PL243457B1 - Układ do wytwarzania impulsowych silnych pól elektromagnetycznych - Google Patents

Abstract

Przedmiotem zgłoszenia jest układ do wytwarzania impulsowych silnych pól elektromagnetycznych. Układ do wytwarzania impulsowych silnych pól elektromagnetycznych zawiera zespół magnetronów impulsowych (1), umieszczonych w polu magnesów trwałych i katody wszystkich magnetronów impulsowych (1) są przyłączone do wspólnego zasilacza stałego napięcia zarżenia (2), natomiast anoda każdego z magnetronów impulsowych (1) jest przyłączona do oddzielnego zasilacza impulsowego napięcia anodowego (3), które są załączane w zadawanych odstępach czasu przez programator (4) przyłączony do zasilaczy anodowych (3). Anoda każdego z magnetronów impulsowych (1) jest połączona z pętlą sprzęgającą (5), wprowadzoną poprzez izolator do początkowego, zamkniętego odcinka falowodu (6) o przekroju kwadratowym. Oś każdego z falowodów (6) ma kształt linii łamanej oraz końce falowodów są zbliżone do siebie i tworzą matrycę kwadratową. Za pętlą sprzęgającą (5) w każdym z falowodów (6) jest umieszczona paraboliczna skupiająca soczewka wejściowa (7), której ognisko pokrywa się ze środkiem pętli sprzęgającej (5), natomiast w końcowej części każdego z falowodów (6) jest umieszczony polaryzator drutowy (8) i każdy falowód (6) jest zamknięty paraboliczną skupiającą soczewką wyjściową (9), ponadto wszystkie polaryzatory drutowe (8) mają ten sam kierunek polaryzacji, którym jest kierunek ustawienia drutów.

Description

Opis wynalazku

Przedmiotem wynalazku jest układ do wytwarzania impulsowych silnych pól elektromagnetycznych, mający zastosowanie w laboratoriach do badań naukowych, zwłaszcza w zakresie fizyki i inżynierii materiałowej.

Z polskiego opisu patentowego nr 233716 jest znany układ do badania w impulsowych silnych polach elektromagnetycznych, zawierający zespół modułowych generatorów mikrofal, ustawionych zbieżnie tak, że ich kierunki emisji przecinają się w jednym punkcie, w którym jest umieszczony badany obiekt. W każdym z modułowych generatorów znajduje się magnetron, umieszczony w polu magnetycznym, wytwarzanym przez elektromagnes. Magnetron jest przyłączony do umieszczonych w tym generatorze zasilaczy, dających stałe napięcia odpowiednio żarzenia katody oraz cewki elektromagnesu i impulsowe napięcie anodowe. Ponadto, każdy z zasilaczy zawiera załączający go przekaźnik i we wszystkich modułowych generatorach przekaźniki zasilaczy poszczególnych rodzajów napięć są przyłączone do wspólnych źródeł napięć oraz umieszczone na zewnątrz generatorów. Przewody łączące modułowe generatory znajdujące się bliżej źródeł napięć załączających mają dodatkowe odcinki wydłużające. Oprócz tego z wyjściem każdego magnetronu impulsowego jest sprzężona antena mikropaskowa, znajdująca się na początku cylindrycznego falowodu, umieszczonego w modułowym generatorze wzdłuż kierunku emisji mikrofal i zakończonego soczewką parabolicznym kondensorem Fresnela, wykonanym z dielektryka, korzystnie polichlorku winylu. Ponadto ogniska wszystkich kondensorów znajdują się w punkcie, w którym umieszczony jest obiekt, badany w silnym polu elektromagnetycznym.

