ИЗОБРЕТЕНИЕ
Патент Российской Федерации RU2310954

СПОСОБ ИЗЛУЧЕНИЯ ПРОДОЛЬНЫХ ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫХ РАДИОВОЛН И АНТЕННЫ ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ

СПОСОБ ИЗЛУЧЕНИЯ ПРОДОЛЬНЫХ ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫХ РАДИОВОЛН И АНТЕННЫ ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ

Имя изобретателя: Харченко Константин Павлович (RU)
Имя патентообладателя: Харченко Константин Павлович (RU)
Адрес для переписки: 125009, Москва, а/я 184, ППФ "ЮС"
Дата начала действия патента: 20.06.2006

Изобретение относится к антенной технике. Технический результат заключается в повышении эффективности излучения и дальности передачи за счет меньшего затухания энергии. Сущность изобретения состоит в том, что проводник - возбудитель (В) размещают внутри рефлектора (Р), выполненного конусообразным, между вершиной Р и его основанием. Один из выводов генератора ЭДС подключают к В, а другой - к вершине Р, или подключают к контррефлектору (КР), расположенному в основании Р. Между выводами генератора обеспечивают продольный зазор относительно продольной оси В для ввода ЭДС возбуждения, расположенный соответственно между вершиной Р и В, или между В и КР. Таким подключением формируют поперечную электромагнитную волну внутри Р. Посредством электромагнитного поля, инициируемого поперечной электромагнитной волной на внутренней поверхности Р, формируют продольную радиоволну, которую излучают в направлении раскрыва Р.

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Изобретение относится к радиотехнике и может быть использовано в антенно-фидерных устройствах в качестве направленной антенны для осуществления радиосвязи, передачи информации, воздействия электромагнитной энергией на различные технические объекты, биологические объекты и других целей в зависимости от выбора частоты несущей и частоты модуляции несущей.

Известно большое количество конических (или конусообразных) рупорных антенн, которые решают различные частные задачи (SU 1762356), (RU 2138908), (US 2001029368), (US 2003210197), (JP 2005312049), (WO 9807212), (WO 0229927), (WO 0250941). Во всех этих антеннах рефлектором является конический рупор, который, как известно (А.З.Фрадин. Антенны сверхвысоких частот. «Советское радио», Москва, 1957 г., с.221), излучает поперечные электромагнитные волны, при этом вектор плотности потока мощности - вектор Пойнтинга направлен по оси конусообразного рупора ортогонально раскрыву, в плоскости которого расположены вектора Е и Н напряженностей электрического и магнитного полей соответственно.

Известно существование продольных электромагнитных волн в токопроводящих средах, например в соленой воде, во влажной почве, в теле человека (животных), но не радиоволн в вакууме и диэлектриках (С.А.Абдулкемеров, Ю.М.Еромолаев, Б.Н.Родионов. Продольные электромагнитные волны, Москва, 2003 г.).

Аналогов заявленного технического решения для формирования продольных электромагнитных радиоволн в процессе проведенного патентного поиска не обнаружено.

Решаемая изобретением задача - обеспечение возможности излучения и приема нового вида радиоволн, повышение технико-эксплуатационных характеристик, расширение арсенала технических средств для передачи и приема электромагнитной энергии.

Технический результат, который может быть получен при осуществлении способа, - повышение эффективности излучения и дальности передачи за счет меньшего затухания энергии.

Технический результат, который может быть получен при осуществлении устройств, - расширение функциональных возможностей и дальности передачи электромагнитной энергии за счет повышения коэффициента усиления (КУ).

Для решения поставленной задачи с достижением указанного технического результата заявленный способ излучения продольных электромагнитных радиоволн заключается в том, что возбуждают на двух проводящих поверхностях от генератора ЭДС токи, приводящие к созданию электромагнитной волны, причем в качестве одной токопроводящей поверхности используют проводник-возбудитель, а в качестве другой токопроводящей поверхности - конусообразный рефлектор, при этом проводник-возбудитель размещают внутри конусообразного рефлектора между его вершиной и основанием, один из выводов генератора ЭДС подключают к проводнику-возбудителю, а другой из выводов генератора ЭДС подключают к вершине конусообразного рефлектора, или подключают к контррефлектору, расположенному в основании конусообразного рефлектора, причем между выводами генератора обеспечивают продольный зазор относительно продольной оси проводника-возбудителя для ввода ЭДС возбуждения, расположенный соответственно между вершиной конусообразного рефлектора и проводником-возбудителем, или между проводником-возбудителем и контррефлектором, обеспечивая таким подключением формирование поперечной электромагнитной волны внутри конусообразного рефлектора, посредством электромагнитного поля, инициируемого поперечной электромагнитной волной на внутренней поверхности конусообразного рефлектора, формируют продольную электромагнитную радиоволну, которую излучают в направлении раскрыва конусообразного рефлектора.

