Фрактальные взаимосвязанные резонаторы сверхвысокочастотных электромагнитных колебаний в виде диэлектрических трехгранных односторонних поверхностей с металлическими обкладками Российский патент 2019 года по МПК H01P1/00 

Изобретение относится к радиотехнике, в частности к конструкции резонаторов и фазовращателей сверхвысокочастотного диапазона, предназначенных для генерации, преобразования, приема и передачи электромагнитных колебаний определенной частоты на базе цифровой активной фазированной антенной решетки (ЦАФАР).

Известен емкостный контур [1], предназначенный для преобразования энергии непосредственно либо в механическую, либо электрическую. Недостатком известного контура является то, что он представляет собой только электрическую емкость, а не полноценный колебательный контур, состоящий из емкости и индуктивности.

Известен емкостный контур [2], предназначенный для формирования двух различных частот. Недостатком известного контура является то, что он не способен сформировать взаимосвязанные резонаторы для изменения фазы сверхвысокочастотных электромагнитных колебаний в линиях задержки ЦАФАР.

Целью изобретения является решение технической задачи повышения электромагнитной связи резонаторов ЦАФАР.

Техническим результатом является улучшение взаимосвязи электрических и магнитных полей в фрактальных резонаторах в режимах бегущей и стоячей волн.

Указанный технический результат достигается тем, что фрактальные взаимосвязанные резонаторы сверхвысокочастотных электромагнитных колебаний в виде диэлектрических трехгранных односторонних поверхностей с металлическими обкладками выполнены в виде кольцевой структуры. В каждом поперечном сечении такой фрактальной поверхности имеются четыре трехфазные емкости, образованные четырьмя кольцевыми треугольными диэлектриками, покрытыми с трех граней металлическими обкладками. Замыкание в виде односторонней поверхности Мебиуса из этих трех металлических обкладок формирует четыре короткозамкнутые индуктивности, каждая из которых имеет три витка. Эти металлические обкладки связаны друг с другом электрическими и магнитными полями.

Указанные признаки взаимосвязаны между собой и являются существенными для получения требуемого технического результата в виде взаимосвязанных сверхвысокочастотных резонаторов для генерации, преобразования, приема и передачи электромагнитных колебаний определенной частоты на базе ЦАФАР.

Фрактальные взаимосвязанные резонаторы сверхвысокочастотных электромагнитных колебаний представляют собой четыре диэлектрические трехгранные поверхности с металлическими обкладками, которые образуют четыре трехвитковые индуктивности и четыре трехфазных емкости.

На фиг.1 приведена структура фрактального резонатора, состоящего из четырех трехгранных трехфазных емкостей, каждая из которых имеет три короткозамкнутые металлические обкладки. Края металлических обкладок 1-12 соответственно соединены друг с другом. Четыре трехгранных диэлектрических кольца обозначены на схеме 13-16. Для изоляции металлических обкладок внутренней трехфазной емкости от внешних металлических обкладок используются:

- диэлектрическая прокладка 17 изолирует металлическую обкладку 1 внутренней трехфазной емкости от металлической обкладки 4 внешней трехфазной емкости;

- диэлектрическая прокладка 18 изолирует металлическую обкладку 3 внутренней трехфазной емкости от металлической обкладки 7 внешней трехфазной емкости;

- диэлектрическая прокладка 19 изолирует металлическую обкладку 2 внутренней трехфазной емкости от металлической обкладки 10 внешней трехфазной емкости.

Каждая трехфазная емкость имеет три кольцевые металлические обкладки, которые в СВЧ диапазоне имеют индуктивное реактивное сопротивление. В результате такая структура имеет свойства резонатора СВЧ диапазона.

На фиг. 2 фрактальный резонатор преобразован в четыре односторонние поверхности таким образом, что край металлической обкладки 1 соединен с краем металлической обкладки 2, затем краем металлической обкладки 3 и вновь краем металлической обкладки 1. Таким образом, электромагнитная волна, совершив три оборота, вернется к исходной точке. Если длина металлической обкладки соответствует 4/3 длины волны сверхвысокочастотного электромагнитного колебания, то в металлических обкладках 1, 2, 3 будет сформирована трехфазная синусоида.

