АНТЕННА Российский патент 2023 года по МПК H01Q1/36 H01Q13/08 

Данное изобретение относится к области радиотехники, в частности к приемно-передающим антеннам (ППА) безвихревых неполяризованных скалярно-продольных (БВНПСП) электромагнитных волн (ЭМВ) СВЧ диапазона, и может найти применение в системах связи, радиолокации, в медицине в приборах электромагнитной гипертермии и в электромагнитных аппликаторах, в задачах радиомониторинга, в задачах электромагнитной совместимости (ЭМС).

В настоящее время имеется ряд публикаций описывающих возможность формирования продольных электромагнитных волн (ПЭМВ), возможность использования их в различных технических задачах, а также способности ПЭМВ служить физическим (материальным) носителем перцептивной информации, в том числе - биоинформации [1, 2, 3].

На скалярно-продольных волнах можно сформировать и осуществить на них пространственную связь, были проведены такие экспериментальные исследования [4]. Эксперимент подтвердил возможность формирования скалярно-продольных ЭМВ и возможность осуществления пространственной связи на расстоянии 6 м. при расположении антенн над землей 3 м., в качестве излучателей использовались алюминиевые шары.

Известен экспериментальный результат по созданию канала радиосвязи в морской среде и канала связи между свободным пространством и водной средой [5]. Описан натурный эксперимент по передаче коротковолнового модулированного радиосигнала в морской среде при помощи шаровых антенн на расстоянии 470 м., специальная приемно-передающая аппаратура сконструирована в соответствии с результатами обобщенной электродинамической теории. В работе сделано предположение, что радиосигнал передается в морской воде при помощи продольных (электроскалярных) волн. В экспериментах обнаружен эффект передачи высокочастотного радиосигнала через границу раздела двух сред: морская вода - воздух.

Известны способы «дальнодействующего» формирования ПЭМВ Е-типа в локальной дальней (волновой) области пространства с помощью пространственного суммирования двух разнесенных в свободном пространстве когерентных излучателей (антенн) поперечных ЭМВ с одинаковой линейной поляризацией.

Например, известен способ формирования ПЭМВ с помощью излучения двух скрещенных волноводов, в результате в дальней (волновой) зоне достигается компенсация поперечной магнитной компоненты ЭМВ и создание одной электрической компоненты вдоль направления распространения ЭМВ, т.е. продольной электрической ЭМВ (Е-волны).

Например известен способ формирования ПЭМВ с помощью излучения двух зеркальных антенн. Благодаря возможности создания достаточно узких диаграмм направленности главного лепестка и с низким уровнем боковых лепестков и устанавливая разнесенную базу между антеннами можно формировать дальнюю зону образования ПЭМВ и с маленьким пятном [6, 7, 8].

Известен способ формирования ПЭМВ с помощью поперечной ЭМВ с круговой поляризацией [9].

Известна ППА скалярно-продольных ЭМВ [10]. Антенна содержит токопроводящий цилиндр, на который установлены соосно две, разнесенные на некоторое расстояние друг от друга, плоские катушки со спиральной намоткой и реактивный элемент, при этом одними концами первая и вторая катушки индуктивности соединены между собой, причем первая и вторая плоские катушки индуктивности намотана встречно. Причем первая и вторая катушки индуктивности установлены в медный экран цилиндрической формы, обеспечивающий полную экранировку, что позволяет экранировать антенны от поперечных электромагнитных волн, а для скалярно-продольных ЭМВ - экран абсолютно прозрачен.

При такой намотке направление магнитного поля первой катушки находится в противоположном направлении по отношению к магнитному полю второй катушки индуктивности, при этом токопроводящий цилиндрический проводник расположен так, чтобы пересекать магнитное поле первой катушки и магнитное поле второй катушки. Эффективность антенны определяется возможностью протекание максимального тока в первой и второй катушках индуктивности обеспечивается уменьшением индуктивного сопротивления катушек с помощью включения реактивного элемента - конденсатора.

Параллельный резонансный контур формируется посредством параллельного включения конденсатора между входными/выходными проводниками катушек индуктивности. Последовательный резонансный контур формируется посредством последовательного включения в разрыв между соединительными проводниками первой с второй катушками индуктивности.

Первая и вторая катушки индуктивности, при прочих равных условиях, могут быть выполнены объемными, за исключением того, что токопроводящий цилиндрический проводник не используется [11].

Известна антенна излучения и приема скалярно-продольных ЭМВ [12]. В данном техническом решении рассмотрены два устройства (антенны) способные обеспечить излучение и/или прием скалярно-продольных ЭМВ, это монопольная антенна и плоская спиральная катушка выполненная с плотной бифилярной намоткой.

Монопольная антенна представляет собой несимметричный вибратор, выполненный на основе отрезка коаксиальной линии передачи. Излучателем является центральный проводник коаксиального кабеля с четвертьволновым короткозамыкающим коаксиальным шлейфом, обеспечивающим симметрирование поверхностного тока.

Плоская катушка с плотной бифилярной спиральной намоткой, сформированная чередующимся первым и вторым проводниками, так что электрический ток в соседних витках катушки будет распространяться в противоположных направлениях, тем самым подавляя любое магнитное поле, так что во время работы катушка излучает или принимает скалярно-продольные ЭМВ.

Монопольная антенна в виде несимметричного вибратора и плоская катушка с плотной бифилярной спиральной намоткой излучения и/или приема скалярно-продольных ЭМВ выполняются полностью экранированными медным экраном, что позволяет экранировать антенны от влияния поперечных ЭМВ, в то время для скалярно-продольных ЭМВ - экран прозрачен.

Известно устройство для излучения скалярно-продольных электромагнитных волн [13], содержащее два отрезка идентичных прямоугольных волновода установленных вплотную друг к другу узкими стенками, электрическая длина одного волновода относительно другого волновода отличается на половину центральной длины волны в волноводе. Волноводные возбуждающие элементы установлены на одних концах волноводов, другие открытые концы волноводов торцами расположены в одной плоскости и через обратный рупор соединены с одним концом отрезка суммирующего волновода прямоугольного поперечного сечения, аналогичного поперечному сечению прямоугольных волноводов, другой конец суммирующего волновода соединен с прямоугольным Н - плоскостным секториальным рупором, аналогичным обратному рупору, являющийся излучателем (излучающей антенной).

Недостатком данного технического решения является: - возможность формировать только режим излучения безвихревых скалярно-продольных ЭМВ, при этом режим приема безвихревых скалярно-продольных ЭМВ невозможен. Кроме того апертура излучателя (антенны) не экранирована, поэтому в излучателе имеет место смешанный режим ЭМВ, а именно поперечных и продольных ЭМВ.

Известен способ формирования ПЭВМ и антенны для осуществления излучения и приема этих волн [14], который заключается в возбуждении ПЭМВ в вакууме в результате процесса преобразования электрической энергии в энергию излучения ПЭМВ.

Способ возбуждения ПЭМВ в вакууме включает процесс преобразования электрической энергии в излучение электромагнитной продольной волны. Возбуждение ПЭМВ производится путем продольной концентрации силовых линий электрического или магнитного полей ближней зоны антенны в направлении волнового вектора и образования фронта продольной волны в пространстве в форме неоднородности поля в переходной области между ближней (кулоновской) и дальней (волновой) зоной излучения, по аналогии с поперечными ЭМВ [15], благодаря запаздыванию электрического или магнитного полей в дальней зоне относительно колебаний электрона вдоль острия излучающего элемента антенны. Сильная концентрация силовых линий на острие излучающего элемента создает очень высокую напряженность продольного поля, и, как следствие этого, большую неоднородность поля вблизи оси антенны. Излучающий элемент антенны выполнен заостренным и обеспечивает концентрацию силовых линий электрического или магнитного полей ближней зоны вблизи элемента в форме острия, благодаря чему излучающее и излучаемое ПЭМП имеют одинаковую природу и симметрию.

Природа и симметрия генерирующего поля в ближней зоне и излученного поля в дальней зоне одна и та же, что обуславливает высокую эффективность преобразования электромагнитной энергии, питающей антенну, в излучение, то есть высокий КПД антенны. Антенна выполнена из двух металлических конусов с одинаковым диаметром основания и высотой h1 и h2, причем (h1>h2). Конусы соосно гальванически соединены основаниями, причем к вершине конуса высоты h2 подключен центральный проводник коаксиального кабеля, а внешний проводник коаксиального кабеля выполнен в виде запирающего стакана, при этом вершина конуса h1 является излучающим элементом антенны.