Для решения поставленной задачи с достижением указанного технического результата заявленная антенна содержит:

- рефлектор, выполненный в форме конусообразной поверхности,

- отрезок коаксиальной линии, выполненный из наружного проводника и внутреннего проводника,

- возбудитель, выполненный цилиндрическим и установленный внутри рефлектора,

- причем наружный проводник отрезка коаксиальной линии подсоединен к рефлектору, а внутренний - к возбудителю с образованием продольного зазора вдоль продольной оси рефлектора между торцом наружного проводника отрезка коаксиальной линии и торцом возбудителя, обращенного к нему,

- по меньшей мере, один элемент для компенсации реактивностей, установленный на возбудителе.

Возможны дополнительные варианты выполнения устройства, в которых целесообразно, чтобы:

- возбудитель был выполнен в виде стержня.

Для этого варианта целесообразно, чтобы наружный проводник отрезка коаксиальной линии был подсоединен к рефлектору в области основания с наименьшим диаметром конусообразной поверхности, а внутренний проводник отрезка коаксиальной линии был подсоединен к возбудителю в области торца возбудителя, обращенного к основанию с наименьшим диаметром конусообразной поверхности.

Возможен дополнительный вариант выполнения устройства, в котором целесообразно, чтобы возбудитель был выполнен в виде трубки.

Для этого варианта может быть целесообразно, чтобы:

- наружный проводник отрезка коаксиальной линии был подсоединен к рефлектору в области основания с наименьшим диаметром конусообразной поверхности, а внутренний проводник отрезка коаксиальной линии был подсоединен к возбудителю в области торца трубки, обращенного к основанию с наименьшим диаметром конусообразной поверхности;

- наружный проводник отрезка коаксиальной линии был подсоединен к рефлектору в области его основания с наименьшим диаметром конусообразной поверхности, а внутренний проводник отрезка коаксиальной линии был пропущен внутри трубки и подсоединен к возбудителю в области между торцом возбудителя, обращенном к основанию рефлектора с наименьшим диаметром конусообразной поверхности, и торцом возбудителя, обращенным к основанию рефлектора с наибольшим диаметром конусообразной поверхности;

- наружный проводник отрезка коаксиальной линии был подсоединен к рефлектору в области его основания с наименьшим диаметром конусообразной поверхности, а внутренний проводник отрезка коаксиальной линии был пропущен внутри трубки и подсоединен к возбудителю в области торца возбудителя, обращенного к основанию рефлектора с наибольшим диаметром конусообразной поверхности.

Кроме того, рефлектор может быть выполнен коническим.

Возможны дополнительные варианты выполнения устройства, в которых целесообразно, чтобы:

- элемент для компенсации реактивностей был выполнен в форме усеченного конуса, установленного на наружной поверхности возбудителя, причем продольная ось усеченного конуса расположена на продольной оси возбудителя;

- элемент для компенсации реактивностей был выполнен в форме цилиндра, установленного на наружной поверхности возбудителя, причем продольная ось цилиндра расположена на продольной оси возбудителя;

- элемент для компенсации реактивностей был выполнен в форме диска,

- элемент для компенсации реактивностей был выполнен в форме сферы, установленной на наружной поверхности возбудителя, причем ось сферы расположена на продольной оси возбудителя;

- были использованы, по меньшей мере, два элемента для компенсации реактивностей.

Возможны дополнительные варианты выполнения устройства, в которых целесообразно, чтобы:

- была введена бленда, выполненная цилиндрической и установленная со стороны наибольшего диаметра конусообразной поверхности рефлектора;

- при этом бленда может быть выполнена с диаметром, равным диаметру наибольшего диаметра конусообразной поверхности рефлектора, или бленда может быть выполнена с диаметром, большим наибольшего диаметра конусообразной поверхности рефлектора;

- продольная ось возбудителя была расположена на продольной оси рефлектора;

- продольная ось возбудителя была расположена под углом к продольной оси рефлектора;

- было введено средство для вращения возбудителя относительно продольной оси рефлектора или было введено средство для перемещения рефлектора относительно продольной оси возбудителя;

- был введен, по меньшей мере, один дисковый директор, установленный со стороны наибольшего диаметра конусообразной поверхности рефлектора и продольная ось которого расположена на продольной оси рефлектора.

