NO763557L - - Google Patents

Description

Innretning med flere trinn for beskyttelse av en radarmottager.

Oppfinnelsen angår en innretning med flere trinn, for beskyttelse av en radarmottaker, omfattende en bølgeleder med minst ett trinn med halogengass i bølgelederens inngang, et trinn med tritium i en avstand fra hålogengasstrinnet som hovedsakelig er et ulike helt multiplum av en kvart drifts-bølgelengde for energibegrensning av høyfrekvensinngangssig-naler med et nivå over en forhåndsbestemt terskelverdi.

Siden tritiumenergibegrenseren ble oppfunnet.har man forsøkt å eliminere dens lange gjenopprettelsestid. Den lange gjenopprettelsestid skyldes at tritium' trenger inn i om-givelser med en semi-inert gass som f.eks. en blanding av argon, ammoniakk og vanndamp. Tritiumet kan ikke overleve i en aggressiv gass som f.eks. klor som har meget kort gjenopprettelsestid.

Et kjent forsøk på å minske gjenopprettelsestiden for en tritiumenergibegrenser er innføring av vanndamp i en blanding av semi-inerte gasser som hever den lave grense for

o innretningens arbeidstemperaturområde. Dette er en viktig faktor når radaren skal anbringes beskyttet ved meget lave temperaturer som f.eks. i et fly.

Hensikten med oppfinnelsen er derfor å tilveiebringe

en innretning av den innledningsvis nevnte art med hurtigere inn- og utkopling av begrenseren enn det som tidligere har vært mulig.

Dette oppnås ifølge oppfinnelsan ved at en første diode-be.grenser er anordnet i bølgelederen i en avstand av et helt multiplum, av en halv driftsbølgelengde fra tritiumtrinnet for å gjøre tritiumtrinnet ufølsomt ved å tilveiebringe en null-tilstand i signalet der, slik at energibegrensningen i tritium-j trinnet oppheves når halogengasstrinnet når konstant tilstand.

En innretning ifølge oppfinnelsen består av tre seksjoner som strekker seg fra inngangen til utgangen av bølge-lederen. Den første seksjon har tre klorgassbegrensertrinn med en innbyrdes avstand på en kvart arbeidsbølgelengde g. Den andre seksjon har et enkelj; tritiumbegrensertrinn i en avstand på en kvart arbeidsbølgelengde fra det siste klorgasstrinn. Den tredje seksjon inneholder to begrenserdioder i en avkortet ende av en halv bølgelengde. Den første har en avstand på en halv bølgelengde fra tritiumbegrenseren. Den andre har en avstand på en kvart bølgelengde fra den første. Når begrenserdiodene'er sterkt begrensede, vil den første diodebegrenser reflektere en null tilbake til tritiumbegrenseren.

Det siste klorgasstrinns evne til å dempe energien er valgt slik at den énergi som passerer på denne, dvs. den energi som ikke er dempet helt tidligere, blir nullreflektert av den første diodebegrenser til tritiumtrinnet, vil under drift med konstant tilstand ligge under energinivået som er nødvendig for å opprettholde tritiumtrinnet. Under en kort tid ved opp-starting av tritiumtrinnet er det imidlertid effektivt som et utladningstrinn som beskytter mottakeren.

Noen utførelseseksempler på oppfinnelsen skal beskrives nærmere nedenfor under henvisning til tegningene.

Fig. 1 viser et lengdesnitt gjennom en utførelsesform

av en innretning ifølge ioppfinnelsen.

Fig. 2 viser et snitt langs linjen II-II på fig.l.

