ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫЙ МИКРОВОЛНОВЫЙ ИЗЛУЧАЮЩИЙ ДВА ЛИНЕЙНО ПОЛЯРИЗОВАННЫХ ПУЧКА В СТОРОНУ ЦЕЛИ ИНТЕРФЕРОМЕТР Российский патент 2013 года по МПК G01B9/02 

Изобретение относится к области радиотехники - к радиотехнике частотного диапазона не менее 14 ГГц, а именно в радиотехнических системах противодействия (РСП) пилотируемым и не пилотируемым (управляемым или не управляемым) объектам в открытом пространстве, в том числе: в верхних слоях тропосферы, стратосферы и даже в нижних слоях космоса. Оно может быть использовано в квантовой радиофизике как инструмент, способствующий детальному изучению когерентной резонансной интерференции в свободном пространстве идущих раздельно в одном направлении (к намеченной цели) двух пучков (лучей) СВЧ электромагнитного излучения, плоскости линейной поляризации которых ортогональны, источниками которых является щелевая и рупорная СВЧ-антенна, а так же как генератор направленного пучка волн де Бройля, как продукта когерентного резонансного захвата пар разнородных фотонов в процессе интерференции упомянутых СВЧ узконаправленных пучков ЛОКОС (левоориентированная система ортогональных векторов {E, H, S} от рупорного возбудителя) и ПОКОС (правоориентированная система ортогональных векторов {E, H, S} от щелевого возбудителя) электромагнитной радиации.

Из уровня техники известно устройство для контроля износа реборды железнодорожных колес, содержащее генератор электромагнитных волн, два направленных устройства, связанных выходами основных каналов с двумя приемопередающими антеннами, электрическая ось первой из которых направлена в сторону рабочей поверхности реборды колеса, а электрическая ось второй - в сторону внутренней поверхности обода колеса, трехканальный разветвитель сигналов, вход которого соединен с выходом генератора, а первый выход - с входом направленного устройства, связанного с первой антенной, два амплитудных детектора, фазовращатель, индикатор и эталонная железнодорожная колесная пара (RU 2116214, 27.07.1998).

Известен микроволновый интерферометр, предназначенный для измерения расстояния к подвижному объекту. Интерферометр включает основной волновод для излучения электромагнитных волн по отношению к объекту и для приема электромагнитных волн после отражения от объекта, и вторичный волновод, в том числе детекторы, связанные с основным волноводом для получения компонентов обеих испущенных и отраженных волн. По должному позиционированию связи между основным и вторичным волноводами детекторы во вторичном волноводе легко определяют расстояние объекта (US 3757330, 04.09.1973).

Известен микроволновый интерферометр, включающий источник энергии, микроволновой выход которого разделяется поровну между антенной и цепью короткого замыкания. Антенна приспособлена для передачи микроволновой энергии и последующего приема отраженной микроволновой энергии от объекта в непосредственной близости от антенны (US 4359683, 16.11.1982).

Недостатками данных устройств являются то, что они не обеспечивают детальное изучение когерентной резонансной интерференции в свободном пространстве идущих раздельно в одном направлении (к намеченной цели) двух пучков (лучей) СВЧ электромагнитного излучения, плоскости линейной поляризации которых ортогональны.

Технический результат, достигаемый при реализации данного изобретения, заключается в обеспечении в открытом пространстве когерентной резонансной интерференции идущих раздельно в одном направлении к намеченной цели (мишени) двух моногармонических (при стабильности частоты не хуже 10^-10) линейно поляризованных узконаправленных пучков (лучей) СВЧ электромагнитного излучения, плоскости поляризации которых ортогональны, от разного типа возбудителей (щелевого и рупорного типа антенн).

Указанный технический результат достигается в электромагнитном микроволновом двухлучевом интерферометре, выполненном с возможностью излучения двух, идущих в одном направлении раздельных (одинаковой мощности и с равной фазой в плоскости их интерференции в направлении «мишени» в свободном пространстве) линейно поляризованных СВЧ-пучков электромагнитного излучения, плоскости поляризации которых ортогональны и содержит атомный (цезиевый) стандарт частоты в качестве опорного осциллятора стандартного прецизионного цифрового генератора СВЧ моногармонического сигнала высокостабильной (не хуже 10-10) частоты f, с выхода которого СВЧ-сигнал через микроволновый циркулятор подается на микроволновый двухканальный разветвитель. СВЧ-сигнал частоты f, с выхода которого через микроволновые циркуляторы поступает в каждом канале на электромеханические СВЧ прецизионные аттенюаторы, на выходе которых установлены микроволновые циркуляторы. С выхода циркулятора первого канала электромагнитный сигнал частоты f поступает на электромеханический СВЧ прецизионный фазовращатель, минуя микроволновый циркулятор, на двухканальный электромеханический СВЧ-переключатель и далее по фидеру (волноводу) электромагнитная энергия частоты f через СВЧ-усилитель мощности, и волновод, поворачивающий на 90° поляризацию проходящей по нему электромагнитной волны частоты f, на щелевой возбудитель направленного пучка моногармонического электромагнитного излучения частоты f. Тогда как с выхода упомянутого микроволнового циркулятора второго канала СВЧ-сигнал частоты f по СВЧ-фидеру (волноводу), минуя аналогичный электромеханический двухканальный СВЧ-переключатель, через усилитель мощности второго канала и через СВЧ-волновод поступает на рупорный возбудитель направленного пучка моногармонического электромагнитного излучения частоты f.

Опорным источником для СВЧ-генератора моногармонического электрического сигнал частоты f является атомный (цезиевый) стандарт частоты 5 МГц или 10 МГц.

Аттенюаторы 4 (Фиг.1) в обоих каналах и прецизионный СВЧ-фазовращатель 5 (Фиг.1) в одном из каналов включены для обеспечения в зоне интерференции равенства плотности электромагнитной энергии и фазового значения у каждого отдельно включенного узконаправленного пучка (луча).

