RU2776640C1

RU2776640C1 - Insect extermination device by thermal action of electromagnetic microwaves

Info

Publication number: RU2776640C1
Application number: RU2021135567A
Authority: RU
Inventors: Федор Федорович Архипцев
Original assignee: Федор Федорович Архипцев
Filing date: 2021-12-03
Publication date: 2022-07-22

Abstract

FIELD: agriculture.

SUBSTANCE: invention relates to agriculture. A device for destroying insects by the thermal action of electromagnetic microwaves containing a power source, a radiating antenna and a microwave generator is proposed. A voltage converter and a voltage and current regulator are connected in series between the power source and the microwave generator, a microwave amplifier is connected to the output of the microwave generator, made with the possibility of amplifying the intensity of microwave radiation from the microwave generator without distorting its shape and spectral composition, an antenna with a narrow directional pattern emitting electromagnetic waves of circular polarization is connected to the output of the microwave amplifier. In this case, the radiated operating frequency of the device F_rad (GHz) is set to 300/l, where l is the length of the insect in millimeters, which corresponds to the insect”s own resonant frequency.

EFFECT: invention provides high efficiency in the process of use.

1 cl, 1 dwg

Description

Изобретение относится к технике сверхвысоких частот, устройствам для уничтожения насекомых, животных-вредителей или сорняков [A01M1/22, H05B6/00].The invention relates to microwave technology, devices for the destruction of insects, pests or weeds [A01M1/22, H05B6/00].

Из уровня техники известен УСТРОЙСТВО ОТЛОВА САРАНЧИ [RU2520277 (С2), опубл.: 20.06.2014], содержащий световой манок, приемник-раструб, накопитель пойманных насекомых, автономный источник электроэнергии, блок управления и СВЧ-магнетрон. В качестве автономного источника энергии используется солнечная батарея с аккумулятором и контроллером заряда аккумулятора. К входу блока управления подключены датчики наличия насекомых, присутствия человека, дождя и освещенности. К выходу блока управления подключены световой индикатор, СВЧ-магнетрон, молниеотвод и заземлитель. Молниеотвод и заземлитель подключены между собой. Обеспечивается безопасность эксплуатации устройства.Known from the prior art is a LOCUST CATCHING DEVICE [RU2520277 (C2), publ.: 06/20/2014], containing a light decoy, a receiver-bell, a collector of caught insects, an autonomous power source, a control unit and a microwave magnetron. A solar battery with a battery and a battery charge controller is used as an autonomous energy source. Sensors for the presence of insects, human presence, rain and light are connected to the input of the control unit. A light indicator, a microwave magnetron, a lightning rod and a ground electrode are connected to the output of the control unit. Lightning rod and grounding conductor are connected to each other. Ensures the safety of the device.

Недостатком данного аналога является его громоздкость и низкая эффективность, обусловленная тем, что поврежденные, а не уничтоженные полностью насекомые, попадая в резервуар, могут выжить и выбраться наружу.The disadvantage of this analog is its bulkiness and low efficiency, due to the fact that damaged, and not completely destroyed insects, getting into the tank, can survive and get out.

