравнения сверхширокополосных

излучателей различного типа, а также для оценки пиковой напряженности поля в дальней зоне.

3. Стабилизация положения максимума диаграммы направленности комбинированной антенны путем включения в ее состав элемента в виде ТЕМ рупора обеспечивает как сдвиг верхней границы полосы пропускания в область высоких частот в 3-4 раза так и увеличение эффективности по пиковой мощности в 1.3-1.8 раза.

4. Полоса пропускания (частотное перекрытие) комбинированных антенн с ТЕМ рупором в направлении главного максимума диаграммы, достигает 5:1 и более чем в двое шире полосы пропускания комбинированных антенн без ТЕМ рупора, а при отклонении от максимума на ±45° в главных плоскостях ширина полосы пропускания всех комбинированных антенн близка к 2:1.

Достоверность результатов первого и четвертого защищаемых положений подтверждаются использованием в измерениях поверенного прибора Agilent 8719ЕТ Network Analyzer (с рабочей полосой частот 0.05 - 13.5 ГГц), обеспечивающего высокую точность измерений частоты, амплитудных значений КСВН, затухания и фазы.

Достоверность результатов второго и третьего защищаемых положений подтверждаются использованием в измерениях поверенных цифровых осциллографов фирмы Tektronix TDS7404 и TDS6604 с полосой пропускания 4 и 6 ГГц, аттенюаторов и переходников фирмы Radial с полосой пропускания 18 ГГц, обеспечивающих высокую точность измерения амплитудно-временных значений наносекундных импульсов.

Кроме того, достоверность результатов третьего положения подтверждается совпадением в пределах 10% измеренного в эксперименте пикового значения напряженности электрического поля Ер и расчетного значения Ер, полученного на основе расчета эффективности по пиковой мощности кр.

Научная новизна. Реализована идея комбинации излучателей электрического и магнитного типов в компактной комбинированной антенне с общим входом и предназначенной для эффективного излучения мощных электромагнитных импульсов, что привело к появлению нового класса мощных СШП излучателей в дополнение к уже известным ТЕМ антеннам и IRA.

Была впервые предложена методика оценки эффективности СШП антенн по пиковой мощности.

Научная ценность. Важным является факт, что при изменении геометрии верхних активного и пассивного магнитных диполей путем изменения положения разделяющей их пластины изменяются моменты токов, что, в свою очередь, приводит к изменению согласования комбинированной антенны с фидером и характеристик излучения. Благодаря найденным в эксперименте зависимостям энергетической эффективности антенн и пиковой напряженности электрического поля в импульсе излучения, а также полученным зависимостям ширины диаграммы направленности от геометрии магнитных диполей обнаружен механизм настройки антенн удобный тем, что в антенне меняется геометрическое положение только одного настроечного элемента, при этом габаритные размеры остаются неизменными.

Благодаря конструктивному решению использования в комбинированных антеннах излучателя электрического типа в виде ТЕМ рупора, удалось значительно увеличить полосу пропускания антенн в направлении главного максимума излучения.

Практическая значимость.

1. Комбинированные антенны позволяют излучать электромагнитные импульсы гигаваттного уровня мощности благодаря высокой электрической прочности и возможности использования элегазовой (ЙРб) изоляции.

2. Комбинированные СШП антенны пригодны к использованию в мощных источниках с электронным управлением диаграммой направленности излучения, т.к. удовлетворяют требованиям, предъявляемым к элементу сканирующей СШП решетки. '

3. Оценка эффективности антенн по пиковой мощности позволяет сравнивать разные антенны и рассчитывать пиковую напряженность электрического поля антенн в дальней зоне.

4. Совмещение комбинированного излучателя с ТЕМ рупором позволило увеличить межэлектродные зазоры в антенне на 70% и реализовать источник с пиковой мощностью излучения ~ 170 МВт при длительности возбуждающего биполярного импульса 1 не.

5. В комбинированных антеннах с ТЕМ рупором электрический монополь гальванически соединен с корпусом, что существенно упрощает конструкцию высоковольтного генератора, входящего в состав источника СШП излучения.

5. Комбинированные передающие антенны с ТЕМ рупором в режиме приема обеспечивают с высокой чувствительностью малоискаженную регистрацию СШП сигналов, рассеянных от объектов, вследствие широкой полосы пропускания

Внедрение результатов работы. Разработанные в ходе исследований комбинированные СШП излучатели и мощные источники СШП излучения на их основе использовались в различных исследованиях, в том числе по электромагнитной совместимости. Перечисленные ниже отечественные и зарубежные организации использовали различные комбинированные излучатели или мощные источники СШП излучения, включающие в себя комбинированные излучатели:

1. Институт сильноточной электроники СО РАН (г. Томск);

2. Агентство оборонных исследований (г. Лондон, Великобритания) ;

3. Институт прикладной электроники Китайской академии инженерной физики (г. Меньян, КНР);

4. Шеньянский технологический институт (г. Шеньян, КНР);

5. Северо-западный институт ядерных технологий (г Сиань, КНР);

6. Международные технологии по мощной импульсной технике (г. Тегра, Франция)

Апробация работы. Материалы, вошедшие в диссертационную работу,

докладывались на следующих научных конференциях: VI Int. Conference on Mathematical Methods in Electromagnetic Theory (Lviv, Ukraine, 1996); S PIE Int. Symposium, Intense Microwave Pulses V Conference (San Diego, USA, 1997); 11- 14th IEEE Int. Pulsed Power Conferences (Baltimore, USA, 1997; Monterey, USA, 1999; Las Vegas, USA, 2001; Dallas, USA, 2003); IV, VI Int. Conferences on Ultra-Wideband, Short-Pulse Electromagnetics (Tel-Aviv, Israel, 1998; Annapolis, USA, 2002); рабочем совещании NATO ARW по современным исследованиям в области разминирования (Москва, Россия, 1997 г) ; Всероссийской научной конференции "Физика радиоволн" (Томск, Россия, 2002 г.); Всероссийской научной конференции "Сверхширокополосные сигналы в радиолокации, связи и акустике" (Муром, Россия, 2003 г.); III Международной научно-практической конференции "Электронные средства и системы управления" (Томск, Россия, 2005 г.) ; 14th Int. Symposium on High Current Electronics (Томск, Россия, 2006 г.).

Публикации. По теме диссертации опубликовано 7 статей и 15 докладов на конференциях.

Личный вклад автора. Основные результаты диссертации получены лично автором, либо при его прямом участии. Автором были проведены численные и натурные эксперименты и выполнен анализ полученных результатов, разработаны алгоритмы и

программы обработки результатов измерений. Созданием мощных источников СШП излучения (Глава 4) занималась большая группа сотрудников ИСЭ СО РАН: Визирь В.А., Губанов В.П., Ефремов A.M., Зорин В.Б, Ковальчук Б.М., Коровин С.Д, Кошелев В.И., Кремнев В.В., Плиско В.В., Степченко А С., Сухушин К.Н. Участие автора заключалось в создании СШП излучателей, исследовании их характеристик и характеристик излучения мощных СШП источников.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения и приложения. В работе содержится 134 листов машинописного текста, 57 рисунков, 4 таблицы, 92 библиографические ссылки.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во Введении рассмотрена актуальность темы диссертации, сформулирована цель работы и задачи исследования; сформулированы защищаемые положения, определены достоверность и новизна полученных результатов; кратко изложено содержание работы.

В Главе 1 проводится анализ элементарных излучателей, возбуждаемых нестационарными токами. Рассматриваются факторы, влияющие на искажение СШП импульса излучения, а также способы расширения полосы пропускания антенн. Представлены характеристики широко использующихся в мощных источниках' СШП излучения ТЕМ антенн и IRA. Подробно рассматриваются реализованные к настоящему времени мощные источники СШП излучения. На основе проведенного анализа обсуждается необходимость развития новых подходов по созданию компактных антенн на основе комбинации излучателей электрического и магнитного типов с учётом энергетических соотношений для электромагнитных полей вблизи излучателя и требований, предъявляемых к элементу сканирующей антенной решетки. В конце главы формулируются задачи исследования.

В Главе 2 приводятся результаты численного моделирования комбинированных антенн и V-диполя. Определяется предельная (теоретическая) нижняя полоса пропускания линейной антенны. Рассматриваются возможности расширения полосы пропускания реальных антенн в область нижних частот.

Рисунок 1 - Проволочного модели плоского (а) и объемного (б) комбинированных

излучателей

Представлены сравнительные исследования согласования и характеристик излучения комбинированных антенн и простейшего излучателя в виде электрического мономоля над неограниченной идеально проводящей плоскостью. Расчеты проводились с использованием программы 4NEC2. Первая (проволочная) комбинированная антенна (Рисунок 1а), исследуемая в численных расчетах, состояла из электрическою монополЯ, высотой L, и разомкнутой рамки. Данную модель можно рассматривать как комбинацию электрического моноиоля и ортогонального ему магнитного диполя. Электрический и магнитный излучатели разделены в пространстве, но возбуждаются через общий порт. Данная комбинация обеспечивала сдвиг нижней граничной частоты f„ полосы согласования но уровню КСВН = 2 в область нижних частот на 30% но сравнению с /„ мононоля. При этом верхняя граничная частота полосы согласования /„ но уровню KCLSH И 2, увеличивалась более чем в два раза по сравнению с Й МОНОПОЛЯ. Однако, комбинированная антенна также располагалась над неограниченной идеально проводящей плоскостью.

