АНТЕННА Российский патент 2023 года по МПК H01Q1/36 

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

В настоящее время имеется значительное количество публикаций подтверждающих возможность формирования продольных ЭМВ, возможность использования их в различных технических задачах, а также продольные ЭМВ способны служить физическим (материальным) носителем перцептивной информации в том числе - биоинформации [1, 2, 3].

В доказательство того, что скалярно-продольные ЭМВ можно сформировать и осуществить на них пространственную связь, были проведены такие экспериментальные исследования [4]. Эксперимент подтвердил возможность формирования скалярно-продольных электромагнитных волн и возможность осуществления пространственной связи.

Известен экспериментальный результат по созданию канала радиосвязи в морской среде [5]. Описан натурный эксперимент по передаче коротковолнового модулированного радиосигнала в морской среде при помощи шаровых антенн на расстоянии 470 м. специальная приемопередающая аппаратура сконструирована в соответствии с результатами обобщенной электродинамической теории. Сделано предположение о возможности создания канала высокочастотной радиосвязи в морской.

Известен способ формирования продольных ЭВМ (ПЭМВ) и антенны для осуществления излучения этих волн [6], заключающийся в том, что способ формирования ПЭМВ реализуется на антенне, содержащей отрезок коаксиальной линии передачи с поперечной электрической электромагнитной волной 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 ЭМВ электрической типа ТЕМ внутри конусообразного рефлектора. Первичный поверхностный ток проводимости I_п, протекающий по проводнику возбудителя, возбуждает электрический вектор поля Е_п поперечной электромагнитной волны, 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 Е_// и Е_⊥, где первый вектор электрического поля параллелен продольной оси конусообразного рефлектора, а второй - ортогонален ей. При этом векторы составляющие электрические поля Е_// ориентированы одинаково, а векторы составляющие электрические поля Е_⊥ - ориентированы встречно. В силу суммарного взаимодействия всех составляющих вектора электрического поля Е_// на апертуре конусообразного рефлектора, ориентированного параллельного продольной оси с направлением движения энергии в том же направлении - соответствует излучению ПЭМВ.

Таким образом, формирование и излучение ПЭМВ реализуется в результате трансформации энергии поперечной ЭМВ типа - ТЕМ в энергию вторичной ПЭМВ, которая излучается в направлении раскрыва конусообразного осесимметричного рефлектора.

Недостатком данного технического решения являются жесткие требования к точности выполнения внутренней поверхности конусообразного осесимметричного рефлектора. Наличие дефектов 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 возбуждению волн высшего порядка и потерям при трансформации энергии поперечной ЭМВ волны типа ТЕМ в энергию вторичной ПЭМВ.

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 чего 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 [7, 8, 9].

Известен способ формирования ПЭМВ с помощью поперечной ЭМВ с круговой поляризацией [10].

Известна приемно-передающая антенна скалярно-продольных ЭМВ [11]. 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 [12].

Известна антенн излучения и приема скалярно-продольных электромагнитных волн [13]. В данном техническом решении рассмотрены два устройства (антенны) способные обеспечить излучение и/или прием скалярно-продольных ЭМВ линейной монопольной антенной и/или плоской плотно намотанной бифилярной спиральной катушкой.

Монопольная антенна представляет собой несимметричный вибратор, выполненный на основе отрезка коаксиальной линии передачи. Излучателем является центральный проводник коаксиального кабеля с четвертьволновым 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 ЭМВ [14], 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 продольно-скалярных ЭМВ, при этом режим приема безвихревых скалярно-продольных ЭМВ невозможен.

Известен способ формирования ПЭВМ и антенны для осуществления излучения и приема этих волн [15], 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 продольной ЭМВ. 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 поперечным электромагнитным полем [16], 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.

Наиболее близким техническим решением - прототипом является устройство для излучения скалярно-продольных ЭМВ [17] 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 полеволнового наложения с функцией суммирования, 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 электромагнитных полей волны 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 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. 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.

Недостатком данного технического решения является: - возможность формировать только режим излучения безвихревых продольно-скалярных электромагнитных волн, при этом режим приема безвихревых продольно-скалярных электромагнитных волн в данном техническом решении практически невозможен; - не возможность формирования первым коаксиальным трехдецибельным тройником равноамплитудного и синфазного деления входного сигнала и вторым трехдецибельным тройником суммирования поскольку все три канала коаксиальных трехдецибельных тройников между собой не развязаны, т.е. имеет место взаимная электромагнитная связь между ними, в результате происходит не равноамплитудное деление и с фазовыми искажениями ЭМВ, что приводит к не полному преобразованию вихревых поперечно-векторных ЭМВ в безвихревые продольно-скалярные ЭМВ, а это приводит к смешанному волновому режиму в антенно-фидерном тракте; - излучатель диэлектрическая стержневая антенна не экранирована, поэтому имеет место смешанный режим излучения и приема, т.е. излучение и прием безвихревых продольно-скалярных ЭМВ и вихревых поперечно-векторных ЭМВ; - отсутствие элементов согласования фидерного тракта по фазе и амплитуде (КСВ); - отсутствуют элементы регулирования уровня преобразования двух противофазных вихревых поперечно-векторных ЭМВ в безвихревые скалярно-продольные ЭМВ.

Технической задачей данного изобретения является: - создание антенны осуществляющей излучение и прием только безвихревой скалярно-продольной ЭМВ, которая в режиме излучения осуществляет преобразование входной вихревой поперечно-векторной ЭМВ в излучаемую антенной безвихревую скалярно-продольную ЭМВ, а в режиме приема принятую безвихревую скалярно-продольную ЭМВ преобразует в вихревую поперечно-векторную ЭМВ, что позволяет использовать штатный антенно-фидерный тракт и соответственно штатное приемное радиотехническое оборудование; - исключение возможности излучения и приема смешанных ЭМВ, а именно исключить излучение и прием вихревой поперечно-векторной ЭМВ, и обеспечить излучение и прием только безвихревой скалярно-продольной 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 электромагнитного поля в функциональных блоках антенно-фидерного тракта; - выполнение всех элементов антенно-фидерного тракта на основе симметричной экранированной печатной полосковой линии с однородно заполненной полосковой структурой, что обеспечивает однородную структуру поля для волны типа ТЕМ и исключает возможность формирования паразитных электромагнитных связей между полосковыми элементами антенно-фидерного тракта и исключает внутри-объемные паразитные резонансы; - обеспечить высокую технологичность конструкции за счет возможности выполнения всего антенно-фидерного тракта на одной плате в едином технологическом цикле.

