Generador de radiofrecuencias y microondas.

Generador de serales de radiofrecuencia (RF) o de microondas que comprende un generador (5) de pulsos de video,

un modulador (6) de linea de transmision configurado para modificar los pulsos de video generados mediante accion giromagnetica excitada por impulsos para transferir una parte de la energia de los pulsos de video desde frecuencias mas bajas hasta una salida de frecuencia que tiene frecuencias en el intervalo de RF o de microondas produciendo de ese modo una forma de onda de RF o de microondas resultante, caracterizado porque la linea (6) de transmision comprende un material (10) magnetico que tiene atenuacion giromagnetica baja.

Generador de radiofrecuencias y microondas Esta invencion se refiere a serales de radiofrecuencia (RF) y de microondas y en particular a la generacion de serales de microondas de alta potencia para su uso en aplicaciones de radar de alta resolucion. Se conocen ampliamente dos tipos de forma de onda en el campo de la tecnologia de microondas de alta potencia. En primer lugar, pueden producirse impulsos electricos unipolares de corta duracion, habitualmente denominados pulsos de banda ultraancha (UWB) . Los pulsos de UWB tienen grandes anchos de banda de Fourier instantaneos: la energia en este tipo de forma de onda se distribuye por una amplia gama de frecuencias y la densidad de energia a cualquier frecuencia particular es pequera. Los pulsos de UWB encuentran aplicacion en sistemas de comunicacion y en sistemas de radar. Convencionalmente, los pulsos de UWB se suministran a una antena y se irradia una seral que tiene una amplia gama de componentes de frecuencia. En segundo lugar, pueden producirse formas de onda de microondas de alta potencia que consisten en un gran numero (mayor de 10) de ciclos de radiacion. Convencionalmente, este tipo de forma de onda se produce mediante una maquina de haz de electrones grande que consiste en una fuente de alimentacion pulsada de alta tension, un catodo, un tubo de desplazamiento de electrones, una region de modulacion de electrones y una antena. Este tipo de seral de microondas de alta potencia puede usarse para el calentamiento de materiales o plasmas y para el transporte de energia. Los dos metodos anteriores de produccion de serales de microondas de alta potencia tienen desventajas que limitan el rendimiento, o aplicacion, de la tecnologia. En el caso de una forma de onda de UWB, el contenido de energia espectral de un pulso irradiado se define por las caracteristicas del impulso electrico unipolar y la antena que se usa para irradiar el impulso de UWB. Por ejemplo el impulso 1 de video mostrado en la figura 1 es un impulso electrico unipolar con un tiempo de subida de 0, 1 nanosegundos y 5 ns de duracion de pulso. La correspondiente transformada de Fourier de este pulso de video se muestra como 3 en la figura 2. Es evidente que la mayor parte de la energia esta contenida en componentes espectrales de frecuencia mas baja, mientras que relativamente poca energia esta contenida en componentes de frecuencia mas alta. Esta claro que mientras que los generadores de pulsos de UWB pueden producir radiacion de microondas de alta potencia, la densidad de energia espectral a cualquier frecuencia dada en la region de microondas del espectro es pequera. El segundo tipo de fuente de microondas de alta potencia, que se basa en haces de electrones de alta potencia, tambien tiene limitaciones de funcionamiento. Este tipo de fuente de microondas puede producir densidades de energia muy altas en la region de microondas del espectro. Sin embargo, estas fuentes son habitualmente muy grandes, suelen requerir sistemas criogenicos y de vacio auxiliares, y pueden producir rayos x. Por tanto no son practicas para su uso fuera de un entorno de laboratorio. El documento Shaw H.J., Elliott, B.J., Harker K.J. y Karp A., Micro Microwave generation in pulsed ferrites, J. App. Phys., Vol 37, n.D 3, 1966 detalla un metodo para convertir la energia de un campo magnetico pulsado a una seral de microondas en una guia de ondas. El "generador de microondas magneticas pulsadas" de Shaw se basa en la precesion giromagnetica activada por impulsos en una pequera esfera de granate de itrio-hierro (YIG) para convertir la energia de un "pulso de bombeo" a una seral de microondas. Una pequera muestra esferica (aproximadamente 1 mm de diametro) de material magnetico se coloca en una cavidad de guia de ondas de microondas. Se aplica un fuerte campo de polarizacion magnetica, constante, a la esfera magnetica con el fin de alinear momentos magneticos dentro del material magnetico. A continuacion se aplica un fuerte campo magnetico pulsado a la esfera con un cierto angulo respecto al campo de polarizacion constante. El campo magnetico pulsado provoca una realineacion del vector de magnetizacion en la esfera en una escala de tiempo que es similar al tiempo de subida del campo pulsado. Si el tiempo de subida es lo suficientemente corto, el vector de magnetizacion no sigue simplemente el campo pulsado sino que experimenta una precesion alrededor de la direccion del campo aplicado. Esta precesion giromagnetica persiste durante un tiempo que esta relacionado con procesos de atenuacion en el material magnetico. El vector de magnetizacion en precesion en el material magnetico constituye un oscilador a la frecuencia de precesion giromagnetica. La esfera magnetica esta situada en una cavidad de guia de ondas de modo que la energia del oscilador giromagnetico se acopla a la guia de ondas como una seral electromagnetica. Por consiguiente, la esfera magnetica se usa como un transductor excitado por impulsos que convierte la energia del campo magnetico pulsado en una seral de microondas en la guia de ondas. Las desventajas de este metodo de generacion de serales de microondas incluyen: la cantidad de energia y potencia que puede convertirse en una seral de microondas esta limitada por el requisitos de de un especimen esferico pequero de material magnetico, habitualmente YIG, para conseguir una precesion totalmente coherente temporal y espacialmente y, porque el campo magnetico pulsado se produce haciendo pasar una corriente pulsada grande a traves de una bobina externa, la razon de energia de microondas producida respecto a la energia almacenada en la bobina es inherentemente baja, ya que el campo magnetico pulsado se aplica en un gran volumen en comparacion con el volumen de la esfera.

