Спосіб випромінювання та приймання електромагнітних хвиль

Реферат: Спосіб випромінювання та приймання електромагнітних хвиль включає етапи формування середовища в реконфігурованій антені, збудження цього середовища електромагнітним сигналом та випромінювання або приймання сигналу. Середовище формують у вигляді одного або більшого числа направлених потоків електронів з попередньо визначеними їх параметрами, фокусують потоки, контролюючи їх параметри до визначених значень, після чого збуджують потоки електромагнітними сигналами. UA 81119 U (54) СПОСІБ ВИПРОМІНЮВАННЯ ТА ПРИЙМАННЯ ЕЛЕКТРОМАГНІТНИХ ХВИЛЬ UA 81119 U UA 81119 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Корисна модель належить до способів випромінювання та приймання електромагнітних (ЕМ) хвиль, які переносять інформацію або ЕМ енергію на деяку відстань. У сучасній практиці відомий спосіб випромінювання та приймання ЕМ хвиль за допомогою реконфігурованих антен (див., наприклад, патент: Recon-figurable Antennas, USA N. 6,876,330 B2, April 5, 2005, Igor Alexeff, Theodore Anderson, Elwood G. Norris). У даному патенті запропоновано елемент антени, який включає щонайменше два провідних елементи і рідину (наприклад газ або пар), яку заповнено у колбу або трубку, яку розташовано між провідними елементами. Рідина спроможна до іонізації таким чином, що коли рідина у колбі або трубці збуджена, провідні елементи електрично зв'язані між собою, а коли рідина не збуджена провідні елементи електрично не зв'язані між собою. Недоліками відомого способу випромінювання та приймання ЕМ хвиль, заснованого на застосуванні як антени провідних елементів та рідини (наприклад, газу або пару), яку заповнено у колбу або трубку, яку розташовано між провідними елементами, є неспроможність забезпечення випромінювання та приймання електромагнітних хвиль при відсутності колби або трубки з рідиною, яка спроможна іонізуватися, а наявність колби або трубки з рідиною підвищує вартість реалізації цього способу. З відомих способів найбільш близьким до заявленого за технічною суттю є спосіб випромінювання та приймання ЕМ хвиль, який запропоновано у патенті Reconfigurable Plasma Antenna, USA N. 6,369,763, April 9, 2002, Elwood G. Norris, Ted Anderson, Igor Alexeff. У даному патенті описано спосіб створення плазмової антени для випромінювання та приймання ЕМ хвиль, яка переважно є реконфігурованою. Запропоновано методи створення плазмових антен, а також метод зміни конфігурації діаграми спрямованості плазмової антени. Запропонована плазмова антена включає закриту камеру (оболонку), склад, який знаходиться у закритій камері та спроможній створювати плазму. Антена включає щонайменше три точки збудження, які спроможні створювати ЕМ контакт з плазмою та джерело енергії, який забезпечує підключення у трьох точках щонайменше одного провідного шляху у плазмі у закритій камері. Переважно є механізм, який може бути використаний для перенастройки провідного шляху у плазмі. До недоліків цього способу випромінювання та приймання ЕМ хвиль можна віднести його неспроможність забезпечити випромінювання та приймання ЕМ хвиль реконфігурованою або будь-якою іншою плазмовою антеною при відсутності герметичної камери з плазмою, а наявність герметичної камери з плазмою підвищує вартість реалізації цього способу. В основу корисної моделі поставлена задача удосконалення відомого способу випромінювання та приймання ЕМ хвиль шляхом виключення необхідності наявності герметичної камери заповненою речовиною, що спрощує реконфігуровану антену і відповідно знижує вартість реалізації способу. Це також дозволяє розширити область застосування антени при наявності герметичної камери в приземних і підземних умовах так і без герметичної камери при використанні антени в умовах аерокосмічного простору на літаках, космічних апаратах, тощо, при наявності певного вакууму. Поставлена задача вирішується тим, що у способі випромінювання та приймання ЕМ хвиль, який включає етапи формування середовища в реконфігурованій антені у герметичній камері або без неї, збудження цього середовища електромагнітним сигналом та випромінювання або приймання сигналу, згідно з корисною моделлю, середовище формують у вигляді одного або більшого числа направлених потоків електронів з попередньо визначеними їх параметрами, фокусують потоки, контролюючи їх параметри до