RU2488202C2

RU2488202C2 - Vibrator array

Info

Publication number: RU2488202C2
Application number: RU2011140546/08A
Authority: RU
Inventors: Галина Николаевна Лобова; Владимир Павлович Кисмерешкин
Original assignee: Общество с ограниченной ответственностью "ИННОВА" (ООО "ИННОВА"); Галина Николаевна Лобова; Владимир Павлович Кисмерешкин
Priority date: 2011-10-05
Filing date: 2011-10-05
Publication date: 2013-07-20
Also published as: RU2011140546A

Abstract

FIELD: electrical engineering.

SUBSTANCE: invention suggests vibrator array made as collinear antenna array located inside mirror parabolic conductive cylinder which has focal axis O-O with single-wire line along it and surface wave field units connected to it. Field units are connected to SHF generators which are installed outside the area of mirror conductive cylinder. Each generator is connected to the specific surface wave field units placed symmetrically between vibrators. At both sides of collinear antenna array located at single-wire line there are identical reflectors. Reflectors are made as plates of conductive material and serve for reflection of incident surface wave of E-type. The invention is referred to SHF equipment including antenna equipment for the purpose of SHF energy concentration at certain surface (square are); it can be used in agriculture and forestry to dry irradiated objects by SHF radiation in order to ensure uniform SHF radiation across length and width (square area) of the object exposed to irradiation.

EFFECT: provision of uniform SHF radiation across length and width of the object exposed to radiation.

1 dwg

Description

Изобретение относится к области техники СВЧ, в том числе - к антенной технике, для концентрации СВЧ-энергии на определенной поверхности (площади) и может найти свое применение в сельском хозяйстве и лесной отрасли для сушки облучаемых объектов с помощью СВЧ-излучения для обеспечения равномерного СВЧ-излучения по всей длине и ширине (площади) облучаемого объекта.The invention relates to the field of microwave technology, including antenna technology, for the concentration of microwave energy on a certain surface (area) and can find its application in agriculture and the forestry industry for drying irradiated objects using microwave radiation to ensure uniform microwave -radiation along the entire length and width (area) of the irradiated object.

Известна малогабаритная СВЧ-сушилка для леса мод. «МС-2» [Малогабаритная СВЧ-сушилка для леса мод. «МС-2» // http://www.kodosagregat.ru/z12st4.htm], позволяющая при значительной скорости сушки добиться высококачественного высушенного материала с помощью СВЧ-излучения.Known small-sized microwave dryer for wood mod. "MS-2" [Small-sized microwave dryer for wood mod. "MS-2" // http://www.kodosagregat.ru/z12st4.htm], which allows for a significant drying speed to achieve high-quality dried material using microwave radiation.

В малогабаритной СВЧ-сушилке рабочая камера, в которой осуществляется сушка, представляет блок магнетронов и системы распределения энергии электромагнитного поля в диапазоне СВЧ по длине камеры.In a small-sized microwave dryer, the working chamber in which the drying is carried out represents a block of magnetrons and an electromagnetic field energy distribution system in the microwave range along the length of the chamber.

Недостатками СВЧ-сушилки являются трудности концентрации мощности СВЧ-генераторов, распределения плотности энергии вдоль камеры в узкой области, в которой происходит облучение.The disadvantages of a microwave dryer are difficulties in concentrating the power of microwave generators, the distribution of energy density along the chamber in the narrow region in which irradiation occurs.

Известна вибраторная решетка [Патент №2190907], содержащая однопроводную линию передачи поверхностной волны и вибраторную решетку, образованную размещением вибраторов коллинеарно проводу однопроводной линии передачи поверхностной волны.Known vibrator array [Patent No. 2190907], containing a single-wire transmission line of a surface wave and a vibrator array formed by placing vibrators collinear to a wire of a single-wire transmission line of a surface wave.