Кроме того, конусообразная поверхность рефлектора может быть выполнена сплошной или конусообразная поверхность рефлектора может быть выполнена в виде сетки.

Для решения поставленной задачи с достижением указанного технического результата возможен еще один вариант выполнения устройства, в котором антенна содержит:

- рефлектор, выполненный в форме конусообразной поверхности,

- отрезок коаксиальной линии, выполненный из наружного проводника и внутреннего проводника,

- возбудитель, выполненный цилиндрическим и установленный внутри рефлектора,

- контррефлектор, расположенный в основании конусообразной поверхности рефлектора с наибольшим диаметром,

- причем наружный проводник отрезка коаксиальной линии подсоединен к контррефлектору, а внутренний - к возбудителю с образованием продольного зазора вдоль продольной оси рефлектора между торцом контррефлектора и торцом возбудителя, обращенного к нему,

- по меньшей мере, один элемент для компенсации реактивностей, установленный на возбудителе.

продольное сечение заявленной антенны при выполнении возбудителя в виде стержня.

Указанные преимущества, а также особенности настоящего изобретения поясняются лучшими вариантами его выполнения со ссылками на прилагаемые чертежи.

Фиг.1 упрощенно изображает продольное сечение заявленной антенны при выполнении возбудителя в виде стержня.

Фиг.2. - то же, что фиг.1, при выполнении возбудителя в виде трубки.

Фиг.3 - то же, что фиг.2, с вариантом подсоединения внутреннего проводника отрезка коаксиальной линии внутри между торцами трубки.

Фиг.4 - то же, что фиг.2, с вариантом подсоединения внутреннего проводника отрезка коаксиальной линии в области торца трубки, обращенного к основанию рефлектора с наибольшим диаметром конусообразной поверхности.

Фиг.5 - возбудитель с элементами компенсации, выполненными в форме сферы.

Фиг.6 - упрощенно продольное сечение заявленной антенны, в которой продольная ось возбудителя расположена под углом к продольной оси рефлектора.

Фиг.7 - вид слева на фиг.6.

Фиг.8 - вариант выполнения антенны с контррефлектором.

Фиг.9 - схему, поясняющую работу антенн.

Поскольку заявленный способ реализуется при функционировании антенн, то его подробное объяснение приведено в разделе описания работы антенн.

Антенна (фиг.1) содержит рефлектор 1, выполненный в форме конусообразной поверхности. Под конусообразной поверхностью в настоящем изобретении понимается любая поверхность, имеющая вид купола, сужающаяся с одной стороны и расширяющаяся с другой. Вид конкретной выбранной разработчиком поверхности рефлектора 1 влияет на форму диаграммы направленности (ДН) антенны, что не характеризует основную техническую сущность изобретения. В самом простом случае рефлектор 1 выполнен коническим (фиг.1-4, 6, 7).

К рефлектору 1 со стороны сужающейся поверхности рефлектора 1 подведен отрезок 2 коаксиальной линии, выполненный из наружного проводника 3 и внутреннего проводника 4. Возбудитель 5 установлен внутри рефлектора 1, имеет осесимметричную конфигурацию, в оптимальном варианте выполнен цилиндрическим. Наружный проводник 3 отрезка 2 коаксиальной линии подсоединен к рефлектору 1, а внутренний проводник 4 подсоединен к возбудителю 5 с образованием продольного зазора А вдоль продольной оси рефлектора 1 между торцом наружного проводника 3 отрезка 2 коаксиальной линии и торцом возбудителя, обращенного к нему. На возбудителе 5 установлен, по меньшей мере, один элемент 6 для компенсации реактивностей.

Возбудитель 5 может быть выполнен в виде стержня (фиг.1).

Наружный проводник 3 отрезка 2 в этом случае может быть подсоединен к рефлектору 1 в области основания с наименьшим диаметром конусообразной поверхности, а внутренний проводник 4 отрезка 2 коаксиальной линии подсоединен к возбудителю 5 в области торца стержня, обращенного к основанию с наименьшим диаметром конусообразной поверхности рефлектора 1.

Возбудитель 5 может быть выполнен в виде трубки (фиг.2-4, 6, 7).