В компактной объемной модели комбинированной антенны (Рисунок 16) ограниченный экран был свернут вокруг толстого электрического мононоля. Для образования излучателя магнитного типа в виде разомкнутой рамки корпус-экран комбинированной антенны изогнут так, чтобы между боковой кромкой мононоля и экраном образовалась щель. При этом, аналогом магнитного диполя является виток, образованный толстым м он опоя ем и частью корпуса-экрана. Для увеличения емкости между корпусом и моноПолем последний имеет дополнительную проволочку в верхней части, параллельную верхней части корпуса. КСВН объемного комбинированного излучателя, а также широкого моноиоля данного излучателя над ограниченным экраном, представляющим собой развертку

экрана-корпуса излучателя, и тонкого монополя над неограниченной идеально проводящей плоскостью представлены на Рисунке 2.

КСВН

Рисунок 2 - КСВН широкого монополя над ограниченным экраном (7), объемной модели комбинированного излучателя (2) и тонкого монополя над неограниченным экраном (3)

Показано, что увеличение поперечных размеров монополя позволяет расширить его полосу согласования до 1.4:1 по уровню КСВН = 2. Частота /„ объемной модели комбинированного излучателя сдвинута в область нижних частот на 11% по сравнению с толстым монополем. Объемный комбинированный излучатель согласован в полосе частот 3:1 по уровню КСВН = 2. ДН комбинированного излучателя имеет один лепесток и положение главного максимума излучения (<р = 0°, 5 = 0°) стабильно в полосе 2.2:1. К

недостаткам данной модели излучателя относится зависимость положения главного

максимума ДН от частоты для диапазона, соответствующего ЫХ >0.45, а также высокий уровень кроссполяризованного излучения для этого же диапазона частот. Показано, что нестабильность положения ДН объемной модели комбинированного излучателя на частотах, соответствующих Ь/Х > 0.45, определяется именно комбинацией излучателей электрического и магнитного типов.

Расширить полосу пропускания электрически короткого диполя в область высоких частот возможно за счет выполнение диполя в виде У-образной антенны. Для проверки такой возможности рассчитывались ДН по полю симметричного диполя длиной 21 и У-образной антенны с той же длиной плеч. Исследования выполнены в широком диапазоне частот, соответствующих отношению ЫХ = 0.25-2, и в диапазоне углов между плечами У-антенны 120°> 20о >60°. Показано, что на низкой частоте, соответствующей ЫХ = 0.25, У-антенна с углом 20о = 60° не является эффективным излучателем и максимум ее ДН составляет лишь 0.5 от максимума ДН симметричного диполя. При увеличении угла 20о растет напряженность поля излучения У-антенны в направлении главного максимума и при

29о = 120° максимум ее ДН составляет 5 0.9 от максимума ДН симметричного диполя. Напряженность поля, создаваемая У-антенной, становиться больше напряженности поля, создаваемой симметричным диполем в направлении главного максимума (8 = 0°), на частотах, соответствующих Ь!Х > 0.5, при 20о = 120°. С уменьшением угла 20о напряженность поля, создаваемая У-антенной, становиться больше напряженности поля, создаваемой симметричным диполем в направлении 5 = 0°, на более высоких частотах, соответствующих ЫХ = 0.65 и ЫХ = 0.7 для 20о = 90° и 29о = 60. При этом положение главного максимума ДН У-антенны с углом 20о=12О° остается стабильным вплоть до частот, соответствующих ЫХ = 1.5, а с уменьшение угла 20о до значений 90°-60° положение главного максимума ДН У-антенн остается стабильным, как минимум, до частот, соответствующих ЫХ = 2.

Направленность излучения У-антенн растет с уменьшением угла 20о и становится больше 1.4 (Р2(0°)/Р2(180°)= 2) с частот, соответствующих ЫХ = 0.45, 0.42 и 0.40 для антенн с 20о=12О°, 90° и 60°. Отсюда видно, что использование У-антенны в комбинированной антенне как излучателя электрического типа перспективно для расширения полосы пропускания в область высоких частот.

В Главе 3 рассматриваются конструкции и характеристики компактных комбинированных антенн трех модификаций.

Рисунок 3 - Геометрия СШП передающих антенн: 1 - электрический монополь, 2 - корпус-экран, 3 - щелевая линия, 4 - пластина, 5 - активный магнитный диполь, 6 - ТЕМ рупор, 7 -пассивный магнитный диполь, 8 - полосковая линия

Первая модификация комбинированных антенн А1 (Рисунок За) повторяет по своей конструкции численную модель объемного комбинированного излучателя, рассмотренную в Главе 2. Во второй конструкции А2 (Рисунок 36) магнитный диполь образован за счет изменения геометрии электрического монополя. Показано, что совмещение ближних зон

излучателей электрического и магнитного типов уменьшает добротность комбинированной антенны и расширяет полосу согласования, измеренную по уровню КСВН = 3, в область нижних частот на > 18% по сравнению с полосой согласования толстого монополя. При этом нижняя граничная частота полосы согласования соответствует отношению ¿/Я = 0.17, а частотное перекрытие превышает 10:1 по уровню КСВН<3. Диаграммы направленности антенн в главных плоскостях близки к кардиоидной, поляризация излученного поля линейная.

Были разработаны и исследованы антенны А1, оптимизированные для излучения биполярных импульсов длительностью 4 (А14) и 3 не (А13); антенна А2, оптимизированная для излучения биполярных импульсов длительностью 2 не (А22).

Комбинированные антенн третей модификации АЗ (Рисунок Зв) отличаются от первых двух тем, что с целью расширения полосы пропускания в область высоких частот, излучатель электрического типа выполнен в виде ТЕМ рупора (трехмерный вариант V-диполя). Кроме того, в данных антеннах можно выделить один активный и два пассивных магнитных диполя. Были разработаны и исследованы антенны АЗ, оптимизированные для излучения биполярных импульсов длительностью 3, 2 и 1 не (АЗЗ, А32, А31).

По экспериментальным данным находили энергетическую эффективность антенн кщ, равную отношению излученной энергии №т„ к энергии в импульсе генератора ^гсн (Утл находили как разность IVи энергии отраженной от входа в антенну РУотр- Излученные антеннами импульсы регистрировали ТЕМ антенной и резистивным диполем в дальней зоне. Расширенная полоса пропускания позволяет использовать антенны АЗ в качестве приемных, формы регистрируемых импульсов хорошо совпадают с аналогичными, зарегистрированными ТЕМ антенной. Дальнюю зону определяли как расстояние от антенны Л, начиная с которого, эффективный потенциал (7Эфф = ЕРЯ остается примерно постоянным, где Ер - пиковое значение напряженности электрического поля в импульсе излучения.

Предложена методика определения эффективности сверхширокополосной антенны по пиковой мощности кр = Р\\иы/Рп«, где Р\\тл - пиковая мощность вертикально поляризованного излучения, Л™ - пиковая мощность в импульсе на входе антенны. Эффективность кр находим как:

_0_

\uU0dt) /-1 0

где С/ген(0 - амплитудно-временная зависимость импульса генератора,

ииш{/) - амплитудно-временная зависимость излученного импульса, характерного для поверхности наблюдения 5„

- часть поверхности наблюдения (сфера) с частичным фазовым центром антенны в центре, определяется телесными углами наблюдения характерными для данного ¿, С/ген и ит„ I - пиковые значения импульса напряжения на антенном входе и максимальное отклонение от нулевого значения напряжения в импульсе излучения характерном для поверхности 5„

ггек - длительности импульсов генератора,

гизл, - длительность излученного импульса зарегистрированного на поверхности 5,.

Коэффициент направленного действия (КНД) в направлении главного максимума находился как:

.. 4^2(0,0)

О ~~ N 1=1

где ^2(5,ф) - среднее значение нормированной ДН антенны на поверхности 5„

.Р2(0,0)=1 - значение нормированной ДН антенны для направления ср, 8 = 0° (максимум

ДН).

Зная, и Бо, а также Лен. пиковую напряженность поля £р оценивали как: Эффективность антенн по излученному полю находили как:

* -М

Полосу пропускания комбинированных антенн определим как диапазон (отношение) частот, в котором выполняются условия для малоискаженной передачи сигнала: изменение АЧХ антенны относительно среднего значения находятся в пределах ±1.5 дБ, а отклонение ФЧХ от линейной - в пределах ±л/16. Третьим параметром, определяющим полосу пропускания антенны, считаем уровень КСВН антенны <3. Нижнюю границу определяли как наибольшую, а верхнюю как наименьшую частоту при одновременном выполнении всех трех критериев.

Характеристики комбинированных антенн приведены в Таблице 1. Антенны исследовались в режиме возбуждения биполярными импульсами напряжения (БП) и монополярными импульсами (МП). Длительность МП меньше длительности БП в два раза.

Данные по полосе пропускания (отношения верхних и нижних граничных частот) комбинированных антенн для различных углов наблюдения представлены в Таблице 2.