При возбуждении однопроводной линии передачи устанавливается соответствующая поверхностной волне структура электромагнитного поля Е₀₀-типа, содержащая радиальную и продольную составляющие электрического поля и соответствующую составляющую магнитного поля. Вибраторы решетки выполнены в виде цилиндров, надетых на провод, и установлены на проводе вдоль продольной составляющей напряженности электрического поля, радиальная составляющая поля не наводит электрический ток, т.к. перпендикулярна оси вибратора.When a single-wire transmission line is excited, the structure of the electromagnetic field of the E ₀₀ type, corresponding to the surface wave, contains the radial and longitudinal components of the electric field and the corresponding component of the magnetic field. The lattice vibrators are made in the form of cylinders, worn on the wire, and mounted on the wire along the longitudinal component of the electric field, the radial component of the field does not induce electric current, because perpendicular to the axis of the vibrator.

Совокупность недостатков аналога и особенности прототипа позволяют поставить задачу изобретения.The combination of disadvantages of the analogue and features of the prototype allow us to pose the problem of the invention.

Задачей изобретения является создание конструкции, позволяющей обеспечить равномерное СВЧ-излучение по длине и ширине (площади) облучаемого объекта.The objective of the invention is to create a design that allows for uniform microwave radiation along the length and width (area) of the irradiated object.

Предложена вибраторная решетка, выполненная в виде коллинеарной антенной решетки, расположенная внутри зеркального параболического проводящего цилиндра, который имеет фокальную ось О-О, вдоль которой расположена однопроводная линия передачи с подведенными к ней узлами возбуждения поверхностных волн. Такие узлы возбуждения присоединены к генераторам СВЧ-колебаний, которые расположены вне зоны зеркального проводящего цилиндра. Каждый генератор соединен с конкретным узлом возбуждения поверхностной волны, расположенным симметрично между вибраторами. По обе стороны коллинеарной антенной решетки, расположенной на однопроводной линии передачи, размещены одинаковые рефлекторы. Такой рефлектор представляет пластину из проводящего материала и служит для отражения падающей поверхностной волны Е-типа.A vibrating array made in the form of a collinear antenna array located inside a mirror parabolic conducting cylinder that has a focal axis O-O along which a single-wire transmission line with surface wave excitation nodes connected to it is proposed is proposed. Such excitation nodes are connected to microwave oscillators, which are located outside the zone of the mirror conducting cylinder. Each generator is connected to a specific surface wave excitation assembly located symmetrically between the vibrators. On both sides of the collinear antenna array located on a single-wire transmission line, identical reflectors are placed. Such a reflector is a plate of conductive material and serves to reflect the incident E-type surface wave.

На фиг.1 изображена схема вибраторной решетки.Figure 1 shows a diagram of a vibrator array.

Вибраторная решетка, выполнена в виде коллинеарной антенной решетки 1, состоящей из вибраторов (n, n₁, n₂……n_n, n_n+1) 2 и расположенной внутри зеркального параболического проводящего цилиндра 3, который имеет фокальную ось О-О. Вдоль фокальной оси О-О расположена однопроводная линия передачи (далее ОЛП) 4, выполненная в виде провода, с подведенными к ней узлами возбуждения поверхностной волны 5, выполненных в виде трансформатора, и преобразующих волну Т-типа в волну Е-типа (Е₀₀) и присоединенных к генераторам СВЧ-колебаний 6 (N₁, N₂……N_n, N_n+1), расположенных вне зеркального параболического проводящего цилиндра 3, каждый из которых соединен с конкретным узлом возбуждения поверхностной волны 5, расположенным симметрично между вибраторами: N₁ между n и n₁, N₂ между n₁ и n₂… N_n+1 между n_n и n_n+1. Вибраторы 2 представляют собой, в данном конкретном случае, объемные тела с проводящими цилиндрическими поверхностями, надетыми на диэлектрическую поверхность ОЛП 4 - линия Губо [Ефимов И.Е. Радиочастотные линии передачи. - М.: Сов. Радио, 1964, 600 с., стр.457-486]. Коллинеарная антенная решетка 1 расположена на фокальной оси зеркального параболического проводящего цилиндра, который предназначен для отражения падающей на него волны СВЧ-излучения, созданного вибраторами коллинеарной антенной решетки.The vibrator array is made in the form of a collinear antenna array 1, consisting of vibrators (n, n ₁ , n ₂ ... n _n , n _{n + 1} ) 2 and located inside the mirror parabolic conducting cylinder 3, which has a focal axis O-O. Along the focal axis O-O, there is a single-wire transmission line (hereafter OLP) 4, made in the form of a wire, with surface wave 5 excitation nodes connected to it, made in the form of a transformer, and converting a T-wave into an E-wave (E ₀₀ ) and connected to microwave oscillation generators 6 (N ₁ , N ₂ ....... N _n , N _{n + 1} ) located outside a specular parabolic conducting cylinder 3, each of which is connected to a specific surface wave excitation unit 5 located symmetrically between the vibrators : N n between ₁ and n _1, N ₂ between n ₁ and n ₂ _{N n + 1} and between the _n n _n n _{+ 1.} Vibrators 2 are, in this particular case, volumetric bodies with conductive cylindrical surfaces worn on the dielectric surface of the OLP 4 - Gubo line [I. Efimov Radio frequency transmission lines. - M .: Owls. Radio, 1964, 600 p., Pp. 457-486]. Collinear antenna array 1 is located on the focal axis of a specular parabolic conductive cylinder, which is designed to reflect the incident wave of microwave radiation created by vibrators of the collinear antenna array.