визначених значень, після чого збуджують потоки ЕМ сигналами. На фіг. 1 - фіг. 4 наведено структурно-функціональні схеми пристрою для реалізації заявленого способу під назвою реконфігурована антена. У заявленому пристрою, основу якого представлено на фіг. 1, на металевої противазі 2 встановлено негативний 4 та позитивний 5 електроди для формування потоку електронів 1, які електрично з'єднані з джерелом постійного струму 6, яке включає індикатор та регулятор вихідної напруги. Проміж негативним 4 та позитивним 5 електродами встановлена або не встановлена герметична камера 3. Введений фокусуючий елемент 7 встановлено між негативним електродом 4 та вузлом збудження 9, який розташовано між фокусуючим елементом 7 та позитивним електродом 5. Джерело 8 корисного сигналу, яке є передавачем або приймачем змінної напруги з індикатором коефіцієнту стоячої хвилі за напругою (КСХН), електрично з'єднано з вузлом збудження 9, який встановлено поблизу потоку електронів 1. На фіг. 2 наведена схема заявленого пристрою, яка співпадає зі схемою фіг. 1 по наявності усіх означених на схемі елементів і структурно-функціональним зв'язкам між ними за виключенням того, що у схемі фіг. 2 у порівнянні зі схемою фіг. 1 добавлено ще один вузол збудження 9 потоку електронів 1, який також електрично з'єднано джерелом 8 сигналу. 1 UA 81119 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 На фіг. 3 наведена схема заявленого пристрою, яка доповнена електронними віддзеркалювачами 10, які встановлено між електродами 4 та 5. На фіг. 4 наведена схема заявленого пристрою для формування декількох потоків електронів 7, поблизу кожного з яких встановлено вузол 9 збудження. Вузли збудження 9 з'єднані електричними лініями з блоком приймання та передачі ЕМ сигналу 8. Негативний полюс блока живлення 6 електрично з'єднаний з негативними електродами 4, а його позитивний полюс електрично з'єднаний з позитивними електродами 5 через введений електронний блок комутації 11. Блоки 8 і 11 з'єднані із введеним блоком 12 загального керування роботою реконфігурованої антени. Заявлений спосіб реалізується за допомогою пристрою під назвою реконфігурована антена наступним чином (фіг. 1 - фіг. 4). Передчасно формуються середовища у вигляді одного або більшого числа направлених потоків електронів з попередньо визначеними їх параметрами тобто щільністю потоку електронів та його потужністю, фокусують потоки електронів і контролюють їх параметри до досягнення визначених значень за допомогою індикатору якості потоку, який входить у склад блока 8, після чого збуджують потоки електромагнітними сигналами за допомогою збуджуючих елементів 9. Реалізація заявленого способу відповідно наведеної основної схемі (фіг. 1) здійснюється шляхом створення направленого потоку електронів 7, довжина якого для ефективного випромінювання (приймання) ЕМ сигналу повинна бути сумірною з довжиною хвилі ЕМ сигналу. Пристрій можна кваліфікувати як електронно-променеву антену над металевою противагою 2, яка може бути корпусом мобільного об'єкту. При необхідності, для зниження імовірності електричного високовольтного пробою між потоком електронів 1 та противагою 2, на металеву противагу 2 доцільно нанесення шару діелектрика. Направлений потік електронів 1 може бути сформованим у герметичної камері 3 або без неї в залежності від умов використання запропонованого пристрою. Відповідно, при звичайному атмосферному тиску при розташуванні на землі або при зниженому атмосферному тиску при встановленні на літаку, космічному апараті, тощо. Потік електронів 1 створюється завдяки різниці потенціалів між негативним 4 та позитивним 5 електродами, які з'єднані з джерелом постійного струму 6, яке розташовано, наприклад, у нутрі корпуса мобільного об'єкту. При регулюванні електричних параметрів запропонованої антени змінюють щільність потоку електронів 1 шляхом зміни параметрів електроду 4 або зміни напруги джерела постійного струму 6, а значення поперечного перерізу потоку електронів 1 та його спрямованість змінюють введеним фокусуючим елементом 7. Джерело 8 корисного, переважно, інформаційного сигналу мікрохвильового діапазону, яке є передавачем або приймачем змінної напруги розташовано як правило у нутрі корпуса мобільного об'єкту 2 і електрично з'єднано з вузлом збудження 9 променю електронів 1. Вузол збудження 9 може забезпечувати