Istota rozwiązania według wynalazku polega na tym, że układ do wytwarzania impulsowych silnych pól elektromagnetycznych zawiera zespół magnetronów impulsowych, umieszczonych w polu magnesów trwałych i katody wszystkich magnetronów impulsowych są przyłączone do wspólnego zasilacza stałego napięcia żarzenia, natomiast anoda każdego z magnetronów impulsowych jest przyłączona do oddzielnego zasilacza impulsowego napięcia anodowego, które są załączane w odstępach czasu, zdawanych przez programator, przyłączony do zasilaczy anodowych. Anoda każdego z magnetronów impulsowych jest połączona z pętlą sprzęgającą, wprowadzoną poprzez izolator do początkowego, zamkniętego odcinka falowodu o przekroju kwadratowym. Oś każdego z falowodów ma kształt linii łamanej oraz końce falowodów są zbliżone do siebie i tworzą matrycę kwadratową. Za pętlą sprzęgającą w każdym z falowodów jest umieszczona skupiająca paraboliczna soczewka wejściowa, której ognisko pokrywa się ze środkiem pętli sprzęgającej, natomiast w końcowej części każdego z falowodów jest umieszczony polaryzator drutowy i każdy falowód jest zamknięty skupiającą paraboliczną soczewką wyjściową. Ponadto wszystkie polaryzatory drutowe maję ten sam kierunek polaryzacji, którym jest kierunek ustawienia drutów. Naprzeciw soczewek wyjściowych znajduje się pierwotna plaska soczewka Fresnela skupiająca z koncentrycznymi rowkami o parabolicznym przekroju poprzecznym, zwrócona stroną płaską w kierunku soczewek wyjściowych i za tą soczewką znajduje się wtórna plaska soczewka Fresnela, też skupiająca z koncentrycznym rowkami o parabolicznym przekroju poprzecznym, zwrócona stroną z rowkami w kierunku pierwotnej soczewki Fresnela, przy czym obie soczewki tworzą układ konfokalny o wspólnym ognisku, zaś średnica pierwotnej soczewki Fresnela jest większa lub równa przekątnej kwadratowej matrycy końców falowodów, natomiast średnica wtórnej soczewki Fresnela jest znacznie mniejsza, niż średnica pierwotnej soczewki Fresnela. Ponadto, za płaską powierzchnią wtórnej soczewki Fresnela znajduje się obiekt badany w impulsowych polach elektromagnetycznych. Poza tym pętle sprzęgające, falowody i polaryzatory drutowe, są wykonane z metalu nieferromagnetycznego o wysokiej konduktywności, korzystnie z miedzi, natomiast soczewki skupiające paraboliczne wejściowa, wyjściowa, pierwotna soczewka Fresnela i wtórna soczewka Fresnela są wykonane z dielektryka o dużym współczynniku załamania mikrofal, korzystnie z polietylenu.

Zaletą rozwiązania według wynalazku jest wytwarzanie powtarzalnych impulsów silnego pola elektromagnetycznego o zadanym kierunku polaryzacji w sposób nieniszczący, przy czym te amplituda i czas trwania tych impulsów mogą być łatwo zmieniane. Dodatkową zaletą układu jest zmniejszenie jego wymiarów i ilości materiału do wykonania soczewek.

Przedmiot wynalazku jest pokazany w przykładzie wykonania na rysunku, na którym fig. 1 przedstawia schemat układu w widoku podłużnym, fig. 2 pokazuje sposób rozmieszczenia końcowych odcinków falowodów, fig. 3 pokazuje dwa sposoby kształtowania impulsów pola elektromagnetycznego przez układ.

Układ do wytwarzania impulsowych silnych pól elektromagnetycznych zawiera zespół magnetronów impulsowych 1, umieszczonych w polu magnesów trwałych i katody wszystkich magnetronów impulsowych 1 są przyłączone do wspólnego zasilacza stałego napięcia żarzenia 2, natomiast anoda każdego z magnetronów impulsowych 1 jest przyłączona do oddzielnego zasilacza impulsowego napięcia anodowego 3, które są załączane w odstępach czasu, zdawanych przez programator 4, przyłączony do zasilaczy anodowych 3. Anoda każdego z magnetronów impulsowych 1 jest połączona z pętlą sprzęgającą 5, wprowadzoną poprzez izolator do początkowego, zamkniętego odcinka falowodu 6 o przekroju kwadratowym. Oś każdego z falowodów 6 ma kształt linii łamanej oraz końce falowodów są zbliżone do siebie i tworzą matrycę kwadratową. Za pętlą sprzęgającą 5 w każdym z falowodów 6 jest umieszczona skupiająca paraboliczna soczewka wejściowa 7, której ognisko pokrywa się ze środkiem pętli sprzęgającej 5, natomiast w końcowej części każdego z falowodów 6 jest umieszczony polaryzator drutowy 8 i każdy falowód 6 jest zamknięty skupiającą paraboliczną soczewką wyjściową 9. Ponadto wszystkie polaryzatory drutowe 8 maję ten sam kierunek polaryzacji, którym jest kierunek ustawienia drutów. Naprzeciw soczewek wyjściowych 9 znajduje się pierwotna płaska soczewka Fresnela 10 skupiająca z koncentrycznymi rowkami o parabolicznym przekroju poprzecznym, zwrócona stroną płaską w kierunku soczewek wyjściowych 9 i za tą soczewką znajduje się wtórna płaska soczewka Fresnela 11, też skupiająca z koncentrycznymi rowkami o parabolicznym przekroju poprzecznym, zwrócona stroną z rowkami w kierunku pierwotnej soczewki Fresnela 10, przy czym obie soczewki 10, 11 tworzą układ konfokalny o wspólnym ognisku F, zaś średnica pierwotnej soczewki Fresnela 10 jest większa lub równa przekątnej kwadratowej matrycy końców falowodów 6, natomiast średnica wtórnej soczewki Fresnela 11 jest znacznie mniejsza, niż średnica pierwotnej soczewki Fresnela 10. Ponadto, za płaską powierzchnią wtórnej soczewki Fresnela 11 znajduje się obiekt 12 badany w impulsowych polach elektromagnetycznych. Poza tym pętle sprzęgające 5, falowody 6 i polaryzatory drutowe 8, są wykonane z miedzi, natomiast soczewki skupiające paraboliczne wejściowa 7, wyjściowa 9, pierwotna soczewka Fresnela 10 i wtórna soczewka Fresnela 11 są wykonane z polietylenu.

