Способ возбуждения электромагнитных волн

Изобретение относится к области радиотехники и может быть использовано при разработке устройств для излучения радиоволн преимущественно дециметрового и более длинноволнового диапазона электромагнитных волн. Способ возбуждения электромагнитных волн заключается в том, что каждый период гармонического колебания разбивается на N импульсов прямоугольной формы одинаковой амплитуды, сумма которых воспроизводит гармонический сигнал. При этом каждый импульс формируется одним из N активных элементов, работающих в ключевом режиме, а каждый активный элемент нагружен на один из N пассивных излучающих элементов. Техническим результатом является снижение габаритов излучающего устройства по сравнению с габаритами существующих антенн. 3 ил.

 

Настоящее изобретение относится к области радиотехники и связи и может быть использовано при разработке устройств для излучения радиоволн преимущественно дециметрового и более длинноволнового диапазона электромагнитных волн.

Существующий способ возбуждения электромагнитных волн основан на использовании в качестве излучателей отрезков проводов с низким удельным сопротивлением различной конфигурации (штыри, петли, их комбинации, антенные решетки и т.д.). Принципы конструирования антенн, в том числе и активных передающих, описаны в многочисленной литературе, например:

- Фельд Я.Н. Основы теории антенн. М.: Дрофа, 2007;

- Нефедов Е.И. Антенно-фидерные устройства и распространение радиоволн. М.: Академия, 2008;

- Неганов В.А. Современная теория и практические применения антенн. М.: Радиотехника, 2009;

- Maclean Т S М., Ramsdale P.A. Short active serial for transmission - Jnt J. Electron., 1974, v. 36, №2, p. 261-269;

- Должников B.B., Цыбаева Б.Г. Активные передающие антенны. М.: Радио и связь, 1984 г. Формирование и анализ модели активной передающей антенны (прототип).

Активные антенны - это устройства, объединяющие собственную антенну (пассивная часть) и активные элементы усиления, преобразования или генерации сигналов. В этом случае объединение функции таких устройств (прием или передача радиоволн и усиление, преобразование или генерация сигналов введенными в антенну активными элементами) не реализуются обычным последовательным соединением ряда функционально законченных узлов, а обеспечиваются электрически единым устройством.

К общему недостатку существующего способа возбуждения электромагнитных колебаний можно отнести то, что эффективность излучения существенно зависит от геометрических характеристик излучающих элементов антенны, конструкции которых должны соответствовать длинам волн рабочих частот возбуждаемых электромагнитных колебаний, что приводит к большим геометрическим размерам антенн, особенно в области низких частот.

Целью изобретения является снижение геометрических размеров устройств возбуждения электромагнитных волн.

Поставленная цель достигается за счет того, что каждый период гармонического колебания разбивается на N импульсов прямоугольной формы одинаковой амплитуды, сумма которых воспроизводит гармонический сигнал, каждый импульс формируется одним из N активных элементов, работающих в ключевом режиме, при этом каждый активный элемент нагружен на один из N пассивных излучающих элементов.

Блок-схема варианта реализации предлагаемого способа возбуждения электромагнитных волн представлена на фиг. 1. Обозначения принятые на фиг. 1: АЭ1, АЭ2, …, АЭN - активные элементы от 1 до N; И1, И2, …, ИN - излучатели.

Работа устройства, реализующего предлагаемый способ возбуждения электромагнитных волн, заключается в следующем.

Все активные элементы (например, транзисторы) должны быть однотипны и поставлены в ключевой режим усиления. На входную клемму каждого из них подается импульс прямоугольной формы одинаковой амплитуды, длительность которого определяется формулой

,

где T - период рабочей частоты; n - номер активного элемента.

На фиг. 2 графически представлена огибающая N суммируемых прямоугольных импульсов. Она близка к форме гармонического колебания, соответствующего усиливаемому гармоническому сигналу в усилителе класса A. Усиливаемый сигнал в классе усиления A представляется в следующем виде:

i(t)=Im(1+cosωt),

где Im - амплитуда гармонического колебания; ω=2π/T.

При максимальном значении тока усилителя, равном 2Im, амплитуда каждого импульса выбирается равной 2Im/N.

Величина амплитуды 1-й гармоники I1 от всех N импульсов определяется с помощью разложения Фурье:

.

Поскольку нагрузкой каждого активного элемента является излучатель (например, петлевой вибратор с геометрическими размерами, существенно меньшими длины волны рабочей частоты), то суммирование происходит в эфире.

Таким образом, принципиальным отличием предлагаемого способа излучения от традиционного является то, что основным фактором в формировании электромагнитной волны заданной частоты являются не геометрические размеры излучателя, а количество излученных импульсов заданной, соответствующей рабочей частоте длительности.