В качестве прецизионного стандартного микроволнового цифрового генератора используют HP 8341 В генератор.

Волновод выполнен в виде отрезка прямоугольного сечения для волн H₀₁.

Рупорный возбудитель содержит, по меньшей мере, один отражатель в виде зеркала.

Щелевой возбудитель содержит, по меньшей мере, один отражатель в виде зеркала.

Щелевой возбудитель представляет собой одно- или многощелевой излучатель.

Щелевой возбудитель выполнен с возможностью создания СВЧ узконаправленного монохроматического пучка электромагнитной энергии в направлении «мишени» в свободном пространстве.

Рупорный возбудитель выполнен с возможностью создания СВЧ узконаправленного монохроматического пучка электромагнитной энергии в направлении «мишени» в свободном пространстве.

Щелевой возбудитель выполнен в виде щелевой антенны.

Рупорный возбудитель выполнен в виде рупорной антенны.

Сущность изобретения поясняется чертежами, где на фиг.1 изображена блок-схема электромагнитного микроволнового двухлучевого интерферометра; на фиг.2-4 - результат записи измерений для определения частоты f; на фиг.5, 6 - результат записи измерений мощности;

и фотографиями, где на Фото 1 изображена часть Модели №1 электромагнитного микроволнового двухлучевого интерферометра, а именно микроволновый волноводный циркулятор и разветвитель; на Фото 2 и 3 - двухканальный волно-водный электромеханический СВЧ-переключатель и волноводный разветвитель Модели №2 двухканального интерферометра; на Фото 4, 13 - атомный (цезиевый) стандарт частоты (АСЧ) представлен на нижней полке левой тележки; на Фото 5 - рупорный возбудитель типа OWG (Open Wave Guide) Модели №1; на Фото 6 - щелевой возбудитель Модели №1; на Фото 8 представлен вид «заглушки» фланца волновода прямоугольного сечения и фрагмент Модели №2, изображенной на Фото 7, 9, 10 - установка, изображенной на Фото 8 «заглушки», на выходном фланце одного из двух равнозначных волноводных каналов Модели №2, обладающей типа OWG возбудителями пучка СВЧ линейно поляризованной радиации, превращает данный волноводный канал с OWG (рупорным) возбудителем в волноводный канал с щелевым возбудителем. А разворотом фланцев гибких прямоугольного сечения волноводов обоих каналов во вне на 45° позволяет направить в сторону «мишени» (на Hp стандартную измерительную рупорную антенну, см. Фото 7, 9, 10, 11, 12) два раздельных, идущих в одном направлении, равных по интенсивности и фазе линейно поляризованных пучка СВЧ электромагнитного излучения, плоскости поляризации которых ортогональны; на Фото 12 - стандартный измерительный рупор для диапазона частот 5-8 ГГц; на Фото 14, 15, 16 - фрагменты импровизированной от СВЧ-излучения защиты; на Фото 17 - 16-метровая для Ku-диапазона антенна наземной станции спутниковой цифровой системы коммуникации.

Перечень обозначений:

1 - атомный (цезиевый) стандарт частоты (АСЧ) со стандартным выходом эталонной частоты 10 или 5 МГц, стабильность частоты которого не хуже 10^-11 (фото 4 на нижней полке тележки слева).

2 - прецизионный стандартный микроволновый цифровой генератор, например, такой как НР 8341 В, обладающий стабильностью частоты не хуже 10^-9, с очень низким уровнем шумов, включая фазовые шумы, имеющий встроенные ступенчато и плавно меняющие выходную мощность (от - 60 дБм до +30 дБм) аттенюаторы. Имеет вход для синхронизации от стороннего источника эталонной частоты, например от атомного стандарта частоты (цезиевого эталона частоты).

3 - микроволновый циркулятор, пропускающий сигнал только в направлении устройства на его выходе и предотвращающий возврат сигнала к источнику, подсоединенному к его входу. Обычно отраженный сигнал не более (от -40 до -60) дБ.

13 - разветвитель, поданный на его вход СВЧ-сигнал дублируется на его два выхода. На Фото 1 обозначен возможный вид такого разветвителя повышенной мощности прохождения сигнала, включенного в фидерную систему, выполненную на стандартных прямоугольного сечения СВЧ-волноводах.

4 - СВЧ электромеханический аттенюатор, позволяющий менять плавно затухание проходящего СВЧ-сигнала в пределах от 0 до -20 дБ вручную или автоматически.

5 - электромеханический СВЧ прецизионный фазовращатель, позволяющий плавно изменять фазу (от нуля до 180°) СВЧ-сигнала CW на его выходе относительно моногармонического сигнала на его входе в пределах определенной полосы BW пропускания (не менее 100-300 МГц).

6 - двухканальный электромеханический СВЧ-переключатель (ДКП). СВЧ-сигнал, поступающий на левый ДКП (фото 3), с его входа, расположенного справа, может поступать либо на его «выход» с его задней стороны, либо на его «вход-выход», расположенный спереди. В то же время сигнал СВЧ, поступающий на его «вход» слева, может поступать либо на «выход-вход», расположенный спереди, либо на его выход, расположенный сзади.

7 - волновод, а именно отрезок стандартного прямоугольного сечения для волн типа H₀₁.

8 - СВЧ-усилитель мощности, а именно стандартный, повышенной стабильностью и повышенной его линейностью амплитудно-частотных характеристик, малошумящий СВЧ-усилитель мощности. Усилители мощности передающих наземных станций цифровой передачи данных через геостационарные спутники Земли обладают названными свойствами. На фото 4 представлен вид двух усилителей мощности (РА) передающей наземной станции спутниковой коммуникации (с правой стороны).