Поставленная цель достигается тем, что в приемно-передающей антенне, содержащая блок деления входной вихревой неполяризованной поперечно-векторной ЭМВ типа ТЕМ на две равные части с равными и одинаково направленными синфазными векторами напряженности электрического и магнитного полей, выполнен в виде трехдецибельного делителя мощности с развязанными выходными каналами, выполненного на основе симметричной экранированной полосковой линии, при этом один и другой выходные каналы БД вихревой неполяризованной поперечно-векторной (ВНПВ) ЭМВ типа ТЕМ, с равными и одинаково направленными синфазными векторами напряженности электрического и магнитного поля, соединены с опорным и противофазным входными каналами фидерного тракта волны типа ТЕМ введенного проходного взаимного двухканального фазосдвигающего блока (ДКФСБ) соответственно, формирующего на выходном опорном и выходном противофазном каналах проходного взаимного ДКФСБ противофазные вихревыми неполяризованными поперечно-векторными ЭМВ типа ТЕМ с разностью фаз равной 180° с противонаправленными противофазными векторами напряженности электрического и магнитного полей соответственно, причем опорный и противофазный каналы проходного ДКФСБ выполнены на основе экранированной фидерной линии ЭМВ типа ТЕМ, при этом фидерные линии выходного опорного канала и выходного противофазного канала ДКФСБ подключены к фидерным линиям входных каналов введенных идентичных блока синхронизации опорного канала (БСОК) и блока синхронизации противофазного канала (БСПФК) с элементами регулирования режима синхронизации в каждом канале противофазных ВНПВ ЭМВ типа ТЕМ с противонаправленными противофазными векторами напряженности электрического и магнитного полей соответственно, каждый из которых выполнен на основе симметричной экранированной печатной полосковой области в форме ромба, причем одна горизонтальная сторона ромба БСОК и одна горизонтальная сторона ромба БСПФК со стороны фидерных линий входных каналов расположены на одной прямой и к каждой стороне по центру подключены фидерные линии выходного опорного канала и выходного противофазного канала проходного ДКФСБ соответственно, при этом выходные каналы БСОК и БСПФК расположены на середине другой горизонтальной стороны ромба опорного канала и на середине другой горизонтальной стороны ромба противофазного канала, на выходе которых противофазные вихревые неполяризованные поперечно-векторные ЭМВ 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 полосковых проводников симметричных экранированных полосковых линий и подключены к входным каналам двухканального по входу и одно-канального по выходу блоку полеволнового наложения (БПВН) с элементами настройки, который выполнен в виде блока геометрического векторного поле-волнового противофазного наложения двух вихревых когерентных неполяризованных поперечно-векторных электромагнитных полей волны типа ТЕМ с противофазными и противонаправленными векторами напряженности электрических и магнитных полей, который выполнен на основе симметричной экранированной печатной полосковой области в форме равнобедренной трапеции, к большему основанию которой гальванически подключены фидерные линии выходного опорного канала и выходного противофазного канала БСОК и БСПФК соответственно, при этом к меньшему основанию равнобедренной трапеции БПВН по центру подключена фидерная линия входного канала введенного взаимного блока полеволнового интерферационного нуль-векторного суммирования (БПВИНВС), который выполнен на основе симметричной экранированной печатной полосковой области прямоугольной формы с элементами регулирования полеволнового интерферационного нуль-векторного режима суммирования, при этом фидерная линия выходного канала БПВИНСВ на выходе с безвихревой неполяризованной скалярно-продольной (БВНСП) ЭМВ подключена к входному каналу введенного взаимного блока ловушка-поглотитель апертурных ВНПВ ЭМВ типа ТЕМ с противофазными и противонаправленными векторами напряженности электрического и магнитного полей, выполненного в виде секции на отрезке фидерной линии передачи ЭМВ типа ТЕМ с установленной внутрь секции вставки из радиопоглощающего материала, при этом фидерная линия выходного канала блока ловушка-поглотителя подключена к коаксиальному соединителю, коаксиальная часть которого выполнена в виде отрезка коаксиальной линии, к концу центрального проводника отрезка коаксиальной линии подключена монопольная антенна, представляющая собой несимметричный электрический вибратор, причем на земляном проводнике отрезка коаксиальной линии передачи установлен металлический четвертьволновый стакан закороченный на одном конце и выполненный из немагнитного материала, при этом закорачивающая стенка стакана расположена в одной плоскости с концом земляного проводника отрезка коаксиальной линии передачи и гальванически с ним соединена, причем на монопольную антенну с металлическим четвертьволновым стаканом установлен металлический экран цилиндрической формы, выполненный из немагнитного материала, который на одном конце, со стороны монопольной антенны, закорочен, а другой конец цилиндрического экрана механически закреплен и гальванически соединен с земляным проводником отрезка коаксиальной линии.

БСОК и БСПФК, БПВН и БПВНВС выполнены с элементами регулирования режимов функциональной настройки, которые обеспечивают полное преобразование в режиме излучения (передачи) ВНПВ ЭМВ типа ТЕМ в БВНСП ЭМВ излучаемую монопольной антенной, и в режиме приема полное преобразование БВНСП ЭМВ в ВНПВ ЭМВ типа ТЕМ. Использование коаксиально-волноводных переходов, обеспечивающих преобразование ТЕМ волны в волну волноводного типа, например основную волну прямоугольного волновода Н₁₀, расширяет возможности использования приемно-передающей антенны.

Фидерный тракт опорного канала и фидерный тракт противофазного канала ДКФСБ могут быть выполнены на основе отрезков симметричных экранированных полосковых линий или на основе отрезков коаксиальных 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.