Для этого варианта наружный проводник 3 отрезка 2 коаксиальной линии подсоединен к рефлектору 1 в области основания с наименьшим диаметром конусообразной поверхности, а внутренний проводник 4 может быть подсоединен к возбудителю 5 в области торца трубки, обращенного к основанию с наименьшим диаметром конусообразной поверхности рефлектора 1 (фиг.2), или внутренний проводник 4 (фиг.3) может быть пропущен внутри трубки и подсоединен к возбудителю 5 в области между торцом возбудителя, обращенным к основанию рефлектора 1 с наименьшим диаметром конусообразной поверхности, и торцом возбудителя 5, обращенным к основанию рефлектора 1 с наибольшим диаметром конусообразной поверхности, или внутренний проводник 4 (фиг.4) может быть проложен внутри трубки и подсоединен к возбудителю 5 в области его торца, обращенного к основанию рефлектора 1 с наибольшим диаметром конусообразной поверхности.

Элемент 6 для компенсации реактивностей может быть выполнен в форме усеченного конуса (фиг.1, 2), установленного на наружной поверхности возбудителя 5, причем продольная ось усеченного конуса расположена на продольной оси возбудителя 5 для сохранения его осесимметричной конфигурации.

Элемент 6 для компенсации реактивностей может быть выполнен в форме цилиндра (фиг.3), установленного на наружной поверхности возбудителя 5, причем продольная ось цилиндра расположена на продольной оси возбудителя 5.

Элемент 6 для компенсации реактивностей может быть выполнен в форме (фиг.4, 6, 7) диска, установленного на наружной поверхности возбудителя 5, причем продольная ось диска расположена на продольной оси возбудителя 5.

Элемент 6 для компенсации реактивностей также может быть выполнен в форме сферы (фиг.5), установленной на наружной поверхности возбудителя 5, причем ось сферы расположена на продольной оси возбудителя 5.

Для улучшения согласования могут быть использованы, по меньшей мере, два элемента 6 для компенсации реактивностей (фиг.2-7).

В устройство может быть введена бленда 7, выполненная цилиндрической и установленная со стороны наибольшего диаметра конусообразной поверхности рефлектора 1 (фиг.1-4).

Бленда 7 может быть выполнена с диаметром, равным диаметру D наибольшего диаметра конусообразной поверхности рефлектора 1 (фиг.1, 3, 4).

Бленда 7 может быть выполнена с диаметром D1, большим наибольшего диаметра D конусообразной поверхности рефлектора 1 (фиг.2).

Для получения осесимметричной ДН антенны продольная ось возбудителя 5 расположена на продольной оси рефлектора 1 (фиг.1-4).

Продольная ось возбудителя 5 может быть расположена под углом к продольной оси рефлектора 1 (фиг.6, 7).

Для этого случая, а также для обеспечения сканирования ДН может быть введено средство 8 для вращения возбудителя 5 относительно продольной оси рефлектора 1 вдоль по радиусу rв (фиг.6, 7). В качестве такого средства может быть использован любой двигатель, обеспечивающий непрерывное вращение возбудителя 5, или его шаговое вращение, а также могут быть использованы любые средства ручной наводки. Для сохранения контакта внутреннего проводника 4 с торцом возбудителя 5 может быть использовано шарнирное соединение 9 центральной жилы отрезка 2 коаксиального кабеля. Позиции 8 и 9 на фиг.7 показаны условно, т.к. для обеспечения смещения продольной оси возбудителя 5 относительно продольной оси рефлектора 1 могут быть использованы любые известные из уровня техники средства. Кроме того, эквивалентно вращению возбудителя 5 для сканирования антенны может быть введено средство для перемещения самого рефлектора 1 относительно продольной оси возбудителя 5 (не показано).

В устройство может быть введен, по меньшей мере, один дисковый директор 10, установленный со стороны наибольшего диаметра конусообразной поверхности рефлектора 1 и продольная ось которого расположена на продольной оси рефлектора 1 (фиг.1-4).

Конусообразная поверхность рефлектора 1 может быть выполнена сплошной (фиг.1-3, 6, 7) или конусообразная поверхность рефлектора 1 может быть выполнена в виде сетки (фиг.4), или из стержней, из металлических полос и т.п.

Возможен еще один основной вариант выполнения антенны (фиг.8).