Таблица 1 - Характеристики комбинированных антенн

к?, Во кр Ширина ДН по уровню половинной мощности, град. кЕ

МП БП МП БП МП БП Я-плоскость Я-плоскость МП БП

МП БП МП БП

А14 0 62 0.86 2.9 2.5 03 0.55 105 100 120 145 0.7 0.9

А13 06 0.88 2.5 2.7 0 25 06 120 95 140 140 0.7 09

А22 0.45 0 88 2 2 1 03 0.75 180 170 140 140 0.5 0.8

АЗЗ 0.6 0.88 3.8 3 8 0 45 1 1 85 85 90 90 1 1 5

АЗ 2 0.72 0.9 39 42 0.45 1 90 85 90 90 0.8 1.5

А31 0 64 0.88 3.4 3 7 0.25 0.85 90 90 95 95 06 1.1

Таблица 2 - Полоса пропускания комбинированных антенн

ф, 8 = 0° Ф = ±30°, 5 = 0° Ф = ±45°, 8 = 0° ф = 0°, 8 = 30° Ф = 0°, 5 = 45° ф = 0°, 5 = -30° ф = 0°, 8 = -45°

А14 1.9 1.8 1.8 3 2.4 2 1.9

А13 1.9 2 2.1 2 1.9 1.5 1.4

А22 1.5 1.5 1 5 1.4 I 3 1 3 1.1

АЗЗ 46 3.5 23 5.5 4 2.9 2.4

АЗ 2 55 42 2.2 5.4 4.2 36 2.4

А31 48 32 2.2 48 3.1 3.6 2.3

Показано, что модификация антенн АЗ отличается от А1 и А2 меньшим уровнем кроссполяризованного излучения. При близкой энергетической эффективности антенн, антенны третьей модификации имеют в 1.5 раза больший КНД и кЕ. Эффективность этих антенн по пиковой мощности в 1.3-1.8 раза больше, чем для антенн первых двух модификаций. Как видно из приведенных данных, все параметры антенн выше при их возбуждении биполярными импульсами напряжения.

Полоса пропускания антенн АЗ соответствует 5:1 и увеличена более чем в два раза по сравнению с полосой пропускания А1 и А2 в направлении главного максимума за счет продвижения в область высоких частот. Верхняя граничная частота полосы пропускания увеличена в 3-4 раза При отклонении от направления главного максимума на ±45° в

горизонтальной и вертикальной плоскостях полоса пропускания всех антенн составляет примерно 2:1 и остается достаточной для малоискаженного излучения СШП импульсов.

Разработанные антенны компактны и их размеры не превышают половину пространственной протяженности излучаемого биполярного импульса. Антенны предназначены для излучения мощных СШП импульсов и обладают высокой электрической прочностью. Для повышения электрической прочности антенн использовались два подхода. Первый - увеличение радиуса кривизны электродов антенн, использовался в конструкциях первых двух вариантов комбинированных антенн. Второй - увеличение межэлектродного зазора в области антенного входа и осуществление гальванического контакта потенциального электрода с заземленным корпусом. Второй вариант использовался при разработке комбинированных антенн третьей модификации Комбинированные антенны могут быть использованы в составе источников электромагнитных импульсов мощностью >108Вт.

В Главе 4 представлены конструкции и характеристики мощных источников СШП излучения, созданных с использованием комбинированных антенн различных модификаций. Во всех источниках используются генераторы биполярных импульсов напряжения для возбуждения излучателей. Диапазон длительностей биполярных импульсов напряжения составляет 1-4 не, а диапазон амплитуд - 100-200 кВ.

Для увеличения электрической прочности комбинированные антенны помещались в тонкостенные диэлектрические контейнеры, заполненные ЭРб газом. Давление газа ЭРб доходило до 0.6 атм избыточной. При этом, диэлектрический контейнер незначительно влиял на характеристики комбинированных антенн.

Импульс излучения комбинированной антенны А31 с расширенной полосой пропускания, возбуждаемой биполярным импульсом длительностью 1 не, показан на Рисунке 4. Пиковая напряженность поля на расстоянии Я = 4 м для этого источника, полученная в эксперименте, составила Ер = 34 кВ/м. При этом значение эффективного потенциала £/Эфф, определяемое как произведение Е^К, составило 5130 кВ. Расчетное значение Ер в той же точке составило 36 кВ/м. Хорошее соответствие расчетной и измеренной величин Ер подтверждает правильность нахождения кр и КНД передающих СШП антенн.

и , отн.ед

Рисунок 4 - Осциллограмма излученного импульса

Пиковая мощность разработанных источников СШП излучения составила 0 1-1 ГВт, а эффективный потенциал 100-500 кВ.

В Заключении сформулированы основные научные результаты и выводы диссертационной работы.

В Приложении приводятся данные об использовании результатов работы автора при выполнении международных контрактов.

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ВЫВОДЫ

1. Численно исследована модель объемного компактного излучателя, представляющего собой электрический монополь и ограниченный экран, свернутый вокруг монополя. Данную модель можно рассматривать как комбинацию разделенных в пространстве электрического монополя и ортогонального ему магнитного диполя. Данная комбинация возбуждается одним общим источником ЭДС. Показана возможность согласования такого излучателя в полосе частот, близкой к 3:1, по уровню КСВН = 2. ДН комбинированного излучателя имеет один лепесток и положение главного максимума излучения (<р = 0°, 5 = 0°) стабильно в полосе 2.2:1. К недостаткам данной модели излучателя относится зависимость положения главного максимума ДН от частоты для диапазона, соответствующего ЫХ>0.45, а также высокий уровень кроссполяризованного излучения для этого же диапазона частот. Показано, что такое поведение ДН комбинированного излучателя для частот, соответствующих ИХ>0.45, определяется взаимодействием монополя и магнитного диполя и что для

расширения полосы пропускания в область данных частот необходимо предпринимать дополнительные меры.

2. Показана возможность расширения полосы пропускания электрически короткого диполя в область высоких частот за счет выполнение диполя в виде У-образной антенны. Были рассчитаны ДН по полю симметричного диполя длиной 2Ь и У-образной антенны с той же длиной плеч. Исследования выполнены в широком диапазоне частот, соответствующих отношению ЫХ = 0.25-2, и в диапазоне углов между плечами У-антенны 120° > 29о> 60°. Показано, что на частоте, соответствующей ЫХ = 0.25, У-антенна с углом 20о = 60° не является эффективным излучателем и максимум ее ДН составляет лишь 0.5 от максимума ДН симметричного диполя. При увеличении угла 29о растет напряженность поля излучения У-антенны в главном направлении и при 29о = 120° максимум ее ДН составляет = 0.9 от максимума ДН симметричного диполя. Напряженность поля, создаваемая У-антенной, становиться больше напряженности поля, создаваемой симметричным диполем в направлении главного максимума (5 = 0°), на частотах, соответствующих ЫХ > 0.5 , при 2бо = 120°. С уменьшением угла 20о напряженность поля, создаваемая У-антенной, становиться больше напряженности поля, создаваемой симметричным диполем в направлении 8 = 0°, на более высоких частотах, соответствующих ЫХ = 0 65 и ЫХ = 0.7 для 20о = 90° и 20о = 60°. При этом, положение главного максимума ДН У-антенны с углом 200= 120° остается стабильным вплоть до частот, соответствующих ЫХ =1.5, а с уменьшение угла 20о до значений 90°-60° положение главного максимума ДН У-антенн остается стабильным, как минимум, до частот, соответствующих ЫХ = 2.

3. Разработаны два варианта конструкций компактных комбинированных антенн, размеры которых не превышают половину пространственной протяженности излучаемого биполярного импульса. Показано, что совмещение ближних зон электрического монополя и излучателя магнитного типа (рамка) расширяет полосу согласования комбинированной антенны по сравнению с полосой согласования электрического монополя. Получены сдвиги /„ в область нижних частот на 18-26% для данных антенн до частоты, соответствующей отношению ЫХп = ЧЛ1. Диаграммы направленности антенн в главных плоскостях близки к кардиоидным, поляризация основной части излученного поля линейная. Антенны предназначены для излучения мощных СШП импульсов и обладают высокой электрической прочностью.

4. Предложена методика определения коэффициента эффективности сверхширокополосной антенны по пиковой мощности. Погрешность измерения пиковой

напряженности электрического поля в дальней зоне, определяемая по найденым параметрам кр, к„ и КНД составляет примерно 10%.

5. Показано, что комбинированные антенны с расширенной полосой пропускания (третий вариант конструкции) отличаются от первых двух: меньшим уровнем кроссполяризованного излучения, увеличенной более чем в два раза полосой пропускания в направлении главного максимума за счет продвижения в область высоких частот (до частот, соответствующих L!X> 1). При практически одинаковой энергетической эффективности антенн, антенны третьей модификации имеют в 1.5 раза больший КНД. Эффективность этих антенн по пиковой мощности при возбуждении их биполярным импульсом напряжения достигает 1.1, при том, что для первых двух вариантов антенн кр £ 0.55-0.75. Разработанные антенны компактны и их размеры не превышают половину пространственной протяженности излучаемого биполярного импульса. Антенны предназначены для излучения мощных СШП импульсов и обладают высокой электрической прочностью.