9 - волновод, а именно стандартный отрезок СВЧ-волновода для прохождения волны типа H₀₁ данной частоты f прямоугольного сечения, не меняющий направления своей поляризации, идентичного отрезку волновода 7, и обладающий аналогичными радиотехническими характеристиками, совпадающими с характеристиками волновода 10.

10 - волновод (поляризатор), а именно стандартный отрезок прямоугольного сечения СВЧ-волновода, но у которого поляризация СВЧ-сигнала для волны типа H₀₁ данной частоты f на одном его конце меняется на 90° на его другом конце. На фото 2 можно видеть отрезок такого стандартного прямоугольного сечения СВЧ-волновода для прохождения волн типа Н01 данной частоты f. В некоторых случаях такое устройство можно назвать «фиксированным 90-градусным поляризатором волн типа Н01 данной частоты f или просто фиксированным СВЧ-поляризатором.

11 - рупорный возбудитель, а именно микроволновый возбудитель первого канала линейно поляризованного пучка электромагнитного потока в открытое пространство, он для концентрации пучка (для увеличения коэффициента мощности направленной антенны G [дБ]) может содержать, например, основной отражатель - зеркало и даже вспомогательный суботражатель - зеркало. На Фото 5 сверху виден «возбудитель» типа OWG Модели №1, собственноручно созданной из стандартных элементов, относящийся к рупорным антеннам.

12 - щелевой возбудитель, а именно второго канала возбудитель линейно поляризованного пучка электромагнитного излучения в открытое пространство второго типа. Для увеличения коэффициента мощности G и концентрации линейно поляризованного пучка излучения может содержать, например, основной отражатель - зеркало и даже вспомогательный суботражатель - зеркало. На Фото 6 показан вид (снизу) собственноручно сделанного такого рода излучателя -многощелевой антенны как часть второго канала собственноручно сделанной из стандартных деталей Модели №1 упомянутого выше двухканального когерентного резонансного микроволнового Интерферометра;

14 - «мишень».

Электромагнитный микроволновый двухлучевой интерферометр предназначен сосредоточить на мишени два линейно поляризованных пучка электромагнитного излучения, исходящих от щелевого и рупорного (Horn Antenna или Open Wave Guide) возбудителей СВЧ-радиации. В качестве «мишени» используется (фото 11, фото 12) H_p стандартный измерительный рупор для диапазона частот 5-8 ГГц. В качестве рупорного возбудителя (OWG) СВЧ-пучка излучения используется стандартная деталь GTE LENKUR p/n 10148-1 расширяющего прямоугольного сечения стандартного СВЧ-волновода. Все остальные детали Модели №1 для испытания на большой мощности заявленного изобретения выполнены из GTE LENKUR отрезков волновода СВЧ типа WR-137, рассчитанного для достаточно высоких уровней мощности и для распространения волн типа H₀₁. В качестве щелевого возбудителя радиации пучка СВЧ использована собственноручно сделанная многощелевая (9 Slots) антенна. Коэффициент усиления щелевого 12 возбудителя KSIots=171; GSlots=22.33 дБ. Коэффициент усиления рупорного 11 возбудителя KOWG=73; GOWG=18.6 дБ. Расстояние ROWG от торца возбудителя 11 до плоскости торца «мишени» ROWG=0.79 м. Расстояние RSlots от торца возбудителя 12 до плоскости торца «мишени» RSlots=1.21 м. Во время данного теста Модели №1 заявленного изобретения его входной фланец был соединен стандартным волноводом WR - 137 с выходным фланцем одного из двух СВЧ-усилителей мощности (на фото 13 справа) СВЧ-сигнала. Чтобы защититься от СВЧ-радиации отраженных и рассеянных СВЧ «лучей» во время эксперимента, находясь рядом с измерительными приборами (фото 13) на «рабочем» месте, в качестве защиты установили шесть стальных дверей с двойными стенками. Была опробована эффективность (не хуже - 80 дБ) такой защиты, используя Hp измерительный рупор и Hp спектроанализатор (на фото 13 слева на верхней полке левой тележки).

Таким образом, при подаче СВЧ-энергии на Модель №1 заявленное изобретение, будучи на «рабочем» месте, уровень СВЧ-фона не превышал уровня СВЧ-фона при отключенном сигнале на входе СВЧ-усилителя мощности. На фото 15, фото 16, фото 14 слева видны фрагменты этой импровизированной от СВЧ-излучения защиты. Во время отсчета показаний контрольных приборов невозможно видеть «мишень». Место расположения «мишени» было тщательно подобрано таким образом, чтобы уровень мощности на выходе Hp Рупора («мишени») был для данной частоты f одинаков при излучении отдельно взятого одного из двух возбудителей 11 или 12.

Результат записи измерений с помощью Wiltron Network Analyzer (на фото 13 он изображен на верхней полке правой тележки сверху) приведен на фиг.2, 3. При этом сигнал на входной фланец Модели №1 заявленного изобретения подавался с СВЧ-усилителя мощности (на фото 13 вид двух таких устройств виден справа), когда на его входе уровень мощности сигнала с генератора Hp 8341 В (на фото 13 он изображен на верхней полке под Wiltron Network Analyzer) был уменьшен не менее чем на 20 дБ и составлял 0 дБм. После того как было определено оптимальное место расположения «мишени» в горизонтальной и вертикальной плоскостях, с помощью данных графиков фиг.2, 3, 4 было определено значение частоты f=6.34820068 ГГц, на которой должно быть проведено в дальнейшем испытание Модели №1 заявленного изобретения на большей (не менее чем на +26 дБ) мощности подводимого к ней СВЧ-сигнала. График фиг.2 получен при установке на выходном фланце рупорного возбудителя 11 «нагрузки» в виде специальной детали, внешний вид которой можно видеть на фото 16 и фото 14. Это стандартный терминал для СВЧ-волноводов WR - 137 повышенной мощности. В этом случае регистрировалось излучение только от возбудителя 12.