Фидерный тракт опорного канала и фидерный тракт противофазного канала БКФСБ могут быть выполнены на основе симметричных экранированных печатных полосковых линий передачи волны типа ТЕМ, при этом опорный канал выполнен на основе двух одинаковых, включенных последовательно, полосковых направленных ответвителя (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 отрезков полосковой линии включенных последовательно, длина каждого отрезка равна три четверти центральной длины волны, которые формируют суммарный фазовый сдвиг 540°.

Фидерный тракт опорного и противофазного каналов ДКФСБ выполнены на основе симметричных экранированных печатных полосковых линий передачи волны типа ТЕМ, при этом опорный канал выполнен на основе двух, включенных последовательно, идентичных полосковых НО, при этом каждый НО выполнен состоящим, по меньшей мере, из двух, включенных каскадно полосковых НО с боковой электромагнитной областью связью, 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 экранированной печатной полосковой линии передачи, при этом последовательное соединенные двух НО формирует в сумме фазовый сдвиг 360°, при этом противофазный канал фидерного тракта выполнен на основе двух идентичных отрезков печатной полосковой линии передачи включенных последовательно, длина каждого отрезка равна три четверти центральной длины волны каждый, которые формируют суммарный фазовый сдвиг 540°.

ДКФСБ выполненный на отрезках коаксиальных линиях передачи формирует разность фаз 180° между опорным и противофазным каналам в узкой полосе частот. 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.

Варианты выполнения опорного канала на НО позволят обеспечить стабильность разности фаз 180° опорного и противофазного каналов при значительном импедансном рассогласовании фидерного тракта, что позволяет обеспечить более полное прямое и обратное преобразование ВНПВ ЭМВ типа ТЕМ в БВНСП ЭМВ.

Корректировка фазового соотношения между опорным и противофазным каналами может осуществляться включением в разрыв полоскового или коаксиального фидерного тракта опорного канала и/или в разрыв фидерного тракта противофазного канала последовательно, по меньшей мере, одного взаимного фазавращателя проходного типа с непрерывным или дискретным изменением фазы.

Полосковый проводник соединяющий выходной опорный канал БСОК и полосковый проводник соединяющий выходной противофазный канал БСПФК с входным опорным каналом и входным противофазным каналом БПВН могут быть выполнены шириной равной длине горизонтальной стороны ромба БСОК и БСПФК соответственно, при этом боковые кромки полосковых проводников в плоскости, проходящей через продольную ось симметрии равнобочной трапеции БПВН, гальванически соединены между собой. В результате имеем полную гальваническую связь БСОК и БСПФК с БПВН.

В основании конусообразного зазора, образованного боковыми кромками соседних ромбов БСОК и БСПФК может быть установлен резистор. Включение резистора позволяет предотвращать возможные поперечные резонансы, которые являются паразитными и тем самым увеличить развязку между опорным и противофазным входными каналами БСОК и БСПФК соответственно.

Импедансное согласование фидерного тракта и фаза-амплитудная коррекция опорного и противофазного каналов ВНПВ ЭМВ типа ТЕМ с противофазными и противонаправленными векторами напряженности электрических и магнитных полей может быть выполнено включение в разрыв фидерных линий опорного канала и противофазного канала соединяющих выходные каналы ДКФСБ с входными каналами БСОК и БСПФК последовательно соединенные блока импедансного согласования опорного канала (БИСОК) с блоком фаза-амплитудной коррекции опорного канала (БФАКОК) и блок импедансного согласования противофазного канала (БИСПФК) с блоком фаза-амплитудной коррекции противофазного канала (БФАКПФК), позволяет осуществить согласование по критерию КСВ по каждому каналу в отдельности и выравнивание согласования между собой опорного и противофазного каналов, а также осуществить фаза-амплитудную коррекцию, заключающуюся в стабильном формировании 180° разности фаз с одинаковыми амплитудами в опорном и противофазном каналах. Это позволяет осуществить в БПВНВС более полное суммирование двух противофазных сигналов и тем самым сформировать БВНСП ЭМП с минимальной составляющей ВНИВ ЭМВ.

Автоматическое согласование преобразования входных, в режиме излучения, ВНПВ ЭМВ типа ТЕМ в выходные БВНСП ЭМВ и обратно входные, в режиме приема, БВНСП ЭМВ в выходные ВНПВ ЭМВ типа ТЕМ обеспечивается выполнением с электронной перестройкой БИСОК, БИСПФК, БФАКОК, и БФАКПФК завязанных в контур обратной связи по оптимизации параметров импедансного согласования и фаза-амплитудной коррекции.

Это достигается тем, что в разрыв фидерной линии соединяющей выходной канал БПВНВС выходной БВНСП ЭМВ с входным каналом блока ловушка-поглотитель (БЛП) апертурных ВНПВ ЭМВ типа ТЕМ с противофазными и противонаправленными векторами напряженности электрического и магнитного полей, включен введенный контроллер уровня полеволнового нуль-векторного суммирования (КУПВНВС) полноты формирования БВНСП ЭМВ, выполненный на основе НО волны типа ТЕМ с четвертьволновой боковой электромагнитной связью на симметричных экранированных печатных полосковых линиях, который включен в разрыв проходным каналом, при этом связанный канал НО подключен к входу введенного анализатора сигналов (АС) уровня не преобразованных ВНПВ ЭМВ типа ТЕМ с противофазными и противонаправленными векторами напряженности электрического и магнитного полей БПВНВС.

Один выход АС подключен к входному каналу введенного формирователя управляющего сигнала (ФУС) блок фаза-амплитудной коррекции (БФАК), другой выход подключен к входному каналу введенного ФУС блок импедансного согласования БИС, при этом один и другой выходы ФУС БФАК подключены к входному каналу блока управления фаза-амплитудной коррекции опорного канала (БУФАКОК) и входному каналу блока управления фаза-амплитудной коррекции противофазного канала (БУФАКПФК) соответственно, при этом выходные каналы БУФАКОК и БУФАКПФК подключены к входным каналам управления перестраиваемых БФАКОК и БФАКПФК соответственно ВНПВ ЭМВ типа ТЕМ с противофазными и противонаправленными векторами напряженности электрического и магнитного полей, причем один и другой выходы ФУС БИС подключены к входному канала блока управления импедансного согласования опорного канала (БУИСОК) и входному каналу блока управления импедансного согласования противофазного канала (БУИСПФК) соответственно, при этом выходные каналы БУИСОК и БУИСПФК подключены к входным каналам управления перестраиваемых БИСОК и БИСПФК соответственно, ВНПВ ЭМВ типа ТЕМ с противофазными и противонаправленными векторами напряженности электрического и магнитного полей.