 то же, что фиг.1, при выполнении возбудителя в виде трубки
с вариантом подсоединения внутреннего проводника отрезка коаксиальной линии внутри между торцами трубки.
то же, что фиг.2, с вариантом подсоединения внутреннего проводника отрезка коаксиальной линии в области торца трубки, обращенного к основанию рефлектора с наибольшим диаметром конусообразной поверхности.
возбудитель с элементами компенсации, выполненными в форме сферы.
упрощенно продольное сечение заявленной антенны, в которой продольная ось возбудителя расположена под углом к продольной оси рефлектора.
вариант выполнения антенны с контррефлектором.
схема, поясняющую работу антенн.

Антенна (фиг.8) содержит рефлектор 1, выполненный в форме конусообразной поверхности, отрезок 2 коаксиальной линии, выполненный из наружного проводника 3 и внутреннего проводника 4, возбудитель 5, выполненный цилиндрическим и установленный внутри рефлектора 1, по меньшей мере, один элемент 6 для компенсации реактивностей, установленный на возбудителе 5, контррефлектор 11, расположенный в основании конусообразной поверхности рефлектора 1 с наибольшим диаметром. Наружный проводник отрезка коаксиальной линии подсоединен к контррефлектору 11, а внутренний - к возбудителю 5 с образованием продольного зазора D вдоль продольной оси рефлектора 1 между торцом контррефлектора 11 и торцом возбудителя 5, обращенного к нему. В данном варианте возбудитель 5 и контррефлектор 11 образуют облучатель.

Антенна по второму варианту (фиг.8) может также содержать все те дополнительные элементы, которая содержит вышеописанная антенна по первому варианту (фиг.1-7).

Работает антенна (фиг.1-4, 6-8) следующим образом.

Как показали экспериментальные исследования, заявленная «энергическая» антенна за счет используемой формы ее выполнения, а также в основном за счет ее возбуждения ЭДС, описанным выше образом при помощи продольного зазора D, отличается от известных антенн тем, что создает энергию излучения принципиально иного свойства. В плоскости раскрыва рефлектора 1 расположен кольцами только один вектор Н, а вектор Е расположен по продольной оси рефлектора 1 ортогонально его раскрыву. В технической литературе такой вид излучения получил название «Продольные электромагнитные волны» (С.А.Абдулкемеров, Ю.М.Еромолаев, Б.Н.Родионов. Продольные электромагнитные волны, Москва, 2003 г.). Однако, по мнению авторов этого источника информации, продольные электромагнитные волны могут существовать только в токопроводящих средах, а потому не могут быть радиоволнами, которые имеют основное оригинальное свойство распространяться в «пустоте» (в вакууме, в воздушном пространстве и т.п.).

В предложенном способе поставленная задача решается следующим образом. Используется (фиг.2) проводник-возбудитель 5 (линейный) длиной L и рефлектор 1 с конусообразной токопроводящей поверхностью, длиной L0іL с углом a при вершине конуса. Проводник-возбудитель 5 в общем случае устанавливается вдоль продольной оси конуса между его вершиной и основанием. К проводнику-возбудителю 5 при помощи коаксиального фидера в зазор D подводится ЭДС возбуждения от любого источника энергии первичных токов высокой частоты (передатчика, генератора сигналов и т.п.). За счет этого проводник-возбудитель 5 становится возбудителем первичной (по отношению к продольной оси рефлектора 1) электромагнитной волны, которая, падая на конусообразную поверхность рефлектора 1, возбуждает в ней вторичные токи проводимости (наклонные по отношению к продольной оси рефлектора 1). Эти вторичные токи генерируют вторичную электромагнитную волну, которая в плоскости основания рефлектора 1 (в плоскости апертуры антенны) преобразуется в продольную электромагнитную волну.

Таким образом, достигая токопроводящих образующих конусной поверхности, первичная волна, отражаясь от нее, превращается во вторичную, претерпевая изменение в направлении движения своей энергии, которое из ортогонального становится параллельным продольной оси рефлектора 1. При этом, что важно в принципе, в ориентации вектора поля Еп первичной волны изменения не происходит. Поясним это с помощью схемы (фиг, 9). На фиг.9 контуром OAA1 показано произвольное продольное сечение рефлектора 1 плоскостью, проходящей через ось OO1 OO1 конуса. На оси OO1 конуса между его вершиной и основанием показан отрезок возбудителя 5. Литерой Р на возбудителе 5 показано сечение его проводника с «первичными» токами Iп проводимости, созданными ЭДС возбуждения, например, от передатчика. Токи Iп порождают первичный вектор поля Еп, ориентация которого параллельна оси OO1, а направление движения переносимой энергии - ортогонально оси OO1. Тем самым волна, которую отображает вектор поля Еп, является хорошо известной электромагнитной волной, называемой поперечной.