індуктивний електричний зв'язок у вигляду петлі (Фіг. 1) або ємнісний електричний зв'язок приладу 8 з променем електронів 1. Прилад 8 споряджений пристроєм контролю якості потоку електронів 1 шляхом автоматизованого вимірювання коефіцієнта стоячої хвилі за напругою (КСХН) на вході вузла збудження 9. При підключенні необхідної різниці потенціалів від джерела постійної напруги 6 до електродів 5 та 4 між ними створюється і поширюється направлений потік електронів 1. У режимі передачі ЕМ хвиль при наявності променю електронів 1 для його збудження змінною напругою включається джерело змінної напруги 8, з якого подають змінну різниця потенціалів на вузол збудження 9, який електрично збуджує промінь електронів 7, який у свою чергу функціонує як передавальна антена. У режимі приймання ЕМ хвиль при наявності променю електронів 1 від вузла 9 на приймач 8 подають, переважно, інформаційну різницю потенціалів змінної напруги, яка була наведена стороннім ЕМ полем на проміні електронів 1, який у даному випадку виконує функцію приймальної антени. На фіг. 2 наведена схема реалізації заявленого способу, який співпадає по наявності усіх означених на схемі фіг. 1 елементів, їх нумерації і структурно-функціональним зв'язкам між ними за винятком того, що у схемі фіг. 2 у порівнянні зі схемою фіг. 1 добавлено один такий же вузол збудження 9, який також електрично з'єднано з потоком електронів 1 джерелом сигналу 8. Спосіб і пристрій, якій відповідає схемі фіг. 2 у порівнянні зі схемою фіг. 1 дозволяє розширити спроможності регулювання електричних параметрів заявленого способу та пристрою. На фіг. 3 наведена схема реалізації заявленого способу, у якому направлений потік електронів 1 змінює напрям розповсюдження за допомогою віддзеркалю-вачів 10, довжина якого для ефективного випромінювання (приймання) ЕМ сигналу повинна бути сумірною з робочою довжиною хвилі ЕМ сигналу. Пристрій можна кваліфікувати як електронно-променеву петльову або рамочну антену над металевою противагою 2, яка може бути корпусом мобільного об'єкту. При необхідності, для зниження імовірності електричного високовольтного пробою між 2 UA 81119 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 потоком електронів 1 та противагою 2, на металеву противагу можна наносити шар діелектрика. Направлений потік електронів 1 може бути сформованим у герметичної камері 3 або без неї в залежності від умов використання запропонованого пристрою. Потік електронів 1 створюється завдяки різниці потенціалів між негативним 4 та позитивним 5 електродами, які з'єднані з джерелом постійного струму 6, яке розташовано, наприклад, у нутрі корпуса мобільного об'єкту. Для регулювання електричних параметрів запропонованої антени можна змінювати щільність потоку електронів 1 шляхом зміни параметрів електроду 4 або зміни напруги джерела постійного струму 6, а поперечний переріз потоку електронів 1 та його спрямованість можна регулювати введеними фокусуючими елементами 7. Джерело корисного сигналу 8, яке є передавачем або приймачем змінної напруги розташовано як правило у нутрі корпуса мобільного об'єкту 2 і електрично з'єднано з вузлом збудження 9 променю електронів 1. Вузол збудження 9 може забезпечувати індуктивний у вигляді петлі (Фіг. 1) або ємнісний електричний зв'язок приладу 8 з променем електронів 1. При підключенні необхідної різниці потенціалів від джерела постійної напруги 6 до аноду 5 та катоду 4 між ними створюється і поширюється направлений потік електронів 1, щільність якого регулюють шляхом зміни різниці потенціалів пристрою б, або зміною параметрів електроду 4. У режимі передачі ЕМ хвиль при наявності променю електронів 1 для його збудження змінною напругою включають джерело змінної напруги 8, з якого подається змінна різниця потенціалів на вузол збудження 9, який збуджує промінь електронів 1, який у свою чергу функціонує як передавальна антена. У режимі приймання ЕМ хвиль при наявності променю електронів 1 від вузла 9 на приймач 8 подається, переважно, інформаційна різниця потенціалів змінної напруги, яка була наведена стороннім ЕМ полем на проміні електронів 1, який у даному випадку виконує функцію приймальної антени. На фіг. 4 наведена схема реалізації заявленого способу шляхом створення декількох направлених потоків електронів 1, де передбачена можливість керування його загальною діаграмою