Известно устройство для излучения скалярно-продольных ЭМВ [16] содержащее соединение трех отрезков коаксиальных кабелей, при этом первый отрезок коаксиального кабеля одним концом подключен к генератору поперечно-векторных ЭМВ, а другим концом первый отрезок коаксиального кабеля подключен к входному каналу первого коаксиального трехдецибельного тройника с неразвязанными выходными каналами выполняющего функцию делителя, причем второй и третий разнодлинные отрезки коаксиальных кабелей, различающиеся по длине третьего от второго на половину центральной длины волны рабочего диапазона, одними концами подключены к неразвязанным выходным каналам первого коаксиального трехдецибельного тройника, при этом другие концы второго и третьего отрезков коаксиальных кабелей подключены к двум входным неразвязанным каналам второго коаксиального трехдецибельного тройника с неразвязанными входными каналами, выполняющего функцию сумматора, причем к выходному каналу второго коаксиального тройника подключен одним концом четвертый отрезок коаксиального кабеля, второй конец которого подключен к диэлектрической стержневой антенне конической формы.

В излучающем устройстве во втором коаксиальном трехдецибельном тройнике второй и третий отрезки коаксиальных кабелей соответственно двух вихревых поперечно-векторных ЭМВ типа ТЕМ с противофазными и противонаправленными векторами напряженности электрических и магнитных полей сводятся в общую ЭМВ, характеризуемую электрическим и магнитным нуль-векторами.

Образование нуль-векторной ситуации в условиях сохранения действенности электрического и магнитного полей является теоретическим признаком практической реализации симметрийно-физического перехода в ходе образования общей ЭМВ.

Геометрическое суммирование равных противонаправленных электрических и магнитных векторов напряженности ЭМВ дает в итоге интерференционные нуль-векторы. Подчиняясь фундаментальному принципу суперпозиции полей, общая ЭМВ в нуль-векторной ситуации утрачивает традиционные поляризационную (поперечно-векторную) и структурную (вихревую) характеристики.

В рамках идеи о симметрийно-физическом переходе иррациональная нуль-векторная ситуация в суммарном поле переходит в реальную продольно-скалярную ЭМВ. По определению градиент продольно ориентированного неоднородного скалярного поля есть продольно ориентированный вектор.

В плосковолновом приближении векторы напряженности электрического и магнитного полей в скалярно-продольной ЭМВ ориентированы в открытом пространстве коллинеарно вектору потока плотности электромагнитной энергии.

Данное техническое решение формирует режим формирования и излучения безвихревых продольно-скалярных ЭМВ, при этом имеет место не полное преобразование вихревых поперечно-векторных ЭМВ в безвихревые продольно-скалярные ЭМВ, а поскольку антенна не экранирована то это приводит к смешанному волновому режиму излучения обоих типов ЭМВ.

Наиболее близким техническим решением является способ формирования ПЭВМ и антенны для осуществления излучения этих волн [17], заключающийся в том, что способ формирования ПЭМВ реализуется на антенне, содержащей отрезок коаксиальной линии передачи с поперечной электрической ЭМВ типа - ТЕМ, на внешний проводник которого, со стороны апертуры, вершиной установлен металлический конусообразный осесимметричный рефлектор, при этом центральный проводник отрезка коаксиальной линии передачи длиной L, размещенный внутри конусообразного рефлектора со стороны его вершины, является возбудителем, осуществляющим формирование поперечной электрической ЭМВ типа ТЕМ внутри конусообразного рефлектора. Первичный поверхностный ток проводимости I_п, протекающий по проводнику возбудителя, возбуждает электрический вектор поля Е_п поперечной ЭВМ, который на внутренней поверхности конусообразного рефлектора возбуждает вторичный ток проводимости I_в параллельный продольной оси раскрыва конусообразного осесимметричного рефлектора, который в свою очередь возбуждает два вектора электрического поля и , где первый вектор электрического поля параллелен продольной оси конусообразного рефлектора, а второй - ортогонален ей. При этом векторы составляющие электрические поля ориентированы одинаково, а векторы составляющие электрические поля - встречно. В силу суммарного взаимодействия всех составляющих вектора электрического поля на апертуре конусообразного рефлектора, ориентированного параллельного продольной оси с направлением движения энергии в том же направлении - соответствует излучению ПЭМВ.

Формирование и излучение ПЭМВ в данном техническом решении реализуется в результате трансформации энергии поперечной электрической ЭМВ типа - ТЕМ в энергию вторичной ПЭМВ, которая излучается в направлении раскрыва конусообразного осесимметричного рефлектора.

Недостатками данного технического решения являются: - формирование ПЭМВ путем трансформации поперечной ЭМВ на открытой (не экранированной) апертуре; - высокие требования к идеальности выполнения внутренней поверхности конусообразного осесимметричного рефлектора - апертуры, потому что наличие незначительных дефектов на поверхности конусообразного рефлектора приводит к искажению вторичного тока проводимости I_в на внутренней поверхности конусообразного осесимметричного рефлектора, а именно к нарушению параллельности его продольной оси, что приводит к неполному преобразованию поперечной электрической ЭМВ типа ТЕМ в ПЭМВ и к возбуждению волн высшего типа, т.е. возникает смешанный режим излучения и приема; - отсутствие экранировки апертуры, т.е. возможности отсечь излучение и прием поперечных ЭМВ; - отсутствие элементов согласования фидерного тракта по параметру КСВ; - отсутствие элементов регулирования уровня преобразования поперечных электрических ЭМВ в ПЭМВ.

Технической задачей данного изобретения является: - создание полностью экранированной ППА с экранированной апертурой, осуществляющую излучение и прием безвихревой неполяризованной скалярно-продольной (БВНПСП) ЭМВ, которая в режиме излучения осуществляет преобразование входной вихревой неполяризованной поперечно-векторной (ВНППВ) ЭМВ типа ТЕМ в излучаемую антенной БВНПСП ЭМВ, а в режиме приема принятую БВНПСП ЭМВ преобразует в ВНППВ ЭМВ, что позволяет использовать штатный антенно-фидерный тракт и соответственно штатное передающее и приемное радиотехническое оборудование; - исключение возможности излучения и приема смешанных ЭМВ состоящий из БВНПСП ЭМВ и ВНППВ ЭМВ; - осуществить излучение и прием только БВНПСП ЭМВ, что осуществляется путем полной экранировки антенны и всех функционально - структурных элементов антенно-фидерного тракта включая элементы согласования антенно-фидерного тракта и элементы регулирования структуры ЭМП в функциональных блоках антенно-фидерного тракта; - выполнение всех элементов фидерного тракта на основе экранированных фидерных линий ЭМВ типа ТЕМ, что позволяет исключить возможность возбуждения высших типов волн и исключить формирования паразитных электромагнитных связей между элементами антенно-фидерного тракта и исключить внутри объемные паразитные электромагнитные связи и паразитные резонансы функциональных элементов; - обеспечить высокую технологичность конструкции и низкую себестоимость за счет возможности выполнения всего антенно-фидерного тракта на одной плате в едином технологическом цикле на основе симметричных экранированных печатных полосковых линий; - обеспечить изменение углового положения главного лепестка диаграммы направленности относительно продольной оси и обеспечить возможность механического или электромеханического сканирования главного лепестка в пределах углового сектора конусообразного осесимметричного рефлектора.

Поставленная цель достигается тем, что ППА, содержащая антенну, выполненную в виде металлического конусообразного рефлектора к вершине которого подключен отрезок коаксиальной линии, при этом наружный проводник одного конца отрезка коаксиальной линии гальванически соединен с конусообразным рефлектором в области вершины, а внутренний проводник заканчивается на торце одного конца внешнего проводника отрезка коаксиальной линии, в режиме излучения ППА входной ВНППВ ЭМВ типа ТЕМ блоком деления делится на две равные части с равными и одинаково направленными синфазными векторами напряженности электрического и магнитного полей, который выполнен в виде трехдецибельного делителя мощности с развязанными выходными каналами на основе симметричной экранированной печатной полосковой линии, при этом один и другой выходные каналы блока деления ВНППВ ЭМВ типа ТЕМ, с равными и одинаково направленными синфазными векторами напряженности электрического и магнитного полей, подключены к входному опорному и входному противофазному каналам фидерного тракта волны типа ТЕМ введенного проходного взаимного двухканального фазосдвигающего блока (ДКФСБ) соответственно, формирующего на выходном опорном канале и выходном противофазном канале проходного взаимного ДКФСБ противофазные ВНППВ ЭМВ типа ТЕМ с разностью фаз равной 180° с противонаправленными противофазными векторами напряженности электрического и магнитного полей соответственно, причем опорный и противофазный каналы проходного взаимного ДКФСБ выполнены на основе экранированной фидерной линии волны типа ТЕМ, в которой распространяется ВНППВ ЭМВ типа ТЕМ, при этом выходной опорный и выходной противофазный каналы ДКФСБ подключены к отрезкам коаксиальных линий входного опорного и входного противофазного каналов введенного мода - полеволнового инвентора (МПВИ) двух противофазных ВНППВ ЭМВ типа ТЕМ с противонаправленными противофазными векторами напряженности электрических и магнитных полей,