Достигая точек MM1 на токопроводящей образующей конуса рефлектора 1, поле Еп возбуждает вторичный ток Iв проводимости, который, в свою очередь, порождает вторичный вектор поля Ев. На фиг.9 этот вторичный вектор отображен двумя своими составляющими полей Е// и E^. Первая из них - параллельна оси OO1, а вторая - ортогональна ей.

Как видно из фиг.9, в точках - антиподах М и M1 составляющие поля Е// ориентированы одинаково, а составляющие поля E^ - встречно. В силу осевой симметрии всего антенного устройства указанная закономерность соблюдается во всех точках внутренней поверхности рефлектора 1, достигаемых первичной электромагнитной волной.

В итоге суммарного взаимодействия всех составляющих на апертуре рефлектора 1 останется (преимущественно) только вторичное поле Ев=f(Еп), ориентированное параллельно оси OO1 с направлением движения энергии в том же направлении.

Другими словами, заявленный способ излучения продольных радиоволн реализуется в результате трансформации энергии первичной поперечной электромагнитной волны в энергию «новой» вторичной продольной радиоволны путем поворота на 90° направления движения энергии излучения первичной поперечной электромагнитной волны без изменения ориентации ее поля Еп.

Угол a при вершине конуса теоретически равен 90°. Практически он корректируется в зависимости от соотношения L/l0, где l0 - длина рабочей волны антенны, а также от способа возбуждения ЭДС самого возбудителя. Коррекция производится по критерию увеличения доли PS - мощности излучения на продольной волне по отношению к Р0 - мощности передатчика (генератора).

Рефлектор 1, формирующий ДН антенны, имеет осесимметричную конфигурацию, в простейшем варианте поверхность конуса с углом a (30°<a<110°) при его вершине. Длиной (высотой) L0 и диаметром D раскрыва (фиг.2). Ось конуса ориентирована вдоль координаты Z. Возбудитель 5 также имеет осесимметричную конфигурацию, в оптимальном варианте поверхность цилиндра. Для получения симметричной ДН он расположен вдоль продольной оси рефлектора 1 (фиг.1-4). Длина возбудителя 5-LЈL0, диаметр d (фиг.2).

В конкретных конструкциях антенн могут быть использованы различной формы элементы 6 для компенсации реактивностей, применяемые для согласования «энергической» антенны с ее фидером и коррекции энергии излучения по раскрыву рефлектора 1 (фиг.1-8). Объединяет все вариации элементов 6 условие их осесимметричности относительно возбудителя 5. В различных вариантах для согласования антенны применяют один или несколько элементов 6, которые в общем случае имеют различные продольные и поперечные размеры по отношению к lmin, где lmin - минимальная длина волны рабочего диапазона. Элементы 6 могут иметь различные габаритные размеры, но для каждого из них выполняется условие 2 ri<lmin/2, где 2ri - максимальный габаритный размер элемента 6 в поперечном направлении относительно продольной оси возбудителя 5, i - порядковый номер.

Для дополнительного сужения ДН и уменьшения ее боковых лепестков на раскрыв рефлектора 1 устанавливают бленду 7. Диаметр D1 бленды 7 может быть выбран равным диаметру D раскрыва рефлектора 1 (фиг.1, 3, 4) или больше него D1>D (фиг.2).

Для усиления эффекта коллимации энергии около осевого направления рефлектора 1 устанавливают один или несколько дисковых директоров 10 (пластинчатых), которые располагают внутри бленды 7 (фиг.1-4).

Кроме того, чтобы изменить направление максимального излучения «энергической» антенны относительно осевого, ее возбудитель 5 отклоняют относительно продольной оси рефлектора 1 (фиг.6, 7). Для управления направлением максимального излучения антенны ее возбудитель 5 поворачивают вокруг продольной оси рефлектора 1 вдоль по радиусу rв (фиг.7), например, с помощью диэлектрического диска - «водилы». При этом конец возбудителя 5 у вершины рефлектора 1 закрепляют на шарнирном соединении (устройстве) 9 или через карданную втулку.