Автоматическое согласование осуществляется электронной перестройкой БИСОК, БИСПФК, БФАКОК, и БФАКПФК завязанных в контур обратной связи по оптимизации параметров импедансного согласования и фаза-амплитудной коррекции ВНПВ ЭМВ типа ТЕМ по обоим каналам. Контур, обеспечивающий электронным путем оптимизацию импедансного согласования и фаза-амплитудной коррекции сформирован по критерию минимизации, например по методу Монте Карло, не скомпенсированных ВНПВ ЭМВ типа ТЕМ.

Контур обратной связи состоит из КУПВНВС, включенного в основной цепи преобразований приемо-передающей антенны, и АС который формирует сигналы на электронную оптимизацию импедансного согласования и фаза-амплитудную коррекцию, и вычислительно-исполнительный контур состоящий из двух ветвей: - ветви импедансного согласования состоящей из ФУС БИС, который формирует два канала, один канал - это опорный канал БУИСОК, БИСОК и другой канал - это противофазный канал БУИСПФК, БИСПФК; - ветви фаза-амплитудной коррекции состоящий из ФУС БФАК, который формирует два канала, один канал - это опорный канал БУФАКОК, БФАКОК и другой канал - это противофазный канал БУФАКПКФ, БФАКПФК.

Все блоки импедансного согласования и блоки фаза-амплитудной коррекции выполнены на основе симметричных экранированных печатных полосковых линий передачи.

Автоматическое электронное согласование с помощью кольца обратной связи обеспечивает более полное полеволновое нуль-векторное суммирование двух, наложенных друг на друга, противофазных ВНПВ ЭМВ типа ТЕМ с противофазными и противонаправленными векторами напряженности электрического и магнитного полей в БНСП ЭМВ с минимальным уровнем составляющих ВНПВ ЭМВ, в данном случае являющихся паразитными.

Устранение не просуммированных в результате оптимизации импедансного согласования и фаза-амплитудной коррекции ВНПВ ЭМВ типа ТЕМ в БПВНВС, осуществляется включением между КУПВНВС и коаксиальным соединителем монопольной антенны блока поглощения апертурных ВНПВ ЭМВ типа ТЕМ, который может быть выполнен на отрезке коаксиального фидера с установленной внутри секцией из радиопоглощающего материала или на отрезке симметричной экранированной печатной полосковой линии с установленной внутри секции из радиопоглощающего материала.

Приемно-передающая антенна может быть выполнена с установкой на центральный проводник монопольной антенны диэлектрической муфты и/или установкой в металлический четвертьволновый стакан диэлектрического кольца.

В антенно-фидерном тракте опорного и противофазном каналах, в связи с не идеальным импедансным согласованием и фаза-амплитудным разбалансом, образуются стоячие ВНПВ ЭМВ, в связи с чем взаимная компенсация ВНПВ ЭМВ типа ТЕМ в взаимном блоке полеволнового нуль-векторного сумматора как в режиме излучения так и режиме приема будет не полной. Поэтому в блоке полеволнового нуль-векторного сумматора (при КСВ=1,5 - 2,0) наряду с БНПС ЭМВ имеется некоторое количество (порядка 15%…35%) ВНПВ ЭМВ.

В следствии этого при частичной нуль-векторной полеволновой ситуации общая электромагнитная энергия состоит из ВНПВ ЭМВ и БНПС ЭМВ. Если комбинированная 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 [18].

В связи с этим, использование импедансного согласования и фаза-амплитудной коррекции, а также блока поглощения апертурных ВНПВ ЭМВ позволяет свести к минимуму уровень апертурных ВНПВ ЭМВ и тем самым согласовать весь тракт приблизив уровень КСВ≈1,15.

Изобретение поясняется следующими чертежами.

На фиг.1 - схематически представлена структурная схема приемно-передающей экранированной монопольной антенны, в которой в режиме излучения входной сигнал в виде ВНПВ ЭМВ типа ТЕМ, в фидерном тракте преобразуется в излучаемую экранированной монопольной антенной БНПС ЭМВ, при этом в режиме приема экранированной монопольной антенной входная БНПС ЭМВ в фидерном тракте преобразуется в выходную ВНПВ ЭМВ типа ТЕМ, с функциональными элементами фидерного тракта выполненных на симметричных экранированных полосковых линиях и содержащий: -входной/выходной трехдецибельный делитель/сумматор мощности, взаимный ДКФСБ опорного и противофазного канала, взаимные БСОК и БСПФК с элементами настройки и соединенный полосковыми проводниками с блоком полеволнового наложения (БПВН) в режиме излучения и разложения в режиме приема с элементами настройки, взаимный БПВИНВС, взаимный блок поглощения апертурных ВНПВ ЭМВ типа ТЕМ с элементами настройки выполненными в виде полосковых проводников, экранированная монопольная антенна.

На фиг.2 - схематически представлена структурная схема приемно-передающей экранированной монопольной антенны (фиг.1) с полосковыми проводниками, соединяющими БСОК и БСПФК с БПВН, выполненными шириной равной длине горизонтальной стороны ромба БСОК и БСПФК и полностью перекрывающими зазор обеспечивая полную гальваническую связь, элементы настройки выполнены в виде штырей.