График (фиг.3) получен, когда щелевой возбудитель 12 закрыт специальной заглушкой для предотвращения излучения. В данном случае регистрировалось излучение только возбудителя 11.

График (фиг.4) получен, когда оба возбудителя 11 и 12 излучают в сторону «мишени». Из данных графиков видно, что уровень мощности при облучении «мишени» отдельно взятым источником возбуждения электромагнитной радиации различается менее чем 0.5 дБ. Перепад же уровня регистрации при совместном их излучении не менее 21 дБ. Графики фиг.2, 3, 4, 5 и 6 были получены с помощью H_p Plotter, внешний вид которого изображен на фото 13 (на нижней полке правой тележки). Интересно отметить, что Hp Плоттер начинает вычерчивать после нажатия кнопки «Принт» на приборе, к которому он подсоединен. И время от получения команды «Принт» до окончания вычерчивания, представленного на экране измерителя, к которому он подсоединен, занимает от 3 до 5 секунд. На это время на дисплее прибора замирает изображение до момента окончания процесса вычерчивания Плоттером, то есть измерительный прибор перестает на это время следить за текущей информацией. Следует так же обратить внимание на время, затраченное «оператором» для снятия или установки соответствующих «заглушек» на каждом из возбудителей 11, 12, и время, необходимое для выхода «оператора» с этой целью из «Убежища» и обратного его возвращения в «Убежище» на «рабочее» место. Перед выходом из «Убежища» в целях безопасности нужно движением руки повернуть ручной прерыватель подачи сигнала от генератора к СВЧ-усилителю мощности. Судя по отметкам времени на изображении фиг.2. 3 и 4, удалось без особой спешки уложиться в 3-5 минут. Следует отметить, что для защиты измерительных приборов на выходе Hp измерительного рупора («мишени) был установлен аттенюатор, на 20 дБ уменьшающий мощность подачи на измерительный прибор. С учетом затухания в соединительном кабеле общее затухание на входе измерительного прибора от мощности уловленного СВЧ-излучения измерительным рупором («мишени») составило -21.36 дБ. Убедившись в СВЧ радиационной безопасности, находясь в «Убежище» на «рабочем» месте, определив рабочую частоту f, приходят к выводу, что можно приступить к тесту Модели №1 заявленного изобретения на повышенной более чем +20 дБ мощности на входе СВЧ-усилителя мощности, следовательно, мощности, излучаемой каждым из двух возбудителей электромагнитного излучения в направлении «мишени».

Была установлена заглушка («заглушка - терминал»), рассчитанная на мощность не менее 300 Вт на рупорном возбудителе. Включают поворотом ручки упомянутого переключателя (расположен сверху на корпусе Wiltron Network Analyzer) подачу сигнала на вход СВЧ-усилителя мощности с выхода СВЧ Hp генератора, синхронизированного атомным стандартом частоты. Убедившись, что сигнал на экране спектроанализатора в пределах нормы, ставят внутренний его аттенюатор на -20 дБ. Увеличивают уровень сигнала на +20 dB на выходе этого СВЧ-генератора. Следя за показаниями уровня выходной мощности на индикаторе СВЧ-усилителя мощности, плавно доводят выходную мощность до 435 Вт (26.37dBW=56.37 дБм). Как только на дисплее спектроанализатора появилось изображение (см. график фиг.5) текущего измерения мощности, регистрируемой приемным рупором («мишенью»), вставляют в плоттер лист бумаги и нажимают кнопку «Принт». Дождавшись готовности процесса «печати» плоттером, заменяют лист бумаги. Затем проверяют уровень СВЧ-фона на «рабочем месте». Убедившись, что все в норме, выключают подачу сигнала на СВЧ-усилитель мощности упомянутым переключателем, поворотом его рукоятки в положение «Off», и проверяют состояние Модели №1 заявленного изобретения и измерительного рупора, сняв заглушку с фланца рупорного возбудителя и вернувшись на «рабочее» место. Поворотом ручки в положение «On» включают подачу сигнала на СВЧ-усилитель мощности.

В тот же самый момент почувствовал, что мои ноги подкашиваются, в ушах стоит сильный шум. Ощущение не из приятных. Трудно удержаться, чтобы не присесть. Держась за левую тележку, на верхней полке которой размещен Hp Анализатор Спектра (см. Фото 13), дождался несколько секунд (2-3 секунды) пока не сменилось на его экране изображение, после чего нажал кнопку «Принт» и еще несколько секунд (3-4 секунды) пришлось дожидаться пока не завершит работу Hp Плоттер, который выдал последнее изображение (см. Фиг.4) на экране упомянутого анализатора спектра в момент одновременного облучения «мишени» двумя раздельными возбудителями направленного ортогонального линейно поляризованного пучка СВЧ-радиации. После чего незамедлительно выключил подачу СВЧ-сигнала с выхода СВЧ-генератора на вход усилителя мощности. Мгновенно шум в ушах исчез, и ноги перестали подкашиваться. Когда подошел к «мишени», то обнаружил, что гайки четырех 5-6 мм болтов, крепившие Hp стандартную измерительную рупорную антенну, ослаблены (отвинчены) на 2-3 оборота.

Когда на дисплее спектроанализатора сменилось прежнее изображение, нажимают кнопку «Принт». Поворотом ручки упомянутого переключателя в положение «Off» прекращают подачу сигнала на вход СВЧ-усилителя мощности. Выключают все оборудование.

Важно одно, что при интерференции одновременно идущих в одном направлении ортогональных когерентных линейно-поляризованных пучков излучения равной мощности и при их пересечении возникает резонансный захват «разнородных» пар их фотонов от рупорного и щелевого возбудителей.