Также из уровня техники известно УСТРОЙСТВО И СПОСОБ ДЛЯ УНИЧТОЖЕНИЯ НАСЕКОМЫХ И ГРИБКОВ, РАЗРУШАЮЩИХ ДРЕВЕСИНУ, И ДЛЯ ОБРАБОТКИ МАТЕРИАЛОВ, СОДЕРЖАЩИХ ВРЕДНЫЕ ВЕЩЕСТВА [RU2296438 (С2), опубл.: 27.03.2007], с составляющими: гибким соединительным кабелем между магнетронами, именуемыми здесь генераторами, и антеннами, излучающими микроволны, и управляющим устройством, а также и регулирующим устройством, при этом к двум генераторам с управляемой исходной мощностью относятся непосредственно антенны, при этом эти антенны размещаются на облучаемом объекте непосредственно друг против друга соответственно на совместных линиях, которые образуют совпадающие оси антенн и при этом они направлены друг против друга и расположены таким образом, что они излучают друг против друга, отличающееся тем, что один или несколько термоизмерительных зондов расположены в облучаемом объекте и подключены к блоку формирования сигналов.Also known from the prior art is a DEVICE AND METHOD FOR DESTROYING INSECTS AND FUNGI THAT DESTROY WOOD, AND FOR PROCESSING MATERIALS CONTAINING HARMFUL SUBSTANCES [RU2296438 (C2), publ.: 03/27/2007], with components: a flexible connecting cable, referred to here as a magnetron generators, and antennas emitting microwaves, and a control device, as well as a control device, while the two generators with controlled initial power directly refer to the antennas, while these antennas are placed on the irradiated object directly opposite each other, respectively, on joint lines that form coinciding axes of the antennas and at the same time they are directed against each other and arranged in such a way that they radiate against each other, characterized in that one or more temperature measuring probes are located in the irradiated object and connected to the signal conditioning unit.

Недостатком данного аналога является то, что в аналоге антенны должны находиться напротив друг друга на облучаемом объекте, а это сужает круг мест применимости аналога.The disadvantage of this analog is that in the analog of the antenna should be opposite each other on the irradiated object, and this narrows the range of places of applicability of the analog.

Наиболее близким по технической сущности является СПОСОБ УНИЧТОЖЕНИЯ СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННЫХ ВРЕДИТЕЛЕЙ [RU2115316 (С1), опубл.: 20.07.1998], содержащей блок питания, СВЧ-генератор, волноводы и излучатели, помещенные в экран. Вокруг обрабатываемой культуры создают зону воздействия СВЧ-лучей путем концентрирования генерированных и отраженных СВЧ-лучей в ограниченном пространстве. Многократно отраженный поток СВЧ-излучения эффективно воздействует на вредителей, расположенных в обрабатываемой культуре.The closest in technical essence is the METHOD FOR DESTRUCTION OF AGRICULTURAL PESTS [RU2115316 (C1), publ.: 07/20/1998], containing a power supply unit, a microwave generator, waveguides and emitters placed in a screen. A zone of exposure to microwave rays is created around the treated crop by concentrating the generated and reflected microwave rays in a limited space. Repeatedly reflected flow of microwave radiation effectively affects pests located in the cultivated crop.

Основной технической проблемой прототипа является то, что уничтожение вредителей происходит путем отражения в сильно ограниченном пространстве, что дает большой угол отклонения и не позволяет лучам распространяться на большей территории.The main technical problem of the prototype is that the destruction of pests occurs by reflection in a very limited space, which gives a large deflection angle and does not allow the rays to spread over a larger area.

Задачей изобретения является устранение недостатков прототипа.The objective of the invention is to eliminate the disadvantages of the prototype.

Технический результат изобретения заключается в повышении эффективности уничтожения насекомых.The technical result of the invention is to increase the efficiency of the destruction of insects.

Указанный технический результат достигается за счет того, что устройство уничтожения насекомых тепловым воздействием электромагнитных микроволн, содержащее источник питания, излучающую антенну и СВЧ-генератор, отличающееся тем, что между источником питания и СВЧ-генератором последовательно подключены преобразователь напряжения и регулятор напряжения и тока, к выходу СВЧ-генератора подключен СВЧ-усилитель, выполненный с возможностью усиления интенсивности СВЧ-излучения от СВЧ-генератора без искажения его формы и спектрального состава, к выходу СВЧ-усилителя подключена излучающая электромагнитные волны круговой поляризации антенна с узкой диаграммой напрвленности, при этом излучаемую рабочую частоту устройства F_изл. в гигагерцах устанавливают равной 300/l, где l – длина насекомого в миллиметрах, что соответствует собственной резонансной частоте насекомого.The specified technical result is achieved due to the fact that the device for the destruction of insects by the thermal effect of electromagnetic microwaves, containing a power source, a radiating antenna and a microwave generator, characterized in that a voltage converter and a voltage and current regulator are connected in series between the power source and the microwave generator, to A microwave amplifier is connected to the output of the microwave generator, designed to amplify the intensity of microwave radiation from the microwave generator without distorting its shape and spectral composition, an antenna emitting electromagnetic waves of circular polarization with a narrow radiation pattern is connected to the output of the microwave amplifier. device frequency F_izl. in gigahertz is set equal to 300/l, where l is the length of the insect in millimeters, which corresponds to the natural resonant frequency of the insect.