6. Для повышения электрической прочности антенн предложены следующие подходы. Первый - увеличение радиуса кривизны электродов антенн, использовался в конструкциях первых двух вариантов комбинированных антенн. Второй - увеличение межэлектродного зазора в области антенного входа и осуществление гальванического контакта потенциального электрода с заземленным корпусом. Второй вариант использовался при разработке комбинированных антенн третьей модификации. Третий подход - помещение антенн в тонкостенные диэлектрические контейнеры, заполненные SF6 газом. Давление газа SF6 доходило до 0.6 атм избыточной. При этом, диэлектрический контейнер незначительно влиял на характеристики комбинированных антенн.

7. Разработаны мощные источники СШП излучения, излучателями в которых являются комбинированные антенны различных модификаций. Во всех источниках используются генераторы биполярных импульсов напряжения для возбуждения излучателей. Диапазон длительностей биполярных импульсов напряжения составляет 1-4 не, а диапазон амплитуд - 100-200 кВ. Пиковая мощность источников СШП излучения составляла 0.11 ГВт, а эффективный потенциал 100-500 кВ

ПУБЛИКАЦИИ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ

1. Synthesis of Ultrawideband Radiators of Nonharmonic Signals / Yu. Andreev, V. Belichenko, Yu. Buyanov, V. Koshelev, V. Plisko, K. Sukhushin // Proc. VI Int. Conf. On Math. Meth. In Electromagnetic Theory. - 1996. - P. 425-428.

2. Исследование генерации мощного широкополосного излучения. 1. Излучение мощных широкополосных сигналов в свободное пространство / Ю.А. Андреев, В.П. Беличенко, Ю.И. Буянов, В.И. Кошелев, В В. Плиско, К.Н. Сухушин // в кн.Физика микроволн: сборник отчетов по научн. проектам МНТП России. Ниж. Новгород.: ИПФ РАН. -1996.-Т. 1.-С. 49-52.

3. High-power ultrawideband electromagnetic pulse radiation / V.I. Koshelev, Y.I. Buyanov, B.M. Kovalchuk, Yu A. Andreev, V.V. Belichenko, A M. Efremov, V.V. Plisko, K.N. Sukhushin, V.A. Vizir, V.B. Zorin // Proc. SPIE - 1997. - Vol. 3158. - P. 209-219.

4. Генератор мощных импульсов сверхширокополосного электромагнитного излучения / Ю.А. Андреев, Ю И. Буянов, В А. Визирь, A.M. Ефремов, В.Б. Зорин, Б.М. Ковальчук, В.И. Кошелев, К.Н. Сухушин // ПТЭ. - 1997. -№ 5. - С. 72-76.

5. High-power ultrawideband electromagnetic radiation generator / Yu.A. Andreev, Yu.I. Buyanov, A.M. Efremov, V.I. Koshelev, B.M. Kovalchuk, K.N. Sukhushin, V.A. Vizir, V.B. Zorin // Proc. 11 Inter. Pulsed Power Conf. - 1997. - Vol.1. - P. 730-735.

6. Исследование генерации мощного широкополосного излучения 1. Излучение мощных широкополосных сигналов в свободное пространство / Ю А. Андреев, В.П Беличенко, Ю.И. Буянов, В.И. Кошелев, В.В. Плиско, К Н. Сухушин // в кн Физика микроволн: сборник отчетов по научн. проектам МНТП России. Ниж. Новгород.: ИПФ РАН. -

1998.-С. 25-26.

7. Элемент сканирующей антенной решетки для излучения мощных сверхширокополосных электромагнитных импульсов / Ю.А. Андреев, Ю.И. Буянов, В.И. Кошелев, К.Н. Сухушин // РЭ. - 1999. - Т. 44, № 5. - С. 531-537.

8. Multichannel antenna systems for radiation of high-power ultrawideband pulses / Yu.A. Andreev, Yu.I. Buyanov, V.I. Koshelev, V.V. Plisko, K.N. Sukhushin // Proc. UltraWideband, Short-Pulse Electromagnetics 4. - New York.: Plenum Press. - 1999. - P. 181186.

9. Gigawatt-power-level ultrawideband radiation generator / Yu.A Andreev, Yu.I. Buyanov, A.M. Efremov, V.I. Koshelev, B.M. Kovalchuk, V.V. Plisko, K.N. Sukhushin, V.A. Vizir, V.B. Zorin // Proc. 12 Inter Pulsed Power Conf. - 1999. - Vol.2. - P. 1337-1340.

10. Исследование генерации мощного широкополосного излучения. 1. Излучение мощных широкополосных сигналов в свободное пространство / Ю.А. Андреев, В.П. Беличенко, Ю.И. Буянов, В.И. Кошелев, В.В. Плиско, К.Н. Сухушин // в кн.Физика микроволн: сборник отчетов по научн. проектам МНТП России. Ниж. Новгород.: ИПФ РАН. -

1999. - Т. 1,-С. 45-47.

11. Генератор гигаваттных импульсов сверхширокополосного излучения / Ю.А. Андреев, Ю.И. Буянов, В.А. Визирь, A.M. Ефремов, В.Б. Зорин, Б.М. Ковальчук, В.И. Кошелев,

B.В. Плиско, К.Н. Сухушин // ПТЭ. - 2000. - № 2. - С. 82-88.

12. Ultrawideband radiators of high-power pulses / VI. Koshelev, Yu.I. Buyanov, Yu.A. Andreev, V.V. Plisko, K.N. Sukhushin // Proc. 13 IEEE Inter. Pulsed Power Conf. -

2001.-Vol. 2.-P. 1661-1664.

13. Андреев Ю. А. Определение полосы пропускания сверхширокополосных комбинированных антенн // Труды Всеросс. научн конф. "Физика радиоволн". Томск. -

2002. - CVI. - С. 8-11.

14. High-power ultrawideband radiation source / Yu.A. Andreev, V.P. Gubanov, A.M. Efremov, V.I. Koshelev, S.D. Korovin, B.M. Kovalchuk, V.V. Kremnev, V.V. Plisko, A.S. Stepchenko, K.N. Sukhushin // Laser and Particle Beams. - 2003. - Vol. 21, No. 2. - P. 211-217.

15. Ultrawideband transmitting antennas, arrays, and high-power radiation sources / V.I. Koshelev, Yu.A. Andreev, Yu.I. Buyanov, V.V Plisko, K.N Sukhushin // Proc UltraWideband, Short-Pulse Electromagnetics 6. - New York.: Plenum Press. - 2003. - P. 357367.

16. Сверхширокополосные комбинированные антенны и решетки / Ю.А. Андреев, Ю.И. Буянов, В.И. Кошелев, В.В. Плиско // Доклады Всеросс науч. конф. "Сверхширокополосные сигналы в радиолокации, связи и акустике". Муром. - 2003. -

C. 48-53.

17. High-power ultrawideband electromagnetic pulse source / Yu.A. Andreev, V.P. Gubanov, A.M. Efremov, V.I. Koshelev, S.D. Korovin, B.M. Kovalchuk, V.V. Kremnev, V.V. Plisko, A.S. Stepchenko, K.N. Sukhushin // Proc. 14th IEEE Inter. Pulsed Power Conf. - 2003. - Vol. 2.-P. 1458-1461.

18. Андреев Ю.А., Буянов Ю.И., Кошелев В.И. Комбинированная антенна с расширенной полосой пропускания // РЭ. - 2005. - Т. 50, № 5. - С. 585-594

19. Андреев Ю.А., Буянов Ю.И., Кошелев В.И. Сверхширокополосные комбинированные антенны для мощных источников микроволнового излучения // Доклады Третей международной научно-практической конф "Электронные средства и системы управления". Томск. - 2005. - 4.1. - С. 135-138.

20. Электромагнитное излучение при наносекундном разряде в открытом газонаполненном диоде / Ю.А. Андреев, И.Д. Костыря, В.И. Кошелев, В.Ф. Тарасенко // ЖТФ. - 2006. -Т.76,Вып. 5.-С. 105-111.

21. Andreev YuA., Buyanov Yu.I., Koshelev V.I Combined Antennas for High-Power Ultrawideband Radiation // Изв. вузов. Физика. - 2006. - №. И. Приложение. - С. 435438.

22. Андреев Ю.А., Буянов Ю.И., Кошелев В.И. Малогабаритные сверхширокополосные антенны для излучения мощных электромагнитных импульсов // Журнал Радиоэлектроники. - 2006. - № 4. [Электронный ресурс] Режим доступа -http://jre.cplire.rU/mac/apr06/l/text.html

Содержание диссертации автор исследовательской работы: кандидата физико-математических наук, Андреев, Юрий Анатольевич

Список используемых сокращений.

Введение.

1. Излучатели мощных электромагнитных импульсов.

1.1. Введение.

1.2. Факторы, влияющие на искажение формы излученного импульса.

1.2.1. Электрический диполь Герца.

1.2.2. Магнитный диполь Герца.

1.2.3. Произвольная антенна.

1.3. Способы расширения полосы пропускания антенн.

1.3.1. Частотно независимые антенны.

1.3.2. Расширение полосы согласования дипольных антенн.

1.3.3. Комбинированные антенны.

1.3.4. ТЕМ антенны.

1.3.5. IRA антенны.

1.4. Мощные источники СШП излучения.

1.4.1. История вопроса.