О типе используемых в изобретении СВЧ-возбудителей электромагнитных пучков (лучей).

Из Г.З.Айзенберг «Антенны ультракоротких волн», Государственное Издательство литературы по вопросам связи и радио, Москва 1957, стр.136-139 [1], следует, что элементарный щелевой возбудитель (вибратор) СВЧ электромагнитной радиации является разновидностью элементарного магнитного диполя Герца (МДГ). А для линейно поляризованного пучка электромагнитного излучения тройка векторов: E, H, S - является правоориентированной системой ортогональных векторов (ПОСОВ) (см. Ю.Б.Шубарин «Антенны сверх высоких частот», Издательство Харьковского Государственного Университета, Харьков 1960, стр.245, рис.Х,1, Выгодский М.Я., Справочник по высшей математике и [1]).

Из [1] стр.341 следует Рис.3.2.XVI, что структура электромагнитного поля H-плоскостном секториальном рупоре аналогична структуре поля элементарного электрического диполя Герца (в «Дальней зоне»). А для линейно поляризованного пучка электромагнитного излучения тройка векторов: тройка векторов: E, H, S - является левоориентированной системой ортогональных векторов (ЛОСОВ) ([1] стр.341 Рис.3.2.XVI), где E, H, S - соответственно вектор напряженности электрического поля, вектор напряженности магнитного поля и вектор Умова-Пойнтинга.

В изображенной блок-схеме заявленного интерферометра (фиг.1) возбудителем 12 узконаправленного линейно поляризованного пучка (луча) СВЧ электромагнитного излучения одного из каналов (левого) является щелиподобный возбудитель (он может быть однощелевым излучателем или многощелевым излучателем), тогда как возбудителем 11 пучка (луча) узконаправленного линейно поляризованного пучка (луча) СВЧ электромагнитного излучения одного из каналов (правого) является прямоугольный поперечного сечения рупороподобный возбудитель. При этом плоскость поляризации излучаемого возбудителем 12 СВЧ-пучка электромагнитной энергии ортогональна плоскости поляризации излучаемого возбудителем 11 пучка СВЧ электромагнитной энергии. Это объясняется тем, антенно-фидерное устройство, в которое входят отрезки (звенья) 10, 7 левого канала интерферометра, содержит отрезок 10, представляющий собой изогнутый поворотом на 90° вокруг продольной его оси прямоугольного сечения волновод, меняющий направление поляризации на 90°. Тогда как антенно-фидерное устройство, в которое входят отрезки (звенья) 9, 7, содержит в отличие от изогнутого отрезка 10 с эквивалентными электрическими параметрами прямой прямоугольного сечения волновод 9.

С принципиальной точки зрения можно отвлечься от реальной диаграммы распределения пучков излучаемой СВЧ электромагнитной радиации возбудителями 11 и 12. Будем считать, что излучаемые ими пучки имеют правильную конусообразную или четырехгранную пирамидальную форму, вершина которых находится в геометрическом центре выходного торца возбудителя, а их основание, перпендикулярное оси излучения, находится в плоскости на удалении R поблизости от точки предполагаемого расположения «цели» или «мишени». Расстояние L между геометрическими центрами выходных торцов возбудителей 11 и 12 должно быть таковым, чтобы совмещение пересекающихся оснований их пучков происходило на удалении R как можно под меньшим углом. Естественно, что L не менее чем на 5 порядков меньше дальности R, чтобы предотвратить интерференцию излучаемых возбудителями 11 и 12 пучков электромагнитной энергии вдали от расположения «цели».

Под Antennas Gain Ga - коэффициентом усиления мощности антенны в логарифмическом виде далее будет принято выражение:

,

где

r - радиус основания пучка излучения на удалении R [м] от его источника;

A_eff - величина площади основания пучка излучения на удалении R от его источника.

Следует иметь в виду, что для многощелевого возбудителя и рупорного возбудителя без применения специальных дополнительных отражателей предельным значением коэффициента усиления является значение Ga=40 дБ.

Чтобы практически использовать данный интерферометр в качестве основной функциональной составляющей РСП необходимо достичь значения Ga не менее 65-70 дБ.

Для увеличения значения Ga необходимо использовать варианты систем рефлекторов (отражателей), например, описанных в "Reference Data Radio Engineers", Howard W. Sams & CO. INK., Indianapolis/ Kansas City/New York, 1968, стр.25-28.

Наиболее предпочтительнее для увеличения значения Ga щелевого возбудителя и рупорного возбудителя для рассматриваемого изобретения является отраженный в указанном выше источнике способ, фиг.58 или фиг.59. Как правило, в паз «feed» этих двух изображений и вставляется соответствующий возбудитель СВЧ-пучка электромагнитного излучения. Так что расходящийся пучок излучения от возбудителя отражается от вспомогательного рефлектора (сабрефлектора) и направляется на основной рефлектор, достигая при этом большего сжатия пучка, то есть лучшей концентрации электромагнитной энергии, излучаемой в открытое пространство. Отражение одинарное или двойное не меняет типа пучка линейно поляризованного излучения, а именно, если на входе излучение было ЛОСОВ (ПОСОВ), то и на выходе останется таковым.

В источнике Andrew "Catalog 37", с.368 и 369 [6] приведены параметры наземных станций стационарной спутниковой коммуникации с основными техническими характеристиками. В данный момент будут интересовать следующие данные этой диаметра 7.6 м (Основного рефлектора) антенны: а) для Ku-band (14-14.5 ГГц) она может излучать в открытое пространство (Uplink) линейно поляризованный пучок СВЧ-излучения и Ga=59.5 дБ для f=14.5 ГГц. В ее комплект входит СВЧ-усилитель мощности (НРА), способный в режиме CW (передача в непрерывном режиме моногармонического сигнала несущей частоты f) выдать на входной антенный фидер мощность СВЧ-сигнала Pa=2000 Вт, что составляет в логарифмическом выражении значение GPa=33 дБВ.