Для оценки уровней высших гармоник рассчитаем их амплитуды, которые определяются следующим соотношением:

Следует учесть, что спектр прямоугольных импульсов не содержит гармоник четных порядков (см., например, Е.И. Манаев. Основы радиоэлектроники. М.: Радио и связь, 1985).

Результаты расчета представлены на фиг. 3. Уровень высших гармоник на фиг. 3 представлен в дБ. Из приведенного на фиг. 3 графика видно, что уровень высших гармоник зависит от числа N активных элементов, и при N≥200 уровень высших гармоник не превысит – 68дБ, что в большинстве случаев удовлетворяет требованиям электромагнитной совместимости радиоэлектронных средств на объекте.

При смене рабочей частоты изменяется длительность периода T и, соответственно, длительность импульсов tn включения каждого активного элемента.

Таким образом, в предлагаемом способе излучающие элементы возбуждают в окружающей среде электромагнитные импульсы, сумма которых возбуждает электромагнитную волну заданной частоты, при этом в отличие от традиционного способа не требуется поддержания соответствия геометрических размеров излучателей длине волны рабочей частоты.

Способ возбуждения электромагнитных волн, состоящий в том, что каждый период гармонического колебания разбивается на N импульсов прямоугольной формы одинаковой амплитуды, сумма которых воспроизводит гармонический сигнал, причем каждый импульс формируется одним из N активных элементов, работающих в ключевом режиме, при этом каждый активный элемент нагружен на один из N пассивных излучающих элементов.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к антенной технике. Устройство для беспроводной связи, содержащее: антенный модуль миллиметрового диапазона, содержащий по меньшей мере два антенных элемента, корпус, включающий в себя проводящие структуры с апертурой для согласования антенного модуля с внешним пространством.

Изобретение относится к радиоэлектронной аппаратуре и может применяться в антенной технике в качестве полотна антенного фазированной антенной решетки (ФАР). Техническим результатом, на достижение которого направлено предлагаемое техническое решение, является расширение функциональных возможностей, упрощение конструкции, точность позиционирования и надежность крепления большого количества элементов ФАР.

Изобретение относится к радиотехнике, в частности к антенной технике, и может быть использовано в составе радиолокационных станций. Способ формирования круговой зоны электронного сканирования цилиндрической фазированной антенной решетки, основан на размещении на ее поверхности излучателей, объединенных по образующей цилиндра в эквидистантно расположенные линейки излучателей, формирующие одинаковые диаграммы направленности, определении размеров углового сектора расположения линеек излучателей, излучении плоского поля путем электронного управления фазовым сдвигом сигналов, проходящих через излучатели.

Изобретение относится к области приемопередающих антенных решеток наклонной поляризации для ретрансляторов связи. Особенностью заявленной антенной решетки наклонной поляризации модуля позиционирования и дальней связи мобильного многофункционального аппаратно-программного комплекса длительного кардиомониторирования и эргометрии является то, что все антенные излучатели выполнены в виде V-образных вибраторов, каждый антенный излучатель N пары дополнительно содержит второй V-образный вибратор, соединенный противофазно с первым V-образным вибратором, когда первое левое плечо первого V-образного вибратора отрицательного потенциала первого излучателя N пары соединено со вторым правым плечом второго V-образного вибратора отрицательного потенциала первого излучателя N пары, а второе правое плечо первого V-образного вибратора положительного потенциала первого излучателя N пары соединено с первым левым плечом второго вибратора положительного потенциала первого излучателя N пары.

Изобретение относится к области приемопередающих антенных решеток наклонной поляризации для ретрансляторов связи. Особенностью заявленной приемопередающей антенной решетки модуля позиционирования и дальней связи мобильного многофункционального аппаратно-программного комплекса длительного кардиомониторирования и эргометрии является то, что все антенные излучатели выполнены в виде V-образных вибраторов, каждый антенный излучатель N пары дополнительно содержит второй V-образный вибратор, соединенный противофазно с первым V-образным вибратором, когда первое левое плечо первого V-образного вибратора отрицательного потенциала первого излучателя N пары соединено со вторым правым плечом второго V-образного вибратора отрицательного потенциала первого излучателя N пары, а второе правое плечо первого V-образного вибратора положительного потенциала первого излучателя N пары соединено с первым левым плечом второго вибратора положительного потенциала первого излучателя N пары.