На фиг.3 - схематически представлена структурная схема приемно-передающей экранированной монопольной антенны (фиг.1) с контуром обратной связи, который состоит из КУПВНВС, включенного в основной цепи преобразований, АС формирующий сигналы на электронную оптимизацию импедансного согласования и фаза-амплитудную коррекцию опорного и противофазного каналов и вычислительно-исполнительный контур состоящий из двух ветвей: - ветви импедансного согласования состоящей из ФУС БИС, который формирует два канала, один опорный канал БУИСОК, БИСОК и другой противофазный канал БУИСПФК, БИСПФК; - ветви фаза-амплитудной коррекции состоящий из ФУС БФАК, который формирует два канала, один опорный канал БУФАКОК, БФАКОК и другой противофазный канал БУФАКПКФ, БФАКПФК, и блок поглощения апертурных ВНПВ ЭМВ типа ТЕМ включенный перед монопольной антенной.

Принцип БНПС ЭМВ базируется на основе теории «Безвихревой электродинамики».

Формирование БНПС ЭМВ путем противофазного интерферационного наложения двух когерентных ВНПВ их электромагнитных полей, обеспечивая 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 магнитостатики стационарные магнитные поля способны к симметризирующему наложению, сопровождаемому переходом от циркуляционного свойства к потенциальному в общем магнитном поле [19, 20].

Результат симметризирующего наложения полей волнового процесса - две одинаковые поперечные неполяризованные противофазные ЭМВ накладываются противофазно так, что векторы электрического и магнитного полей образуют в итоге геометрические нуль-векторы по всему периоду общего полеволнового процесса.

При противофазном наложении двух одинаковых ЭМВ, образующие в теоретическом описании геометрические нуль-векторы, свидетельствуют не о взаимной компенсации накладывающихся ЭМП, что нарушило бы принцип сохранения энергии, а меняются лишь их исходные свойства. Таким образом теоретические нуль-векторы свидетельствуют об отсутствии у поля общей ЭМВ исходных поляризационных (поперечных) и структурных (вихревых) свойств [21].

Согласно электродинамической модели, в свободном пространстве и в плоско-волновом 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 [22].

Принцип работы приемно-передающей антенны.

Все функциональные элементы фидерного тракта выполняются на основе симметричных экранированных однородно заполненных печатных полосковых линий, поскольку нарушение симметрии и нарушение неоднородности заполнения структуры ЭМВ типа ТЕМ трансформируются в квази - ТЕМ ЭМВ.

Режим излучения и приема БНСП ЭМВ возможно реализовать только на неполяризованных ТЕМ волнах.

Антенно-фидерный тракт приемно-передающей антенны (фиг.1) состоит из взаимных и не взаимных функциональных элементов, причем невзаимные функциональные элементы имею различные электродинамические свойства в прямом или обратном направлении распространения сигнала, при этом функциональные связки обеспечивают режим прямого преобразования - излучение и режим обратного преобразования - прием БВПС ЭМВ.

Принцип работы антенны в режиме излучения.

Структурная схема приемно-передающей экранированной монопольной антенны (фиг.1), в которой входная ВНПВ электрическая ЭМВ типа ТЕМ через коаксиальный соединитель (коаксиально-полосковый переход) 1 поступает на входной канал 2 трехдецибельного делителя мощности 3, на первом 4 и втором

5 выходных каналах формируются равноамплитудные синфазные ВНПВ электрические ЭМВ типа ТЕМ с однонаправленными векторами напряженности электрических и магнитных полей.

Первый 4 и второй 5 выходные каналы трехдецибельного делителя мощности 3 соединены с одними концами опорного 6 и противофазного 7 каналами ДКФСБ 8 соответственно.

Опорный 6 и противофазный 7 каналы ДКФСБ 9 могут быть выполнены, например на разнодлинных отрезках полосковых линий или коаксиальных линий с разностью длин на половину длины волны, или например опорный канал

6 ДКФСБ 8 может быть выполнен на основе двух включенных последовательно полосковых НО с боковой электромагнитной связью формирующих фазу сигнала 360°, при этом противофазный канал 7 должен быть выполнен на отрезке аналогичной полоской линии электрической длины 540°, в результате этого формируется разность фаз между опорным и противофазным каналами равная 180°, или например опорный канал ДКФСБ 8 может быть выполнен на основе двух включенных последовательно полосковых НО с боковой электромагнитной, при этом каждый НО выполнен состоящим, по меньшей мере, из двух, включенных каскадно полосковых НО с боковой электромагнитной областью связью, 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 последовательное соединенные двух НО формирует в сумме фазовый сдвиг 360°, при этом противофазный канал 7 должен быть выполнен на отрезке полоской линии электрической длины 540°. [23, 24]

В результате на выходе опорного канала 6 и противофазного канала 7 ДКФСБ 8 имеет место два ВНПВ ЭМВ типа ТЕМ с противофазными 180° и противонаправленными векторами напряженности электрических и магнитных полей соответственно.

Выходной опорный канал 9 и выходной противофазный канал 10 ДКФСБ 8 подключены к входному каналу 11 БСОК 12 с элементами настройки 13 и входному каналу 14 БСПФК 15 с элементами настройки 16 соответственно, на выходе которых ВНПВ ЭМВ типа ТЕМ когерентны.

Полосковый проводник 17 выходного опорного канала БСОК 12 и полосковый проводник 18 выходного противофазного канала БСПФК 15 подключены к БПВН 19 с элементами настройки 20, где происходит полеволновое векторное наложение двух когерентных противофазных ВНПВ ЭМВ типа ТЕМ с противофазными и противонаправленными векторами напряженности электрических и магнитных полей.

В результате противофазного полеволнового векторного наложения в БПВН 19 на выходном канале 21 которого сформировано сложное электрическое и магнитное поле.

Выходной канал 21 БПВН 19 подключен к входному каналу 22 БПВИНВС 23 с элементами настройки 24, в котором сложное электрическое и магнитное поле, в итоге интерференционного полеволнового нуль-векторного суммирования, переходит в реальную скалярно-продольную структурно-безвихревую ЭМВ.

Ввиду не полного импедансного согласования (КСВ>1.2) и отклонения в противофазности сигналов от 180° и не равенства амплитуд происходит неполное интерференционное полеволновое нуль-векторное суммирование БПВИНВС 23, т.е. присутствую две ЭМВ БНПС и ВНПВ, при этом ВНПВ ЭМВ является паразитной поскольку она не излучается, т.к. монопольная антенна экранирована, и в фидерном тракте формируются стоячие ВНПВ ЭМВ.

