1.3. Системы компрессии с накоплением энергии в линиях задержки

Применение линий задержки (ЛЗ) как накопительных элементов в системах компрессии энергии, используемых для СВЧ питания ЛУЭ, имеет ряд преимуществ по сравнению с накопителями на основе полых резонаторов. В качестве основных достоинств систем с накоплением энергии в ЛЗ можно отметить то, что, во-первых, на их выходе формируется импульс с плоской вершиной без применения специальных мер (из-за особенностей работы ЛЗ), и, во-вторых, при использовании ЛЗ с малыми потерями коэффициент передачи энергии в них может приближаться к единице, поскольку здесь отсутствуют принципиальные потери энергии, свойственные системам с накопительными резонаторами.

В соответствии с классификационной схемой ЛУЭ с системами компрессии, использующие для накопления энергии линии задержки (ЛЗ), делятся на несколько подгрупп. Рассмотрим подробнее схемы ЛУЭ с системами этих подгрупп.

1.3.1. Системы с коммутацией на высоком уровне мощности

Основной принцип работы таких систем заключается в следующем. Выходной импульс СВЧ генератора разделяется каким-либо коммутирующим устройством на несколько равных по длительности частей. После чего каждая из частей смещается во времени с помощью ЛЗ так, чтобы к выходному суммирующему устройству они пришли одновременно. При этом мощность результирующей волны на выходе этого суммирующего устройства возрастет во столько раз, на сколько частей был разделен исходный импульс.

Схема простейшего варианта построения ЛУЭ с системой компрессии, реализующей этот принцип, приведена на рис.1.11. Основными элементами ЛУЭ являются: ускоряющая секция1, СВЧ генератор2, линия задержки3, СВЧ коммутаторы4и5, СВЧ мост6и нагрузка 7. Работает система следующим образом (см. временные диаграммы на рис.1.12). В первой половине СВЧ импульса генератора коммутатор4открыт, а коммутатор5– закрыт. СВЧ волна с выхода генератора поступает на вход линии задержки3(см.рис.1.11)

Время задержки сигнала в ЛЗ равно половине длительности СВЧ импульса генератора. Во второй половине СВЧ импульса коммутаторы переключаются: коммутатор 4закрывается, коммутатор5открывается. В результате волна с выхода СВЧ генератора поступает непосредственно на входное плечо моста6. На другое плечо этого моста приходит волна с выхода ЛЗ. Фазировка этих волн устанавливается таким образом, чтобы суммарная волна поступала только на плечо моста, подключенное к ускоряющей секции. Мощность этой волны равна удвоенной мощности волны генератора, а длительность – в два раза меньше. Мощность выходной волны может быть увеличена последовательным соединением нескольких аналогичных каскадов. В этом случае (полагая, что потери мощности в ЛЗ отсутствуют) коэффициент увеличения мощности равенK_Р= 2ⁿ, гдеn– количество каскадов умножения, а длительность выходного импульса во столько же раз меньше исходного. Количество таких каскадов можно увеличивать до тех пор, пока длительность выходного импульса не окажется сравнимой с быстродействием коммутаторов.

Другой вариант построения схемы ЛУЭ с системой компрессии приведен на рис.1.13. От предыдущей схемы он отличается тем, что применение циркулятора 5позволяет использовать только один коммутатор4. Здесь в первой половине СВЧ импульса коммутатор4открыт и СВЧ волна генератора через циркулятор5поступает на вход линии задержки3. Во второй половине импульса коммутатор4закрывается и отраженная от него волна через циркулятор5поступает непосредственно на входное плечо моста6. Наличие только одного коммутатора в такой системе позволяет избежать проблем, связанных с необходимостью синхронизации момента срабатывания коммутаторов.

Возможны и другие варианты построения схем ЛУЭ, в которых используются системы компрессии с ЛЗ и коммутаторами на высоком уровне мощности.