Вибраторная решетка для концентрации энергии на поверхности функционирует следующим образом.The vibrator grating for the concentration of energy on the surface operates as follows.

Сигнал, поступающий от генераторов СВЧ-колебаний 6 (N₁, N₂……N_n, N_n+1) через узлы возбуждения 5, возбуждает ОЛП 4 поверхностной волны, структура поля которой содержит как радиальную, так и продольную составляющие электрического поля [Ефимов И.Е. Радиочастотные линии передачи. - М.: Сов. Радио, 1964, 600 с., стр.457-486]. Вибраторы, расположенные в ОЛП 4, под действием продольной составляющей напряженности электрического поля возбуждаются и переизлучают энергию электромагнитного поля в виде Т-волны, которая, распространяясь внутри объема параболического цилиндра, выходит из раскрыва диаметром D и длиной l параллельными лучами (Фиг.1). Радиальная составляющая напряженности электрического поля не приводит к возбуждению вибраторов, т.к. она перпендикулярна оси вибратора. Излучение вибраторной решетки, приходящее в раскрыв параболического цилиндра, равномерно распределяется между каждым вибратором из своей совокупности. Следовательно, энергия, приходящаяся на единицу площади S раскрыва зеркального параболического цилиндра (плотность энергии), будет одинаковой. Степень возбуждения вибраторов определяют коэффициентом связи «К» вибратора с поверхностной волной из расчета достижения равномерного распределения энергии переизлучаемого поля Т-типа по длине коллинеарной решетки - l, осуществляемого под действием продольной составляющей напряженности электрического поля:The signal from the microwave oscillators 6 (N ₁ , N ₂ ....... N _n , N _{n + 1} ) through the excitation nodes 5 excites the OLP 4 of the surface wave, the field structure of which contains both the radial and longitudinal components of the electric field [ Efimov I.E. Radio frequency transmission lines. - M .: Owls. Radio, 1964, 600 p., Pp. 457-486]. The vibrators located in the OLP 4, under the action of the longitudinal component of the electric field, are excited and re-emit the energy of the electromagnetic field in the form of a T-wave, which, propagating inside the volume of a parabolic cylinder, leaves the aperture with a diameter D and a length l of parallel rays (Figure 1). The radial component of the electric field does not excite the vibrators, because it is perpendicular to the axis of the vibrator. The radiation of the vibrating grating coming into the opening of a parabolic cylinder is evenly distributed between each vibrator from its totality. Therefore, the energy per unit area S of the opening of the mirror parabolic cylinder (energy density) will be the same. The degree of excitation of the vibrators is determined by the coupling coefficient "K" of the vibrator with the surface wave, based on the achievement of a uniform distribution of the energy of the re-emitted T-type field along the length of the collinear lattice - l, carried out under the action of the longitudinal component of the electric field:

$K = \frac{P_{n}}{P}$

, где

K = \frac{P_{n}}{P}

where

P - мощность энергии СВЧ, переносимая поверхностной волной;P is the microwave power transmitted by the surface wave;