Zasada działania układu do wytwarzania impulsowych silnych pól elektromagnetycznych polega na tym, że najpierw zostaje załączony zasilacz napięcia żarzenia 2, a po osiągnięciu przez katody magnetronów 2, temperatury zapewniającej nominalną gęstość prądu termoemisji elektronów są załączane zasilacze anodowe 3 przez programator 4 w zadanych wcześniej odstępach czasu. W wyniku tego magnetrony 1 emitują krótkie impulsy mikrofal, które za pomocą pętli sprzęgających 5 są wprowadzane do falowodów 6. Po przejściu przez soczewkę wejściową 7 te impulsy mikrofal tworzą wiązki równoległe, które następnie zostają spolaryzowane przez polaryzatory drutowe 8 i przechodzą przez soczewki wyjściowe 9. W wyniku tego z falowodów 6 wychodzą równoległe i liniowo spolaryzowane w jednym kierunku wiązki mikrofal 13, padające następnie na pierwotną soczewkę Fresnela 10, która skupia te wiązki, jako wiązkę zbieżną 14, we wspólnym ognisku F układu konfokalnego soczewek Fresnela 10 i 11. Po przejściu przez ognisko F wiązki te padają na wtórną soczewkę Fresnela 11 i po przejściu przez tę soczewkę tworzą równoległą wiązkę końcową 15, wychodzącą z układu i przechodzącą przez obiekt 12 badany w impulsowych polach elektromagnetycznych. Dzięki skoncentrowaniu do małej średnicy, indukcja pola magnetycznego i natężenie pola elektrycznego we wiązce końcowej 15 są znacznie większe, niż we wiązkach równoległych 13, wychodzących z poszczególnych falowodów 6. Zastosowanie soczewek wejściowych 7 i wyjściowych 9 oraz pierwotnej soczewki Fresnela 10 i wtórnej soczewki Fresnela 11 o kształcie parabolicznym eliminuje aberrację sferyczną podczas koncentracji wiązek mikrofal. Wykonanie soczewek skupiających: wejściowych 5, wyjściowych 7, pierwotnej soczewki Fresnela 10 i wtórnej soczewki Fresnela 11 z dielektryka o dużym współczynniku załamania mikrofal, korzystnie z polietylenu, zapewnia małą absorpcję mikrofal w tych elementach i ich skuteczną koncentrację. Z kolei wykonanie pętli sprzęgających 5, falowodów 6 i polaryzatorów drutowych 8 z metalu nieferromagnetycznego o wysokiej konduktywności, korzystnie z miedzi, zapewnia wysoki współczynnik odbicia mikrofal od tych elementów i małe straty energii elektrycznej. Liniowa polaryzacja wiązek mikrofal w jednym kierunku powoduje wzrost indukcji magnetycznej i natężenia pola elektrycznego we wiązce końcowej 15. Ponadto, zastosowanie soczewek Fresnela 10, i 11 z rowkami o parabolicznym przekroju poprzecznym, eliminuje aberrację sferyczną i umożliwia zmniejszenie rozmiarów układu oraz ilości materiału do ich wykonania. Liniowa polaryzacja wiązek mikrofal w jednym kierunku powoduje wzrost indukcji magnetycznej i natężenia pola elektrycznego we wiązce końcowej 15. Układ może pracować w dwóch trybach. W pierwszym trybie, nazywanym trybem synchronicznym i pokazanym na Fig. 3.a, są wytwarzane krótkie impulsy pola elektromagnetycznego o dużym natężeniu If. Wówczas zasilacze napięcia anodowego 3 są załączane w odstępach czasu pozwalających na jednoczesne dojście impulsów mikrofal o natężeniu Ii ze wszystkich magnetronów 1 do badanego obiektu 12. W tym celu zasilacze anodowe 3 magnetronów 1, znajdujących się dalej od osi układu są załączane nieco wcześniej w odstępach czasu At = Δι/c znacznie mniejszych od czasu trwania pojedynczego impulsu mikrofal i kompensujących czas przejścia wiązek mikrofal wzdłuż dłuższej drogi Al (symbol c oznacza prędkość światła w próżni). W drugim trybie, nazywanym trybem sekwencyjnym i pokazanym na Fig. 3.b, są wytwarzane impulsy pola elektromagnetycznego o mniejszym natężeniu /f, ale o dłuższym czasie trwania. Wtedy zasilacze napięcia anodowego 3 są załączane w odstępach czasu nieco mniejszych od czasu trwania pojedynczego impulsu mikrofal Ii, tak żeby zachować w przybliżeniu stałe natężenie impulsu wyjściowego If i wydłużyć j ego czas trwania.

