Имитация широкополосных волновых электромагнитных полей

Широкополосные волновые электромагнитные поля возника­ют в дальней зоне при импульсных процессах, например, при ядерном взрыве, при грозовых разрядах и т.д. Для близкой к действительности их имитации, поддающейся количественной оценке, требуются открытые или закрытые волноводы, которые питаются от источников импульсного напряжения. Например, имитаторы электромагнитного импульса ядерного взрыва создают распределенные в пространстве импульсные электромагнитные поля с двойной экспоненциальной зависимостью от времени.

Имитатор состоит в основном из генератора импульсного напряжения в несколько мегавольт с временами нарастания лишь несколько наносекунд, а также волновода для связи по полю с испытуемым объектом [полосковая линия из параллельных пластин, проводов (рис. 6.36)]. Из-за больших размеров пластины заменяются отдельными проводами. Последние одновременно действуют как фильтры мод, так как в противоположность пластинчатым линиям здесь не могут образовываться токи, текущие поперек направления распространения волны. Число и расстояние между отдельными проводами существенно определяют пространственное распределение поля [Л.]

Рис. 6.36 – Имитатор поля ядерного взрыва.

Так как сравнительно большая индуктивность обычных гене­раторов импульсных напряжений в мегавольтовом диапазоне не позволяет получать наносекундные импульсы, в дополнительном контуре осуществляют компрессию энергии или обострение фронта импульса (рис. 6.37). В зависимости от выбора парамет­ров различают два режима работы.

Рис. 6.37 – Импульсный генератор с быстродействующим дополнительным контуром

При первом режиме импульсный генератор (генератор Маркса) заряжает менее чем за одну микросекунду в колебательном процессе промежуточный конденсатор ( ) до желаемой амплитуды, затем конденсатор разряжается через нагрузку ( ~ 50—100 Ом). Благодаря кратковременному заряду конденсатора он может быть выполнен с предельно малой индуктивностью (конденсатор с водяным диэлектриком или конденсатор с обкладками из фольги в SF6 под давлением). В этом случае время нарастания импульса определяет постоянная времени L_Д/R_H , т. е.

, (6.19)

а время спада — постоянная времени C_ДR_H .

Во втором режиме емкость конденсатора выбирают много меньшей, чем (приблизительно ), так что напряжение на нарастает очень быстро

Искровой промежуток пробивается при нарастании напряжения, конденсатор благодаря своей малой индуктивности может быстро отдать большой ток, что приводит к быстрому нарастанию напряжения на нагрузке. Нарастающее напряжение на нагрузке распространяется в виде волны в полосковую систему, имеющую постоянное волновое сопротивление.

Дорогостоящие имитаторы электромагнитного импульса ядерного взрыва допускают режим быстрого повторения имитации многократных импульсов. Из-за больших затрат и самой природы источника помех имитаторам электромагнитного импульса ядерного взрыва придается значение, как правило, только в военной области. Дальнейшие сведения по таким имитаторам читатель найдет в [Л.].