1.4.2. Конструктивные особенности источников СШП излучения.

1.4.3. Источники СШП излучения с ТЕМ антеннами.

1.4.4. Источники СШП излучения с IRA.

1.4.5. СШП источники с другими типами излучателей.

1.5. Выводы.

2. Методы расширения полосы пропускания сверхширокополосных излучателей.

2.1. Введение.

2.2. Полоса пропускания линейного излучателя.

2.3. Численное моделирование комбинированных излучателей.

2.4. Численное моделирование характеристик направленности У-диполя

2.5. Выводы.'.

3. Экспериментальные исследования комбинированных излучателей.

3.1. Введение.

3.2. Конструкции комбинированных излучателей.

3.2.1. Комбинированные антенны.

3.2.1. Комбинированные антенны с расширенной полосой пропускания

3.3. Методики антенных измерений.

3.3.1. Методики антенных измерений в частотной области.

3.3.2. Методики антенных измерений во временной области.

3.4. Характеристики комбинированных антенн.

3.4.1. Характеристики комбинированных антенн в частотной области.

3.4.2. Характеристики комбинированных антенн во временной области

3.5. Выводы.

4. Использование комбинированных антенн в мощных источниках

СШП импульсов.

4.1. Введение.

4.2. Источники мощных СШП импульсов с комбинированными антеннами.

4.3. Использование комбинированной антенны с расширенной полосой пропускания в мощном источнике СШП излучения.

4.4. Выводы.

Введение диссертация по физике, на тему "Комбинированные излучатели мощных сверхширокополосных импульсов"

Актуальность проблемы. Развитие импульсной и антенно-фидерной техники в различных лабораториях мира, позволило создать источники сверхширокополосного (СШП) излучения нано- и субнаносекундной длительности, перспективные для использования в различных областях науки и техники. Возможные применения таких источников - это подземная радиолокация и поиск мин, радиолокация лесных массивов и аэрокосмических объектов, воздействие на объекты и среды, в том числе биологические, электромагнитная совместимость. Преимуществами СШП радиолокации являются высокая разрешающая способность, вследствие короткой длительности импульса, и увеличение информативности излучения, рассеянного объектами, обусловленное большой шириной спектра. Для целей радиолокации аэрокосмических объектов на расстояниях до 100 км необходимы источники СШП излучения с длительностью ~1 не и пиковой мощностью 1-10 ГВт [1,2]. Существующие в настоящее время мощные источники СШП излучения строятся по схемам: один генератор - одна передающая антенна [3-5], один генератор - антенная решетка [6-8] либо -антенная решетка, каждый элемент которой возбуждается своим генератором [9,10]. Антенные решетки с управляемым временем задержки входного импульса на каждом элементе (сканирующие антенные решетки) являются, вероятно, самыми перспективными излучателями для радиолокационных систем. К элементу такой антенной решетки предъявляются жесткие, порой противоречащие друг другу требования. Элемент должен быть компактным. Диаграмма направленности должна быть однонаправленной и характеристики излучения должны быть максимально близкими для возможно больших углов отклонения от направления главного максимума в рабочем полупространстве. Кроме того, антенна должна иметь полосу пропускания, достаточно большую для эффективного излучения возбуждающих импульсов и высокую электрическую прочность для излучения мощных импульсов!

Состояние вопроса. Традиционно антенны делятся на узкополосные, широкополосные и диапазонные или частотно независимые [11]. Однако, многие из известных широкополосных и диапазонных антенн не пригодны для малоискаженного излучения СШП импульсов в связи с зависимостью положения фазового центра антенны от частоты. К таким антеннам относятся спиральные и логопериодические антенны. Биконическая антенна в полосе частот не менее двух октав сохраняет стабильные характеристики направленности, поляризационную характеристику, стабильный фазовый центр и постоянное входное сопротивление. Но диаграмма направленности (ДН) биконической антенны и толстого диполя равномерна в плоскости перпендикулярной оси'диполя, что ограничивает их применение в качестве излучателей направленных СШП импульсов.

В качестве излучателей мощных СШП импульсов в настоящее время широко используются ТЕМ антенны и IRA (Impulse Radiating Antenna). Вопрос создания СШП сканирующей антенной решетки, где в качестве элемента решетки используется IRA, обсуждается в [12]. Указывается на теоретическую возможность создания такой системы для радарных и других приложений с установкой на воздушных судах и космических кораблях. Однако, информацию о реальных IRA решетках обнаружить не удалось.

Антенные решетки, выполненные на основе ТЕМ антенн, известны по работам [6,10,13-15]. К недостаткам таких антенных решеток можно отнести большие габаритные размеры излучателя и малые углы сканирования [14,15].

Необходимость создания компактных СШП антенн подчеркивается в [12]. Требования к источникам микроволнового излучения это - компактность, малый вес и высокая излучаемая мощность. Таким образом, необходимо уменьшать размеры и вес всех подсистем, составляющих СШП источник, и одновременно увеличивать выходную пиковую мощность при высокой частоте повторения импульсов. Развитие технологии твердотельных генераторов дает основание для решения энергетической части задачи. Компактная СШП антенна, которая обеспечивала бы высокую эффективность излучения СШП импульсов и широкую полосу пропускания - является следующей проблемой, с которой сталкиваются разработчики компактных источников СШП излучения.

Развитие техники генерирования мощных нано- и субнаносекундных импульсов на основе газовых коммутаторов [16, 17] позволило создать источники мощных импульсов с амплитудой напряжения ~100кВ. Следует отметить, что генераторы с использованием газовых разрядников позволяют получать импульсы субнаносекундного диапазона с большей мощностью, чем твердотельные. Таким образом, в настоящее время имеется энергетическая основа для разработки мощных источников СШП излучения.

На защиту выносятся следующие положения.

1. Комбинация электрических и магнитных излучателей в антенне уменьшает запас реактивной энергии в ближней зоне и позволяет расширить полосу согласования, получить кардиоидную диаграмму направленности, а также реализовать комбинированные антенны (электрический монополь и магнитный диполь с общим входом) с размерами L = 0.1(Ян - длина волны, соответствующая нижней граничной частоте полосы ' согласования) и частотным перекрытием 10:1 по уровню коэффициента стоячей волны по напряжению <3 для источников излучения с пиковой мощностью 100 МВт с одиночной антенной и 1 ГВт с четырехэлементной антенной решеткой.

3. Стабилизация положения максимума диаграммы направленности комбинированной антенны путем включения в ее состав элемента в виде ТЕМ рупора обеспечивает кай сдвиг верхней границы полосы пропускания в область высоких частот в 3-4 раза так и увеличение эффективности по пиковой мощности в 1.3-1.8 раза.

Достоверность результатов первого и четвертого защищаемых положений подтверждаются использованием в измерениях поверенного прибора Agilent 8719ЕТ Network Analyzer (с рабочей полосой частот 0.05 -13.5 ГГц), обеспечивающего высокую точность измерений частоты, амплитудных значений КСВН, затухания и фазы.

Достоверность результатов второго и третьего защищаемых положений подтверждаются использованием в измерениях повер'енных цифровых осциллографов фирмы Tektronix TDS7404 и TDS6604 с полосой пропускания 4 и 6 ГГц, аттенюаторов и переходников фирмы Radial с полосой пропускания 18 ГГц, обеспечивающих высокую точность измерения амплитудно-временных значений наносекундных импульсов.

Была впервые предложена методика оценки эффективности СШП антенн по пиковой мощности.

Научная ценность. .Важным является факт, что при изменении геометрии верхних активного и пассивного магнитных диполей путем изменения положения разделяющей их пластины изменяются моменты токов, что, в свою очередь, приводит к изменению согласования комбинированной антенны с фидером и характеристик излучения. Благодаря найденным в эксперименте зависимостям энергетической эффективности антенн и пиковой напряженности электрического поля в импульсе излучения, а также полученным зависимостям ширины диаграммы направленности от геометрии магнитных диполей обнаружен механизм настройки антенн удобный тем, что в антенне меняется геометрическое положение только одного настроечного элемента, при этом габаритные размеры остаются неизменными.

Благодаря конструктивному решению использования в комбинированных антеннах излучателя электрического типа в виде ТЕМ' рупора, удалось значительно увеличить полосу пропускания антенн в направлении главного максимума излучения.

Практическая значимость.

6. Комбинированные передающие антенны с ТЕМ рупором в режиме приема обеспечивают с высокой чувствительностью малоискаженную регистрацию СШП сигналов, рассеянных от объектов, вследствие широкой полосы пропускания.

Внедрение результатов работы. Разработанные в ходе исследований комбинированные СШП излучатели и мощные источники СШП излучения на их основе использовались в различных исследованиях, в том числе по электромагнитной совместимости. Перечисленные ниже отечественные и зарубежные организации использовали различные ' комбинированные излучатели или мощные источники СШП излучения, включающие в себя комбинированные излучатели:

1. Институт сильноточной электроники СО РАН (г. Томск);

2. Агентство оборонных исследований (г. Лондон, Великобритания);

3. Институт прикладной электроники Китайской академии инженерной физики (г. Меньян, КНР);

4. Шеньянский технологический институт (г. Шеньян, КНР);

5. Северо-западный институт ядерных технологий (г. Сиань, КНР);

6. Международные технологии по мощной импульсной технике (г. Тегра, Франция).