Fig. 3 vsier et snitt langs linjen III-III på fig. 2. Fig. 4A, 4B og 4C viser kurver for forholdet mellom opptredende startelektroner i tritiumbegrensertrinnet på fig. 1 og elektrontettheten for det siste av de tre klorbegrenser-trinn på fig. 1. Fig. 1 viser en bølgeleder 10 med rektangulært tverr-snitt og en inngang som er betegnet r.f.^nnog en utgang som er betegnet r.f. ^. Høyfrekvensenergien tilføres vanligvis inngangen fra radarantennen via en sirkulerende duplekser som er forbundet med mottakeren. En annen del av den sirkulerende duplekser er forbundet med senderen og en ytterligere del med en egnet belastning for riktig impedanstilpasning. Utgangen er vanligvis forbundet med en annen sirkulerende■duplekser som- er forbundet med mottakeren og med en egnet belastnings-impedanstilpasning. Innretningen 10 har tre etter hverandre anordnede seksjoner mellom inngang og utgang. Disse er en klorgasstrinnseksjon 14, en tritiumtrinnseksjon 16 og en diodebegrenserseksjon 18. Bølgelederen 12 har en karakteris-tisk senterfrekvens g. Hvor det ikke spesielt er angitt,

vil referanser til bølgelengden være bølgelengden ved fre-kvensen g.

Inngangsenden i klorgasstrinnseksjonen 14 har en metallvegg 20 med slissåpninger 22a og 22b. To klorgassbegrensertrinn 24a og 24b befinner seg på baksiden av slissåp-ningene i veggen 20. Et eksempel på energiverdiene for begrenserne 24a og 24b er en kombinert karakteristikk på minimum udempet energi på 400 watt. Den udempede minimumenergi er den minste energi som holder utladningen i stabil drift. I

en avstand av en kvart bølgelengde fra disse i utbredelsesret-ningen er det anordnet en vegg 26 med en enkelt slissåpning 28 og en enkelt klorgassbegrenser 30 bak slissåpningen. Som eksempel på minimal udempet energi for begrenseren er 80watt. Begrenserne 24a, 24b og 30 består vanligvis av en kvartskolbe somiinneholder klorgass og har innvendig et belegg av et radioaktivt materiale. I en avstand av en kvart bølgelengde er det anordnet et tynt rør eller en såkalt kapillarrørklor-gassbegrenser 32. Begrenseren 32 er anordnet i en sentral åpning i en dobbeltkonisk felt forsterker 34 med en del av røret midt mellom bølgelederens vegger og utsatt for høyfrekvens-energi. Kapillarrørets akser står vinkelrett på aksene for begrenserne 24a, 24b og 30. Et eksempel på minimum udempet energi for begrenseren 31 er 2 watt. En slik begrenser og felt forsterkeren er vanlig. Selv om det her er beskrevet klor-gassbegrensere er det klart at andre egnede halogengassbe-grensere kan gi godt resultat. En felles egenskap ved klor og andre egnede halogengasser er at de er meget fri for elektroner i sin atomstruktur hvilket gir den ønskede hurtige slukning av plasmagassutladningen når den utsettes for energifall under sin terskelverdi. Denne terskelverdi er noe lavere enn den karakteristiske udempede energi. Plasmagassutladning bevirker den korte sirkulering av høyfrekvensenergien som beskytter mottakeren når senderen nøkles.

Tritiumtrinnseksjonen 16 har hermetisk lukked glass-vegger 36a og 36b slik at det dannes et gasstett kammer mellom veggene. En kvart bølgelengde fra klorbegrenserrøret 32 er det anordnet et utladningsgap 38 mellom spisse elektroder 40a og 40b . Det gasstette kammer 42 inneholder en semi-inert gass som består av en edelgass av gruppen av gassen som omfatter argon og krypton. En typisk gassblanding er en blanding av argon, ammoniakk og vanndamp. Hvis ønskelig kan vanndampen sløyfes hvis innretningen skal arbeide ved lave temperaturer. Som vist på fig. 2 og 3 er et metallrør 44ofestet ved den øvre aride og har en endeflate 46 som ligger i flukt med utladningsgapet 38. Endeflaten 46 er belagt med titanfeitrid TiH^som girrradioaktivitet. I samsvar med vanlig teori bevirker denne radioaktivitet at startelektroner står til rådighet fra beta-stråleemisjon fra TiH^. Disse startelektroner er nødvendige for hurtig start av plasmagassutladningen i gapet. Trinnet 16 danner en tritiumbegrenser. Som et eksempel på energinivået, ligger den udempede energi for trinnet 16 i området 0,2 - 0,8 watt. Det skal bemerkes at grunnen til anvendelse av en semi-inert gass i trinnet 16 er at halogengasser ikke kan benyttes som følge av sin aggressive natur idet den ville ødelegge elektrodene og bæreren av det radioaktive materialet. Egen-skapene for tritiumbegrenseren i innretningen 10 ifølge oppfinnelsen er: lav startenergi, tilstrekkelig startelektroner fra radioaktiviteten, stor feltkonsentrasjon og meget pålitelig. Selve trinnet 16 er i og for seg vanlig.