который выполнен в виде металлического квазистационарного объемного резонатора (КСТОР) [18] в форме в форме сектора круга (Сектор круга - часть круга, ограниченная дугой и двумя радиусами, соединяющими концы дуги с центром круга) на дугообразной боковой поверхности которого расположены отрезки коаксиальных линий входного опорного канала и входного противофазного канала, внешние проводники которых гальванически соединены с дугообразной боковой поверхностью квазистационарного объемного резонатора, при этом внутри КСТОР установлены введенные взаимные блок синхронизации опорного канала (БСОК) и блок синхронизации противофазного канала (БСПФК) с элементами регулирования режима синхронизации и режима импедансного согласования в каждом канале, при этом БСОК и БСПФК выполнены на основе металлической области конечной толщины в форме сектора кольца [19] (Сектор кольца представляет часть круга, ограниченного с одной стороны внешней дугой кольца с другой стороны внутренней дугой кольца с боков двумя внешними радиусами кольца), причем одна боковая сторона одного сектора круга БСОК и одна боковая сторона сектора круга БСПФК расположенные со стороны боковых стенок сектора круга КСТОР и параллельны соответствующей стороне сектора круга, при этом внутри КСТОР в форме сектора круга установлен введенный двухканальный по входу и одноканальный по выходу геометрический векторный преобразователь полеволнового противофазного наложения (ГВППВПФН) с элементами регулирования режима противофазного наложения и режима импедансного согласования двух когерентных противофазных ВНППВ ЭМВ типа ТЕМ с противонаправленными противофазными векторами напряженности электрических и магнитных полей, который выполнен в виде металлической пластины конечной толщины в форме сектора круга, по форме подобной форме сектора круга КСТОР, причем к дугообразной стороне сектора кольца БСОК и к дугообразной стороне сектора кольца БСПФК, со стороны дугообразной части сектора круга КСТОР, по центру подключены центральные проводники отрезков коаксиальных линий входного опорного и входного противофазного каналов КСТОР МПВИ, при этом фидерная линия выходного канала БСОК и фидерная линия выходного канала БСПФК расположены на середине дугообразной стороны сектора круга опорного канала и на середине дугообразной стороны сектора круга противофазного канала со стороны ГВППВПН, противофазные ВНППВ ЭМЫ типа ТЕМ с противофазными и противонаправленными векторами напряженности электрического и магнитного полей когерентны, при этом фидерная линия выходного опорного канала БСОК и фидерная линия выходного противофазного канала БСПФК выполнены в виде металлических проводников, которые гальванически подключены к входному опорному каналу и входному противофазному каналу, расположенных на дугообразной части сектора круга ГВППВПН двух когерентных противофазных ВНППВ ЭМВ типа ТЕМ с противонаправленными противофазными векторами напряженности электрических и магнитных полей соответственно, при этом к вершине сектора круга ГВППВПН, расположенного на центральном радиусе и симметрично относительно центрального радиуса подключен центральный проводник коаксиальной фидерной линии входного канала введенного блока полеволнового интерферационного нуль-векторного суммирования (БПВИНВС), внешний проводник которого гальванически подключен к КСТОР МПВИ, при этом БПВИНВС выполнен на основе металлического объемного резонатора в форме параллелепипеда с установленным внутри металлическим полеволновым сумматором, который выполнен в виде металлической пластины конечной толщины прямоугольной формы, подобный форме металлического объемного резонатора БПВИНВС, с элементами регулирования режима полеволнового интерферационного нуль-векторного суммирования, при этом на выходе БПВИНВС сформирована БВНПСП ЭМВ, а коаксиальная фидерная линия выходного канала подключена к входному коаксиальному каналу введенного взаимного блока ловушка-поглотитель (БЛП) ВНППВ ЭМВ типа ТЕМ, выполненного на отрезке коаксиальной линии с вставкой из радиопоглощающего материала, причем коаксиальная линия выходного канала БЛП гальванически подключена к отрезку коаксиальной линии соединенной с конусообразным рефлектором антенны, при этом на раскрыв конусообразного рефлектора антенны установлена введенная металлическая заглушка в форме диска, которая по периметру гальванически соединена с торцевой кромкой рефлектора, а к торцу центрального проводника коаксиальной линии в области вершины конусообразного рефлектора подключена монопольная антенна, представляющая собой несимметричный электрический вибратор.

Приемно-передающая антенна может быть выполнена с фидерным трактом опорного канала и фидерным трактом противофазного канала ДКФСБ на основе отрезков фидерных коаксиальных линий или на основе отрезков симметричных экранированных печатных полосковых линий передачи волны типа ТЕМ, при этом геометрическая длина противофазного канала больше геометрической длины опорного канала на половину длины волны. Опорный и противофазный каналы ДКФСБ, выполненные на этих линиях, обладают свойством взаимности, т.е. электродинамические характеристики при распространении ЭМВ в прямом или обратном направлениях одинаковые.

Приемно-передающая антенна может быть выполнена с фидерным трактом опорного канала и фидерным трактом противофазного канала ДКФСБ на основе симметричных экранированных печатных полосковых линий волны типа ТЕМ, при этом опорный канал выполнен на основе двух одинаковых включенных последовательно полосковых направленных ответвителя (НО) с четвертьволновой боковой или лицевой электромагнитной областью связью, причем на одном конце полосковые проводники одного и другого НО вне области связи соединены между собой полосковой перемычкой, которые формируют в сумме фазовый сдвиг 360°, при этом противофазный канал фидерного тракта выполнен на основе двух идентичных отрезках симметричной экранированной печатной полосковой линии волны типа ТЕМ включенных последовательно, длина каждого отрезка равна три четверти центральной длины волны, формируя таким образом суммарный фазовый сдвиг 540°, при этом разность фаз сигналов опорного и противофазного каналов составляет 180°.

Приемно-передающая антенна может быть выполнена с фидерным трактом опорного канала и фидерным трактом противофазного канала взаимного ДКФСБ на основе симметричных экранированных печатных полосковых линий волны типа ТЕМ, при этом опорный канал выполнен на основе двух включенных последовательно идентичных НО, причем каждый НО выполнен состоящим, по меньшей мере, из двух, включенных каскадно НО с боковой электромагнитной областью связи, причем концы полосковых проводников вне области связи последнего НО каскадного включения соединены между собой полосковой перемычкой к которой одним концом гальванически подключен полосковый шлейф, при этом другой конец шлейфа гальванически соединен с земляной пластиной экранированной печатной полосковой линии, при этом последовательное соединение двух НО формирует в сумме фазовый сдвиг 360°, причем противофазный канал выполнен на основе двух идентичных отрезках симметричной экранированной печатной полосковой линии включенных последовательно, длина каждого отрезка равна три четверти центральной длины волны, которые формируют суммарный фазовый сдвиг 540°, при этом разность фаз опорного и противофазного каналов составляет 180°.

ДКФСБ выполненный на основе отрезков экранированных коаксиальных линиях передачи или на основе отрезков симметричных экранированных печатных полосковых линий передачи формируют разность фаз 180° между опорным и противофазным каналам в узкой полосе частот и существенно зависят от импедансного согласованности фидерного тракта.

Выполнение опорного канала ДКФСБ на основе двух последовательно включенных НО формирует разность фаз 180° в широкой полосе частот.

Выполнение опорного канала ДКФСБ на основе двух включенных последовательно НО, при этом каждый НО выполнен состоящим, по меньшей мере, из двух, включенных каскадно НО формирует разность фаз 180° в сверхширокой полосе частот и слабо зависит от импедансной согласованности фидерного тракта.

Варианты выполнения опорного канала на НО позволят обеспечить в широкой полосе частот с небольшой девиацией стабильность разности фаз 180° опорного и противофазного каналов при значительном импедансном рассогласовании фидерного тракта, что позволяет обеспечить более полное прямое преобразование (режим излучения) ВНППВ ЭМВ типа ТЕМ в БВНПСП ЭМВ и обратное преобразование (режим приема) БВНПСП ЭМВ в ВНППВ ЭМВ типа ТЕМ.

В приемно-передающей антенне металлические проводники, соединяющие выходной опорный канал БСОК и выходной противофазный канал БСПФК с входным опорным каналом и входным противофазным каналом ГВППВПФН соответственно двух когерентных противофазных ВНППВ ЭМВ типа ТЕМ с противонаправленными противофазными векторами напряженности электрических и магнитных полей, могут быть выполнены в виде металлической области конечной толщины в форме сектора кольца, ширина которого равна длине металлического проводника, при этом длина большей дугообразной стороны сектора кольца опорного канала и противофазного канала равна длине дугообразной стороне БСОК и БСПФК соответственно, а длина меньшей дугообразной стороны сектора кольца опорного канала и противофазного канала равна половине длины дугообразной стороны сектора круга ГВППВПФН соответственно, при этом боковые кромки металлических областей в форме сектора кольца опорного канала и противофазного канала в области соединения гальванически соединены между собой. В результате получаем полную гальваническую связь БСОК и БСПФК с блоком ГВБПВПФН.