Для приближенного определения величины Ga используют формулу:

где A_ф - поперечное сечение фотона в [м²],

r_ф - радиус фотона в [м],

f - частота в [Гц],

Для указанной выше антенны рассчитаем значения λ, r_ф, А_ф, G_a, задав значение D_a=7.6 м и f=14.25 ГГц. Тогда: λ=0.0205 м, r_ф=0.00351 м, А_ф=3.86·10^-5 кв.м, Ga=60.7 дБ вместо указанного в источнике Andrew "Catalog 37" на стр.369 значение для Тх Gain=59.4 дБи. Необходимо принять во внимание, что одну из таких антенн с рупороподобным возбудителем, что подходит лишь для одного из каналов настоящего изобретения с ориентацией тройки ортогональных векторов (E, H, S) ЛОСОВ (фиг.1- это функционально воплощает позиции 8, 9, 7, 11), то для второго его канала для ориентации тройки ортогональных векторов (E, H, S) ПОСОВ нужно заменить во второй такой антенне рупороподобный возбудитель на щелеподобный возбудитель (что функционально воплощают позиции 8, 19, 7, 12 на фиг.1).

Данный тип антенн имеет возможность изменять плоскость поляризации на 90° (с горизонтальной линейной поляризации перейти на вертикальную линейную поляризацию). В таком варианте, по-видимому, возможно использовать данное изобретение для системы РСП.

На фото 17 изображена 16-метровая для Ku-диапазона антенна наземной стационарной спутниковой цифровой системы коммуникации. Рассчитанное значение по упомянутой формуле для f=14 ГГц составило значение 67.6 дБ. В которой используется ПА (НРА) на мощных СВЧ-транзисторах вместо усилителя мощности с использованием СВЧ «ламп бегущей волны». Подробную информацию о теории и инженерных методах расчета щелевых и рупорных антеннах можно найти в следующих источниках: Г.З.Айзенберг «Антенны ультракоротких волн» [1], Ю.Б.Шубарин «Антенны сверх высоких частот», Издательство Харьковского Государственного Университета, Харьков 1960 [2], "Reference Data Radio Engineers", Howard W.Sams & CO. INK., Indianapolis/Kansas City/New York, 1968 [4], X.Мейнке и Ф.В.Гундлах «Радиотехнический справочник», Том I, Государственное энергетическое издательство, Москва, Ленинград 1960 [5].

Относительно выбора СВЧ-волновода с прямоугольным сечением для волн типа H₀₁.

Подробную информацию о теории и инженерного метода расчета и типе волн в СВЧ-волноводе можно найти в [1], [2], [4], [5].

С Стандартом для промышленных прямоугольного сечения волноводов для сетки используемых частот, с типоразмером СВЧ-волноводов и с их электрическими и механическими характеристиками с типом волн H₀₁, а также с используемыми для них СВЧ-адаптерами можно ознакомится из Каталога Andrew "Catalog 37" [6]. В таблице в источнике [4], с.23-8, приведены параметры для СВЧ-волноводов.

Относительно щелевого возбудителя, собственноручно изготовленного для использования.

Интерферометр (Модель №1) представлен на фиг.1 и на фото 1, 5 и Фото 6. На фото 6 изображен многощелевой возбудитель СВЧ-радиации, выполненной на отрезке 46.4 см стандартного волновода WR-137. На узкой стенке были прорезаны практически перпендикулярно граням 9 щелей примерно толщиной 1.5 мм, размещенных равномерно вправо и влево от первой щели, помещенной в центре отрезка длины узкой стенки волновода.

Чтобы убедиться в достаточной радиационной способности на расстоянии 60 см от узкой стенки был установлен Hp измерительный рупор (фото 10). К правому фланцу этого волновода через адаптер с N-type разъема подавался СВЧ-сигнал с Wiltron Network Analyzer (на Фото 13 представлен на верхней полке правой тележки). С прикрепленного аналогичного адаптера к правому фланцу волновода снимался СВЧ-сигнал через специальную головку данного анализатора на его вход. Wiltron Network Analyzer работает в паре с Hp 8341 В СВЧ цифровым генератором (на Фото 13 представлен на верхней полке снизу правой тележки). Снималась, таким образом, амплитудно-частотная характеристика и величина отраженного сигнала в интересуемой полосе обзора относительно заданного значения средней частоты (6.35 ГГц). И определялось ослабление сигнала, прошедшей через волновод СВЧ-волны с правого его конца на левый его конец. Прорезав первую щель (слот) в центральной части длины волновода, на его узкой стенке производилось измерение сигнала на левом его торце и на выходе Hp измерительного рупора, установленного напротив центра узкой стенки испытываемого волновода. Каждый раз, прорезая очередной слот пары слотов слева и справа на одинаковом расстоянии от центрального слота, приводились описанные измерения до тех пор, пока не получили 9 слотов (щелей) в этом щелевом возбудителе линейно поляризованной СВЧ-радиации. Таким образом, была получена информация о полосе пропускании, радиационной эффективности такого возбудителя с увеличением числа слотов. По мере экспоненциального закона уменьшения мощности на левом торце данного отрезка волновода наблюдалось увеличение мощности излученной этим возбудителем СВЧ-радиации. Начиная с 7-го слота, наступило «насыщение», таким образом, достигнута радиационная эффективность данного щелевого возбудителя СВЧ-радиации не хуже 0.98 при полосе пропускания не хуже 200 МГц. Интересно отметить, что центральная ось пучка СВЧ-радиации лежит в одной и той же плоскости с центральной продольной осью его волновода и наклонена в сторону подвода электромагнитной энергии к нему (на фиг.1 к нижнему его фланцу) примерно под углом 60°.