Для борьбы с ветровыми нагрузками и собственным весом конструкции рефлектор 1 и бленду 7 выполняют из сетки (фиг.4). Кроме того, конусообразная поверхность рефлектора 1, а также цилиндрическая - бленды 7, может быть выполнена из отдельных полос, стержней или прокатного профиля, располагая, например, стержни по образующей поверхности равномерно вокруг продольной оси (в количестве 18-36 штук), и скрепляя стержни кольцами (в количестве 6-10 штук). Таким образом, из стержней и колец образуется сетка поверхности рефлектора 1. Количество стержней и колец выбирают исходя из рабочей длины волны l0, чем меньше длина волны l0, тем используют большее количество стержней и колец.

Второй вариант выполнения антенны (фиг.8) отличается от первого введением контррефлектора 11. В этом случае отрезок 2 коаксиальной линии подводится со стороны раскрыва рефлектора 1. Контррефлектор 11 может быть выполнен, например, в виде двух проводящих дисков 12 и 13 с диаметром l0/2, с зазором между ними и коротким замыканием в центре через полую втулку 14 для ввода отрезка 2 коаксиальной линии с возможностью подключения ЭДС от передатчика между возбудителем 5 и обращенным к нему проводящим диском 12. При этом токи возбуждения, обусловленные ЭДС, будут иметься только на поверхности возбудителя 5 и на поверхности проводящего диска 12 контррефлектора 11, обращенного к возбудителю 5, и не будут проникать на другой проводящий диск 13 за счет четвертьволновой ловушки, получающейся в результате короткого замыкания двух пластин проводящих дисков 12, 13 в центре.

Как показали экспериментальные исследования, по сравнению с известными коническим рупорными антеннами удается увеличить дальность передачи и приема электромагнитной энергии только за счет увеличения КУ (+6 дБ). Также возможно дополнительное увеличение дальности передачи за счет свойств, проявляемых продольной электромагнитной радиоволной.

Заявленные способ излучения продольных электромагнитных радиоволн и варианты «энергических» антенн промышленно применимы в различных областях радиотехники для осуществления радиосвязи, передачи информации, воздействия электромагнитной энергией на различные объекты.

ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ

1. Способ излучения продольных электромагнитных радиоволн, заключающийся в том, что возбуждают на двух проводящих поверхностях от генератора ЭДС токи, приводящие к созданию электромагнитной волны, причем в качестве одной токопроводящей поверхности используют проводник-возбудитель, а в качестве другой токопроводящей поверхности - конусообразный рефлектор, при этом проводник-возбудитель размещают внутри конусообразного рефлектора между его вершиной и основанием, один из выводов генератора ЭДС подключают к проводнику-возбудителю, а другой из выводов генератора ЭДС подключают к вершине конусообразного рефлектора, или подключают к контррефлектору, расположенному в основании конусообразного рефлектора, причем между выводами генератора обеспечивают продольный зазор относительно продольной оси проводника-возбудителя для ввода ЭДС возбуждения, расположенный соответственно между вершиной конусообразного рефлектора и проводником-возбудителем, или между проводником-возбудителем и контррефлектором, обеспечивая таким подключением формирование поперечной электромагнитной волны внутри конусообразного рефлектора, посредством электромагнитного поля, инициируемого поперечной электромагнитной волной на внутренней поверхности конусообразного рефлектора, формируют продольную электромагнитную радиоволну, которую излучают в направлении раскрыва конусообразного рефлектора.

2. Антенна, содержащая рефлектор, выполненный в форме конусообразной поверхности, отрезок коаксиальной линии, выполненный из наружного проводника и внутреннего проводника, возбудитель, выполненный цилиндрическим и установленный внутри рефлектора, причем наружный проводник отрезка коаксиальной линии подсоединен к рефлектору, а внутренний - к возбудителю с образованием продольного зазора вдоль продольной оси рефлектора между торцом наружного проводника отрезка коаксиальной линии и торцом возбудителя, обращенным к нему, по меньшей мере, один элемент для компенсации реактивностей, установленный на возбудителе.

3. Антенна по п.2, отличающаяся тем, что возбудитель выполнен в виде стержня.

4. Антенна по п.3, отличающаяся тем, что наружный проводник отрезка коаксиальной линии подсоединен к рефлектору в области основания с наименьшим диаметром конусообразной поверхности, а внутренний проводник отрезка коаксиальной линии подсоединен к возбудителю в области торца возбудителя, обращенного к основанию с наименьшим диаметром конусообразной поверхности рефлектора.

5. Антенна по п.2, отличающаяся тем, что возбудитель выполнен в виде трубки.

