ФАЗИРОВАННАЯ АНТЕННАЯ РЕШЕТКА ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫХ СОЛИТОНОВ Российский патент 2006 года по МПК H01Q7/08 

Изобретение в виде фазированной антенной решетки (ФАР) электромагнитных солитонов (ЭМ-солитонов) вакуума относится к области сверхвысокочастотной (СВЧ) радиотехники.

В качестве аналога данного изобретения может быть использована ФАР, описанная в [1]. Излучающим элементом ФАР этого аналога является диэлектрическая антенна.

В качестве аналога, наиболее близкого к изобретению по совокупности существенных признаков (прототипом), является устройство антенны электромагнитных солитонов, описанное в [2]. Данный прототип содержит в качестве излучающего элемента намагниченный монокристаллический ферримагнетик, легированный сильно β^--радиоактивным изотопом железа, который, сохраняя его ферромагнитные характеристики, придает этому элементу принципиально новое свойство: способность изменять в процессе β^--распада структуру физического вакуума в виде усиления присущих ему существенно нелинейных свойств, обуславливающих генерацию солитонов в нем.

Сущность изобретения

1. Технический результат

Введение

Задача, на решение которой направлено заявляемое изобретение, состоит в том, чтобы индуцировать в вакууме (эфире) поле новой физической сущности в виде потока ЭМ-солитонов, образующих в пространстве многолучевое или однолучевое струнное сверхнаправленное излучение.

По своей природе ЭМ-солитоны представляют собой нелинейно связанное состояние трех известных полей: поля растяжения-сжатия Гука среды эфира в форме электромагнитного поля Максвелла, поля кривизны кручения Картана крутильной деформации Риччи (или крутильного сдвига) среды эфира в форме нейтринного поля Дирака, поля кривизны Римана квадрупольной деформации (или чистого сдвига Гука) среды эфира в форме гравитационного поля Ньютона-Эйнштейна. На базе этих теоретических предпосылок был создан и испытан указанный прототип в качестве излучающего элемента предлагаемой ФАР.

Описание технического результата

Описанный в [2] генератор и приемник ЭМ-солитонов предлагается использовать в качестве активного излучающего и принимающего антенного элемента солитонной фазированной антенной решетки. При этом следует отметить, что в этом элементе ФАР сначала индуцируется система импульсов бегущих магнитных солитонов (М-солитонов) когерентных спинов ферримагнитного (гиротропного) элемента антенны. Эти импульсы М-солитонов в своем движении материализуют бегущую спиральную антенну бегущей электромагнитной волны в форме полевых многолистников. Причем осевое излучение этой бегущей спиральной антенны является устойчивым сверхнаправленным излучением, что практически не реализуемо для линейных электродинамических антенных систем. Но именно на этих неустойчивых состояниях поля, являющихся сепаратрисами фазового пространства канонических переменных поля, описываемого линейной электродинамикой, стабилизируются гармоники нелинейного поля в виде уединенного пакета волн в форме солитона путем самофазирования, самосинхронизации и самоорганизации этих гармоник в собственном многомерном расслоенном пространстве солитона. Благодаря тому, что длина ЭМ-солитона менее 0,2 мм (это пакет сильно замедленных спиновых волн ферримагнетика) на длине ферримагнитного элемента длиной ˜20 мм укладывается более 200 когерентных гармоник М-солитона и, следовательно, ЭМ-солитона вакуума. Более того, в силу кубической (и других высших степеней) нелинейности поля солитона, парциальные диаграммы направленности излучений каждого солитона и его гармоник многократно естественным образом перемножаются в ферримагнитном элементе как корреляторе, создавая эффект устойчивой сверхнаправленности антенны ЭМ-солитонов. Тем самым обеспечивается наблюдаемая в эксперименте ширина солитонного луча менее 20 угл. мин игольчатой диаграммы направленности в диапазоне частот 3÷10 ГГц (на длине электромагнитной волны 10÷3 см) при сверхмалых габаритах антенны ˜2×2×2 см³. При этом в сечении СВЧ-разъема антенны выполняется условие идеального согласования (КСВ≈1) во всем указанном диапазоне частот существования солитона, когда на выходе антенны он согласован с волновым сопротивлением вакуума (370 Ом), а на входе - с 50-омной микрополосковой СВЧ-линией передачи электромагнитной энергии, что характерно только для солитонов с их принципиально безотражательной природой существования (генерацией и распространением). Длительность импульса ЭМ-солитона 3÷30 нс, скажность импульсов 10-1000. На несущей СВЧ-частоте 3-10 ГГц (с СВЧ-периодом ˜0,3÷0,1 нс) в импульсе укладывается более 10 СВЧ-колебаний. Эти колебания могут информационно модулироваться по частоте, фазе, амплитуде или путем изменения степени заузливания многолистников поля солитонов, что является принципиально новой формой модуляции. Такая форма модуляции имеет практически неограниченную полосу пропускания, так как не связана с СВЧ-частотой и описывается топологическими инвариантами узлов.

