устройство для излучения продольно-скалярных электромагнитных волн

Формула изобретения

Устройство для излучения, содержащее возбуждающий элемент, волновод, рупор, отличающееся тем, что, оно снабжено вторым волноводом и вторым возбуждающим элементом, возбуждающие элементы установлены в волноводах, которые выполнены разной длины и сводятся в одну плоскость своими открытыми торцами и далее посредством обратного рупора в равнопрофильный им суммирующий волновод, оканчивающийся рупором, причем волноводы различаются на половину длины излучаемой общей электромагнитной волны.

Описание изобретения к патенту

Заявляемое устройство относится к радиотехничекой области. Может быть использовано преимущественно для целей радиосвязи и радиолокации.

Аналогами заявляемому устройству являются рупорные антенны, которые характеризуются тем, что содержат один волновозбуждающий элемент и один волновод, заканчивающийся рупором. Они обладают свойством излучать поперечно-векторные электромагнитные волны (ЭМВ). Рисунки схем и описание различных их характеристик изложены в следующих источниках:

Г.Н.Кочержевский, Г.А.Ерохин, Н.Д.Козырев, «Антенно-фидерные устройства» М.: «Радио и связь», 1989 г., стр.182-190.

Л.А.Вайнштейн, «Электромагнитные волны», М.: «Радио и связь», 1978 г., стр.197-210.

Отличительной от аналогов характеристикой заявляемого устройства является наличие двух волновозбуждающих элементов и двух волноводов, различающихся на длину излучаемой полуволны, что сообщает устройству свойство излучать ранее неизвестные продольно-скалярные электромагнитные волны.

В свободном пространстве и в плосковолновом приближении векторы напряженности их электрического и магнитного полей взаимно коллинеарны и ортогональны плоскости фронта ЭМВ

Безвихревое электрическое поле продольно-скалярной ЭМВ создает разность потенциалов в продольно ориентированном к ней разомкнутом электропроводнике (в продольно ориентированной штыревой антенне). Электродвижущая сила не образуется в замкнутом электропроводнике (в рамочной антенне).

Магнитное поле продольно-скалярной ЭМВ воздействует на движущиеся электрические заряды силой, направленной вдоль вектора их скорости (в плазме, в устройствах обмена энергией между электромагнитным полем и движущимися электрически заряженными частицами).

По указанному отличительному свойству излучать ранее неизвестные продольно-скалярные ЭМВ заявляемое устройство является пионерским.

Цель изобретения - совершенствование радиосвязи и радиолокации посредством использования наряду с вихревыми поперечно-векторными еще и безвихревых продольно-скалярных ЭМВ.

В основе принципа действия заявляемого устройства лежат достоверные факты, согласно которым изменение геометрической симметрии объекта или природного явления сопровождается изменением физических свойств участников.

Например, воздействием на тело направленной силой осуществляется его ускорение.

Тело в этом случае проявляет свойство инерционности.

В более симметричном варианте воздействия на тело двумя равными, но противоположно направленными силами, осуществляется его деформация. В этом случае тело проявляет другое свое же свойство - упругость.

Практическое изменение симметрии причины сопровождается изменением симметрии следствия.

Это выражается в том, что ньютоновская причинно-следственная связь переходит в гуковскую.

Теоретическая интерпретация сути симметрийно-физического перехода в приведенном механическом явлении следующая.

Геометрическое суммирование двух равных и противоположно направленных векторов механических сил в итоге дает нуль-вектор, не обладающий свойством направленности. При очевидном сохранении своей действенности в нуль-векторной ситуации противонаправленные силы, как более симметричная причина, вызывают более симметричное следствие. Обуславливают иной, более симметричный физический отклик в теле посредством проявления в нем другого своего же свойства.

Теоретическим признаком практической реализации симметрийно-физического перехода является образование нуль-векторной ситуации, в которой сохраняется действенность реальности, описываемой взаимно скомпенсировавшимися векторами.