El documento Simulation of Shock Waves in Ferrite-Loaded Coaxial Transmission Lines with Axial Bias (Dolan J E, Journal of Physics D and Applied Physics, vol. 32, n.D 15, 7 de agosto de 1999, paginas 1826-1831) presenta un modelo para el desarrollo de ondas de choque en lineas coaxiales cargadas con ferrita polarizadas axialmente. Sin embargo, este modelo se asocia con una amplitud de pulso utilizable minima y, por consiguiente, sus aplicaciones son limitadas.

Existe por tanto la necesidad de nuevas fuentes de radiacion de microondas y de RF que puedan producir serales de alta potencia de manera mas eficaz que las fuentes actualmente conocidas.

Por consiguiente, es un objeto de la presente invencion proporcionar un metodo y aparato alternativos para generar serales de RF o de microondas pulsadas.

En terminos generales, la invencion es un metodo que produce una seral de RF o de microondas modulando la amplitud de un impulso electrico. Ademas, en terminos generales, la invencion tambien se encuentra en un generador de serales que comprende componentes electricos y magneticos adecuados configurados para producir una seral de RF o de microondas. Se usa una linea de transmision que contiene un material magnetico con caracteristicas giromagneticas con pocas perdidas. Se inyecta un impulso electrico en esta linea de transmision con el fin de inducir precesion giromagnetica con pocas perdidas en el material magnetico, lo que a su vez modula la amplitud del impulso electrico a la frecuencia de precesion giromagnetica. La modulacion del impulso electrico a la frecuencia de precesion produce energia significativa a esta a esta frecuencia que puede extraerse despues e irradiarse usando una antena adecuada.