Каждый элемент является одной ячейкой ФАР, показанной на чертеже.

Если конструктивно лучи каждой ячейки расходятся, то обеспечивается режим многолучевой генерации и приема излучения ЭМ-солитонов. Однако возможен режим однолучевого излучения благодаря явлению нелинейной интерференции, присущей солитонам каждого луча. Причем свойство самофокусировки, самосинхронизации и самофазировки присуще не только одному лучу, но и по иерархии самоорганизующейся системы солитонов всем нелинейным лучам всех ячеек, благодаря чему параллельные лучи стягиваются в узкую струну, более тонкую, чем каждый луч в отдельности. В этом состоит принципиально новый технический результат ФАР электромагнитных солитонов, отсутствующий в известных ФАР, созданных на базе классических электромагнитных полей, линейно интерферирующих в пространстве согласно принципу суперпозиции.

2. Существенный признак

Существенный признак заявленного изобретения, обеспечивающий получение технического результата, направлен на достижение режима многолучевой генерации и многолучевого приема излучения ЭМ-солитонов вакуума или на достижение режима сверхнаправленного однолучевого, струнного излучения этих солитонов. Этот признак лежит в основе конструкции ФАР ЭМ-солитонов, которая показана на чертеже.

Существенным признаком изобретения является тот факт, что антенны электромагнитных солитонов образуют многоячеистый объем фазированной антенной решетки. Причем каждая антенна может работать или автономно, или когерентно (синхронно и синфазно) со всеми антеннами, обеспечивая нелинейную интерференцию энергии сверхнаправленного излучения ФАР.

Как показано на фиг.1, из тождественных ячеек 1 размером 2×2×2 см³ собирается солитонная ФАР, где 10 строк и 10 столбцов образуют базовый модуль размером 20×20 см, из которых в свою очередь могут быть собраны еще большие комплексы любой ориентации и организации в пространстве (от плоской до сферической) с любым законом электронного сканирования. Каждая ячейка 1 ФАР может работать автономно своим сверхнаправленным лучом по выбранному каналу связи или в любой комбинации с другими ячейками создавать общий энергетический луч общего канала связи.

Устройство ячейки представляет собой жесткий кожух 1, который одновременно выполняет функцию замкнутого магнитопровода для четырех намагничивающих самарий-кобальтовых постоянных магнитов 4 с индукцией поля ˜3000 Гс, размещенных в углах кожуха. Этот кожух композитный и состоит из магнитомягкого пермаллоя и медных листов, которые в совокупности являются экраном переменных и постоянных внешних магнитных и электрических помех. В центре кожуха по его оси симметрии расположена поликоровая пластина 3 толщиной 1 мм, которая является одновременно каркасом и диэлектриком 50-омной СВЧ-линии передачи для микрополосковых преобразователей 9, на ней размещаются пластины монокристалла β^--радиоактивного ферримагнетика 2, соединенные в крест, и β^--радиоактивные активаторы из урана или плутония 5 в бериллиевом замедлителе нейтронов 6.

Квадрупольное намагничивающее поле вблизи ферримагнетика создается с помощью четырех ферромагнитных концентраторов 7, соединенных магнитопроводом с намагничивающими постоянными магнитами 4. Дополнительно на магнитопроводах этих концентраторов намотана секционированная обмотка 8 электромагнита с максимальной напряженостью поля ˜10 Э для целей задания формы неоднородности намагничивающего поля и управления сканированием луча в пространстве в коническом угле ±30 град.

На кожухе ячейки размещаются четыре β^--радиоактивных активатора 5 из урана или плутония в бериллиевом замедлителе 6 для инициирования антинейтринного излучения при распаде нейтронов ядер легирующих изотопов железа-59, который эффективно усиливает нелинейные свойства вакуума. Интенсивность нейтронного распада более 600 Кюри (˜600 рентген/час) в одном элементе и 60000 Кюри (60000 рентген/час) для 100 элементов ФАР.