Приемно-передающая антенна может быть выполнена с контроллером уровня полеволнового нуль-векторного суммирования полноты формирования БВНПСП ЭМВ, включенного в разрыв фидерной линии, соединяющей выходной канал БПВИНВС с выходной БВНПСП ЭМВ с входным каналом БЛП апертурных ВНППВ ЭМВ типа ТЕМ, выполненного на основе НО волны типа ТЕМ с четвертьволновой электромагнитной связью, например, на симметричной экранированной полосковой линии, причем НО включен в разрыв фидерных линий проходным каналом, при этом связанный канал НО подключен к входу анализатора апертурных ВНППВ ЭМВ типа ТЕМ, а развязанный канал НО нагружен на согласованную нагрузку.

Контроллер уровня полеволнового нуль-векторного суммирования полноты формирования БВНПСП ЭМВ используется для настройки всего фидерного тракта по параметру импедансного согласования.

Приемно-передающая антенна может быть выполнена с установкой коаксиального удлинителя, включенного между концом отрезка коаксиальной линии соединенного с конусообразным рефлектором и монопольной антенной, при этом к центральному проводнику коаксиального удлинителя гальванически подключена монопольная антенна, причем на внешнем проводнике отрезка коаксиального удлинителя установлен металлический четвертьволновый стакан, закороченный на одном конце, и выполненный из немагнитного материала, при этом закорачивающая стенка металлического четвертьволнового стакана расположена в одной плоскости с торцом земляного проводника коаксиального удлинителя и гальванически с ним соединена.

Приемно-передающая антенна может быть выполнена с установкой металлического шарнирного соединения на центральный проводник коаксиальной линии в области вершины конусообразного рефлектора с несимметричным электрическим вибратором. Такое соединение позволяет обеспечить изменение углового положения главного лепестка диаграммы направленности относительно продольной оси конусообразного осесимметричного рефлектора и обеспечить возможность механического или электромеханического сканирования в пределах углового сектора конусообразного осесимметричного рефлектора. Такое выполнение излучателя позволяет обеспечить режим сканирования при полном сохранении экранировки несимметричного электрического вибратора и всей антенной системы в целом.

Возможно использования соединения центрального проводника коаксиальной линии с несимметричным электрическим вибратором через коаксиальное вращающееся соединение. Электромеханическое сканирования можно осуществить используя электродвигатели, обеспечивающие непрерывное вращение или шаговые двигатели для дискретного изменения положения несимметричного электрического вибратора в раскрыве конусообразного рефлектора.

В каждом канале БСОК и БСПФК могут быть выполнены реактивные элементы регулирования режима синхронизации противофазных ВНППВ ЭМВ типа ТЕМ путем амплитудно-фазовой коррекции и режима импедансного согласования, чтобы на выходе БСОК и БСПФК противофазные ВНППВ ЭМВ типа ТЕМ с противофазными и противонаправленными векторами напряженности электрического и магнитного полей были когерентны.

В КСТОР ГВППВПФН двух когерентных противофазных ВНППВ ЭМВ типа ТЕМ с противонаправленными противофазными векторами напряженности электрических и магнитных полей используя реактивные элементы фазовой коррекции регулирования режима противофазного наложения и режима импедансного согласования позволяет осуществить более полное противофазное наложение.

БПВИНВС может быть выполнен с элементами фазовой коррекции, в виде перестраиваемых реактивных элементов, двух когерентных противофазных ВНППВ ЭМВ типа ТЕМ наложенных друг на друга для более полного полеволнового нуль-векторного суммирования в БВНСПВ ЭМВ с минимальным уровнем составляющих ВНППВ ЭМВ типа ТЕМ, которые в данном случае являющихся паразитными.

Устранение не просуммированных ВНППВ ЭМВ типа ТЕМ в БПВИНВС, осуществляется включением взаимного БЛП, который для БВНПСП ЭМВ прозрачен, т.е. БВНПСП ЭМВ проходит без потерь, а ВНППВ ЭМВ типа ТЕМ поглощаются.

ППА может быть выполнена с включением резистора в основание зазора конусообразной формы, образованного наклонной боковой стороной ромба БСОК и наклонной боковой стороной ромба БСПФК. Резистор может быть выполнен в виде сосредоточенного элемента или в пленочном исполнении. Включение резистора позволяет предотвращать возможные поверхностные и объемные поперечные резонансы, которые являются паразитными и тем самым увеличить развязку между опорным и противофазным входными каналами БСОК и БСПФК соответственно, как в режиме излучения так и в режиме приема БВНПСП ЭМВ.

В фидерном тракте опорного и противофазном каналах, в связи с не идеальным согласованием, образуются стоячие ЭМВ, то в этом случае взаимное наложение ВНППВ ЭМВ типа ТЕМ в ГВП полеволнового противофазного наложения двух когерентных противофазных ВНППВ ЭМВ типа ТЕМ с противонаправленными противофазными векторами напряженности электрических и магнитных полей и в последующем БПВИНВС как в режиме излучения так и режиме приема будет не полной.

Поэтому практически в БПВИНВС наряду с БВНПСП ЭМВ имеется некоторое количество (порядка 15%…35%) ВНППВ ЭМВ, т.е. имеет место смешанная ЭМВ.

Если смешанная ЭМВ входит в резонансный контур, то образовавшийся в замкнутом контуре замкнутый ток инициирует рассимметризацию продольной составляющей. Силовые линии вслед за током замыкаются, что приводит к перерождению продольных волн в поперечные ЭМВ [21].

Изобретение поясняется следующими чертежами.

На фиг. 1 - схематически представлена структурная схема приемно-передающей экранированной монопольной антенны БВНПСП ЭМВ состоящей из входного двухканального трехдецибельного делителя мощности с развязанными выходными каналами на коаксиальной линии, взаимный ДКФСБ с выходными опорным и противофазным каналами на коаксиальной линии, МПВИ выполненный в виде КСТОР в форме сектора круга с установленными внутри взаимными БСОК и БСПФК с элементами регулирования, каждый выполненный на основе металлической области конечной толщины в форме сектора круга, соединенные с двухканальным по входу и с элементами регулирования ГВППВПФН, выполненный на основе металлической пластины в форме сектора круга, взаимный БПВИНВС в форме параллелепипеда с установленным внутри металлическим полеволновым сумматором в виде металлической пластины, взаимный БЛП ВНППВ ЭМВ типа ТЕМ, полностью экранированная монопольная антенна, выполненной в форме несимметричного электрического вибратора расположенного в конусообразном металлическом рефлекторе с металлической заглушкой в апертуре;

на фиг. 2 - схематически представлена структурная схема приемно-передающей экранированной монопольной антенны (фиг. 1) с отрезком коаксиального удлинителя в области рефлектора, на внешнем проводнике которого установлен металлический четвертьволновый стакан, закорачивающая металлическая торцевая стенка которого расположена в одной плоскости с торцом внешнего проводника отрезка коаксиального удлинителя и гальванически с ним соединена, гальваническое соединение выходного опорного канала БСОК и выходного противофазного канала БСПФК с входным опорным каналом и входным противофазным каналом ГВППВПФН осуществляется в виде металлической области в форме сектора кольца;

на фиг. 3 - схематически представлена структурная схема приемно-передающей экранированной монопольной антенны (фиг. 1) с установкой шарнирного соединения в области вершины конусообразного рефлектора между концом центрального проводника коаксиальной линии и несимметричным электрическим вибратором;

на фиг. 4 - схематически представлена структурная схема приемно-передающей экранированной монопольной антенны (фиг. 1) с контроллером уровня полеволнового нуль-векторного суммирования полноты формирования БВНПСП ЭМВ, выполненного на основе НО с включением в связанный канал анализатора апертурных ВНППВ ЭМВ типа ТЕМ, с включением в развязанный канал НО согласованной нагрузки, и установленным резистором в основании зазора конусообразной формы, образованного боковыми сторонами БСОК и БСПФК металлических областей в форме сектора кольца.

Принцип БВНПСП ЭМВ базируется на основе теории «Безвихревой электродинамики» [22].

Формирование БВНПСП ЭМВ осуществляется путем противофазного наложения двух когерентных противофазных ВНППВ ЭМВ типа ТЕМ с противонаправленными противофазными векторами напряженности электрических и магнитных полей, обеспечивая при этом по всему периоду колебательного процесса интерференционные электрические и магнитные нуль-векторы.

Распространение идеи симметрично-физических переходов на полеволновой процесс позволяет предположить образование электромагнитных свойств у более симметричной ЭМВ. Как следует из анализа центрально-симметричной магаитостатики стационарные магнитные поля способны к симметризирующему наложению, сопровождаемому переходом от циркуляционного свойства к потенциальному в общем магнитном поле [23, 24].