Апробация работы. Материалы, вошедшие в диссертационную работу, докладывались на следующих научных конференциях: VI Int. Conference on Mathematical Methods in Electromagnetic Theory (Lviv, Ukraine, 1996); SPIE Int. Symposium, Intense Microwave Pulses V Conference (San Diego, USA, 1997); 1114th IEEE Int. Pulsed Power Conferences (Baltimore, USA, 1997; Monterey, USA, 1999; Las Vegas, USA, 2001; Dallas, USA, 2003); IV, VI Int. Conferences on UltraWideband, Short-Pulse Electromagnetics (Tel-Aviv, Israel, 1998; Annapolis, USA, 2002); рабочем совещании NATO ARW по современным исследованиям в области разминирования (Москва, Россия, 1997 г); Всероссийской научной конференции "Физика радиоволн" (Томск, Россия, 2002 г.); Всероссийской научной конференции "Сверхширокополосные сигналы в радиолокации, связи и акустике" (Муром, Россия, 2003 г.); III Международной научно-практической конференции "Электронные средства и системы управления" (Томск, Россия, 2005 г.) ; 14th Int. Symposium on High Current Electronics (Томск, Россия, 2006 г.).

Публикации. По теме диссертации опубликовано 7 статей и 15 докладов на конференциях [64, 67-71, 73, 74, 78-85, 87-92].

Личный вклад автора. Основные результаты диссертации получены лично автором, либо при его прямом участии. Авторов были проведены численные и натурные эксперименты и выполнен анализ полученных результатов, разработаны алгоритмы и программы обработки результатов измерений. Созданием мощных источников СШП излучения (Глава 4) занималась большая группа сотрудников ИСЭ СО РАН: Визирь В.А., Губанов В.П., Ефремов A.M., Зорин В.Б., Ковальчук Б.М., Коровин С.Д., Кошелев В.И., Кремнев В.В., Плиско В.В., Степченко A.C., Сухушин К.Н. Участие автора заключалось в создании СШП излучателей, исследовании их характеристик и характеристик излучения мощных СШП источников.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения и приложения.

Заключение диссертации по теме "Радиофизика"

4.4. Выводы

Разработаны и изготовлены мощные источники СШП излучения, излучателями в которых являются комбинированные антенны различных модификаций. Во всех источниках используются генераторы биполярных импульсов напряжения для возбуждения излучателей. Диапазон длительностей биполярных импульсов напряжения составляет 1-4 не, а диапазон амплитуд -100-200 кВ.

Для увеличения электрической прочности комбинированные антенны помещались в тонкостенные диэлектрические контейнеры, заполненные SF6 газом. Давление газа SFö доходило до 0.6 атм избыточной. При этом, диэлектрический контейнер незначительно влиял на характеристики комбинированных антенн.

Пиковая мощность источников СШП излучения составляла 0.1-1.3 ГВт, а эффективный потенциал 100-500 кВ.

Пиковая напряженность поля на расстоянии 4 м от четвертого источника, найденная в эксперементе составила 34 кВ/м. При этом значение £УЭфф составило ~130 кВ. Расчетное значение Ер в той же точке составило 34 кВ/м. Хорошее соответствие расчетной и измереной величины Ер подтверждает правильность нахождения kw, кр и КНД передающих СШП антенн.

Заключение

В работе по результатам проведенных исследований разработаны три варианта конструкции комбинированных антенн. Созданы четыре мощных источника СШП излучения с различными вариантами комбинированных антенн и исследованы характеристики излучения данных источников. Были получены следующие основные результаты.

1. Численно исследована модель объемного компактного излучателя, представляющего собой электрический монополь и ограниченный экран, свернутый вокруг монополя. Данную модель можно рассматривать как комбинацию разделенных в пространстве электрического монополя и ортогонального ему магнитного диполя. Данная комбинация возбуждается одним общим источником ЭДС. Показана возможность согласования такого излучателя в полосе частот, близкой к 3:1, по уровню КСВН = 2. ДН комбинированного излучателя имеет один лепесток и положение главного максимума излучения (ф = 0°, 8 = 0°) стабильно в полосе 2.2:1. К недостаткам данной модели излучателя относится зависимость положения главного максимума ДН от частоты для диапазона, соответствующего L/A > 0.45, а также высокий уровень кроссполяризованного излучения для этого же диапазона частот. Показано, что такое поведение ДН комбинированного излучателя для частот, соответствующих L/A > 0.45, определяется взаимодействием монополя и магнитного диполя и что для расширения полосы пропускания в область данных частот необходимо предпринимать дополнительные меры.

2. Показана возможность расширения полосы пропускания электрически короткого диполя в область высоких частот за счет выполнение диполя в виде V-образной антенны. Были рассчитаны ДН по полю симметричного диполя длиной 2L и V-образной антенны с той же длиной плеч. Исследования выполнены в широком диапазоне частот, соответствующих отношению L/A = 0.25-2 и в диапазоне углов между плечами V-антенны 12О°>20о> 60°.

Показано, что в области низких частот, соответствующих ЫХ = 0.25, У-антенна с углом 20о = 60° не является эффективным излучателем и максимум ее ДН составляет лишь 0.5 от максимума ДН симметричного диполя. При увеличении угла 20о растет эффективность излучения У-антенны и при 20о = 120° максимум ее ДН составляет 2 0.9 от максимума ДН симметричного диполя. Напряженность поля, создаваемая У-антенной, становиться больше напряженности поля, создаваемой симметричным диполем в направлении главного максимума (8 = 0°), на частотах, соответствующих ЫХ > 0.5 , при 200= 120°. С уменьшением угла 20о напряженность поля, создаваемая V-антенной, становиться больше напряженности поля, создаваемой симметричным диполем в направлении 8 = 0°, на более высоких частотах, соответствующих ЫХ = 0.65 и ЫХ = 0.7 для 20о = 9О° и 20о = 6О°, соответственно. При этом положение главного максимума ДН У-антенны с углом 200= 120° остается стабильным вплоть до частот, соответствующих ЫХ = 1.5, ас уменьшение угла 20о до значений 90°-60° положение главного максимума ДН У-антенн остается стабильным, как минимум, до частот соответствующих ЫХ = 2.

3. Разработаны два варианта конструкций компактных комбинированных антенн, размеры которых не превышают половину пространственной протяженности излучаемого биполярного импульса. Показано, что совмещение ближних зон электрического монополя и излучателя магнитного типа (рамка) расширяет полосу согласования по сравнению с полосой согласования электрического монополя в область нижних частот. Получены сдвиги на 26% для антенны А13 и на 18% для антенны А22 до частоты, соответствующей отношению ЫХ^ = 0Л7. Диаграммы направленности антенн в главных плоскостях близки к кардиоидным, поляризация излученного поля линейная. Антенны предназначены для излучения мощных СШП импульсов и обладают высокой электрической прочностью.

4. Предложена методика определения эффективности сверхширокополосной антенны по пиковой мощности. Погрешность измерения пиковой напряженности электрического поля в дальней зоне, определяемая по найденным параметрам кр, kw и КНД составляет примерно 10% .

5. Показано, что комбинированные антенны с расширенной полосой пропускания (третий вариант конструкции) отличаются от первых двух: меньшим уровнем кроссполяризованного излучения, увеличенной более чем в два раза полосой пропускания в направлении главного максимума за счет продвижения в область высоких частот (до частот, соответствующих Ь/Л> 1). При практически одинаковой энергетической эффективности антенн, антенны третьей модификации имеют в 1.5 раза больший КНД. Эффективность этих антенн по пиковой мощности при возбуждении их биполярным импульсом напряжения достигает 1.1, при том, что для первых двух вариантов антенн кр = 0.55-0.75. Разработанные антенны компактны и их размеры не превышают половину пространственной протяженности излучаемого биполярного импульса. Антенны предназначены для излучения мощных СШП импульсов и обладают высокой электрической прочностью.

Разработанные комбинированные антенны удовлетворяют требованиям, предъявляемым элементу сканирующей антенной решетки. Таким образом, они могут служить эффективними излучателями не только в СШП источниках, построенных по схеме один генератор - одна передающая антенна, но и в качестве элемента антенной решетки.

Автор выражает признательность своему научному руководителю -д. ф.-м. н. Кошелеву В.И. за постоянное внимание и общее руководство работой.

Автор глубоко признателен к. ф.-м. н. Буянову Ю.И. (ТГУ) за многолетнее внимание и поддержку, а также благодарен за помощь, оказанную при решении поставленных во второй главе задач, и ценные замечания по работе в целом.

Автор благодарит к. ф.-м. н. Пойзнера Б.Н. (ТГУ) за помощь в логичном представлении результатов работы, изложенных во введении.

Автор искренне благодарен всему научному коллективу лаборатории высокочастотной электроники ИСЭ СО РАН за дружескую поддержку и помощь.

Список источников диссертации и автореферата по физике, кандидата физико-математических наук, Андреев, Юрий Анатольевич, Томск

1. Астанин Л.Ю., Костылев А.А. Основы сверхширокополосных радиолокационных измерений. М.: Радио и связь, 1989. - 192 с.