Радиотехническая схема обработки информации, основанная на принципе сверхрегенеративного приема, выполнена по интегральной технологии СБИС и располагается позади ячеек в отдельном экранированном блоке таких же габаритов, как блок ФАР.

3. Перечень чертежей

Предлагаемая ФАР ЭМ-солитонов вакуума иллюстрируется на чертеже.

4. Сведения, подтверждающие возможность осуществления изобретения

Предлагаемое изобретение в виде ФАР ЭМ-солитонов вакуума не имеет аналогов в мировой науке и технике. Поэтому подтверждением осуществимости изобретения могут быть лишь эксперименты и устройства генерирующие фотоны-солитоны (как частная разновидность ЭМ-солитонов) в нелинейных оптических средах [3], магнитные солитоны в гиротропных средах [4], а также эксперименты с нейтрино от ядерных реакторов и космического происхождения. Кроме того, существуют теоретические и экспериментальные работы автора изобретения, описывающие различные частные и общие аспекты проблемы существования ЭМ-солитонов, которые докладывались на научных семинарах по синергетике в МГУ [5], МИФИ и международных конференциях различного уровня [6]. Типичные отзывы известных физических центров по этой проблематике прикладываются к данной заявке.

Положительный эффект изобретения

Общественно полезная значимость данного изобретения состоит в том, что оно позволяет генерировать новую физическую сущность, называемую ЭМ-солитонами вакуума. Указанные солитоны расширяют возможности человеческой деятельности.

На базе антенны ЭМ-солитонов вакуума могут быть созданы многоканальные приемопередатчики для целей радиосвязи, радиолокации, космических радиотелескопов, систем СВЧ-нагрева высокотемпературной термоядерной плазмы, систем локации сигналов физического и биофизического происхождения с медицинскими целями, а также систем дистанционного воздействия на живые клетки человека с лечебными целями.

Список использованных источников

1. Авдеев С.М., Бей Н.А., Морозов А.Н. Линзовые антенны с электрически управляемыми диаграммами направленности. М.: Радио и Связь. 1987, с.103.

2. Патент №2208273. Антенна электромагнитных солитонов. Автор Смелов М.В., приоритет 09.01.2002.

3. Сухоруков А.П. Нелинейные волновые взаимодействия в оптике и радиофизике. М.: Наука. 1988.

4. Косевич A.M. Динамические и топологические солитоны в ферромагнетиках и антиферромагнетиках. Харьков. 1983.

5. Смелов М.В. Синергетика. Труды семинара. М.: МГУ. 2001, с.130.

6. Смелов М.В. Электромагнитные солитоны вакуума. IV Международная научно-техническая конференция (4МНТК) "Антенно-фидерные устройства, системы и средства связи". Сб. трудов., Воронеж, 1990. - Воронеж: КБ АФУ, 1999, CD, RUS (ISBN-85455-006-9), стр.425-494.

Изобретение относится к области сверхвысокочастотной радиотехники. Техническим результатом является индуцирование в вакууме (эфире) поля в виде потока электромагнитных солитонов, образующих в пространстве многолучевое или однолучевое сверхнаправленное излучение. Многоячеистый объем фазированной антенной решетки образуют посредством излучающих или принимающих антенн. Каждая антенна представляет собой антенну электромагнитных солитонов вакуума, которая состоит из гиротропного элемента, вещество которого легировано β^--радиоактивным ферромагнитным изотопом. Гиротропный элемент расположен через монокристаллическую прокладку пьезосегнетоэлектрика над первыми и вторыми микрополосковыми преобразователями. 1 ил.

Фазированная антенная решетка электромагнитных солитонов, содержащая излучающие или принимающие антенны, представляющие собой гиротропный элемент, форма поверхности которого в плоскости сечения, перпендикулярной продольной оси антенны, соответствует кривой четвертого порядка, гиротропный элемент расположен через монокристаллическую прокладку СВЧ-пьезосегнетоэлектрика над первыми и вторыми микрополосковыми преобразователями СВЧ-электромагнитной энергии в магнитостатическую волну, при этом гиротропный элемент легирован β^--радиоактивным ферромагнитным изотопом, отличающаяся тем, что антенны электромагнитных солитонов образуют многоячеистый объем фазированной антенной решетки.