По аналогии с приведенным примером электрическое и магнитное поля в более симметричной ситуации - в более симметричной ЭМВ - также проявляют иные свои же свойства.

В нуль-векторной электромагнитной ситуации также сохраняется действенность противонаправленных электрического и магнитного полей, что объясняется сохранением их электромагнитной энергии. Как и в механическом, в электромагнитном явлении более симметричные причины вызывают более симметричные следствия.

Изменяется характер силового воздействия более симметричных полей на электрические заряды и их токи. Изменяется характер индукционных процессов, в которых более симметричное индуцирующее переменное поле обуславливает образование более симметричного индуцируемого поля.

В итоге вместо свойств поперечно-векторной ЭМВ проявляются свойства продольно-скалярной ЭМВ.

Таким образом, теоретическое раскрытие принципа действия заявляемого устройства основывается на демонстрации аналогии сути симметрийно-физических переходов в механическом и электромагнитном явлениях.

Автор полагает симметрийно-физический переход универсальным природным принципом. Наряду с двумя приведенными известны и другие примеры, в которых симметризирующее объединение одинаковых объектов сопровождается изменением свойств. Поэтому симметрийно-физический переход распространяется на световой диапозон ЭМВ.

Практически более симметричную общую ЭМВ можно составить из двух одинаковых поперечно-векторных ЭМВ, выполняя следующие условия. Их когерентные противополяризованные поля должны накладываться противофазно, обеспечивая по всему периоду колебательного процесса интерференционные электрические и магнитные нуль-векторы.

С геометрической точки зрения, по отношению к вихревой поперечно-векторной ЭМВ, более симметричная общая продольно-скаляоная ЭМВ безальтернативно характеризуется разомкнутыми силовыми линиями своих полей. Утрата замкнутости силовых линий, их вихреобразности теоретически объясняется утратой векторами напряженности их свойства направленности в нуль-векторной ситуации (rot _Б=0, rot _Б=0).

Наиболее существенным свойством продольно-скалярной ЭМВ является ее неспособность наводить электродвижущую силу в замкнутом проводнике.

Экспериментальное доказательство работоспособности заявляемого устройства основывается на выполненных автором опытах, в которых указанное свойство регистрировалось опытным путем.

В двух сериях опытов вихревая и безвихревая ЭМВ поочередно образовывались из двух одинаковых поперечно-векторных ЭМВ. Вначале при их синфазном, а затем при противофазном наложениях по всему полеволновому периоду.

На фиг.1 показана схема первой серии опытов.

Первым соединением трех коаксиальных кабелей возбуждаемая генератором 1 обычная поперечно-векторная ЭМВ разводится на две равные части (S₁=S₂ ) так, что синфазные векторы напряженности обоих полей в них равны и одинаково направлены (E₁=Е₂, H ₁=Н₂).

Вторым соединением обе части сводятся (синфазно по всему периоду) в общую обычную вихревую ЭМВ, обладающую теми же свойствами полей, что и ее составляющие ЭМВ.

Регистрация ожидаемого эффекта осуществлялась посредством использования устройства 2, являющегося коаксиально подобным вставным участком с увеличенным по отношению к кабелю диаметром. Как и кабель, оно имеет центральный проволочный и внешний цилиндрический проводники. Увеличенный волноводный объем позволил расположить в указанном устройстве многовитковый замкнутый электропроводник, соединенный с измерительным прибором 3, находящимся вне устройства. Факт прохождения общей ЭМВ через устройство 2 контролировался осциллографом 4.

В первой серии опытов обычная общая поперечно-векторная ЭМВ наводила электродвижущую силу в замкнутом проводнике своим вихревым электрическим полем.

На фиг.2 показана схема второй серии опытов ЭМВ.

Первым соединением трех коаксиальных кабелей возбуждаемая генератором 1 обычная поперечно-векторная ЭМВ разводится на две равные части (S₁=S₂) так, что синфазные векторы напряженности обоих полей в них равны и одинаково направлены (E₁=E₂, H₁=H₂).

