RU169311U1

RU169311U1 - CLIMATE RADIATOR

Info

Publication number: RU169311U1
Application number: RU2016107995U
Authority: RU
Inventors: Константин Николаевич Климов; Андрей Сергеевич Годин
Original assignee: Константин Николаевич Климов
Priority date: 2016-03-04
Filing date: 2016-03-04
Publication date: 2017-03-15

Abstract

Полезная модель относится к антенной технике и может быть использована в качестве антенны радиолокационной или связной системы. Излучатель, характеризующийся тем, что включает антенный излучатель, который помещен в шар из материала, импеданс (волновое сопротивление) которого согласован с импедансом (волновым сопротивлением) вакуума. При этом радиус шара из импедансносогласованного с вакуумом материала составляет менее 1/12 рабочей длины волны в вакууме. Техническим результатом, на достижение которого направлена предлагаемая полезная модель, является уменьшение рабочего диапазона частот уже существующих излучателей без изменения их габаритных размеров. 2 ил.The utility model relates to antenna technology and can be used as an antenna of a radar or communication system. A radiator, characterized in that it includes an antenna radiator, which is placed in a ball of material, the impedance (wave impedance) of which is matched with the impedance (wave impedance) of the vacuum. In this case, the radius of the ball from the impedance-matched material with vacuum is less than 1/12 of the working wavelength in vacuum. The technical result, the achievement of which is proposed by the proposed utility model, is to reduce the operating frequency range of existing radiators without changing their overall dimensions. 2 ill.

Description

Полезная модель относится к антенной технике и может быть использована в качестве антенны радиолокационной или связной системы.The utility model relates to antenna technology and can be used as an antenna of a radar or communication system.

Из предшествующего уровня техники известны излучатели, в которых для уменьшения габаритов используются импедансносогласованные материалы, т.е. материалы импеданс (волновое сопротивление) которых согласован с импедансом (волновым сопротивлением) вакуума (Патент США №7573431, 2009, Broadband polarized antenna including magnetodielectric material, isoimpedance loading, and associated methods, Francis Eugene Parsche).From the prior art emitters are known in which impedance-matched materials are used to reduce the dimensions, i.e. materials impedance (wave impedance) which is consistent with vacuum impedance (wave impedance) (US Patent No. 7573431, 2009, Broadband polarized antenna including magnetodielectric material, isoimpedance loading, and associated methods, Francis Eugene Parsche).

Термин импеданс среды был введен в работе Щелкунова (Schelkunoff, The Impedance Concept and Its Application to Problems of Reflection, Refraction, Shielding and Power Absorption. Bell System Technical Journal, January, 1938). Вопрос о распространении понятия импеданса на электромагнитные поля рассмотрен также в работе Стрэттона (Дж. А. Стрэттон, Теория электромагнетизма, ОГИЗ, М-1948), где приводится решение задачи о согласовании импедансов сред и показывается, что для отсутствия отражения плоской волны от границы раздела двух сред, необходимо равенство волновых сопротивлений данных сред. В ГОСТ Р 52002-2003 (Электротехника. Термины и определения основных понятий) вводится термин волновое сопротивление среды, который соответствует понятию импеданса в работах зарубежных авторов.The term environmental impedance was introduced by Schelkunoff, (The Impedance Concept and Its Application to Problems of Reflection, Refraction, Shielding and Power Absorption. Bell System Technical Journal, January, 1938). The question of extending the concept of impedance to electromagnetic fields was also considered in the work of Stratton (J. A. Stratton, Theory of Electromagnetism, OGIZ, M-1948), where the solution of the problem of matching the impedances of media is presented and it is shown that for the absence of reflection of a plane wave from the interface two media, the equality of the wave resistance of these media. GOST R 52002-2003 (Electrical Engineering. Terms and definitions of basic concepts) introduces the term wave resistance of the medium, which corresponds to the concept of impedance in the works of foreign authors.

Материалы, импеданс (волновое сопротивление) которых согласован с импедансом (волновым сопротивлением) вакуума, т.е. импедансносогласованные материалы используются для уменьшения рабочей частоты для уже существующих патчевых излучателей (Kevin Buell, Development of engineered magnetic materials for antenna applications, dissertation of Ph.D, University of Michigan, USA, 2005; Antti Karilainen, Magnetic materials and responses in antenna applications, Doctoral dissertations, Aalto University, Finland, 2012).Materials whose impedance (wave impedance) is consistent with the impedance (wave impedance) of the vacuum, i.e. impedance-matched materials are used to reduce the operating frequency for existing patch emitters (Kevin Buell, Development of engineered magnetic materials for antenna applications, dissertation of Ph.D, University of Michigan, USA, 2005; Antti Karilainen, Magnetic materials and responses in antenna applications, Doctoral dissertations, Aalto University, Finland, 2012).

Техническим результатом, на достижение которого направлена предлагаемая полезная модель, является уменьшение рабочего диапазона частот уже существующих излучателей без изменения их габаритных размеров.The technical result, the achievement of which is proposed by the proposed utility model, is to reduce the operating frequency range of existing radiators without changing their overall dimensions.