Для этого введен взаимный блок поглощения 26 апертурных ВНПВ ЭМВ типа ТЕМ, входной канал 27 которого подключен к выходному каналу 25 БПВИНВС 23.

Блок поглощения (БП) 26 апертурных ВНПВ ЭМВ типа ТЕМ может быть выполнен в виде коаксиальной или полосковой секции, внутри которой установлена вставки из радиопоглощающего материала, который поглощает ВНПВ ЭМВ типа ТЕМ и не взаимодействует с БНПС ЭМВ.

Выходной канал БП 26 апертурных ВНПВ ЭМВ типа ТЕМ подключен к коаксиальному соединителю, коаксиальная часть которого выполнена в виде отрезка коаксиальной линии 28, к концу центрального проводника 29 отрезка коаксиальной линии 28 подключена монопольная антенна 30, представляющая собой несимметричный электрический вибратор. На земляной проводник 31 отрезка коаксиальной линии 28 установлен металлический четвертьволновый стакан 32 закороченный на одном конце и выполненный из немагнитного материала, при этом закорачивающая стенка стакана расположена в одной плоскости с концом земляного проводника 31 отрезка коаксиальной линии 28 и гальванически с ним соединена, причем на монопольную антенну 30 с металлическим четвертьволновым стаканом 32 установлен металлический экран 33 цилиндрической формы с одной закороченной стенкой, выполненный из немагнитного материала, цилиндрический экран 33 механически закреплен и гальванически соединен с земляным проводником 31 отрезка коаксиальной линии 28.

Принцип работы антенны в режиме приема

Монопольный вибратор выполненный в экранирующем корпусе в режиме приема принимает только БВНСПВ, никакие другие ЭМВ эфира монопольный вибратор не принимает, что является одной из особенностей антенны.

Принятый экранированным монопольным вибратором 30 БВНСП ЭМВ без взаимодействия проходит через блок поглощения 26, который поглощает только апертурные ВНПВ ЭМВ типа ТЕМ, и без взаимодействия проходит через БПВИНВС 23.

В БПВН 19, который в режиме излучения выполняет функцию наложения двух противофазных ВНПВ ЭМВ, то в режиме приема выполняет функции разделения входной БВНСП ЭМВ на две противофазные ВНПВ ЭМВ, которые проходя через опорный канал 17 и противофазный канал 18 БПВН 19 поступают на БСОК 12 и БСПФК 15 соответственно. В ДКФСБ 8 происходит выравнивание фаз выходных ВНПВ ЭМВ с синфазными и однонаправленными векторами напряженности электрических и магнитных полей опорного и противофазного каналов, которые в трехдецибельном делителе мощности 3 складываются в выходное ВНПВ ЭМВ типа ТЕМ канала 2.

Структурная схема приемно-передающей экранированной монопольной антенны (фиг.2) выполненной с шириной полоскового проводника 17 выходного опорного канала БСОК 12 и шириной полоскового проводника 18 выходного противофазного канала БСПФК 15 равной длине горизонтальной стороны ромба БСОК 12 и ромба БСПФК 15 соответственно, в результате имеет место полная гальваническая связь БСОК 12 и БСПФК 15 с БПВН 19.

Согласующие элементы 13, 16, 20 и 24 БСОК 12 и БСПФК 15 с БПВН 19 и БПВИНВС 23 могут быть выполнены в виде реактивных штырей или в комбинации в виде полосковых проводников.

Структурная схема приемно-передающей экранированной монопольной антенны с контуром обратной связи автоматического импедансного согласования и фаза-амплитудной коррекции антенно-фидерного тракта представлена на фиг.3.

Основным функциональным элементом, определяющим наличие ВНПВ волн типа ТЕМ после суммирования в одноканальной цепи БПВИНВС 19 является КУПВНВС 35 выполненным на НО 36, включенный проходным каналом 37 в основную цепь преобразований антенно-фидерного тракта.

Связанный канал 38 НО 36 определяет наличие ВНПВ волн типа ТЕМ в основной цепи антенно-фидерного тракта и подключен к входу АС 39, выходы которого формируют выходной канал импедансного согласования 40 и выходной канал фаза-амплитудной коррекции 41, каждый из которых состоит из двух вычислительно-исполнительных ветвей: - ветви импедансного согласования состоящей из ФУС БИС 42, который формирует два канала, один канал - это опорный канал БУИСОК 43, БИСОК 44 и другой канал - это противофазный канал БУИСПФК 45, БИСПФК 46; - ветви фаза-амплитудной коррекции состоящий из ФУС БФАК 47, который формирует два канала, один канал - это опорный канал БУФАКОК 48, БФАКОК 49 и другой канал - это противофазный канал БУФАКПКФ 50, БФАКПФК 51.

Все блоки импедансного согласования и блоки фаза-амплитудной коррекции контура обратной связи могут быть выполнены на базе симметричных экранированных печатных полосковых линий передачи.

Выполнение БИСОК 44, БИСПФК 46, БФАКОК 49 и БФАКПФК 51 с памятью позволяет провести согласование, запомнить параметры согласования и отключить контур обратной связи. Данная операция согласования соответствует режиму калибровки антенны.

Не скомпенсированные ВНПВ ЭМВ типа ТЕМ контуром обратной связи импедансного согласования и фаза-амплитудной коррекции осуществляется подключением к выходу КУПВНВС 35 блока поглощения 26 апертурных ВНПВ ЭМВ типа ТЕМ, например выполненного на основе коаксиального или полоскового аттенюатора.

Введение дополнительного блока поглощения ВНПВ ЭВМ типа ТЕМ позволят практически свести к нулю ВНПВ ЭВМ типа ТЕМ, которая в данном случае является нежелательной (паразитной).

Автоматическое электронное согласование с помощью кольца обратной связи обеспечивает более полное полеволновое нуль-векторное суммирование двух, наложенных друг на друга, противофазных ВНПВ ЭМВ типа ТЕМ с противофазными и противонаправленными векторами напряженности электрического и магнитного полей в БНСП ЭМВ с минимальным уровнем составляющих ВНПВ ЭМВ, в данном случае являющихся паразитными.