2. Вопросы перспективной радиолокации. Коллективная монография / Под ред. А.В. Соколова. М.: Радиотехника, 2003. - 512 с. - (Сер. Радиолокация).

3. JOLT: A Highly Directive, Very Intensive, Impulse-Like Radiator / C.E. Baum, W.L. Baker, W.D. Prather et al. //Sensor and Simulation Notes.2003.-Note 480.-P. 1-36.

4. Pokryvailo A., Yankelevich Y., Shapira M. A Compact Source of Subgigawatt Subnanosecond Pulses // IEEE Trans. On Plasma Science.2004.-Vol. 32, No. 5.-P. 1909-1918.

5. Генерирование мощных сверхширокополосных электромагнитных импульсов субнаносекундной длительности / В.Г. Шпак, М.И. Яландин, С.А. Шунайлов, М.Р. Ульмаскулов // Изв. вузов. Физика.- 1996. -№ 12.-С. 119-127.

6. Источники мощных импульсов сверхширокополосного излучения с одиночной антенной и многоэлементной решеткой / В.П. Губанов, A.M. Ефремов, В.И. Кошелев и др. //ПТЭ. 2005. - № 3. - С. 46-54.

7. High-Power Sources of Ultrawideband Radiation with Subnanosecond Pulse Length / A.M. Efremov, V.I. Koshelev, B.M. Kovalchuk et al. // Изв. вузов. Физика. 2006. - № 11. Приложение. - С. 446-449.

8. Oicies J.A., Grant J.R., Herman M.H. Realizing the potential of photoconductive switching for HPM applications // Proc. SPIE. 1995. -Vol. 2557.-P. 225-236.

9. Active Antennas' Array with Control and Stabilization of Synchronizing for UWB Video-Pulses / V.M. Federov, I.V. Grekhov, E.F. Lebedev et al. // Изв. вузов. Физика. 2006. -№11. Приложение. - С. 405-408.

10. Марков Г.Т., Сазонов Д.М. Антенны. М.:Энергия, 1975. - 528 с.

11. Ultra-Wideband Transmitter Research / F.J. Agee, C.E. Baum, W.D. Prather et al. // IEEE Transaction on Plasma Science. 1998. -Vol. 26, No. 3.-P. 860-873.

12. Ultra-wideband source and antenna research / W.D. Prather, C.E. Baum, J.M. Lehr et al. // IEEE Transactions on plasma science. 2000. -Vol. 28,No. 5.-P. 1624-1630.

13. Активная фазированная решетка для излучения субнаносекундных импульсов / А.Ф. Кардо-Сысоев, С.В. Зозулин, А.Н. Флеров, А.Д. Французов //Проблемы транспорта. 2000. - № 3. - С. 179-194.

14. Multiunit UWB Radiator of Electro-Magnetic Waves with Controled Directional Pattern / V.M. Efanov, V.M. Fedorov, I.V. Grekhov et al. // Proc. 13th Int. Symposium on High Current Electronics. Tomsk: Publishing house of IOA SB RAS. 2004. - P. 262-266.

15. Месяц Г.А., Шпак В.Г. Генерирование мощных субнаносекундных импульсов//ПТЭ.- 1978.-№6.-С. 5-18.

16. Яландин М.И., Шпак В.Г. Мощные малогабаритные импульсно-периодические генераторы субнаносекундного диапазона // ПТЭ. -2001.-№3,-С. 5-31.

17. Baum С.Е. Some Characteristics of Electric and Magnetic Dipole Antennas for Radiating Transient Pulses // Sensor and Simulation Notes. -1971.-Note 125.-P. 1-170.

18. Хармут X. Теория секвеитиого анализа. Основы и Применение: Пер. с английского. М.:Мир, 1980. - 574 с.

19. Беличенко В.П., Буянов Ю.И., Кошелев В.И. Поля, возбуждаемые нестационарными токами и зарядами :Учебно-методическое пособие. Том. гос. ун-т., Томск, 2005. - 22 с.

20. Фейнман Р., Лейтон Р., Сендс М. Фейнмановские лекции по физике, вып. 6, кн. 4 М.: Мир, 1977. - 349 с.

21. Гольдштейн Л.Д., Зернов Н.В. Электромагнитные поля и волны. -М.: Советское радио, 1971.-662 с.

22. Радиотехнические цепи и сигналы: Учеб. пособие для вузов / Д.В. Васильев., М.Р. Витоль, Ю.Н. Горшенков и др. / Под ред. К.А. Самойло. -М.: Радио и связь, 1982. 528 с.

23. Кочержевский Г.Н. Антенно-фидерные устройства. М.: Связь, 1972. -472 с.

24. Рамзей В. Частотно независимые антенны: Пер. с англ. / Под ред. Чаплина А.Ф. М: Мир, 1968, - 176 с.

25. Пистолькорс A.A. Антенна. Описание изобретения к авторскому свидетельству. № 52669. 1936.

26. Пистолькорс A.A. Антенны. М.: Связьиздат, 1947. - 479 с.

27. Драбкин А.Л., Зузенко В.Л. Антенно-фидерные устройства. М.: Советское радио, 1961. - 815 с.

28. О возможности расширения полосы пропускания малогабаритных излучателей / В.П. Беличенко, Ю.И. Буянов, В.И. Кошелев, В.В. Плиско // РЭ. 1999. - Т. 44, № 2. - С. 178-184.

29. Беличенко В.П., Буянов Ю.И. Об одном подходе к проблеме расширения полосы пропускания антенн малых электрических размеров // Изв. вузов. Физика. 2006. - № 9. Приложение. С. 3335.

30. Буянов Ю.И., Силенин В.Н. Антенна // Патент РФ № 1259374. Опуб. Б.И. 1986. - № 35. - С. 239.

31. McLean J.S., Sutton R. Practical Implementation of PxM Antennas for High-Power Applications // Book of Abstracts of Int. Symposium Euro Electromagnetics. 2004. - P. 159-160.

32. Overfelt P.L. Electric Lines of Force of an Electrically Small DipoleLoop Antenna Array // IEEE Trans on Antennas and Propagation. -1998. Vol. 46, No. 3. - P. 451 -456.

33. Mayes P.E., Warren W.T., Wiesenmeyer F.M. The Monopol Slot: A Small Broad-Band Unidirectional Antenna // IEEE Trans, on Antennas and Propagation. 1972. - Vol. AP-20. - P. 489-493.

34. Lee R.T., Smith G.S. A design study for the basic ТЕМ horn antenna // IEEE Antennas and Propagation Magazine. 2004. - Vol. 46, No. 1. -P. 86-92.

35. Chang L.T., Burnside W.D. An ultrawide-bandwidth tapered resistive ТЕМ horn antenna // IEEE Transactions on Antennas and Propagation. -2000. Vol. 48, No. 12.-P. 1848-1857.

36. Yankelevich Y., Pokryvailo A. A Compact Former of High-Power Bipolar Subnanosecond Pulses // IEEE Transactions on Plasma Science. 2005. - Vol. 33, No. 4. - P. 1186-1191.

37. Design, fabrication and testing of a paraboloidal reflector antenna and pulser system for impulse-like waveforms / I.D. Smith, D.W. Morton, D.V. Giri et al. //10 IEEE Int. Pulsed Power Conf. 1995. - Vol.1. - P. 56-64.

38. Design, Fabrication, and Testing of a Paraboloidal Reflector Antenna and Pulser System for Impulse-Like Waveforms / D.V. Giri, H. Lackner, I.D. Smith et al. // IEEE Transactions on Plasma Science. 1997. - Vol. 25, No. 2. - P. 318-326.

39. Bowen L.H., Farr E.G. E field measurements for a 1 meter diameter half IRA // Sensor and Simulation Notes. 1998. - Note 419. - P. 1-19.

40. Design and Setup of a Short Pulse Simulator for Susceptibility Investigations / F. Sabath, D. Nitsch, M. Jung and T. Weise // IEEE Transactions on Plasma Science. 2002. - Vol. 30, No. 5. - P. 17221727.

41. Optimization of impulse radiating antennas / L.H. Bowen, E.G. Farr, C.E. Baum, T.C. Tran // Ultra-Wideband, Short-Pulse Electromagnetics 6, edited by E.L. Mokole, M.K. Kragalott, and K. Gerlach. Kluwer Academic.-2003. -P. 281-290.

42. Tesla N., Childress D. The Fantastic Inventions of Nikola Tesla. -Adventures Unlimitd, 1993. 342 p.

43. Patent No 454,622. System of Electric Lighting / N.Tesla. Patented 23 June, 1891. Электронный ресурс. Режим доступа http://www.pbs.org/tesla/res/454622.html

44. Коровин С.Д., Ростов В.В. Сильноточные наносекундные импульсно-периодические ускорители электронов на основе трансформатора Тесла // Изв. вузов. Физика. 1996. - № 12. - С. 2130.

45. Repetitively pulsed high-current accelerators with transformer charging of forming lines / G.A. Mesyats, S.D. Korovin, A.V. Gunin et al. // Laser and Particle Beams. -2003. Vol. 21, № 2. - P. 197-209.

46. Сражения, изменившие ход истории: 1945-2004/ А.В.Баранов, А.А. Герман, Д.М. Креленко и др. Саратов:Лицей, 2005. - 560 с.