Diodebegrenserseksjonen 18 omfatter to halvbølgediode-begrensertrinn 48 og 50.som i og for seg er vanlige. Diodene er sterkt begrensende. Halvbølgebegrenserne er som vanlig ut-formet som en koaksial transmisjonslinje med en ytre leder og en sentral ikke vist leder som strekker seg i bølgelederen. Dioden danner en kortslutningskrets ved avslutningen av begrenseren. En vanlig koaksial impedanstilpasning er antydet med elementene 52 og 54 anordnet symmetrisk i forhold til diodene i begrenserne 48 og 50. Diodene arbeider i sin sterkt-begrensende tilstand. Diodebegrenserne har en merkeeffekt som er meget lav i størrelsesorden 1/2 milliwatt og minst udempefi energi ligger i størrelsesorden 100 milliwatt. Ifølge oppfinnelsen er trinnet 18 anordnet 1/2 bølgelengde fra utladnings gapet 38 i tritiumtrinnet 16 . Virkningen av denne posisjon av trinnet 18 er å legge utladningsgapet i et nullpunkt for den reflekterte energi fra trinnet 48 slik at trinnet 48 vil begrense høyfrekvensenergien til en meget lavere- verdi enn 100 milliwatt og dermed under startterskelen for trinnet 16 ved konstant driftstilstand. Med andre ord er posisjonen av trinnet 48 i en halv bølgelengdes avstand fra utladningsgapet 38 en effektiv svekker for tritiumtrinnet. Diodetrinnet $ 0

er anordnet i en kvart bølgelengde fra trinnet 48 og har en diode som er sterkt begrensende. Mens trinnene 48 og 50 her er vist passive kan de naturligvis være av den art som drives med likestrøm eller pulses.

Under drift av innretningen 10 vil høyfrekvenspulser tre inn i bølgelederen 12 og bevirke at diodetrinnene 48 og 50 bringes i ulineære områder for diodene og derved begrense energien. Feltene som reflekteres fra trinnet 48 bringer potensialet i bølgelederens tverrplan i gapet 38 i tritiumtrinnet 16 til null. Dette gjør tritiumtrinnet ufølsomt og det begynner å begrense bare v.ed forholdsvis store energi-nivåer. De tre klorgasstrinn som tenner ved henholdsvis 2, 80 og 400 watt startes i bakvendt orden. Som følge av den meget aggressive natur for klorgassen er det nødvendig med 10 til 1000 høyfrekvenspulser før disse når sin gjentatte konstante tilstand med hensyn til elektrontetthet n (t) for hver høyfrekvenspuls. Under denne transientepperiode vil tritiumtrinnet besørge sterk begrensning som følge av den dårlige isolasjon av klorgasstrinnene som følge av høy-frekvensenergien som påtrykkes. Derfor vil tilstrekkelig mot-takerbeskyttelse sikres under disse 10 til 1000 pulser.

Når stabil utladningstilstand hersker i alle klorgasstrinnene vil energien passere kapillarrørbegrenseren 32 i dens mettede tilstand hvilket er tilstrekkelig til å gi tilstrekkelig reflektert felt fra diodetrinnet 48 i planet for utladningsgapet 38 og opprettholde det nødvendige udempede energinivå for tritiumtrinnet 16. Gassutladningen i gapet 38 vil slukke. Den tid som forløper fra entringen av den første høyfrekvenspuls til en stabil utladning er nådd i alle klorgasstrinnene, er avhengig av overlevende elektroner mellom høyfrekvenspulsene, klorgasstrykket og utladningens geometri. Det skjer således drift en lang stund før tritiumtrinnet 16 deltar. Grunnen til at tritiumtrinnet ikke er nødvendig for pålitelig drift etter starten, skal forklares nedenfor under henvisning til fig. 4-A, 4B og 4C hvor kurven 56 på fig. 4A