При противофазном наложении, в режиме излучения, двух одинаковых ЭМВ, образующие в теоретическом описании геометрические нуль-векторы, свидетельствуют не о взаимной компенсации накладывающихся ЭМВ, что нарушило бы принцип сохранения энергии, а лишь их исходные свойства. Таким образом теоретические нуль-векторы свидетельствуют об отсутствии у поля общей ЭМВ исходных поляризационных (поперечных) и структурных (вихревых) свойств [25].

Согласно электродинамической модели, в свободном пространстве и в плосковолновом приближении векторы напряженности электрического и магнитного полей продольной ЭМВ взаимно коллинеарны и ортогональны плоскости фронта ЭМВ

Лучеподобный вектор S однозначно задает продольную ориентацию связанным с ним электрическому и магнитному векторам. Скалярные составляющие есть следствие заимствования модулей векторов от соответствующих геометрических нуль-векторов [26].

Общий принцип работы приемно-передающей экранированной антенны.

Антенно-фидерный тракт приемно-передающей экранированной антенны состоит из взаимных и не взаимных устройствах СВЧ. К взаимным устройствам СВЧ относятся: - ДКФСБ, БСОК, БСПФК, БПВИНВС, БЛП и контроллер уровня полеволнового нуль-векторного суммирования полноты формирования БВНПСП ЭМВ. К не взаимным устройствам СВЧ относятся: трехдецибельный делитель мощности с развязанными плечами, который в режиме излучения выполняет функцию синфазного делителя мощности, а в режиме приема выполняет функцию сумматора; ГВППВПФН двух когерентных противофазных ВНППВ ЭМВ типа ТЕМ с противонаправленными противофазными векторами напряженности электрических и магнитных полей в режиме излучения выполняет функцию наложения, в режиме приема принятая БВНПСП ЭМВ проходит без взаимодействия (без потерь) БЛП и БВНПСП ЭМВ и в БПВИНВС происходит полеволновое противофазное разложение БВНПСП ЭМВ на две когерентные противофазные ВНППВ ЭМВ типа ТЕМ с противонаправленными противофазными векторами напряженности электрических и магнитных полей.

Таким образом в режиме излучения входной сигнал в виде ВНППВ ЭМВ типа ТЕМ преобразуется в излучаемые антенной БВНПСП ЭВМ, а в режиме приема входная БВНПСП ЭВМ преобразуется на выходе антенны в ВНППВ ЭМВ типа ТЕМ.

Все функциональные элементы, весь фидерный тракт и антенна выполнены полностью экранированными.

Принцип работы антенны в режиме излучения.

В режиме излучения (фиг. 1) входной СВЧ сигнал, представляющий собой ВНППВ ЭМВ типа ТЕМ, поступает к входному, например выполненному на коаксиальной линии, каналу 1 двухканального трехдецибельного делителя мощности 2, выходные первый 3 и выходной второй 4 каналы которого, например выполненные на коаксиальной линии, подключены к входному опорному коаксиальному каналу 5 и входному противофазному коаксиальному каналу 6 ДКФСБ 7 соответственно.

Блок 8 опорного канала и блок 9 противофазного канала ДКФСБ 7 формируют на выходном коаксиальном опорном канале 10 и выходном коаксиальном противофазном канале 11 проходного взаимного ДКФСБ 7 противофазные ВНППВ ЭМВ типа ТЕМ с разностью фаз равной 180° с противонаправленными противофазными векторами напряженности электрического и магнитного полей соответственно, при этом выходной коаксиальный опорный канал 10 и выходной коаксиальный противофазный канал 11 ДКФСБ 7 подключены к отрезкам коаксиальных линий входного опорного канала 12 и входного противофазного канала 13 МПВИ 14 двух противофазных ВНППВ ЭМВ типа ТЕМ с противонаправленными противофазными векторами напряженности электрических и магнитных полей, который выполнен в виде металлического КСТОР 15 в форме сектора круга, на дугообразной боковой поверхности 16 которого расположены отрезки коаксиальных линий входного опорного 12 и входного противофазного 13 каналов, внешние проводники которых гальванически соединены с металлическим КСТОР 15.

Внутрь КСТОР 15 установлены БСОК 17 и БСПФК 18 с элементами регулирования 19, при этом БСОК 17 и БСПФК 18 выполнен на основе металлической области конечной толщины в форме сектора кольца, причем одна боковая сторона сектора кольца БСОК 17 и одна боковая сторона сектора кольца БСПФК 18 параллельны соответствующей боковой стороне КСТОР 15 в форме сектора круга и введен двухканальный по входу и одноканальный по выходу ГВППВПФН 20 полеволнового противофазного наложения с элементами регулирования 21 режима противофазного наложения и режима импедансного согласования двух когерентных противофазных ВНППВ ЭМВ типа ТЕМ с противонаправленными противофазными векторами напряженности электрических и магнитных полей, при этом ГВППВПФН 20 выполнен в виде металлической пластины конечной толщины в форме сектора круга, подобной форме сектора круга КСТОР 15, причем к дугообразной стороне сектора кольца БСОК 17 и к дугообразной стороне сектора кольца БСПФК 18, со стороны дугообразной боковой поверхности 16 сектора круга КСТОР 15, по центру подключены центральные проводники отрезков коаксиальных линий входного опорного 12 и входного противофазного 13 каналов КСТОР 15 МПВИ 14, при этом фидерная линия 22 выходного канала БСОК 17 и фидерная линия 23 выходного канала БСПФК 18 расположены на середине дугообразной стороны сектора круга опорного канала и на середине дугообразной стороны сектора круга противофазного канала со стороны ГВППВПФН 20, противофазные ВНППВ ЭМВ типа ТЕМ с противофазными и противонаправленными векторами напряженности электрического и магнитного полей когерентны, при этом фидерная линия 22 выходного опорного канала БСОК 17 и фидерная линия 23 выходного противофазного канала БСПФК 18 выполнены в виде металлических проводников, которые гальванически подключены к входному опорному каналу и входному противофазному каналу расположенных на дугообразной части 24 ГВППВПФН 20 двух когерентных противофазных ВНППВ ЭМВ типа ТЕМ с противонаправленными противофазными векторами напряженности электрических и магнитных полей соответственно, при этом к вершине сектора круга 25 ГВППВПФН 20 расположенного на центральном радиусе и симметрично относительно центрального радиуса подключен центральный проводник коаксиальной фидерной линии входного канала введенного БПВИНВС 26, внешний проводник которого гальванически подключен к КСТОР 15 МПВИ 14, при этом БПВИНВС 26 выполнен на основе металлического объемного резонатора в форме параллелепипеда с установленным внутри металлическим полеволновым сумматором 27, который выполнен в виде металлической пластины конечной толщины прямоугольной формы, подобный форме металлического объемного резонатора БПВИНВС 26, с элементами регулирования 28 режима полеволнового интерферационного нуль-векторного суммирования, при этом на выходе БПВИНВС 26 сформирована БВНПСП ЭМВ, а коаксиальная фидерная линия выходного канала подключена к входному коаксиальному каналу взаимного БЛП 29 ВНППВ ЭМВ типа ТЕМ, выполненного на отрезке коаксиальной линии с внутренней вставкой из радиопоглощающего материала, причем коаксиальная линия выходного канала БЛП 29 гальванически подключена к отрезку коаксиальной линии конусообразного металлического рефлектора 30 антенны, при этом на раскрыв конусообразного рефлектора 30 установлена металлическая заглушка 31 в форме диска, которая по периметру гальванически соединена с торцевой кромкой конусообразного рефлектора 30, а к торцу центрального проводника коаксиальной линии 32 в области вершины конусообразного рефлектора 30 подключена монопольная антенна 33, представляющая собой несимметричный электрический вибратор.

Металлический конусообразный рефлектор 30 и его металлическая заглушка 31 выполнены из немагнитного материала, например меди.

На фиг. 2 схематически представлена структурная схема приемно-передающей экранированной монопольной антенны (фиг. 1), выполненная с отрезком коаксиального удлинителя 34 в области конусообразного рефлектора 30, на внешнем проводнике 35 отрезка коаксиального удлинителя 34 установлен металлический четвертьволновый стакан 36, закорачивающая металлическая торцевая стенка 37 расположена в одной плоскости с торцом внешнего проводника 35 отрезка коаксиального удлинителя 34 и гальванически с ним соединена.

Металлический проводник 22 выходного опорного канала БСОК 17 и металлический проводник 23 выходного противофазного канала БСПФК 18 (фиг. 1) выполнены в виде металлической области в форме сектора кольца (фиг. 2) 38 БСОК 17 и в виде металлической области в форме сектора кольца 39 БСПФК 18, с длиной большей дугообразной стороны сектора кольца 38 и 39 равной длине дугообразной стороны БСОК 17 и БСПФК 18 соответственно, и длиной меньшей дугообразной стороны сектора кольца 38 и 39 равной половине длины дугообразной стороны сектора круга ГВППВПФН 20, и шириной сектора кольца 38 и 39 равной длине металлического проводника 22 и 23, боковые кромки сектора кольца 38 и 39 в области соединения углов БСОК 17 и БСПФК 18 гальванически соединены между собой.