Claims (3)

1. Zastrzeżenia patentowe

   1. Układ do wytwarzania impulsowych silnych pól elektromagnetycznych mający zespół magnetronów impulsowych umieszczonych w polu magnesów trwałych, znamienny tym, że katody wszystkich magnetronów impulsowych (1) są przyłączone do wspólnego zasilacza stałego napięcia żarzenia (2), natomiast anoda każdego z magnetronów impulsowych (1) jest przyłączona do oddzielnego zasilacza impulsowego napięcia anodowego (3), które są załączane w odstępach czasu, zdawanych przez programator (4), przyłączony do zasilaczy anodowych (3), a ponadto anoda każdego z magnetronów impulsowych (1) jest połączona z pętlą sprzęgającą (5), wprowadzoną poprzez izolator do początkowego, zamkniętego odcinka falowodu (6) o przekroju kwadratowym i oś każdego z falowodów (6) ma kształt linii łamanej oraz końce falowodów są zbliżone do siebie i tworzą matrycę kwadratową, a ponadto za pętlą sprzęgającą (5) w każdym z falowodów (6) jest umieszczona paraboliczna skupiająca soczewka wejściowa (7), której ognisko pokrywa się ze środkiem pętli sprzęgającej (5), natomiast w końcowej części każdego z falowodów (6) jest polaryzator drutowy (8) i każdy falowód (6) jest zamknięty paraboliczną skupiającą soczewkę wyjściową (9), a ponadto wszystkie polaryzatory drutowe (8) mają ten sam kierunek polaryzacji, którym jest kierunek ustawienia drutów, a z kolei naprzeciw soczewek wyjściowych (9) znajduje się pierwotna płaska soczewka Fresnela (10) skupiająca z koncentrycznymi rowkami o parabolicznym przekroju poprzecznym, zwrócona stroną płaską w kierunku soczewek wyjściowych (9) i za tą soczewką znajduje się wtórna płaska soczewka Fresnela (11), też skupiająca z koncentrycznymi rowkami o parabolicznym przekroju poprzecznym, zwrócona stroną z rowkami w kierunku pierwotnej soczewki Fresnela (10), przy czym obie soczewki (10, 11) tworzą układ konfokalny o wspólnym ognisku (F), zaś średnica pierwotnej soczewki Fresnela (10) jest większa lub równa przekątnej kwadratowej matrycy końców falowodów (6), natomiast średnica wtórnej soczewki Fresnela (11) jest znacznie mniejsza, niż średnica pierwotnej soczewki Fresnela (10), a ponadto za płaską powierzchnią wtórnej soczewki Fresnela (11) znajduje się obiekt (12) badany w impulsowych polach elektromagnetycznych, przy czym pętle sprzęgające (5), falowody (6) i polaryzatory drutowe (8), są wykonane z metalu nieferromagnetycznego o wysokiej konduktywności, natomiast soczewki skupiające paraboliczne wejściowa (7), wyjściowa (9), pierwotna soczewka Fresnela (10) i wtórna soczewka Fresnela (11) są wykonane z dielektryka o dużym współczynniku załamania mikrofal.
2. 2. Układ według zastrz. 1, znamienny tym, że soczewki skupiające paraboliczne wejściowa (7), wyjściowa (9), pierwotna soczewka Fresnela (10) i wtórna soczewka Fresnela (11) są wykonane z polietylenu.
3. 3. Układ według zastrz. 1, znamienny tym, że pętle sprzęgające (5), falowody (6) i polaryzatory drutowe (8), są wykonane z miedzi.