На фигуре схематично изображено устройство уничтожения насекомых тепловым воздействием электромагнитных микроволн, на которой обозначено: 1 – источник питания, 2 – преобразователь напряжения, 3 – регулятор напряжения и тока, 4 – полупроводниковый СВЧ-генератор, 5 – полупроводниковый СВЧ усилитель, 6 – излучающая антенна.The figure schematically shows a device for the extermination of insects by thermal exposure to electromagnetic microwaves, which indicates: 1 - power source, 2 - voltage converter, 3 - voltage and current regulator, 4 - semiconductor microwave generator, 5 - semiconductor microwave amplifier, 6 - radiating antenna .

Осуществление изобретенияImplementation of the invention

Устройство уничтожения насекомых тепловым воздействием электромагнитных микроволн содержит источник питания 1, к которому подключен преобразователь напряжения 2, выполненный с возможностью преобразования величины входного напряжения. К выходу преобразователя напряжения 2 подключен регулятор напряжения и тока 3. Упомянутый регулятор напряжения и тока 3 выполнен с возможностью регулировки постоянного напряжения и тока. К выходу данного регулятора напряжения и тока 3 подключен СВЧ-генератор 4 на основе полупроводниковых приборов, выполненный с возможностью преобразования энергии постоянного тока в СВЧ-излучение. К выходу СВЧ-генератора 4 подключен полупроводниковый СВЧ-усилитель 5, выполненный с возможностью усиления интенсивности СВЧ-излучения без искажений его формы, спектрального состава. К выходу СВЧ-усилителя 5 подключена излучающая антенна 6, которая выполнена с возможностью обеспечения необходимого коэффициента усиления антенны, ширины её диаграммы направленности СВЧ-излучения и его круговой поляризации.The device for exterminating insects by the thermal action of electromagnetic microwaves contains a power source 1 to which a voltage converter 2 is connected, configured to convert the input voltage value. A voltage and current regulator 3 is connected to the output of the voltage converter 2. Said voltage and current regulator 3 is configured to adjust the constant voltage and current. A microwave generator 4 based on semiconductor devices is connected to the output of this voltage and current regulator 3, which is configured to convert DC energy into microwave radiation. A semiconductor microwave amplifier 5 is connected to the output of the microwave generator 4 and is configured to amplify the intensity of microwave radiation without distorting its shape and spectral composition. A radiating antenna 6 is connected to the output of the microwave amplifier 5, which is configured to provide the necessary antenna gain, the width of its radiation pattern of microwave radiation and its circular polarization.

Заявленное техническое решение используется следующим образом.The claimed technical solution is used as follows.