Аналогичные процессы будут происходить и в примыкающих резонаторах. Край металлической обкладки 4 передает сигнал в край металлической обкладки 10, затем на край металлической обкладки 7 и опять на край металлической обкладки 4. Также сигнал проходит от края металлической обкладки 5 к краю металлической обкладки 11, затем к краю металлической обкладки 8 и вновь на край металлической обкладки 5. Край металлической обкладки 6 передает сигнал в край металлической обкладки 12, затем в край металлической обкладки 9, и опять на край металлической обкладки 6.

Таким образом, все эти резонаторы имеют связь через электромагнитные поля и позволяют реализовать высокоэффективные, компактные фазовращатели для линий задержек ЦАФАР.

На фиг. 3 приведен вариант с зеркальным расположением поверхностей фрактального резонатора. Причем, четыре односторонние поверхности соединены таким образом, что край металлической обкладки 1 соединен с краем металлической обкладки 3, затем краем металлической обкладки 2 и вновь краем металлической обкладки 1. Также имеются отличии в присоединении края металлической обкладки 4, которая передает сигнал в край металлической обкладки 7, затем в край металлической обкладки 10 и опять на край металлической обкладки 4. Также по-другому сигнал проходит от края металлической обкладки 5 к краю металлической обкладки 8, затем к краю металлической обкладки 11 и вновь на край металлической обкладки 5. Край металлической обкладки 6 передает сигнал в край металлической обкладки 9, затем в край металлической обкладки 12, и опять на край металлической обкладки 6.

Таким образом, фрактальные резонаторы на фиг. 2 и фиг. 3 будут формировать электромагнитные поля, плоскость поляризации которых вращается в разные стороны, что не позволит другим резонансным системам принимать сигнал от ЦАФАР, оснащенных такими фрактальными резонаторами. Фрактальные резонаторы целесообразно использовать в составе сверхрегенеративных цифровых приемо-передающих устройств.

Степень фрактальности можно повысить и вместо четырех получить шестнадцать резонаторов и т.д. кратное четырем. Также можно комбинировать сочетание резонаторов с различными направлениями вращения плоскости поляризации сверхвысокочастотных электромагнитных колебаний, формируемых ЦАФАР. Подобная форма сигнала позволит ЦАФАР проводить пеленгацию воздушного пространства, не позволяя обнаружить собственные координаты.

Для изготовления фрактальных резонаторов целесообразно применить 3D принтер с возможность печати металлическим и диэлектрическим порошками.

Литература

1. Патент РФ на изобретение №2353995. Емкостный контур / Игнатов Б.Н., опубл. 27.04.2009.

2. Патент РФ на изобретение №2616440. Кодово-импульсный модулятор сверхвысокочастотных электромагнитных колебаний в виде многослойной поверхности Мебиуса с p-i-n-диодами / Исмаилов Т.А., Гаджиев Х.М., Крячко А.Ф., Челушкин Д.А., Шкурко А.С., опубл. 14.04.2015.

Изобретение относится к радиотехнике. Фрактальные взаимосвязанные резонаторы сверхвысокочастотных электромагнитных колебаний выполнены в виде диэлектрических трехгранных односторонних поверхностей с металлическими обкладками и образуют кольцевую структуру. В каждом поперечном сечении такой фрактальной поверхности имеются четыре трехфазные емкости, образованные четырьмя кольцевыми треугольными диэлектриками, покрытыми с трех граней металлическими обкладками. Замыкание в виде односторонней поверхности Мебиуса из этих трех металлических обкладок формирует четыре короткозамкнутые индуктивности, каждая из которых имеет три витка. Эти металлические обкладки связаны друг с другом электрическими и магнитными полями. Техническим результатом является улучшение взаимосвязи электрических и магнитных полей в фрактальных резонаторах в режимах бегущей и стоячей волн. 3 ил.

Фрактальные взаимосвязанные резонаторы сверхвысокочастотных электромагнитных колебаний в виде диэлектрических трехгранных односторонних поверхностей с металлическими обкладками, выполненные в виде кольцевой структуры, отличающиеся тем, что в каждом поперечном сечении такой фрактальной поверхности имеются четыре трехфазных емкости, образованные четырьмя кольцевыми треугольными диэлектриками, покрытыми с трех граней металлическими обкладками, а замыкание в виде односторонней поверхности Мебиуса из этих трех металлических обкладок формирует четыре короткозамкнутые индуктивности, каждая из которых имеет три витка, причем эти металлические обкладки связаны друг с другом электрическими и магнитными полями.