При испытании Модели №1 интерферометра на большой мощности 04.04.92 щелевой возбудитель (см. фото 11) имел вертикальную плоскость поляризации, а рупорный возбудитель имел горизонтальную плоскость поляризации. Таким образом, на мишень, в качестве которой был применен Hp Horn, можно было подать по отдельности излучаемый линейно поляризованный пучок СВЧ электромагнитной радиации или подавать на нее оба сразу линейно поляризованных пучка СВЧ-радиации, при котором их плоскости поляризации ортогональны. Итак, электрический СВЧ-сигнал (фото 13) подается на вход усилителя мощности (НРА) и с его выхода через циркулятор и электромеханический двухпозиционный переключатель поступает по волноводу тира WR - 137 на вход интерферометра (фото 14). Электромагнитная СВЧ-волна H₀₁ упомянутого волновода, минуя волно-водный разветвитель 13 на фото 1, с одного его выхода поступает на отрезок аналогичного волновода и затем через циркулятор 3 (на фото 1) поступает на щелевой возбудитель СВЧ-радиации. С другого выхода упомянутого разветвителя электромагнитная СВЧ-энергия через ряд волноводных звеньев, минуя циркулятор, поступает на стандартную деталь импровизированного плоского рупора (OWG). Взаимное относительное расположение в вертикальной плоскости «мишени» (измерительного рупора) и щелевого и рупорного возбудителей, линейно-поляризованных ортогональных пучков СВЧ электромагнитного излучения можно видеть с помощью фото 11.

При выбранном взаимном расположении указанных объектов было установлено, что регистрируемые сигналы на выходе «мишени» на частоте 6.3491 ГГц по своему уровню близки и по фазе различаются не более 5°, когда по раздельности излучает то один, то другой возбудитель СВЧ электромагнитный пучок в сторону «мишени» (что можно видеть на фиг.2 и 3).

Насколько спектрально чистый регистрируемый «мишенью» сигнал при излучении одного из возбудителей линейно поляризованного пучка СВЧ электромагнитной энергии видно из изображения спектральной плотности на фиг.5. Можно убедится по спектрограмме, что действительно регистрируется моногармонический электрический сигнал частоты 6.34820068 ГГц, стабильность частоты которого не хуже 10^-10, что не удивительно, так как HP 8341 В, как было отмечено, что опорным осциллятором этого цифрового СВЧ-генератора являлся выходной сигнал атомного стандарта частоты (на фото 13, нижняя полка левой тележки).

Когда же оба линейно поляризованных ортогональных пучка от обоих возбудителей одновременно направлены на «мишень», регистрируемая мощность совместного излучения обоими возбудителями СВЧ электромагнитной энергии исходя из фиг.4 на частоте 6.3491 ГГц упала на (-18.45 дБм -3.15 дБм или -3.81 дБм) 21.6 дБ - 22.26 дБ. А именно упала не менее чем в 144 раз. А в случае испытания интерферометра при большой мощности, исходя из результатов измерения, изображенных графически на фиг.5 и 6, на частоте 6.34820068 ГГц наблюдаем уменьшение регистрируемой мощности на (-26.11 дБм-2.59 дБм)-28.7 дБ, что составило уменьшение мощности в 741 раз. Конечно в обоих случаях реальное уменьшение регистрируемой мощности нужно увеличить в два раза, так как излучалась обеими антеннами в сторону «мишени» суммарная мощность от каждого излучателя СВЧ-радиации.

Встает вопрос: Куда девалось практически вся излученная мощность при совместном излучении обоими возбудителями линейно поляризованных когерентных на одной и той же частоте при практически нулевом сдвиге фазы ортогональных пучков СВЧ-радиации? Ответ только один. Произошел в результате когерентной резонансной интерференции в области прилегающей к входному торцу «мишени» резонансный захват пар фотонов, один из которых принадлежит пучку СВЧ горизонтально поляризованного излучения рупорного возбудителя, а другой - принадлежит СВЧ-пучку вертикально поляризованного излучения щелевого возбудителя. Этот факт подтверждает, что а) существуют два вида радиофотонов или их модификаций, б) что действительно линейно поляризованный пучок СВЧ-радиации от щелевого излучателя имеет противоположную систему ориентации в свободном пространстве тройки векторов (EHS) в сравнении с ориентацией такой тройки векторов для линейно поляризованного пучка СВЧ-радиации от рупорного возбудителя, в) произошла нигиляция этой пары фотонов, с образованием нового элементарного тела нового вида энергии, которое обладает суммарной энергией обоих фотонов и суммарным количества «движения» и продолжает двигаться со скоростью, близкой или равной скорости света в свободном пространстве в направлении движения (по биссектрисе) «включенных» в его тело «пропавшей» пары исходных фотонов, г) поток новообразованных элементарных частиц (квантов энергии) является ничем иным как пучком материальных (гравитационных) волн де Бройля.

График на фиг.4 показывает амплитудно-частотную характеристику регистрируемого остаточного сигнала, зарегистрированного измерительной рупорной антенной в момент когерентной резонансной интерференции упомянутых двух линейно поляризованных пучков радиации при одновременном излучении в ее направлении обоими возбудителями интерферометра. Такой характер спада объясняется объемным (трехмерным) характером области пространства, в которой произошла интерференция вблизи «мишени» при сканировании частоты излучаемого потока СВЧ обеими антеннами. На уровне 6 дБ выше минимума можно говорить о полосе режекции (BW) интерференции пучков излучения двух упомянутых возбудителей.