P_n - мощность энергии СВЧ, образованная поверхностной волной в любом из вибраторов: n, n₁, n₂……n_n, n_n+1 рассматриваемой коллинеарной антенной решетки под действием продольной составляющей напряженности электрического поля. [Кисмерешкин В.П., Лобова Г.Н. Моделирование линейной антенной решетки на основе однопроводной линии передачи // Приборы и техника эксперимента. 1996. №5. С.85-86].P _n - microwave energy power generated by a surface wave in any of the vibrators: n, n ₁ , n ₂ ....... n _n , n _{n + 1 of the} considered collinear antenna array under the action of the longitudinal component of the electric field strength. [Kismereshkin V.P., Lobova G.N. Modeling a linear antenna array based on a single-wire transmission line // Instruments and experimental technique. 1996. No5. S.85-86].

Излучение коллинеарной антенной решетки, распространяясь внутри зеркального параболического цилиндра, отражается от его поверхности и равномерно концентрируется на площади раскрыва параболического цилиндра S (Фиг.1).The radiation of the collinear antenna array, propagating inside the mirror parabolic cylinder, is reflected from its surface and is evenly concentrated on the aperture area of the parabolic cylinder S (Figure 1).

Вибраторная решетка, расположенная на фокальной оси О-О, равномерно излучает СВЧ-энергию по всей длине коллинеарной антенной решетки 1 в ортогональной плоскости ОЛП 4, обеспечивая тем самым концентрацию потока СВЧ-излучения на площади раскрыва зеркального параболического цилиндра S (Фиг.1)The vibrator array located on the focal axis O-O uniformly radiates microwave energy along the entire length of the collinear antenna array 1 in the orthogonal plane of the OLP 4, thereby ensuring the concentration of the microwave radiation flux over the opening area of the mirror parabolic cylinder S (Figure 1)

S=D·l, гдеS = D · l, where

D - диаметр раскрыва зеркального параболического проводящего цилиндра;D is the aperture diameter of the mirror parabolic conductive cylinder;

l - длина коллинеарной антенной решетки.l is the length of the collinear antenna array.

Рефлекторы 7, установленные на ОЛП 4 по обе стороны коллинеарной антенной решетки 1 на расстоянии L друг от друга, представляют собой пластину, выполненную из тонкого слоя проводящего материала. Рефлекторы предназначены для отражения падающей на них поверхностной волны Е-типа.The reflectors 7 mounted on the OLP 4 on both sides of the collinear antenna array 1 at a distance L from each other, are a plate made of a thin layer of conductive material. Reflectors are designed to reflect the E-type surface wave incident on them.

Учитывая, что генераторы СВЧ-колебаний 6 (N₁, N₂……N_n, N_n+1) расположены вне зоны зеркального параболического проводящего цилиндра 3 и каждый из них соединен с конкретным узлом возбуждения поверхностной волны 5, расположенным симметрично между вибраторами: N₁ между n и n₁, N₂ между n₁ и n₂…N_n+1 между n_n и n_n+1, происходит возбуждение поверхностных волн в ОЛП 4. Каждый из генераторов СВЧ-колебаний 6 не зависит от функционирования других генераторов и передает ОЛП 4 с помощью узлов возбуждения поверхностной волны 5 мощность, которая преобразуется в мощность электромагнитного поля со структурой поверхностной волны Е₀₀. В ОЛП 4 распространяется суммарная мощность электромагнитного поля от всех независимых генераторов 6, которая преобразуется в поверхностную волну Е-типа. От каждого узла возбуждения 5 поверхностная волна распространяется в обе стороны провода ОЛП 4 от места соединения конкретного узла возбуждения. Таким образом, в ОЛП имеем одновременное распространение поверхностной волны вдоль оси провода в двух направлениях. Поверхностные волны, распространяясь в ОЛП, дойдя до рефлекторов 7, отражаются от них. В результате в ОЛП одновременно устанавливается режим бегущих и отраженных поверхностных волн, наложение которых друг на друга образует результирующую стоячую поверхностную волну [Максимов В.М. Линии передачи СВЧ-диапазона. Учебное пособие для вузов. - М.: САЙНС-ПРЕСС, 2001. - 80 с., стр.15-28, 21].Considering that the microwave oscillation generators 6 (N ₁ , N ₂ ....... N _n , N _{n + 1} ) are located outside the zone of the specular parabolic conducting cylinder 3 and each of them is connected to a specific excitation node of the surface wave 5 located symmetrically between the vibrators: N ₁ between n and n ₁ , N ₂ between n ₁ and n ₂ ... N _{n + 1} between n _n and n _{n + 1} , surface waves are excited in the OLP 4. Each of the microwave oscillation generators 6 is independent of the functioning of the others generators and transmits OLP 4 using the nodes of the excitation of the surface wave 5 power, which is converted into electromagnetic field with a surface wave structure E ₀₀ . In OLP 4, the total power of the electromagnetic field from all independent generators 6 is distributed, which is converted into an E-type surface wave. From each node of the excitation 5, a surface wave propagates on both sides of the wire OLP 4 from the junction of a particular site of excitation. Thus, in an OLP, we have the simultaneous propagation of a surface wave along the axis of the wire in two directions. Surface waves propagating in the OLP, reaching the reflectors 7, are reflected from them. As a result, the regime of traveling and reflected surface waves is simultaneously established in the OLP, the superposition of which on each other forms the resulting standing surface wave [Maksimov V.M. Microwave transmission lines. Textbook for universities. - M .: SAYNS-PRESS, 2001. - 80 p., P. 15-28, 21].