В преобразователе напряжения 2 преобразуют напряжение 9 Вольт электрической энергии от источника питания 1 в постоянное напряжение 24 Вольта. Преобразованное напряжение подают на вход регулятора напряжения и тока 3, которым регулируют и устанавливают значения постоянного напряжения и тока к индивидуально требуемым СВЧ-генератором 4 и СВЧ-усилителем 5 величинам. Стабилизированные в упомянутом регуляторе напряжения и тока 3 напряжение и ток подают в полупроводниковый СВЧ-генератор 4, который преобразует постоянный ток в СВЧ-излучение. От СВЧ-генератора 4 СВЧ-излучение передают в полупроводниковый СВЧ-усилитель 5, который повышает мощность полученных от СВЧ-генератора 4 колебаний без искажений их формы, спектрального состава. The voltage converter 2 converts the voltage of 9 volts of electrical energy from the power source 1 into a constant voltage of 24 volts. The converted voltage is fed to the input of the voltage and current regulator 3, which is used to regulate and set the values of the DC voltage and current to the values individually required by the microwave generator 4 and the microwave amplifier 5. The voltage and current stabilized in said voltage and current regulator 3 are supplied to a semiconductor microwave generator 4, which converts direct current into microwave radiation. From the microwave generator 4, microwave radiation is transmitted to a semiconductor microwave amplifier 5, which increases the power of the oscillations received from the microwave generator 4 without distorting their shape and spectral composition.

Усиленные в СВЧ-усилителе 5 электромагнитные колебания передают на антенну 6, которая обеспечивает необходимую ширину диаграммы направленности СВЧ-излучения, его круговую поляризацию, т.е., в целом, необходимые параметры СВЧ-излучения и распространяет направленное радиоволновое СВЧ-излучение в свободном пространстве на насекомых.The electromagnetic oscillations amplified in the microwave amplifier 5 are transmitted to the antenna 6, which provides the necessary width of the microwave radiation pattern, its circular polarization, i.e., in general, the necessary parameters of the microwave radiation and propagates directional radio wave microwave radiation in free space on insects.

Энергия СВЧ-излучения, не повреждая окружающие объекты, приводит к быстрому объемному резонансному разогреву влагосодержащей органики существ, попавших в испускаемое антенной 6 электромагнитное излучение, до температуры свертывания белков и массовой их гибели. Нагревание или перегревание как результат воздействия микроволн используется для воздействия на молекулы воды, находящиеся в насекомых. Происходит уничтожение вредителей путем перегрева их органических составляющих, лишающего существа жизнеспособности. Посредством микроволнового воздействия на материалы, объекты и вещество можно также достичь цели обеззараживания этих материалов, объектов и веществ.The energy of microwave radiation, without damaging the surrounding objects, leads to a rapid volumetric resonant heating of the moisture-containing organic matter of creatures that have fallen into the electromagnetic radiation emitted by the antenna 6, to the temperature of protein coagulation and their mass death. Heating or overheating as a result of exposure to microwaves is used to influence the water molecules found in insects. The destruction of pests occurs by overheating their organic components, depriving the creature of viability. Through microwave action on materials, objects and substances, it is also possible to achieve the goal of decontaminating these materials, objects and substances.

Для человека, при соблюдении определенных правил пользования, данное излучение безопасно.For a person, subject to certain rules of use, this radiation is safe.

Автором в 2019 году был изготовлен рабочий образец устройства для уничтожения насекомых со следующими характеристиками: диаграмма направленности полупроводникового СВЧ генератора – излучателя 7⁰÷10⁰, излучаемая мощность – 100÷1500 мВт, поляризация – круговая, режим излучения – импульсный с длительностью импульса ≈ 1 мсек, скважность 2÷10, напряжение питания ≈ 24В, потребляемый при облучении ток – не более 250 мА, потребляемая мощность- не более 6 Вт.The author made a working sample of the device in 2019 for the destruction of insects with the following characteristics: radiation pattern of a semiconductor microwave generator - emitter 7⁰÷10⁰, radiated power - 100÷1500 mW, polarization - circular, radiation mode - pulsed with a pulse duration of ≈ 1 ms, duty cycle 2 ÷ 10, supply voltage ≈ 24V, current consumed during irradiation - no more than 250 mA, power consumption - no more than 6 Tue