Вторым соединением двух разнодлинных кабелей (различаются на длину полуволны) обе части сводятся (но уже противофазно по всему периоду) в общую ЭМВ, характеризуемую электрическим и магнитным нуль-векторами.

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

Экспериментально это подтвердилось тем, что во второй серии опытов ток в замкнутом электропроводнике, расположенном в устройстве 2 (том же, что и в первой серии опытов) ожидаемо не регистрировался измерительным прибором 3 при наблюдаемом факте прохождении общей ЭМВ через устройство 2 к осциллографу 4.

На фиг.3 показана схема заявляемого устройства. В принципиальном плане она не отличается от схемы опытного устройства. В заявляемом устройстве вместо коаксиальных кабелей используются волноводы.

Два одинаковых волновозбуждающих элемента 5, 6 в виде штыря (или петли) расположены в начальных областях разнодлинных волноводов 7, 8, различающихся один от другого на половину длины излучаемой ЭМВ.

Своими совмещенными в одной плоскости открытыми торцами два разнодлинных волновода посредством обратного рупора сводятся в суммирующий волновод 9, заканчивающийся обычным рупором 10. Все три волновода имеют одинаковые внутренние поперечные сечения.

О происходящем в заявляемом устройстве. Двумя одинаковыми волновозбующими элементами 5, 6 в начальных областях разнодлинных волноводов 7, 8 синфазно возбуждаются две одинаковые по всем параметрам ЭМВ. При входе в суммирующий волновод 9 они накладываются одна на другую противополяризованно и противофазно, образуя специфическое общее поле.

Раскроем посредством трех пунктов теоретическую трактовку происходящего в суммирующем волноводе.

1. Утрата исходных свойств поля. Геометрическое суммирование равных и 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.

При этом действенность общего электромагнитного поля сохраняется, поскольку электромагнитная энергия сохраняется при любом наложении не взаимодействующих между собой ЭМВ.

2. Иррациональность интерференционных нуль-векторов. Очевидно, что общая ЭМВ в нуль-векторном виде ее электромагнитного поля полностью утрачивает исходное свойство наводить ЭДС в проводниках, воздействовать поперечной лоренцевой силой на движущиеся электрические заряды. Согласно принципу наблюдаемости общая ЭМВ в нуль-векторном виде не может считаться природным объектом, поскольку даже в принципе не существует способов ее практического обнаружения.

3. Переход к статусу реального объекта. В рамках идеи о симметрийно-физическом переходе иррациональная нуль-векторная ситуация в суммарном поле переходит в реальную продольно-скалярную. При переходе свойств в теоретическом описании общей ЭМВ наследуются скалярные компоненты напряженности электрического и магнитного полей в виде модулей от соответствующих нуль-векторов. Модули векторов не могут быть утрачены, поскольку продолжают отвечать за описание сохранившихся количественных характеристик локальной плотности электромагнитной энергии в каждой точке расположения их нуль-векторов.

В плосковолновом приближении все пространственные характеристики электромагнитного поля изменяются только вдоль распространения ЭМВ. В нуль-векторной ситуации продольно ориентированная пространственная неоднородность нового скалярного поля заменяет собой исходную продольно ориентированную неоднородность поля взаимно скомпенсировавшихся поперечных векторов. По определению градиент продольно ориентированного неоднородного скалярного поля есть продольно ориентированный вектор.

Поэтому в теоретическом описании более симметричных индукционных процессов переменные скалярные поля связаны с продольно-векторными, а более симметричная общая ЭМВ характеризуется их компонентами.

Приведенные суждения согласуются с тем, что поперечно-векторная плоская ЭМВ занимает в 4-мерном пространстве-времени две взаимно ортогональные пространственные координаты. Свободными для полевых компонент напряженности общей ЭМВ остаются одна пространственная (продольная) и временная (скалярная) координаты.

Безальтернативность перехода объясняется еще и тем, что в природе практически осуществляются только два типа волновых процессов - поперечный и продольный.