6. Антенна по п.5, отличающаяся тем, что наружный проводник отрезка коаксиальной линии подсоединен к рефлектору в области основания с наименьшим диаметром конусообразной поверхности, а внутренний проводник отрезка коаксиальной линии подсоединен к возбудителю в области торца трубки, обращенного к основанию с наименьшим диаметром конусообразной поверхности рефлектора.

7. Антенна по п.5, отличающаяся тем, что наружный проводник отрезка коаксиальной линии подсоединен к рефлектору в области его основания с наименьшим диаметром конусообразной поверхности, а внутренний проводник отрезка коаксиальной линии пропущен внутри трубки и подсоединен к возбудителю в области между торцом возбудителя, обращенным к основанию рефлектора с наименьшим диаметром конусообразной поверхности, и торцом возбудителя, обращенным к основанию рефлектора с наибольшим диаметром конусообразной поверхности.

8. Антенна по п.5, отличающаяся тем, что наружный проводник отрезка коаксиальной линии подсоединен к рефлектору в области его основания с наименьшим диаметром конусообразной поверхности, а внутренний проводник отрезка коаксиальной линии пропущен внутри трубки и подсоединен к возбудителю в области торца возбудителя, обращенного к основанию рефлектора с наибольшим диаметром конусообразной поверхности.

9. Антенна по п.2, отличающаяся тем, что рефлектор выполнен коническим.

10. Антенна по п.2, отличающаяся тем, что элемент для компенсации реактивностей выполнен в форме усеченного конуса, установленного на наружной поверхности возбудителя, причем продольная ось усеченного конуса расположена на продольной оси возбудителя.

11. Антенна по п.2, отличающаяся тем, что элемент для компенсации реактивностей выполнен в форме цилиндра, установленного на наружной поверхности возбудителя, причем продольная ось цилиндра расположена на продольной оси возбудителя.

12. Антенна по п.11, отличающаяся тем, что элемент для компенсации реактивностей выполнен в форме диска.

13. Антенна по п.2, отличающаяся тем, что элемент для компенсации реактивностей выполнен в форме сферы, установленной на наружной поверхности возбудителя, причем ось сферы расположена на продольной оси возбудителя.

14. Антенна по любому из пп.2, 10-13, отличающаяся тем, что использованы, по меньшей мере, два элемента для компенсации реактивностей.

15. Антенна по п.2, отличающаяся тем, что введена бленда, выполненная цилиндрической и установленная со стороны наибольшего диаметра конусообразной поверхности рефлектора.

16. Антенна по п.15, отличающаяся тем, что бленда выполнена с диаметром, равным наибольшему диаметру конусообразной поверхности рефлектора.

17. Антенна по п.15, отличающаяся тем, что бленда выполнена с диаметром, большим наибольшего диаметра конусообразной поверхности рефлектора.

18. Антенна по п.2, отличающаяся тем, что продольная ось возбудителя расположена на продольной оси рефлектора.

19. Антенна по п.2, отличающаяся тем, что продольная ось возбудителя расположена под углом к продольной оси рефлектора.

20. Антенна по п.19, отличающаяся тем, что введено средство для вращения возбудителя относительно продольной оси рефлектора.

21. Антенна по п.19, отличающаяся тем, что введено средство для перемещения рефлектора относительно продольной оси возбудителя.

22. Антенна по п.2, отличающаяся тем, что введен, по меньшей мере, один дисковый директор, установленный со стороны наибольшего диаметра конусообразной поверхности рефлектора и продольная ось которого расположена на продольной оси рефлектора.

23. Антенна по п.2, отличающаяся тем, что конусообразная поверхность рефлектора выполнена сплошной.

24. Антенна по п.2, отличающаяся тем, что конусообразная поверхность рефлектора выполнена в виде сетки.

25. Антенна, содержащая рефлектор, выполненный в форме конусообразной поверхности, отрезок коаксиальной линии, выполненный из наружного проводника и внутреннего проводника, возбудитель, выполненный цилиндрическим и установленный внутри рефлектора, контррефлектор, расположенный в основании конусообразной поверхности рефлектора с наибольшим диаметром, причем наружный проводник отрезка коаксиальной линии подсоединен к контррефлектору, а внутренний - к возбудителю с образованием продольного зазора вдоль продольной оси рефлектора между торцом контррефлектора и торцом возбудителя, обращенным к нему, по меньшей мере, один элемент для компенсации реактивностей, установленный на возбудителе.

Версия для печати


вверх