На фиг. 3 схематически представлена структурная схема приемно-передающей экранированной монопольной антенны (фиг. 1) выполненной с установкой шарнирного соединения 40 в области вершины конусообразного рефлектора 30 между концом центрального проводника 32 коаксиальной линии и несимметричным электрическим вибратором 33. Возможно включение шарнирного соединения с монопольной антенной через коаксиальное вращающееся соединение.

На фиг. 4 схематически представлена структурная схема приемно-передающей экранированной монопольной антенны (фиг. 1) с включенным контроллером 41 уровня полеволнового нуль-векторного суммирования полноты формирования БВНПСП ЭМВ, выполненного на основе НО 42 с включением в связанный канал 43 анализатора 44 апертурных ВНППВ ЭМВ типа ТЕМ, в развязанный канал 45 НО 43 включена согласованная нагрузка 46, и установленным резистором 47 в основании зазора конусообразной формы, образованного боковыми сторонами металлических областей в форме сектора кольца БСОК 17 и БСПФК 18.

Варианты выполнения ДКФСБ.

Фидерный тракт опорного канала и фидерный тракт противофазного канала ДКФСБ 7 может быть выполнен на основе отрезков экранированных коаксиальных линий или симметричных экранированных печатных полосковых линий передачи волны типа ТЕМ, при этом геометрическая длина противофазного канала больше геометрической длины опорного канала на половину длины волны [27].

Фидерный тракт опорного канала и фидерный тракт противофазного канала ДКФСБ 7 может быть выполнен на основе симметричных экранированных печатных полосковых линий волны типа ТЕМ, при этом опорный канал выполнен на основе двух одинаковых, включенных последовательно, полосковых НО с четвертьволновой боковой электромагнитной областью связью, причем на одном конце полосковые проводники одного и другого НО вне области связи соединены между собой полосковой перемычкой, которые формируют в сумме фазовый сдвиг 360°, при этом противофазный канал фидерного тракта выполнен на основе двух идентичных отрезках полосковой линии включенных последовательно, длиной три четверти центральной длины волны каждый, формирует суммарный фазовый сдвиг 540° [28].

Фидерный тракт опорного канала и фидерный тракт противофазного каналов ДКФСБ могут быть выполнены на основе симметричных экранированных печатных полосковых линий волны типа ТЕМ, при этом опорный канал выполнен на основе двух, включенных последовательно, идентичных полосковых НО, причем каждый НО выполнен состоящим, по меньшей мере, из двух, включенных каскадно полосковых НО с боковой электромагнитной областью связи, причем концы полосковых проводников вне области связи последнего полоскового НО каскадного включения соединены между собой полосковой перемычкой, к которой одним концом гальванически подключен полосковый шлейф, другой конец шлейфа гальванически соединен с земляной пластиной полосковой линии, при этом последовательно соединенные два НО формируют в сумме фазовый сдвиг 360°, причем противофазный канал выполнен на основе двух идентичных отрезков полосковой линии включенных последовательно, длиной три четверти центральной длины волны каждый, формирует суммарный фазовый сдвиг 540°, соответственно разность (фазовый сдвиг) составляет 180° [29].

Элементы корректировки и регулировки электродинамических характеристик (фиг. 1) 19 БСОК 17, 19 БСПФК 18, 21 ГВП геометрического векторного преобразователя 20 и 28 БПВИНВС 26 могу быть выполнены, например в виде металлических штырей (винтов), аналогичных способам регулировки параметров в волноводах и объемных резонаторах [30].

БЛП 29 может быть выполнен на основе штатных СВЧ изделий - например взаимные проходные коаксиальные аттенюаторы, которые поглощают ВНППВ ЭМВ волны типа ТЕМ равнозначно в прямом и обратном направлении, и не взаимодействуют с БВНПСП ЭМВ в любом направлении, или на основе экранированных печатных полосковых линий волны типа ТЕМ.

Монопольная антенна 33 может быть выполнена с установкой внутрь металлического четвертьволнового стакана 36 диэлектрической муфты (на рисунке не показано), что позволит обеспечить жесткость конструкции монопольной антенны.

Принцип работы антенны в режиме приема.

В режиме приема, поскольку весь антенно-фидерный тракт состоящий из функциональных устройства СВЧ и монопольной антенны полностью весь экранирован, то монопольная антенна 33 принимает только БВНПСП ЭМВ.

Принятый БВНПСП ЭМВ проходит без взаимодействия (без потерь) БЛП 29 и БПВИНВС 26 и поступает на одноканальный вход ГВППВПФН 20 двухканального по выходу ГВППВПФН 20, который в режиме приема выполняет электродинамическую функцию полеволнового противофазного разложения БВНПСП ЭМВ на два когерентных противофазных ВНППВ ЭМВ типа ТЕМ с противонаправленными противофазными векторами напряженности электрических и магнитных полей соответственно, которые поступают на опорный канал БСОК 17 и противофазный канал БСПФК 18.

На выходным опорном канале 12 БСОК 17 и выходном противофазном канале 13 БСПФК 18 КСОР 15 МПВИ 14 два когерентных противофазных ВНППВ ЭМВ типа ТЕМ с противонаправленными противофазными векторами напряженности электрических и магнитных полей в ДКФСБ 7 выравниваются по фазе, т.е. становятся с одинаково направленными синфазными векторами напряженности электрического и магнитного полей ВНППВ ЭМВ типа ТЕМ, и в двухканальном сумматоре 2 синфазно суммируются ВНППФ ЭМВ типа ТЕМ в единую ВНППФ ЭМВ типа ТЕМ на выходе двухканального сумматора 2.

Включение контроллера 41 уровня полеволнового нуль-векторного суммирования полноты формирования БВНПСП ЭМВ, выполненного на основе НО 42 реагирующего на ВНППВ ЭМВ типа ТЕМ волны, в связанный канал 43 НО 42 анализатора 44 апертурных ВНППВ ЭМВ типа ТЕМ, позволяет осуществлять настройку фидерного тракта в режиме излучения, поскольку в связи с не идеальным согласованием (КСВ>1) в опорном и противофазном каналах элементов фидерного тракта и функциональных элементах имеют место режимы смешанных ЭМВ, в связи с чем в БПВИНВС 26 осуществляется не полностью преобразование в БВНПСП и поэтому необходимо проводить фазовую корректировку и импедансное согласование, которые осуществляются элементами регулирования 19 в БСОК 17 и БСПФК 18, элементами регулирования 21 ГВППВПФН 20 и элементами регулирования 28 в БПВИНВС 26.

Источники информации

1. «Продольные электромагнитные волны». - Библиография 1970-2020. (172 позиции). Отделение ГПНТБ СО РАН (Новосибирск) - Составитель Зарубин А.Н. [Электронный ресурс]: Режим доступа (http://prometeus.nsc.ru/partner/zarubin/waves.ssi, 2020).

2. Монография: «Абдулкеримов C.A., Ермолаев Ю.М., Родионов Б.Н. Продольные электромагнитные волны. Теория, эксперимент, перспективы применения. М.: МГУЛ (Московский государственный университет леса), 2003, - 171 с.).

3. Книга 5. Часть 2-03: Колтовой Н.А. «Продольные волны» [Электронный ресурс]: Режим доступа (Koltovoy_prodolnye_volny.pdf-Adobe Reader, 2018.

4. Monstein С., Wesley J.P. Observation of scalar longitudinal electrodynamic waves // Europhgs. Lett. 59(4), p. 514-520, 2002. [Электронный ресурс]: Режим доступа: www.trinitas.ru EUROPHYSICS LETTRS August 2002.rtf.

5. A.К. Томилин, А.Ф. Лукин, A.H. Гуськов. Эксперимент по созданию канала радиосвязи в морской среде. Письма в ЖТФ, 2021, том 47, вып. 11

6. Протасевич Е.Т. Некоторые особенности взаимодействия электромагнитных волн ТЕ - и ТЕМ-типов с металлами. Радиотехника и электроника. М.: Изд-во РАН, т. 48, 1988, №1, с. 5-7.

7. Николаев Г.В., Протасевич Е.Т. «Формирование продольных электромагнитных волн как результат сложения поперечных электромагнитных волн» // Протасавич Е.Т. Электромагнитные волны. - Томск. 1998. - с. 79-85).

8. Ермолаев Ю.М. «Эффект преобразования двух СВЧ поперечных электромагнитных волн в продольную электромагнитную волну» // Электродинамика и техника СВЧ и КВЧ и оптических частот. - 2002. ТХ, вып. 4(36). - с. 18-23).

9. Бутусов К.П. «Продольная волна в вакууме порождается «поперечной электромагнитной волной» поляризованной по кругу» // Фундаментальные проблемы естествознания: мат. междунар. научн. конг. - СПб, 1998. - с. 29).

