Способ излучения электромагнитной энергии Советский патент 1980 года по МПК H01Q1/00 

Изобретение относится к области устройств и методов для излучения и приема электромагнитных волн,в частности к методам излучения и приема 5 электромагнитных волн с использованием плазмы, и может быть использовано в технике антенн и индукционных ускорителей.

Известен способ излучения элёктро-ю магнитной энергии путем подвода высокочастотного напряжения к электрическому вибратору в антеннах типа волновой канал l .

Недостаток этого способа получе- j ния электромагнитной энергии состоит в малом сопротивлении и, следовательно, в малом значении излучаемой мощности,

Известен также способ излучения 20 электромагнитной энергии путем подведения высокочастотного напряжения к электрическому вибратору

Недостаток этого способа также состоит в малом значении сопротйвле- 25 ния излучения.

Целью изобретения является увеличение сопротивления излучения.

Цель достигается тем, что по предлагаемому способу создают плазмеи- JQ

,ный проводник, и свободный конец электрического вибратора вводят в контакт с плазменным проводником, причем размеры плазменного проводника не превосходят длины волны в среде, а плазменная частота электронов больше ч.абтоты подведенного напряжения.

Способ осуществляют следующим образом.

Подводят высокочастотное напряжение к электрическому вибратору, затем создают плазменный проводник, и свободный конец электрического вибрато.а вводят в контакт с плазменным пройодником. При этом Плазменные проводники создают таких размеров, чтобы они были меньше длины волны в среде, а параметры состояния таковы, что плазменная частота электронов бо.пьше частоты подведенного напряжения.

Влияние плазменного проводника на сопротивление излучения электрического вибратора можно пояснить на примере магнитной антенны, рассмотрев влияние магнитного сердечника на виJTOK электрического тока.

гжгеггч-Л :.- Под действием магнитного поля то ка происходит упорядочение расположения молекулярных.токов, замыкающи ся в пределах каяодого атома магнети ка. При этом молекулярные токи скла дываются таким образом, что их прил гающие отрезки взаимно компенсируют ся всюду, кроме внешней поверхности сердечника. Поэтому действиевсех молекулярнвлх токов будет такое же, как действие некоторого поверхностного тока, обтекаки|его поверхность сердечника. Этот ток складывается, в фазе с током, протекающим в прово де, в результате возрастает напряже ность магнитного поля в свободном. пространстве и, следовательно, сопротивление излучения: витка с элек трическим током. Электрических сердечников, увеличивакадих электрическое поле и сопротивление излучения с магнитным током, в настоящее время не было известно. В то же время, виток магнитного тока является аналогом электрического диполя, расположенного вдоль оси витка, и. можно показать что возможйо увеличение сопротивления йэлучейия электрического диполя при использовании плазмыв качестве электрического (Сердечника. С целью упрощения расчетов рассмотрим сердечник в виде длинного узкого цилиндра, на который намотан соленоид с магнитным тОком 1, Физически такой ток можно реализов с помощью Тороидального трансформатора тока, надетого на цилиндр. Как уже указывалось выше, резуль таты расчетов, полученные для соленоида с магнитным тококг, качественно можно распространить на случай электрического диполя, помещенного на оси цилиндра. В этом слу.чае . слово сердечник йужнрпбниШть в смысле оболочки, которая окружает диполь. Для достаточно длинного соленоида электрическое поле в пределах плазменного сердечника однородно и равно где W -,число витков соЛеноида; . 6 - егодлина. . Под до здействием поля Е в плазме возникает объемная электрическая поляризация где р - диэлектрическая проницаемость свободного пространства, fjj - плазменная частота электро нов; . „ ,...... f - частота .сигнала. Электрические дипольные моменты в каждой точке сердечника можно заменить эквивалентными им витками магнитного поля. При сложении этих их прилегаквдие отрезки взаимно компенсируются всюду, кроме поверхности цилиндра, поэтому действие плазменного цилиндра на соленоид с магнитным током можно охарактеризовать появлением некоторого магнитного тока на поверхности цилиндра. Обозначим линейную плотность этого тока через 1. тогда полная сила поверхностного тока будет I В , а величи.на его электрического момента PN--- o3 (3) где V - объем цилиндра, S - площадь его поперечного сечения цилийдра. Из (1) - ( 3) имеем Ц /-loYiNV - Р° Результирующая плотность тока, протекаквдего через единицу длины соленоида, равна ... (5) s е r- o-ebH-fy JКак видно из (5); увеличение результирующего тока и, следовательно, излученной мощности имеет место - f 2. В случае, когда величина (-,-) соизмерима с единицей иЛи больше единицы, то есть при fр f. Таким образом, можно говорить об увеличении величины излученной мощности при фиксированном значении магнитного тока., что Эквивалентно возрастанию сопротивления излучения R рассмотренноГО соленоида с магнитным током. Для экспериментальной проверки эффективности способа были выполнены исследования излучения симметричного электрического вибратора и сферической антенны из ограниченных объемов изотропной плазмы в области частот f fо. Плазма создавалась при зажигании тлеющего разряда в газоразрядных трубках, выполненных либо в виде цилиндра длиной 22 см н диаметром 4 см, либо в виде сферы диаметром 14 см, заполненных ксеноном до давления порядка 10 мм рт.ст. В цилиндрическую трубку были впаяны молибденовые,, зонды, имеющие форму симметричного электрического вибратора с длиною плеч 5 см, а в сферическую - две металлические полусферы диаметром 6,5 см. В качестве источника сигнала использовался генератор с симметричным выходом. Прием сигналов .. . .

осуществлялся на расстоянии г 7 3 Д-д от излучателя ( А-о длина волны в свободном пространстве) Во время эксперимента проводились одновременные измерения напряженности поля в точке приема и тока в передакнцей антенне в зависимости,от тока разряда 1р и частоты сигнала. Это позволило вьщелить две основные причи,ны, вызывакнцие увеличение излученной мслцности: настройку антенны в резонанс и рост величины сопротивления . излучения.

В результа1:е проведенных измерений было показано, что модность излучения при наличии плазмйнного проводника возрастает с . тока разряда; и уменьшением чаётоты сигнала при прочих равных условиях,что согласует&я с формулой (5), если принять во внимание, что 1р f. Увеличение мощности излучения, полученное путем настройки антенны в резонанс, значительно меньше эффекта, обусловленного плазменным проводни-т ком.

Таким образом, использование плазменного проводника в качестве электрического сердечника при конструировании антенных устройств позволяет создать антенные устройства, которые излучают большую мощность по сравнений) с антеннами таких же размеров в. свободном пространстве или ту же мсяцность, но при меньших габаритах .

Формула изобретения

Способ излучения электромагнитной энергии путем подведения высокочастотНого напряжения к электрическому вибратору, отличающийся , что, с целью увеличения сопротивления излучения, создают плаЗменный проводник и свободный конец

5 электрического вибратора вводят в контакт с плазменньол проводником,причем размеры плазменного проводника не превосходят длины волны fe среде, а плазменная частота электронов боль0ше частоты подведенного напряжения .

Источники информации, Принятые во внимание при экспертизе

5 1959.

2.Кузнецов В.Д. Исследование антенн бегущей волны. Радиотехника, 1950, № 5, с. 26 (прототип).