Таким образом, предложена вибраторная решетка, преимуществами которой являются:Thus, a vibrator grating is proposed, the advantages of which are:

во-первых, достигается равномерное распределение плотности СВЧ-излучения;firstly, a uniform distribution of the density of microwave radiation is achieved;

во-вторых, излучение вибраторной решетки распространяется внутри зеркального параболического цилиндра, которое отражается от его поверхности и на основе оптического свойства выходит параллельными лучами через раскрыв параболического цилиндра. Поверхность параболического цилиндра, без учета поверхности раскрыва, обеспечивает экранирование излучения внутри зеркального параболического цилиндра.secondly, the radiation of the vibrating grating propagates inside a mirror parabolic cylinder, which is reflected from its surface and, on the basis of its optical property, leaves parallel rays through the opening of the parabolic cylinder. The surface of the parabolic cylinder, without taking into account the aperture surface, provides shielding of the radiation inside the mirror parabolic cylinder.

в-третьих, расположение генераторов симметрично между вибраторами позволяет с помощью узлов возбуждения получить результирующую поверхностную стоячую волну на всей длине коллинеарной антенной решетки, ограниченной с обоих концов рефлекторами.thirdly, the location of the generators symmetrically between the vibrators allows using the excitation nodes to obtain the resulting surface standing wave along the entire length of the collinear antenna array, bounded at both ends by reflectors.

Предложенное техническое решение относится к области техники СВЧ, в том числе - к антенной технике, для концентрации СВЧ-энергии на определенной поверхности (площади) и может найти свое применение в сельском хозяйстве и лесной отрасли для сушки облучаемого объекта с помощью СВЧ-излучения с обеспечением равномерного СВЧ-излучения по всей длине и ширине облучаемого объекта.The proposed technical solution relates to the field of microwave technology, including antenna technology, for the concentration of microwave energy on a certain surface (area) and can be used in agriculture and the forestry industry for drying an irradiated object using microwave radiation with uniform microwave radiation along the entire length and width of the irradiated object.

Claims

A vibrator array containing a single-wire surface wave transmission line and vibrators placed along it, characterized in that the vibrator array is made in the form of a collinear antenna array consisting of vibrators (n, n ₁ , n ₂ ... n _n , n _{n + 1} ) and is located inside a specular parabolic conducting cylinder that has a focal axis O-O, along which there is a single-wire transmission line with surface wave excitation nodes connected to it connected to microwave oscillation generators (N ₁ , N ₂ ... N _n , N _{n + 1} ) and located nnyh outside the specular parabolic conducting cylinder, each connected to a particular node of excitation of a surface wave disposed symmetrically between vibrators: N ₁ - between n and n _1, N ₂ - between n ₁ and n ₂ ... _{N n + 1} - between the n _n and n _{n + 1} , in addition, on both sides of the collinear antenna array on a single-wire transmission line at a distance L from each other there are reflectors, which are a plate made of a thin layer of conductive material and used to reflect the surface wave E incident on them -type.