10. Патент США, «Antenna for Electron Spin Radiation», Robert T. Hart, Vladimir I. Korobejnikov, №2007/0013595 A1, H01Q 11/12, 2007).

11. Коробейников В. Новый вид электромагнитного излучения. [Электронный ресурс]: Режим доступа (http://www.n-t.ru/tp/ts/nv.htm-->src="Новый вид электромагнитного излучения.files/top100.gif".

12. Патент США «Systems, Apparatuses, and Methods for Generating and/or Utilizing Scalar-Longitudinal Waves», US №9306527 B1, МКП: H03H 2/00, H01Q 1/36, H04B 13/02, 2016).

13. Патент РФ №2287212, «Устройство для излучения продольно-скалярных электромагнитных волн», кл. МКИ Н 01 Q 13/02, 2006 г.

14. Патент РФ «Способ и антенна для передачи и приема продольных электромагнитных волн», №2354018 С2, кл. МКИ H01Q 11/06, 2008 г.

15. Парселл Э. Электричество и магнетизм. Берклеевский курс физики. Т. 2. М.: «Наука», 1984, с. 430.

16. Основы безвихревой электродинамики. Рис. 10 | Контент-платформа Pandia.ru [Электронный ресурс]: Режим доступа (http;//pandia.ru/text/78/588/92594.php),

17. Патент РФ «Способ излучения продольных электромагнитных радиоволн и антенны для его осуществления», №2310954 С1, кл. МКИ H01Q 13/00, 2007 г.

18. A.M. Калашников, Я.В. Степук. Основы радиотехники и радиолокацию Колебательные системы. М.: Воениздат СССР, 1965 г, 384 с.

Квазистационарный резонатор стр. 255-257

19. [Электронный ресурс]: Режим доступа (Infofaq.ru/proshhad-sektora-kolca/html).

20. [Электронный ресурс]: Режим доступа: (https://referatbank.ru/referat/previem/11286/referat-prodolnye-elektromagnitnye-volny.html.

21. [Электронный ресурс]: Режим доступа: (https://referatbank.ru/referat/previem/11286/referat-prodolnye-elektromagnitnye-volny.html).

22. Кузнецов Ю.Н. Основы безвихревой электродинамики. Часть 1. Потенциальное магнитное поле. [Электронный ресурс]: Режим доступа (https://works.doklad.ru/view/AzEkARSX93E/all.html.

23. Кузнецов Ю.Н. Теория продольных электромагнитных полей (безвихревая электродинамика). // «Журнал Русской Физической Мысли» (ЖРФМ), 1995, №1-6, стр. 99-113.

24. Кузнецов Ю.Н. Основы безвихревой электродинамики. Часть 2. Продольные электромагнитные волны. [Электронный ресурс]: Режим доступа (HTTPS:// works.doklad.ru/view/V\vGwKpjuTSJY.html).

25. Кузнецов Ю.Н. Безвихревая электродинамика. Часть 3. Математическая модель. [Электронный ресурс]: Режим доступа (baza-referat.ru/Безвихревая _электродинамика_математическая_модель).

26. Конструирование и расчет полосковых устройств. Голубев В.И., Ковалев И.С., Кузнецов Е.Г., М.: «Сов. Радио, 1974, - 290 с.

27. В.М. Schiffman. A New Class of Broad-Band Microwave 90-Degree Phase Shifters. JRE Trans 1958 MTT-6 IV №2 pp. 232-237.

28. В.П. Мещанов, K.A. Саяпин, Д.Н. Шерстюков. Особенности реализации фазовращателей на связанных МПЛ передачи со шлейфом. Журнал «Успехи современной радиоэлектроники». 2021, т. 75, №6, стр. 27-33.

29. Справочник по расчету и конструированию СВЧ полосковых устройств / С.И. Бахарев, В.И. Вольман, Ю.Н. Либ и др: Под ред. В.И. Вольмана. - М.: Радио и связь, 1982. - 328 с., ил.

30. Конструирование экранов и СВЧ-устройств: Учебник для вузов / A.M. Чернушенко, Б.В. Петров, Л.Г. Малорацкий и др.; Под ред. A.M. Чернушенко. - М.: Радио и связь, 1990. - 352 с.: ил.

Изобретение относится к радиотехнике, в частности к приемно-передающим экранированным антеннам безвихревых неполяризованных скалярно-продольных электромагнитных волн СВЧ диапазона. Технический результат - создание приемно-передающей экранированной монопольной антенны, которая при излучении преобразует входное вихревое поперечно-векторное электромагнитное поле волны типа ТЕМ в излучаемое безвихревое скалярно-продольное электромагнитное поле, а в режиме приема работает в обратном порядке. Результат достигается тем, что приемно-передающая антенна содержит входной трехдецибельный делитель 2, двухканальный взаимный фазосдвигающий блок 7, состоящий из блоков опорного канала 8 и противофазного канала 9, мода-полеволнового инвентора 14 в виде металлического квазистационарного объемного резонатора 15 в виде сектора круга, внутри которого расположены блоки синхронизации опорного канала 17 и противофазного канала 18, подключенные к двухканальному геометрическому векторному преобразователю 20, выход которого подключен к блоку полеволнового интерферационного нуль-векторного суммирования 26, выход которого соединен с блоком ловушка-поглотитель 29, соединенным с монопольной антенной 33, расположенной в металлическом конусообразном рефлекторе 30 с экранированной апертурой в виде металлической заглушки 31. 7 з.п. ф-лы, 4 ил.