Испытания устройства показали его низкую энергозатратность, высокую экономичность и эффективность воздействия на насекомых (комары, мошки, мухи, москиты и т.д.) различных размеров, при этом рабочая частота излучения устройства варьировалась в диапазоне длин волн 4-8 мм, а излучаемая резонансная рабочая частота аппарата определялась по формуле: F_изл (ГГц) = 300/l (мм), где l – длина насекомого в миллиметрах и задают ее путем изменения величины подаваемого в СВЧ-генератор 4 от регулятора напряжения и тока 3 выходного напряжения и тока.Tests of the device showed its low energy consumption, high efficiency and efficiency of impact on insects (mosquitoes, midges, flies, mosquitoes, etc.) of various sizes, while the operating frequency of the radiation of the device varied in the wavelength range of 4-8 mm, and the emitted resonant the operating frequency of the device was determined by the formula: F _izl (GHz) = 300/l (mm), where l is the length of the insect in millimeters and is set by changing the value of the output voltage and current supplied to the microwave generator 4 from the voltage and current regulator 3.

Эффективный радиус действия облучения составил 1,5 ÷2 м.The effective radius of the irradiation was 1.5 ÷2 m.

Излучающая антенна 6 испускает прямой узконаправленный луч интенсивного электромагнитного микроволнового СВЧ-излучения круговой поляризации на частоте собственного объемного резонанса тела особи, что обеспечивает полное уничтожение насекомых внутри телесного угла, охватываемого СВЧ- лучом, с интенсивностью 100÷1500 мВт по его границам.The radiating antenna 6 emits a direct narrowly directed beam of intense electromagnetic microwave microwave radiation of circular polarization at the frequency of the natural volume resonance of the body of the individual, which ensures the complete destruction of insects within the solid angle covered by the microwave beam, with an intensity of 100÷1500 mW along its boundaries.

Принципиальной особенностью устройства является также то, что для более мощного воздействия в устройстве применяется излучение на частотах, близких к собственной резонансной частоте отдельной особи насекомого, а также используется узконаправленное интенсивное электромагнитное СВЧ-излучение круговой поляризации.A fundamental feature of the device is that for a more powerful impact, the device uses radiation at frequencies close to the natural resonant frequency of an individual insect, and also uses narrowly directed intense electromagnetic microwave radiation of circular polarization.

Испытания разработанного и изготовленного устройства борьбы с летающими кровососущими насекомыми с использованием теплового действия электромагнитных микроволн доказали его эффективность и обеспечили достижение технического результата - повышение эффективности массового уничтожения насекомых.Tests of the developed and manufactured device for combating flying blood-sucking insects using the thermal action of electromagnetic microwaves proved its effectiveness and ensured the achievement of a technical result - an increase in the efficiency of the mass destruction of insects.

Внешне устройство выполнено компактным, подобно малогабаритному переносному (ручному) электрическому фонарю с возможностью «освещения» и «очищения» пространства вокруг пользователя.Externally, the device is made compact, similar to a small-sized portable (manual) electric torch with the ability to "illuminate" and "cleanse" the space around the user.

Потребность в предлагаемом способе очевидна и может быть весьма значительной в таёжных регионах, а также в местах армейских таежных же дислокаций с большим количеством насекомых и для борьбы с насекомыми, переносящими малярию, эболу и другие инфекции.The need for the proposed method is obvious and can be very significant in the taiga regions, as well as in the places of army taiga deployments with a large number of insects and to control insects that carry malaria, ebola and other infections.

Claims

A device for the extermination of insects by the thermal action of electromagnetic microwaves, comprising a power source, a radiating antenna and a microwave generator, characterized in that a voltage converter and a voltage and current regulator are connected in series between the power source and the microwave generator, a microwave amplifier is connected to the output of the microwave generator, made with the possibility of amplifying the intensity of microwave radiation from the microwave generator without distorting its shape and spectral composition, an antenna emitting electromagnetic waves of circular polarization with a narrow radiation pattern is connected to the output of the microwave amplifier, while the emitted operating frequency of the device F _rad (GHz) is set equal to 300/l, where l is the length of the insect in millimeters, which corresponds to the natural resonant frequency of the insect.