er en rekke pulser som starter med den første puls som endrer bølgelederen 12 etter start av senderen. Kurven 58 på fig. 4B representerer elektronene i utladningsgapet i forbindelse med drift av tritiumtrinnet 16. Kurven 60 på fig. 4C representerer restelektrontettheten i kapillarrørbegrenseren 32. Under starten opptrer en utladning i gapet 38 i tritiumbegrenseren som følge av tilstedeværelsen av det radioaktive belegg på flaten 46 på holderen 44 som leverer et konstant nivå av elektrontettheten i gapet som vist med streket linje 62 på fig. 4B. På-dette tidspunkt vil enhver utladning gjennom kapillarrørbé.grenseren 32 som skjematisk vist med strekprikket kurve 64 på fig. 4C ha en restelektrontetthet under terskel-nivået. Etter en viss startperiode som f.eks. er antydet på kurvene med ca. 80 pulser, vil imidlertid restelektrontettheten som følger utladningen gjennom begrenserne 24a og 24b øke til den nødvendige startelektrontetthet i tidsrommet mellom pulsintervallene slik at begrenseren 32 utlades ved hver etterfølgende puls. Hvis pulsrepetisjonsfrekvensen faller til en verdi som er så lav at det ikke er tilstrekkelig restelektroner for pålitelig start av begrensertrinnet 32,

vil lekkasjeenergi fra begrenserne 24a og 24b øke til et nivå hvor tritiumbegrenseren inntar aktiv drift.

Da avstanden mellom elementene i innretningen som er beskrevet er en kvart bølgelengde X /4 eller en halv b#|:ge-lengde X g 12 er det lett å innse at ethvert slikt bestemt intervall kan være et ulike helt tall eller et helt tall av slik lengde, dvs.

[2N + lJ i X g /4 eller N X g 12, hv•or N er et helt tall. Prinsippet for foreliggende oppfinnelse er bevist eksperimentelt. F.eks. har det'vist seg at ved anvendelse av en pulsrepeti-sjonsfrekvens på 1 kHz med pulsbredde på 1 mikro-sekund ved 2,9 GHz, er gjenopprettelsestiden minsket fra ca. 1200 nanosekunder for en innretning som inneholder en tritiumbegrenser uten trekkene ifølge oppfinnelsen, til 300 nanosekunder for en innretning ifølge oppfinnelsen.

Claims (4)

1. Innretning med flere trinn, for beskyttelse av en radarmottaker, omfattende en bølgeleder (10) med minst ett trinn (14) med halogengass ved bølgelederens inngang, et trinn (16) med tritium i en avstand fra halogengasstrinnet som hovedsakelig er et ulike helt multiplum av en kvart drifts-bølgelengde for energibegrensning av høyfrekvensinngangssig-naler med et nivå over en forhåndsbestemt terskelverdi, karakterisert ved at en første diodebegrenser (18) er anordnet i bølgelederen i en avstand av et helt multiplum av en halv driftsbølgelengde fra tritiumtrinnet for å gjøre tritiumtrinnet ufølsomt ved å tilveiebringe en null-tilstand i signalet der, slik at energibegrensningen i tritiumtrinnet oppheves når halogengasstrinnet når konstant tilstand.

2. Innretning ifølge krav 1; karakterisert ved at tritiumtrinnet har kort reaksjonstid sammenlignet med reaksjonstiden for den energibegrensende tilstand i halogengasstrinnet, og at halogengasstrinnet har forholdsvis kort gjenopprettelsestid fra sin energibegrensende tilstand sammenlignet med gjenopprettelsestiden for tritiumtrinnet fra sin energibegrensende tilstand.

3. Innretning ifølge krav 1 eller 2, karakterisert ved at tritiumtrinnet omfatter en radioaktiv utgangssubstans (46) og organer (40a,40b) for å tilveiebringe et høyfrekvensinngangssignalfelt for avsetting av substansen i feltets nærhet.

4. Innretning ifølge et av kravene 1-3>karakterisert ved at tritiumtrinnet inneholder en edelgass blant den gruppe gasser som omfatter argon og krypton.