Segun un primer aspecto de la presente invencion se proporciona un generador de serales de RF o de microondas que comprende un generador de pulsos de video y un modulador de linea de transmision configurado para modificar los pulsos de video generados por precesion giromagnetica excitada por impulsos. Esto transferira una parte de la energia de los pulsos de video desde las bajas frecuencias a frecuencias de RF o de microondas produciendo de ese modo una forma de onda resultante con una componente de RF y/o de microondas. El pulso de video es un impulso electrico que se inyecta en la linea de transmision con el fin de inducir precesion giromagnetica con pocas perdidas en un material magnetico que forma parte de la linea de transmision. La precesion a su vez modula la amplitud del impulso electrico a la frecuencia de precesion giromagnetica. El material magnetico puede estar distribuido a lo largo de toda la longitud de la linea de transmision de tal manera que el impulso electrico tiene una interaccion ampliada con el mismo a medida que se propaga a lo largo de la linea de transmision. Puede aplicarse un campo magnetico externo a la linea de transmision que puede tener componentes orientadas axialmente o de otro modo respecto a la linea de transmision. La modulacion del impulso electrico a la frecuencia de precesion giromagnetica produce energia significativa a... [Seguir leyendo]

1. Generador de serales de radiofrecuencia (RF) o de microondas que comprende un generador (5) de pulsos de video, un modulador (6) de linea de transmision configurado para modificar los pulsos de video generados mediante accion giromagnetica excitada por impulsos para transferir una parte de la energia de los pulsos de video desde frecuencias mas bajas hasta una salida de frecuencia que tiene frecuencias en el intervalo de RF o de microondas produciendo de ese modo una forma de onda de RF o de microondas resultante, caracterizado porque la linea (6) de transmision comprende un material (10) magnetico que tiene atenuacion giromagnetica baja.

2. Generador de serales de RF o de microondas segun la reivindicacion 1, caracterizado porque se aplica un campo magnetico a la linea (6) de transmision.

3. Generador de serales de RF o de microondas segun la reivindicacion 2, caracterizado porque el campo magnetico tiene una componente (Hax) orientada axialmente respecto a la linea (6) de transmision.

4. Generador de serales de RF o de microondas segun cualquier reivindicacion anterior, caracterizado porque el modulador (6) de linea de transmision comprende una linea de transmision no lineal que comprende un material de ferrita con estructura de granate.

5. Generador de serales de RF o de microondas segun la reivindicacion 4, caracterizado porque el material

(10) magnetico es granate de itrio-hierro.

6. Generador de serales de RF o de microondas segun cualquier reivindicacion anterior, caracterizado porque la linea (6) de transmision comprende aislantes (11) de perdida dielectrica baja.

7. Generador de serales de RF o de microondas segun cualquier reivindicacion anterior, caracterizado porque la linea (6) de transmision tiene conductores compuestos de cobre, plata u oro.

8. Generador de serales de RF o de microondas segun cualquier reivindicacion anterior, caracterizado porque el generador (5) de impulsos produce un impulso de bombeo.

9. Generador de serales de RF o de microondas segun cualquier reivindicacion anterior, caracterizado ademas porque comprende un sintonizador de salida de frecuencia para ajustar la frecuencia a la que se modulan los pulsos de video.

10. Generador de serales de RF o de microondas segun la reivindicacion 8, caracterizado porque el impulso de bombeo tiene un tiempo de subida que es una fraccion del periodo de la forma de onda de RF o de microondas resultante.

11. Generador de serales de RF o de microondas segun cualquier reivindicacion anterior en combinacion con una antena.

12. Metodo para generar serales de radiofrecuencia (RF) o de microondas que incluye las etapas de:

generar impulsos de video de alta potencia; y modificar la energia de los pulsos de video desde frecuencias mas bajas hasta frecuencias en el intervalo de RF o de microondas produciendo de ese modo una forma de onda resultante con una componente de RF o de microonda, caracterizado porque la etapa de modificar la energia de los pulsos de video comprende hacer pasar los impulsos de video a traves de una linea (6) de transmision que comprende un material (10) magnetico que tiene atenuacion giromagnetica baja.

13. Metodo segun la reivindicacion 12, caracterizado porque la etapa de modificar la energia de los pulsos de video comprende hacer pasar los impulsos de video a traves de una linea (6) de transmision que comprende un material de ferrita con estructura de granate.

14. Metodo segun la reivindicacion 13, caracterizado ademas porque comprende la etapa de aplicar un campo magnetico al material magnetico, campo magnetico que esta orientado axialmente con respecto a la linea

(6) de transmision.

15. Metodo segun la reivindicacion 14, caracterizado porque el material (10) magnetico es lo suficientemente fuerte para provocar una alineacion superior al 99% de los momentos magneticos del material magnetico.