Из теста Модели №1 данного изобретения и теоретических расчетов следует, что в результате когерентной резонансной интерференции двух линейно поляризованных узконаправленных в сторону «мишени» ортогональных СВЧ-пучков в свободное пространство, возможно механическое воздействие (вызывая вибрацию и физическое давление на материальный объект). Анализ показал, что сила воздействия на «мишень» прямо пропорциональна времени ее пребывания в зоне образования когерентной резонансной интерференции, мощности, излученной обеими антеннами, коэффициенту усиления (направленности) антенн и поперечному сечению объекта (если поперечное сечение указанной зоны больше) и обратно пропорциональна длине волны и квадрату расстояния R объекта от источников излучения. Предположительно, что в результате упомянутой когерентной резонансной интерференции двух описанных узконаправленных СВЧ электромагнитных пучков образуется в направлении «мишени» поток волн де Бройля.

Это и обуславливает возможность использования данного изобретения как инструмента дальнейшего изучения обнаруженного феномена, а также в качестве основного звена системы РСП (Радиотехнических средств противодействия).

Изобретение относится к радиотехническим устройствам СВЧ-диапазона. Интерферометр содержит атомный стандарт частоты в качестве опорного осциллятора стандартного прецизионного цифрового генератора СВЧ моногармонического сигнала высокой частоты f, выход которого выполнен с возможностью подачи СВЧ-сигнала через микроволновый циркулятор на микроволновый двухканальный разветвитель, выход которого выполнен с возможностью подачи СВЧ-сигнала частоты f через микроволновые циркуляторы в каждый канал на электромеханические СВЧ прецизионные аттенюаторы, на выходе которых установлены микроволновые циркуляторы, при этом выход циркулятора первого канала выполнен с возможностью подачи электромагнитного сигнала частоты f на электромеханический СВЧ прецизионный фазовращатель, минуя микроволновый циркулятор, на двухканальный электромеханический СВЧ-переключатель и далее по фидеру через СВЧ-усилитель мощности и волновод, поворачивающий на 90° поляризацию проходящей по нему электромагнитной волны частоты f, на щелевой возбудитель направленного пучка моногармонического электромагнитного излучения частоты f, а выход упомянутого микроволнового циркулятора второго канала выполнен с возможностью подачи СВЧ-сигнала частоты f по СВЧ-фидеру через усилитель мощности второго канала и через СВЧ-волновод - на рупорный возбудитель направленного пучка моногармонического электромагнитного излучения частоты f. Технический результат заключается в обеспечении в открытом пространстве когерентной резонансной интерференции идущих раздельно в одном направлении к намеченной цели двух моногармонических линейно поляризованных узконаправленных пучков (лучей) СВЧ электромагнитного излучения, плоскости поляризации которых ортогональны, от разного типа возбудителей. 8 з.п. ф-лы, 23 ил.

1. Электромагнитный микроволновый двухлучевой интерферометр, характеризующийся тем, что выполнен с возможностью излучения двух идущих в одном направлении раздельных линейно поляризованных СВЧ пучков электромагнитного излучения, плоскости поляризации которых ортогональны, и содержит Атомный стандарт частоты в качестве опорного осциллятора Стандартного прецизионного цифрового генератора СВЧ моногармонического сигнала высокой частоты f, выход которого выполнен с возможностью подачи СВЧ сигнала через микроволновый циркулятор на микроволновый двухканальный разветвитель, выход которого выполнен с возможностью подачи СВЧ сигнал частоты f через микроволновые циркуляторы в каждый канал на электромеханические СВЧ прецизионные аттенюаторы, на выходе которых установлены микроволновые циркуляторы, при этом выход циркулятора первого канала выполнен с возможностью подачи электромагнитного сигнала частоты f на электромеханический СВЧ прецизионный фазовращатель, минуя микроволновый циркулятор, на двухканальный электромеханический СВЧ переключатель и далее по фидеру через СВЧ усилитель мощности и волновод, поворачивающий на 90° поляризацию проходящей по нему электромагнитной волны частоты f, на щелевой возбудитель направленного пучка моногармонического электромагнитного излучения частоты f, а выход упомянутого микроволнового циркулятора второго канала выполнен с возможностью подачи СВЧ сигнал частоты f по СВЧ фидеру, минуя аналогичный электромеханический двухканальный СВЧ переключатель через усилитель мощности второго канала и через СВЧ волновод на рупорный возбудитель направленного пучка моногармонического электромагнитного излучения частоты f.

2. Электромагнитный микроволновый двухлучевой интерферометр по п.1, характеризующийся тем, что атомный стандарт частоты выполнен с частотой 5 МГц или 10 МГц.

3. Электромагнитный микроволновый двухлучевой интерферометр по п.1, характеризующийся тем, что в качестве прецизионного стандартного микроволнового цифрового генератора используют HP 8341 В генератор.

4. Электромагнитный микроволновый двухлучевой интерферометр по п.1, характеризующийся тем, что волновод выполнен в виде отрезка прямоугольного сечения для волн H₀₁.

5. Электромагнитный микроволновый двухлучевой интерферометр по п.1, характеризующийся тем, что рупорный возбудитель содержит, по меньшей мере, один отражатель в виде зеркала.

6. Электромагнитный микроволновый двухлучевой интерферометр по п.1, характеризующийся тем, что щелевой возбудитель содержит, по меньшей мере, один отражатель в виде зеркала.

7. Электромагнитный микроволновый двухлучевой интерферометр по п.6, характеризующийся тем, что щелевой возбудитель представляет собой одно- или многощелевой излучатель.

8. Электромагнитный микроволновый двухлучевой интерферометр по п.7, характеризующийся тем, что щелевой возбудитель выполнен с возможностью создания СВЧ узконаправленного монохроматического пучка электромагнитной энергии в направлении «мишени» в свободном пространстве.

9. Электромагнитный микроволновый двухлучевой интерферометр по п.5, характеризующийся тем, что рупорный возбудитель выполнен с возможностью создания СВЧ узконаправленного монохроматического пучка электромагнитной энергии в направлении «мишени» в свободном пространстве.