1. Приемно-передающая антенна, содержащая антенну, выполненную в виде металлического конусообразного рефлектора, к вершине которого подключен отрезок коаксиальной линии, при этом наружный проводник одного конца отрезка коаксиальной линии гальванически соединен с конусообразным рефлектором в области вершины, а внутренний проводник заканчивается на торце одного конца внешнего проводника коаксиальной линии, отличающаяся тем, что введен блок деления входной вихревой неполяризованной поперечно-векторной электромагнитной волны типа ТЕМ на две равные части с равными и одинаково направленными синфазными векторами напряженности электрического и магнитного полей, который выполнен в виде трехдецибельного делителя мощности с развязанными выходными каналами на основе экранированной фидерной линии передачи волны типа ТЕМ, при этом один и другой выходные каналы блока деления вихревой неполяризованной поперечно-векторной электромагнитной волны типа ТЕМ с равными и одинаково направленными синфазными векторами напряженности электрического и магнитного полей, подключены к входному опорному и входному противофазному каналам фидерного тракта волны типа ТЕМ введенного проходного взаимного двухканального фазосдвигающего блока соответственно, формирующего на выходном опорном и выходном противофазном каналах проходного взаимного двухканального фазосдвигающего блока противофазные вихревые неполяризованные поперечно-векторные электромагнитные волны типа ТЕМ с разностью фаз равной 180° с противонаправленными противофазными векторами напряженности электрического и магнитного полей соответственно, причем опорный и противофазный каналы проходного взаимного двухканального фазосдвигающего блока выполнены на основе экранированной фидерной линии волны типа ТЕМ, в которой распространяется вихревая неполяризованная поперечно-векторная электромагнитная волна типа ТЕМ, при этом выходной опорный и выходной противофазный каналы двухканального фазосдвигающего блока подключены к отрезкам коаксиальных линий входного опорного и входного противофазного каналов введенного мода - полеволнового инвентора двух противофазных вихревых неполяризованных поперечно-векторных электромагнитных волн типа ТЕМ с противонаправленными противофазными векторами напряженности электрических и магнитных полей, который выполнен в виде металлического квазистационарного объемного резонатора в форме сектора круга, на дугообразной боковой поверхности которого расположены отрезки коаксиальных линий входного опорного канала и входного противофазного канала, внешние проводники которых гальванически соединены с дугообразной боковой поверхностью квазистационарного объемного резонатора, при этом внутри квазистационарного объемного резонатора установлены введенные взаимные блок синхронизации опорного канала и блок синхронизации противофазного канала с элементами регулирования режима синхронизации и режима импедансного согласования в каждом канале, при этом блок синхронизации опорного канала и блок синхронизации противофазного канала выполнены на основе металлической области конечной толщины в форме сектора кольца, причем одна боковая сторона сектора кольца блока синхронизации опорного канала и одна боковая сторона сектора кольца блока синхронизации противофазного канала, расположенные со стороны боковых стенок сектора круга квазистационарного объемного резонатора и параллельны соответствующей стороне сектора круга, при этом внутри квазистационарного объемного резонатора в форме сектора круга установлен введенный двухканальный по входу и одноканальный по выходу геометрический векторный преобразователь полеволнового противофазного наложения с элементами регулирования режима противофазного наложения и режима импедансного согласования, двух когерентных противофазных вихревых неполяризованных поперечно-векторных электромагнитных волн типа ТЕМ с противонаправленными противофазными векторами напряженности электрических и магнитных полей, который выполнен в виде металлической пластины конечной толщины в форме сектора круга, по форме подобной форме сектора круга квазистационарного объемного резонатора, причем к дугообразной стороне сектора кольца блока синхронизации опорного канала и к дугообразной стороне сектора кольца блока синхронизации противофазного канала, со стороны дугообразной боковой поверхности сектора круга квазистационарного объемного резонатора, по центру подключены центральные проводники отрезков коаксиальных линий входного опорного и входного противофазного каналов квазистационарного объемного резонатора мода - полеволнового инвентора, при этом на фидерной линии выходного канала блока синхронизации опорного канала и фидерной линии выходного канала блока синхронизации противофазного канала расположены на середине дугообразной стороны сектора круга опорного канала и на середине дугообразной стороны сектора круга противофазного канала со стороны геометрического векторного преобразователя полеволнового противофазного наложения, на которых противофазные вихревые неполяризованные поперечно-векторные электромагнитные волны типа ТЕМ с противофазными и противонаправленными векторами напряженности электрического и магнитного полей когерентны, при этом фидерная линия выходного опорного канала блока синхронизации опорного канала и фидерная линия выходного противофазного канала блока синхронизации противофазного канала выполнены в виде металлических проводников, которые гальванически подключены к входному опорному каналу и входному противофазному каналу, расположенных на дугообразной части сектора круга, геометрического векторного преобразователя полеволнового противофазного наложения двух когерентных противофазных вихревых неполяризованных поперечно-векторных электромагнитных волн типа ТЕМ с противонаправленными противофазными векторами напряженности электрических и магнитных полей соответственно, при этом к вершине сектора круга геометрического векторного преобразователя полеволнового противофазного наложения, расположенного на центральном радиусе и симметрично относительно центрального радиуса подключен центральный проводник коаксиальной фидерной линии входного канала введенного блока полеволнового интерферационного нуль-векторного суммирования, внешний проводник которого гальванически подключен к квазистационарному объемному резонатору мода - полеволнового инвентора, при этом блок полеволнового интерферационного нуль-векторного суммирования выполнен на основе металлического объемного резонатора в форме параллелепипеда с установленным внутри металлическим полеволновым сумматором, который выполнен в виде металлической пластины конечной толщины прямоугольной формы, подобный форме металлического объемного резонатора блока полеволнового интерферационного нуль-векторного суммирования, с элементами регулирования режима полеволнового интерферационного нуль-векторного суммирования, при этом на выходе блока полеволнового интерферационного нуль-векторного суммирования сформирована безвихревая неполяризованная скалярно-продольная электромагнитная волна, а коаксиальная фидерная линия выходного канала подключена к входному коаксиальному каналу введенного взаимного блока ловушка-поглотитель вихревых неполяризованных поперечно-векторных электромагнитных волн типа ТЕМ, выполненного на отрезке коаксиальной линии с вставкой из радиопоглощающего материала, причем коаксиальная линия выходного канала блока ловушка-поглотитель гальванически подключена к отрезку коаксиальной линии соединенной с конусообразным рефлектором антенны, при этом на раскрыв конусообразного рефлектора антенны установлена введенная металлическая заглушка в форме диска, которая по периметру гальванически соединена с торцевой кромкой рефлектора, а к торцу центрального проводника коаксиальной линии в области вершины конусообразного рефлектора подключена монопольная антенна, представляющая собой несимметричный электрический вибратор.

2. Приемно-передающая антенна по п. 1, отличающаяся тем, что фидерный тракт опорного канала и фидерный тракт противофазного канала двухканального взаимного фазосдвигающего блока выполнены на основе отрезков коаксиальных линий или симметричных экранированных печатных полосковых линий передачи волны типа ТЕМ, при этом геометрическая длина противофазного канала больше геометрической длины опорного канала на половину длины волны.

3. Приемно-передающая антенна по п. 1, отличающаяся тем, что фидерный тракт опорного канала и фидерный тракт противофазного канала двухканального фазосдвигающего блока выполнены на основе симметричных экранированных печатных полосковых линий волны типа ТЕМ, при этом опорный канал выполнен на основе двух одинаковых, включенных последовательно полосковых направленных ответвителя с четвертьволновой боковой электромагнитной областью связи, причем на одном конце полосковые проводники одного и другого направленного ответвителя вне области связи соединены между собой полосковой перемычкой, которые формируют в сумме фазовый сдвиг 360°, при этом противофазный канал фидерного тракта выполнен на основе двух идентичных отрезков полосковой линии включенных последовательно, длиной три четверти центральной длины волны каждый, формирует суммарный фазовый сдвиг 540°.

4. Приемно-передающая антенна по п. 1, отличающаяся тем, что фидерный тракт опорного канала и фидерный тракт противофазного канала двухканального взаимного фазосдвигающего блока выполнены на основе симметричных экранированных печатных полосковых линий волны типа ТЕМ, при этом опорный канал выполнен на основе двух, включенных последовательно, идентичных полосковых направленных ответвителя, причем каждый направленный ответвитель выполнен состоящим, по меньшей мере, из двух, включенных каскадно полосковых направленных ответвителя с боковой электромагнитной областью связи, при этом концы полосковых проводников вне области связи последнего полоскового направленного ответвителя каскадного включения соединены между собой полосковой перемычкой, к которой одним концом гальванически подключен полосковый шлейф, другой конец шлейфа гальванически соединен с земляной пластиной полосковой линии, при этом последовательно соединенные два направленных ответвителя формируют в сумме фазовый сдвиг 360°, причем противофазный канал выполнен на основе двух идентичных отрезков полосковой линии включенных последовательно, длиной три четверти центральной длины волны каждый, формирует суммарный фазовый сдвиг 540°.

5. Приемно-передающая антенна по п. 1, отличающаяся тем, что металлический проводник соединяющий выходной опорный канал блока синхронизации опорного канала и металлический проводник соединяющий выходной противофазный канал блока синхронизации противофазного канала с входным опорным каналом и входным противофазным каналом геометрического векторного преобразователя полеволнового противофазного наложения двух когерентных противофазных вихревых неполяризованных поперечно-векторных электромагнитных волн типа ТЕМ с противонаправленными противофазными векторами напряженности электрических и магнитных полей соответственно, выполнен в виде металлической области конечной толщины в форме сектора кольца, ширина которого равна длине металлического проводника, при этом длина большей дугообразной стороны сектора кольца опорного канала и противофазного канала равна длине дугообразной стороны блока синхронизации опорного канала и блока синхронизации противофазного канала соответственно, причем длина меньшей дугообразной стороны сектора кольца опорного канала и длина меньшей дугообразной стороны сектора кольца противофазного канала равна половине длины дугообразной стороны сектора круга геометрического векторного преобразователя полеволнового противофазного наложения соответственно, при этом боковые кромки металлических областей в форме сектора кольца опорного канала и сектора кольца противофазного канала в области соединения гальванически соединены между собой.

6. Приемно-передающая антенна по п. 1, отличающаяся тем, что в разрыв фидерной линии, соединяющей выходной канал блока полеволнового интерферационного нуль-векторного суммирования с выходной безвихревой неполяризованной скалярно-продольной электромагнитной волной с входным каналом блока ловушка-поглотитель апертурных вихревых неполяризованных поперечно-векторных электромагнитных волн типа ТЕМ, включен введенный контроллер уровня полеволнового нуль-векторного суммирования полноты формирования безвихревой неполяризованной скалярно-продольной электромагнитной волны, выполненный на основе направленного ответвителя волны типа ТЕМ с четвертьволновой электромагнитной связью на симметричной экранированной полосковой линии, причем направленный ответвитель включен в разрыв фидерных линий проходным каналом, при этом связанный канал направленного ответвителя подключен к входу введенного анализатора апертурных вихревых неполяризованных поперечно-векторных электромагнитных волн типа ТЕМ, а развязанный канал направленного ответвителя нагружен на согласованную нагрузку.

7. Приемно-передающая антенна по п. 1, отличающаяся тем, что в разрыв между торцом отрезка коаксиальной линии, расположенным в вершине конусообразного рефлектора, и монопольной антенной гальванически включен введенный отрезок коаксиального удлинителя, при этом монопольная антенна гальванически подключена к центральному проводнику отрезка коаксиального удлинителя, а на внешнем проводнике отрезка коаксиального удлинителя установлен введенный металлический четвертьволновый стакан, закороченный на одном конце и выполненный из немагнитного материала, при этом закорачивающая стенка металлического четвертьволнового стакана расположена в одной плоскости с торцом внешнего проводника отрезка коаксиального удлинителя и гальванически с ним соединена.

8. Приемно-передающая антенна по п. 1, отличающаяся тем, что в области вершины конусообразного рефлектора центральный проводник коаксиальной линии подключен к несимметричному электрическому вибратору через введенное шарнирное соединение.