Антенна может быть выполнена с установкой на коаксиальный проводник 28 монопольной антенны 30 внутри металлического экрана 33 диэлектрика 34. Установка диэлектрика позволяет обеспечить жесткость конструкции экранированного монопольного излучателя 30.

В связи с этим при частичной нуль-векторной полеволновой ситуации общая электромагнитная энергия переносится ВНПВ ЭМВ и БНПС ЭМВ, т.е. имеет место смешанный режим.

Введение блока ловушка-поглотитель апертурных ВНПВ ЭМВ типа ТЕМ 26 позволяет значительно уменьшить их уровень и тем самым уменьшить потери в режиме излучения. В режиме приема ВНПВ ЭМВ типа ТЕМ полностью экранируются металлическим экраном 33.

Источники информации

1. «Продольные электромагнитные волны». - Библиография 1970-2021. (183 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 С.А., 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.K. Томилин, А.Ф.Лукин, А.Н. Гуськов. Эксперимент по созданию канала радиосвязи в морской среде. Письма в ЖТФ, 2021, том 47, вып.11, стр. 48-50.

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

7. 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.

8. 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).

9. 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).

10. 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).

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

12. 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'.

13. 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).

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

15. Патент РФ «Способ и антенна для передачи и приема продольных электромагнитных волн», №2354018 С2, кл. МКИ Н 01 Q 11/06, 2008 г.)

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

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

18. [Электронный ресурс]: Режим доступа: (https://referatbank.ru/referat/previern/11286/referat-prodolnve-elektromagnitnye-volny.html).

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

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

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

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

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

24. Патент РФ №2619799, Фиксированный фазовращатель СВЧ, кл. МПК Н01Р1/18, 2017.

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

26. 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.

Использование: данное изобретение относится к области радиотехники, в частности к приемно-передающим антеннам безвихревых неполяризованных скалярно-продольных (БВНСП) электромагнитных волн (ЭМВ) СВЧ-диапазона, и может найти применение в системах связи, в радиолокации, в медицинских приборах электромагнитной гипертермии и электромагнитных аппликаторах, в задачах радиомониторинга, в задачах электромагнитной совместимости. Сущность: приемно-передающая антенна содержит трехдецибельный делитель мощности 3 с опорным 4 и противофазным 5 каналами, взаимный двухканальный фазасдвигающий блок (ДКФСБ) 8, формирующий сигналы с разностью фаз 180, взаимный блок синхронизации опорного канала (БСОК) 12, взаимный блок синхронизации противофазного канала БСПФК 15, двухканальный по входу и одноканальный по выходу блок полеволнового наложения (БПВН) 19, блок полеволнового интерферационного нуль-векторного суммирования (БПИНВС) 23, блок ловушка-поглотитель 26 апертурных ВНПВ ЭМВ, экранированную монопольную антенну в виде несимметричного вибратора 30 с металлическим четвертьволновым стаканом 32, металлический экран 33 монопольной антенны. Технический результат: создание приемно-передающей экранированной монопольной антенны, которая в режиме излучения преобразует входные вихревые неполяризованные поперечно-векторные (ВНПВ) ЭМВ типа ТЕМ в излучаемое БВНСП ЭМП, а в режиме приема преобразует принятую БВНСП ЭМВ в ВНПВ ЭМВ типа ТЕМ, все функциональные элементы и фидерный тракт выполняются на симметричных экранированных полосковых линиях передачи. 7 з.п. ф-лы, 3 ил.

1. Приемно-передающая антенна, содержащая 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, опорный и противофазный каналы фидерного тракта электромагнитной волны типа ТЕМ, блок двухканальный по входу и одноканальный по выходу полеволнового наложения, антенну, отличающаяся тем, что блок деления входной вихревой неполяризованной поперечно-векторной электромагнитной волны типа ТЕМ выполнен в виде трехдецибельного делителя мощности с развязанными выходными каналами, выполненного на основе симметричной экранированной полосковой линии, 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 соединены с опорным и противофазным входными каналами 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 симметричной фидерной линии электромагнитной волны типа ТЕМ, при этом фидерные линии выходного опорного канала и выходного противофазного канала проходного взаимного двухканального фазосдвигающего блока подключены к фидерным линиям входных каналов введенных идентичных блока синхронизации опорного канала и блока синхронизации противофазного канала с элементами регулирования режима синхронизации в каждом канале противофазных вихревых неполяризованных поперечно-векторных электромагнитных волн типа ТЕМ с противонаправленными противофазными векторами напряженности электрического и магнитного полей соответственно, каждый из которых выполнен на основе симметричной экранированной печатной полосковой области в форме ромба, причем одна горизонтальная сторона ромба блока синхронизации опорного канала и одна горизонтальная сторона ромба блока синхронизации противофазного канала со стороны фидерных линий входных каналов расположены на одной прямой и к каждой стороне по центру подключены фидерные линии выходного опорного канала и выходного противофазного канала проходного взаимного двухканального фазосдвигающего блока соответственно, при этом выходные каналы блока синхронизации опорного канала и блока синхронизации противофазного канала расположены на середине другой горизонтальной стороне ромба опорного канала и на середине другой горизонтальной стороне ромба противофазного канала, на выходе 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 полосковых проводников симметричных экранированных полосковых линий и подключены к входным каналам двухканального по входу и одноканального по выходу блока полеволнового наложения с элементами настройки, который выполнен в виде блока геометрического векторного полеволнового противофазного наложения двух когерентных вихревых неполяризованных поперечно-векторных электромагнитных волн типа ТЕМ с противофазными и противонаправленными векторами напряженности электрических и магнитных полей, который выполнен на основе симметричной экранированной печатной полосковой области в форме равнобедренной трапеции, к большему основанию которой гальванически подключены фидерные линии выходного опорного канала и выходного противофазного канала блока синхронизации опорного канала и блока синхронизации противофазного канала соответственно, при этом к меньшему основанию равнобедренной трапеции блока полеволнового наложения по центру подключена фидерная линия входного канала введенного взаимного блока полеволнового интерферационного нуль-векторного суммирования, который выполнен на основе симметричной экранированной печатной полосковой области прямоугольной формы с элементами регулирования полеволнового интерферационного нуль-векторного режима суммирования, при этом фидерная линия выходного канала блока полеволнового интерферационного нуль-векторного суммирования на выходе с безвихревой неполяризованной скалярно-продольной электромагнитной волной подключена к входному каналу введенного взаимного блока ловушка-поглотитель апертурных вихревых неполяризованных поперечно-векторных электромагнитных волн типа ТЕМ с противофазными и противонаправленными векторами напряженности электрического и магнитного полей, выполненного в виде секции на отрезке экранированной фидерной линии передачи волны типа ТЕМ с установленной внутрь секции вставкой из радиопоглощающего материала, при этом фидерная линия выходного канала блока поглощения апертурных вихревых неполяризованных поперечно-векторных электромагнитных волн типа ТЕМ с противофазными и противонаправленными векторами напряженности электрического и магнитного полей подключена к коаксиальному соединителю, коаксиальная часть которого выполнена в виде отрезка коаксиальной линии, к концу центрального проводника которой подключена монопольная антенна, представляющая собой несимметричный электрический вибратор, причем на земляном проводнике отрезка коаксиальной линии установлен металлический четвертьволновой 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 отрезка коаксиальной линии и гальванически с ним соединена, причем на монопольную антенну с металлическим четвертьволновым стаканом установлен металлический экран цилиндрической формы, выполненный из немагнитного материала, который на одном конце, со стороны монопольной антенны, закорочен, а другой конец цилиндрического экрана механически закреплен и гальванически соединен с земляным проводником отрезка коаксиальной линии передачи.