Изобретение относится к области радиолокационной техники. Для охлаждения активной фазированной антенной решетки (АФАР) в промежутке между боковой стенкой корпуса каждого из приемо-передающих модулей, входящих в состав каждого ряда АФАР, и элементом несущей конструкции полотна АФАР с суммарным зазором, составляющим от 0,1 до 0,5 мм, в зонах, соответствующих расположению тепловыделяющих элементов каждого из приемо-передающих модулей, размещено две трубы, по существу, эллиптического поперечного сечения.

Изобретение относится к области радиотехники и может быть применено при одновременном измерении двух угловых координат (УК) цели в системах моноимпульсной радиолокации и радиопеленгации.

Изобретение относится к области антенной техники. Особенностью заявленной волноводно-щелевой антенной решетки резонансного типа является то, что распределительная система в подрешетке выполнена на развязанных неравновесных делителях мощности, представляющих собой модифицированные двойные Т-мосты с повернутыми носиками Г-образных элементов, а связь распределительной системы с излучающими волноводами осуществляется через гантельные щели в общей широкой стенке.

Изобретение относится к электронным средствам связи и радиолокационным системам. Заявлены фазированная антенная решетка и система связи, содержащая данную антенную решетку; причем особенностью указанной антенной решетки является то, что антенная подрешетка в горизонтальной проекции имеет треугольную форму, а излучающие элементы расположены в треугольной решетке на указанной основе из пеноматериала, причем антенная решетка содержит множество целых шестиугольных панелей, каждая из которых собрана из шести треугольных блоков подрешетки, и множество половинок шестиугольных панелей, причем целые шестиугольные панели и половинки шестиугольных панелей расположены так, что образуют плотно упакованный антенный блок.

Изобретение относится к сверхвысокочастотной радиотехнике. Особенностью заявленной антенной решетки с частотным сканированием является то, что антенная решетка выполнена в виде трех механически сочленяемых плит, в первой и с одной стороны второй плитах методом фрезерования на глубину в полширины волноводного канала выполнены каналы змейкового волновода, а с другой стороны второй и третьей плитах - каналы волноводно-щелевых линеек, электрическая связь змейкового волновода с волноводно-щелевыми линейками осуществляется через элементы связи волноводных каналов направленных ответвителей в общей узкой стенке двух волноводов, причем элементы связи в направленных ответвителях выполнены в виде наклонных щелей, а щелевые излучатели в линейках выполнены в виде прямых щелей, возбуждаемых U-образными проводниками полуволновой длины.

Изобретение относится к технике измерений ФАР с большим числом N элементов и может применяться для их диагностики при частичном или полном отказе устройства управления фазой части излучателей тестируемой ФАР в процессе разработки, изготовления, настройки и эксплуатации ФАР. При решении задачи диагностики используют данные комплексных амплитуд токов (или напряжений) возбуждения излучателей и данные измерений, полученных в тех же точках БЗ при излучении сигналов бездефектной опорной ФАР, размещаемой на месте тестируемой ФАР и конструктивно полностью совпадающей с ней. Затем формируют функцию разности комплексных амплитуд возбуждения излучателей новой разреженной ФАР и функцию разности комплексных напряжений, регистрируемых на выходе зонда в точках проведенных измерений. В прототипе на основе знания характеристик новой разреженной ФАР, последующего формирования и минимизации целевой функции определяют с приемлемой вероятностью, зависящей от уровня ошибок измерения и аддитивного шума, координат всех излучателей тестируемой ФАР, ряд потенциально дефектных (ПД) излучателей, которые могут быть включены в группу рабочих или дефектных излучателей. Предлагаемый способ диагностики позволяет на основе дополнительных измерений неподвижным зондом определить фазу любого из ПД излучателей тестируемой ФАР путем изменения его фазы возбуждения на 180°. Техническим результатом предлагаемого изобретения является повышение достоверности, увеличение точности и создание новых функциональных возможностей при диагностике тестируемой ФАР по сравнению с прототипом, реализуемых на основе определения ошибки установки фаз или полного отказа устройства управления фазой в любом ПД или дефектном излучателях тестируемой ФАР, создание эффективного критерия классификации ПД излучателей тестируемой ФАР на рабочие и заведомо дефектные. 6 ил.

Изобретение относится к антенной технике и может быть использовано при создании антенных систем во вторичной радиолокации. Антенная система вторичного радиолокатора состоит из основной антенны канала запроса, антенны канала подавления боковых лепестков, установленной вне основной антенны канала запроса. Также введено устройство, обеспечивающее электрическую связь основной антенны и антенны канала подавления боковых лепестков. Технический результат заключается в уменьшении уровня боковых лепестков, ширины основного луча ДН антенны канала, повышении темпа обзора, увеличении точности определения угловых координат летательного аппарата при сохранении небольших массогабаритных показателей антенной системы. 1 з.п. ф-лы, 6 ил.
Наверх