Данный технический результат достигается за счет того, что излучатель помещается в шар из импедансносогласованного с вакуумом материала, у которого действительная часть относительной диэлектрической проницаемости в Е раз больше диэлектрической проницаемости вакуума, действительная часть относительной магнитной проницаемости в М раз больше магнитной проницаемости вакуума.This technical result is achieved due to the fact that the emitter is placed in a ball made of an impedance-matched material with vacuum, in which the real part of the relative dielectric constant is E times the dielectric constant of the vacuum, the real part of the relative magnetic permeability is M times the magnetic permeability of the vacuum.

Техническим результатом, обеспечиваемым приведенной совокупностью признаков, является уменьшение диапазона рабочих частот в

раз без изменения габаритов излучателя.The technical result provided by the given set of features is to reduce the range of operating frequencies in

times without changing the dimensions of the emitter.

Генератор (1), с помощью проводников (2) подсоединяется ко входу излучателя (3) (фиг. 1). Излучатель (3) расположен в вакууме, имеет диапазон рабочих частот ƒ₀±Δƒ и габариты а×b×с (фиг. 1). Излучатель может представлять собой любой известный тип антенного излучателя: вибраторный, щелевой, рупорный, зеркальный, спиральный, Вивальди и т.д.The generator (1), using conductors (2) is connected to the input of the emitter (3) (Fig. 1). The emitter (3) is located in a vacuum, has a range of operating frequencies ƒ ₀ ± Δƒ and dimensions a × b × s (Fig. 1). The emitter can be any known type of antenna emitter: vibrator, slot, horn, mirror, spiral, Vivaldi, etc.

Выбранный исходный излучатель (3), запитываемый с помощью проводников (2) генератором (1), с габаритными размерами a×б×с помещается в шар (4) из импедансносогласованного с вакуумом материала радиуса R (фиг. 2). Согласно принципу электродинамического подобия, диапазон рабочих частот, который определяется входным импедансом и характеристикой направленности изображенного на фиг. 2 излучателя составит

.The selected source emitter (3), powered by conductors (2) with a generator (1), with overall dimensions a × b × s, is placed in a ball (4) from a material of radius R impedance-matched to vacuum (Fig. 2). According to the principle of electrodynamic similarity, the operating frequency range, which is determined by the input impedance and the directivity characteristic shown in FIG. 2 emitters

.

Для того, чтобы не иметь значительного отражения на границе импедансносогласованный материал - вакуум, материал должен обладать следующим свойством: отношение действительной части относительной диэлектрической проницаемости к действительной части относительной магнитной проницаемости больше 1/2 и меньше 2. При соблюдении такого условия коэффициент стоячей волны (КСВ) от границы импедасносогласованный материал - вакуум не будет превышать

.In order not to have a significant reflection at the boundary of the impedance-matched material - vacuum, the material must have the following property: the ratio of the real part of the relative dielectric constant to the real part of the relative magnetic constant is more than 1/2 and less than 2. Under this condition, the standing wave coefficient (SWR) ) impedance-consistent material from the boundary - the vacuum will not exceed

.

Для обеспечения малых потерь в импедасносогласованном материале, значения тангенсов диэлектрических и магнитных потерь не должны превышать 0.1.To ensure low losses in impedance-consistent material, the values of the tangents of dielectric and magnetic losses should not exceed 0.1.

Для того, чтобы излучатель мог возбуждать в вакууме распространяющиеся сферические волны, его диаметр D должен составлять не менее длины волны в вакууме λ, деленной на 2⋅π. Поскольку необходимо обеспечить работу антенны для самой нижней частоты рабочего диапазона, а радиус этого шара из магнитодиэлектрического материала R=D/2, то значение R определяется исходя из следующего соотношения:In order for the emitter to excite propagating spherical waves in a vacuum, its diameter D must be at least the wavelength in vacuum λ divided by 2⋅π. Since it is necessary to ensure the operation of the antenna for the lowest frequency of the operating range, and the radius of this ball of magnetodielectric material is R = D / 2, the value of R is determined based on the following ratio:

,

где с - скорость света в вакууме.where c is the speed of light in vacuum.

Таким образом достигается технический результат, обеспечиваемый приведенной совокупностью признаков - уменьшение диапазона рабочих частот в

раз без изменения габаритов исходного излучателя.Thus, a technical result is achieved, which is provided by a given set of features - a decrease in the range of operating frequencies in

times without changing the dimensions of the original emitter.

Claims

A radiator, characterized in that it includes an antenna radiator, which is placed in a ball of material, the impedance (wave impedance) of which is consistent with the impedance (wave impedance) of the vacuum, characterized in that the radius of the ball of the impedance-matched material with vacuum is less than 1/12 of the working length waves in a vacuum, while the impedance-consistent material that surrounds the emitter should have the following properties:

1) the ratio of the real part of the relative dielectric constant to the real part of the relative magnetic constant is greater than 1/2 and less than 2;

2) dielectric and magnetic loss tangents less than 0.1;

3) the real part of the relative dielectric constant is E times greater than the dielectric constant of the vacuum, the real part of the relative magnetic constant is M times greater than the magnetic constant of the vacuum.