47. Электромагнитный терроризм на рубеже тысячелетий/под ред. Т.Р. Газизова. Томск:Томский государственный университет, 2002. -206 с.

48. The Matching Between an EMP Simulator and the Pulse Generator / H.M. Shen, R.P. King and T.T. Wu // IEEE Trans on Electromagnetic Compatibility. 1984. - Vol. 26, No. 1. - P. 4-13.

49. Месяц Г.А. Импульсная энергетика и электроника. М,: Наука, 2004. - 704 с.

50. Генерирование высоковольтных субнаносекундных импульсов с пиковой мощностью до 300 MW и частотой повторения 2 kHz / М.И. Яландин, С.К. Любутин, С.Н. Рукин и др. // Письма в ЖТФ. -2001.-Т. 27, Вып. 1.-С. 81-88.

51. High Peak Power and High Average Power Subnanosecond Modulator Operating at a Repetition Frequency of 3.5 kHz / M.I. Yalandin, S.K. Lyubutin, M.R. Oulmascoulov et al. // IEEE Transactions on Plasma Science. 2002. - Vol. 30, No. 5. - P. 1700-1704.

52. Формирование коротких импульсов с субнаносекундным фронтом и пиковой мощностью до 1 ГВт полупроводниковым диодным обострителем / Е.А. Аличкин, С.К. Любутин, А.В.Пономарев и др. // ПТЭ. 2002. - № 4. - С. 106-111.

53. Справочник конструктора РАЭ: Компоненты, механизмы, надежность / Н.А. Барканов, Б.Е. Бердичевский, П.Д. Верхопятницкий и др.; Под ред. Р.Г. Варламова. М,: Радио и связь, - 1985.-384 с.

54. Schantz Н. The art and science of ultrawideband antennas. Boston: Artech house, 2005.-331 p.

55. Ultra-wideband source research / W.D. Prather, C.E. Baum, J.M. Lehr et al. // Proc. 12 IEEE Inter Pulsed Power Conf. -1999. Vol. 1. -P. 185189.

56. Генерация мощных сверхширокополосных электромагнитных импульсов наносекундной длительности в системе с коаксиальным ТЕМ-рупором / В.П. Губанов, С.Д. Коровин, И.В. Пегель и др. // Изв. вузов Физика. 1996. - № 12. - С. 110-118.

57. Estimation of an Utmost Efficient Potential of Ultrawideband Radiating Systems / V.P. Belichenko, V.I. Koshelev, V.V. Plisko et al. // Изв. вузов. Физика. 2006. - № 11. Приложение. -С.391-394.

58. Hong K.D., Braidwood S.W. Resonant Antenna-Source System for Generation of High-Power Wideband Pulses // IEEE Trans on Plasma Science. 2002. - Vol. 30, No. 5 - P. 1705-1711.

59. Фрадин A.C. Антенно-фидерные устройства. M., "Связь" 1977. -440 с.

60. Излучатели мощных сверхширокополосных электромагнитных импульсов / В.А. Балдыгин, С.А. Бабенко, JI.A. Бусыгина и др. // Сб. докл. II Всесосс. конф. ССРСА. 2006. - С. 126-129.

61. Фано Р. 'Теоретические ограничения полосы согласования произвольных импедансов. Пер. с англ.-М.: Сов. Радио, 1965. 72 с.

62. Андреев Ю.А., Буянов Ю.И., Кошелев В.И. Малогабаритные сверхширокополрсные антенны для излучения мощных электромагнитных импульсов // Журнал Радиоэлектроники. 2006. - № 4. Электронный ресурс. Режим доступа http://jre.cplire.ni/mac/apr06/l/text.html

63. Описание кода NEC-2. Электронный ресурс. Режим доступа -http://www.nec2.org

64. Trueman C.W., Kubina S.J. Fields of complex surfaces using wire grid modelling // IEEE Trans on magnetics 1991. - Vol. 27, No. 5. -P. 4262-4267.

65. Synthesis of Ultrawideband Radiators of Nonharmonic Signals / Yu. Andreev, V. Belichenko, Yu. Buyanov et al. // Proc. VI Int. Conf. On Math. Meth. In Electromagnetic Theoiy. 1996. - P. 425-428.

66. High-power ultrawideband electromagnetic pulse radiation / V.l. Koshelev, Y.I. Buyanov, B.M. Kovalchuk, Yu.A. Andreev et al. // Proc. SPIE- 1997.- Vol. 3158.-P. 209-219.

67. Элемент сканирующей антенной решетки для излучения мощных сверхширокополосных электромагнитных импульсов / Ю.А. Андреев, Ю.И. Буянов, В.И. Кошелев, К.Н. Сухушин // РЭ. -1999.-Т. 44, №5.-С. 531-537.

68. Ultrawideband radiators of high-power pulses / V.l. Koshelev, Yu.I. Buyanov, Yu.A. Andreev et al. // Proc. 13 IEEE Inter. Pulsed Power Conf. -2001. Vol. 2. - P. 1661 -1664.

69. Андреев Ю.А., Буянов Ю.И., Кошелев В.И. Комбинированная антенна с расширенной полосой пропускания // РЭ. 2005. - Т. 50, №5.-С. 585-594.

70. Фрадин А.З., Рыжков Е.В. Измерение параметров антенно-фидерных устройств. М.: Связьиздат, 1962. - 316 с.

71. High-power ultrawideband radiation source / Yu.A. Andreev, V.P. Gubanov, A.M. Efremov et al. // Laser and Particle Beams. 2003. -Vol. 21, No. 2.-P. 211-217.

72. Электромагнитное излучение при наносекундном разряде в открытом газонаполненном диоде / Ю.А. Андреев, И.Д. Костыря,

73. B.И. Кошелев, В.Ф. Тарасенко // ЖТФ. 2006. - Т.76, Вып. 5.1. C. 105-111.

74. Multifunction impulse radiation antennas: Theory and experiment / E.G. Farr, C.E. Baum, W.D. Prather, L.H. Bowen // In Ultra-Wideband Short-Pulse Electromagnetics 4. New York.: Plenum Press. - 1999. -P. 131-144.

75. Балзовский Е.В., Буянов Ю.И., Кошелев В.И. Сверхширокополосная дипольная антенна с резистивными плечами // РЭ. 2004. - Т.49, № 4. - С. 460-465.

76. Исследование объектов с помощью пикосекундных импульсов / Г.В. Глебович, A.B. Андриянов, Ю.В. Введенский и др.; Под ред. Г.В. Глебовича. М: Радио и связь. - 1984. - 256 с.

77. Генератор гигаваттных импульсов сверхширокополосного излучения / Ю.А. Андреев, Ю.И. Буянов, В.А. Визирь и др. // ПТЭ. -2000,-№2.-С. 82-88.

78. Multichannel' antenna systems for radiation of high-power ultrawideband pulses / Yu.A. Andreev, Yu.I. Buyanov, V.l. Koshelev et al. // Proc. Ultra-Wideband, Short-Pulse Electromagnetics 4. New York.: Plenum Press. - 1999. - РЛ 81-186.

79. Сверхширокополосные комбинированные антенны и решетки / Ю.А. Андреев, Ю.И. Буянов, В.И. Кошелев и др. // Доклады Всеросс. науч. конф. "Сверхширокополосные сигналы в радиолокации, связи и акустике". Муром. 2003. - С. 48-53.

80. Andreev Yu.A., Buyanov Yu.I., Koshelev V.I. Combined Antennas for High-Power Ultrawideband Radiation // Изв. вузов. Физика. 2006. -№.11. Приложение. - С. 435-438.

81. Андреев Ю.А. Определение полосы пропускания сверхширокополосных комбинированных антенн // Труды Всеросс. научн. конф. "Физика радиоволн". Томск. 2002. - CVI. - С. 8-11.

82. Ultrawideband transmitting antennas, arrays, and high-power radiation sources / V.I. Koshelev, Yu.A. Andreev, Yu.I. Buyanov et al. // Proc. Ultra-Wideband, Short-Pulse Electromagnetics 6. New York.: Plenum Press.-2003.-P. 357-367.

83. Введенский Ю.В. Тиратронный генератор наносекундных импульсов с универсальным выходом // Изв. вузов СССР. Радиотехника. 1959. - № 2. - С. 249-251.

84. Генератор мощных импульсов сверхширокополосного электромагнитного излучения / Ю.А. Андреев, Ю.И. Буянов, В.А. Визирки др. // ПТЭ. 1997. - № 5. - С. 72-76.

85. High-power ultrawideband electromagnetic radiation generator / Yu.A. Andreev, Yu.I. Buyanov., A.M. Efremov et al. // Proc. 11 Inter. Pulsed Power Conf. 1997. - Vol.1. - P. 730-735.

86. Gigawatt-power-level ultrawideband radiation generator / Yu.A. Andreev, Yu.I. Buyanov, A.M. Efremov et al. // Proc. 12 Inter. Pulsed Power Conf. 1999. - Vol.2. - P. 1337-1340.

87. High-power ultrawideband electromagnetic pulse source / Yu.A. Andreev, V.P. Gubanov, A.M. Efremov et al. // Proc. 14th IEEE Inter. Pulsed Power Conf. 2003. - Vol. 2. - P. 1458-1461.134