спрямованості. Направлений потік електронів 1 може бути сформованим у герметичної камері З або без неї в залежності від умов використання запропонованого пристрою. Відповідно, при звичайному атмосферному тиску при розташуванні на землі або при зниженому атмосферному тиску при встановленні на літаку, космічному апараті, тощо. Потік електронів 1 створюється завдяки різниці потенціалів між негативним 4 та позитивним 5 електродами, які з'єднані з джерелом постійного струму 6, яке розташовано, наприклад, у нутрі корпуса мобільного об'єкту. При регулюванні електричних параметрів запропонованої антени змінюють щільність потоку електронів І шляхом зміни параметрів електроду 4 або зміни напруги джерела постійного струму 6, а значення поперечного перерізу потоку електронів 1 та його спрямованість змінюють введеним фокусуючим елементом 7. Джерело 8 корисного, переважно, інформаційного сигналу мікрохвильового діапазону, яке є передавачем або приймачем змінної напруги розташовано як правило у нутрі корпуса мобільного об'єкту 2 і електрично з'єднано з вузлом збудження 9 променю електронів 1. Вузол збудження 9 може забезпечувати індуктивний електричний зв'язок у вигляду петлі (Фіг. 1) або ємнісний електричний зв'язок приладу 8 з променем електронів 1. Прилад 8 споряджений пристроєм контролю якості потоку електронів 1 шляхом автоматизованого вимірювання КСХН на вході вузла збудження 9. При підключенні необхідної різниці потенціалів від джерела постійної напруги 6 до електродів 5 та 4 між ними створюється і поширюється направлений потік електронів 1. У режимі передачі ЕМ хвиль при наявності променю електронів 1 для його збудження змінною напругою включається джерело змінної напруги 8, з якого подають змінну різниця потенціалів на вузол збудження 9, який електрично збуджує промінь електронів 1, який у свою чергу функціонує як передавальна антена. У режимі приймання ЕМ хвиль при наявності променю електронів / від вузла 9 на приймач 8 подають, переважно, інформаційну різницю потенціалів змінної напруги, яка була наведена стороннім ЕМ полем на проміні електронів 1, який у даному випадку виконує функцію приймальної антени. Потоки електронів 1 формують і орієнтують між собою переважно у різних площинах під різними кутами на кожному з яких встановлено введений вузол збудження 9, електрично з'єднаний з джерелом або приймачем змінної напруги 8 для передачі ЕМ сигналу або його приймання від збудженого променю електронів 1. Промені електронів 1 мають електричний зв'язок відповідно з негативними 4 та позитивними 5 електродами; Негативний полюс блока живлення 6 електрично з'єднаний з електродами 4, а позитивний полюсу блока живлення 6 з'єднаний з електродами 5 через електронний блок комутації 11. Порядок і алгоритм роботи блока 11 задається завчасно спеціальним програмним забезпеченням, яке входе у склад приладу 12 загального керування роботою запропонованої реконфігурованої антени. У цьому приладі 12 також передбачено синхронізацію роботи блоків 8 та 11. Позитивною якістю способу є те, що в ньому запропоновано удосконалення відомого способу та пристрою шляхом створення нового середовища випромінювання та приймання 3 UA 81119 U 5 електромагнітних хвиль у вигляді променю електронів необхідної якості, довжини і щільності. Це дозволило розширити область застосування реконфігурованої антени як з герметичною камерою, так і без неї та знизити вартість реалізації способу при забезпеченні можливості спрощення конструкції та застосування у різних умовах експлуатації реконфігурованої антени, наприклад, в умовах аерокосмічного простору на літаках, космічних апаратах, тощо. Спосіб, що заявляється, пройшов випробування в лабораторії. Результати випробувань позитивні. ФОРМУЛА КОРИСНОЇ МОДЕЛІ 10 15 Спосіб випромінювання та приймання електромагнітних хвиль, який включає етапи формування середовища в реконфігурованій антені, збудження цього середовища електромагнітним сигналом та випромінювання або приймання сигналу, який відрізняється тим, що середовище формують у вигляді одного або більшого числа направлених потоків електронів з попередньо визначеними їх параметрами, фокусують потоки, контролюючи їх параметри до визначених значень, після чого збуджують потоки електромагнітними сигналами. 4 UA 81119 U Комп’ютерна верстка С. Чулій Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 5