2. Приемно-передающая антенна по п. 1, отличающаяся тем, фидерный тракт взаимных опорного канала и фидерный тракт противофазного канала двухканального взаимного фазосдвигающего блока выполнены на основе отрезков фидерных экранированных 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 ответвителей с четвертьволновой боковой электромагнитной областью связью, 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 и противофазного каналов 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 ответвителей, причем каждый направленный ответвитель выполнен состоящим по меньшей мере из двух включенных каскадно полосковых направленных ответвителей с боковой электромагнитной областью связи, причем 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. 2, или 3, или 4, отличающаяся тем, что в разрыв фидерного тракта опорного канала и/или в разрыв фидерного тракта противофазного канала последовательно включен по меньшей мере один взаимный проходной фазовращатель.

6. Приемно-передающая антенна по п. 1, отличающаяся тем, что полосковый проводник, соединяющий выходной опорный канал блока синхронизации опорного канала, и полосковый проводник, соединяющий выходной противофазный канал блока синхронизации противофазного канала с входным опорным каналом и входным противофазным каналом блока полеволнового наложения соответственно, выполнены шириной, равной длине горизонтальной стороны ромба блока синхронизации опорного канала и блока синхронизации противофазного канала соответственно, при этом боковые кромки полосковых проводников в плоскости, проходящей через продольную ось симметрии равнобочной трапеции блока полеволнового наложения, гальванически соединены между собой.

7. Приемно-передающая антенна по п. 1, отличающаяся тем, что в разрыв фидерной линии, соединяющей выходной опорный канал двухканального взаимного фазосдвигающего блока с входным каналом блока синхронизации опорного канала, включены введенные взаимные последовательно соединенные блок импедансного согласования опорного канала и блок фазоамплитудной коррекции опорного канала, при этом в разрыв фидерной линии, соединяющей выходной противофазный канал двухканального взаимного фазосдвигающего блока с входным каналом блока синхронизации противофазного канала, включены введенные взаимные последовательно соединенные блок импедансного согласования противофазного канала и блок фазоамплитудной коррекции противофазного канала.

8. Приемно-передающая антенна по п. 7, отличающаяся тем, что блоки импедансного согласования опорного и противофазного каналов и блоки фазоамплитудной коррекции опорного и противофазного каналов выполнены с электронно-перестраиваемыми параметрами соответственно, при этом в разрыв фидерной линии, соединяющей выходной канал блока полеволнового интерферационного нуль-векторного суммирования выходной безвихревой неполяризованной скалярно-продольной электромагнитной волной с входным каналом блока ловушка-поглотитель апертурных вихревых неполяризованных поперечно-векторных электромагнитных волн типа ТЕМ с противофазными и противонаправленными векторами напряженности электрического и магнитного полей, 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 боковой электромагнитной связью на симметричной экранированной полосковой линии, причем направленный ответвитель включен в разрыв проходным каналом, при этом связанный канал направленного ответвителя подключен к входу введенного анализатора сигналов, один выход которого подключен к входному каналу введенного формирователя управляющего сигнала блока фазоамплитудной коррекции опорного канала и блока фазоамплитудной коррекции противофазного канала, другой выход которого подключен к входному каналу введенного формирователя управляющего сигнала блока импедансного согласования опорного канала и блока импедансного согласования противофазного канала, при этом один и другой выходы формирователя управляющего сигнала блока фазоамплитудной коррекции подключены к входному каналу блока управления фазоамплитудной коррекции опорного канала и входному каналу блока управления фазоамплитудной коррекции противофазного канала соответственно, при этом выходные каналы блоков управления подключены к входным каналам управления перестраиваемых блока фазоамплитудной коррекции опорного канала и блока фазоамплитудной коррекции противофазного канала соответственно вихревых неполяризованных поперечно-векторных электромагнитных волн типа ТЕМ с противофазными и противонаправленными векторами напряженности электрического и магнитного полей, а один и другой выходы формирователя управляющего сигнала блока импедансного согласования подключены к входному каналу блока управления импедансного согласования опорного канала и входному каналу блока управления импедансного согласования противофазного канала соответственно, при этом выходные каналы блоков управления подключены к входным каналам управления перестраиваемых блока импедансного согласования опорного канала и блока импедансного согласования противофазного канала соответственно вихревых неполяризованных поперечно-векторных электромагнитных волн типа ТЕМ с противофазными и противонаправленными векторами напряженности электрического и магнитного полей.