Главная страница  |  Описание сайта  |  Контакты
СПОСОБ ФОРМИРОВАНИЯ ДИАГРАММЫ НАПРАВЛЕННОСТИ ВИБРАТОРА, ПОМЕЩЕННОГО В ОКОЛОЗЕМНУЮ ПЛАЗМУ НА ЧАСТОТАХ НИЖЕ ГИРОЭЛЕКТРОННОЙ ЧАСТОТЫ
СПОСОБ ФОРМИРОВАНИЯ ДИАГРАММЫ НАПРАВЛЕННОСТИ ВИБРАТОРА, ПОМЕЩЕННОГО В ОКОЛОЗЕМНУЮ ПЛАЗМУ НА ЧАСТОТАХ НИЖЕ ГИРОЭЛЕКТРОННОЙ ЧАСТОТЫ

СПОСОБ ФОРМИРОВАНИЯ ДИАГРАММЫ НАПРАВЛЕННОСТИ ВИБРАТОРА, ПОМЕЩЕННОГО В ОКОЛОЗЕМНУЮ ПЛАЗМУ НА ЧАСТОТАХ НИЖЕ ГИРОЭЛЕКТРОННОЙ ЧАСТОТЫ

Патент Российской Федерации
Суть изобретения: Использование: антенная техника для связи с ИСЗ в околоземной ионосферной плазме. Сущность изобретения: определяют оптимальные размеры вибратора и угол его ориентации относительно направления магнитного поля Земли в месте его расположения, исходя из измеренных в данной точке концентрации электронов плазмы, ее ионного состава и напряженности магнитного поля Земли. Достигнуто повышение эффективности излучения вибратора. 1 ил.
Поиск по сайту

1. С помощью поисковых систем

   С помощью Google:    

2. Экспресс-поиск по номеру патента


введите номер патента (7 цифр)

3. По номеру патента и году публикации

2000000 ... 2099999   (1994-1997 гг.)

2100000 ... 2199999   (1997-2003 гг.)
Номер патента: 2009579
Класс(ы) патента: H01Q1/00
Номер заявки: 4842992/09
Дата подачи заявки: 26.06.1990
Дата публикации: 15.03.1994
Заявитель(и): Институт радиотехники и электроники РАН
Автор(ы): Акиндинов В.В.; Гашевская О.С.; Еремин С.М.; Стрельников В.Н.
Патентообладатель(и): Институт радиотехники и электроники РАН
Описание изобретения: Изобретение относится к антенной технике, и может использоваться в частности, при излучении электромагнитных волн на частотах ниже гироэлектронной, со спутников, находящихся в околоземной ионосферной плазме. Кроме того, изобретение может найти применение при решении задач, связанных с инжекцией электромагнитной энергии в плазму.
Известен способ формирования диаграммы направленности (ДН) антенны, помещенной в околоземную плазму на частотах ниже гироэлектронной, заключающийся в изменении ориентации оси антенны относительно магнитного поля Земли.
Недостатком этого способа формирования ДН антенны, помещенной в плазму, является малый динамической диапазон изменений относительной доли излученной в требуемом участке пространственного спектрального распределения мощности, в общем балансе излученной мощности, которая является мерой эффективности излучения антенны. Указанный динамический диапазон определяется в этом способе только характеристиками ионосферной плазмы и не может быть расширен при достижении оптимальной ориентации оси антенны относительно внешнего магнитного поля (магнитное поле Земли).
Наиболее близким к предложенному техническим решением, которое было выбрано в качестве прототипа, является способ формирования ДН вибратора, помещенного в ионосферную плазму, путем изменения ориентации оси вибратора относительно магнитного поля Земли.
Известный способ имеет существенный недостаток, заключающийся в том, что не обеспечивается достижение максимально возможного соотношения между излученной мощностью, заключенной в требуемом участке пространственного спектрального распределения и полной мощностью, излученной вибратором. Это объясняется тем, что в данном способе формирования ДН вибратора, находящегося в ионосферной плазме, не учитывается закон распределения тока в вибраторе, который устанавливается в нем под действием сторонней электродвижущей силы, приложенной к вибратору в точках запитки. При реализации этого способа распределение тока в вибраторе при помещении его в ионосферную плазму на частоте ниже, чем гироэлектронная, известно априори и, являясь линейным или равномерным по всей длине вибратора, не зависит от параметров ионосферной плазмы, ориентации вибратора и частоты. Поэтому, после достижения оптимального (для этих распределений токов в вибраторе) соотношения между мощностью, излученной в требуемом участке пространственного спектрального распределения, и полной излученной мощностью дальнейшее повышение этого соотношения невозможно.
Целью изобретения является повышение эффективности излучения вибратора в околоземной плазме в заданном участке пространственного спектрального распределения излученной мощности.
На чертеже представлена структурная схема устройства, реализующего предлагаемый способ.
На чертеже показаны датчик 1 концентрации электронов ионосферной плазмы, датчик 2 ионного состава ионосферной плазмы, датчик 3 напряженности магнитного поля Земли, ЭВМ - 4, сервопривод 5 управления ориентацией и длиной вибратора, вибратор - 6, ИСЗ (искусственный спутник Земли) 7.
Указанное устройство размещается на ИСЗ, находящемся в околоземной ионосферной плазме. Датчики 1, 2, 3 измеряют концентрацию электронов ионосферной плазмы, ионный состав, напряженность магнитного поля Земли, направление магнитного поля Земли относительно оси вибратора, определяют значение функции
Г(αoi, Li)= M(αo)+M(-αo).
M ( ± αo) = Co Θ Co αo+→
→+(n23) Cos2Ψ + Sin2Θ Sin2αo+→
→+ Sin2Θ CosΨ Sin( ± 2αo) G2;
G = · ;
δ( ± αo) = SinΘCosΨSin( ± αo)+CosΘCosαo;
γ = 1Cos2α03Sin2α0) ;
g = 1ε32122)2Sin4<Θ>+4ε22ε23 Cos ;
n = ;
ε1= 1- - ;
ε2= - + ;
ε3= 1-x-xt ;
x= ωo22; y= ωn/ω; t= me/Mi где ω о - плазменная электронная частота, ω0= 5,7026 10 ;
N(1/cm3) - концентрация электронов плазмы в точке расположения вибратора;
ω= 1,76 ˙107 Нn - гироэлектронная частота в точке расположения вибратора;
Н - напряженность магнитного поля Земли в точке расположения вибратора (в эрстедах);
me - масса электрона;
Mi - масса иона плазмы в точке расположения вибратора;
ω(1/сек) - частота прикладываемого к вибратору напряжения;
Ko = ω /c - волновое число;
С - скорость света в вакууме;
αо - угол между осью вибратора и направлением магнитного поля Земли в точке расположения вибратора;
Θ - полярный угол, отсчитываемый от направления магнитного поля Земли в точке расположения вибратора;
Ψ - азимутальный угол, отсчитываемый от проекции оси вибратора на плоскость, перпендикулярной направлению магнитного поля Земли в точке расположения вибратора;
L(M) - длина плеча вибратора; блок 4-ЭВМ производит вычисление отношения K = ; RΣoi, Li) = oi, Li) SinΘdΘ; для ряда произвольных значений αоi, Li выбирает значение угла ориентации αoimax и длины вибратора Limax, соответствующие максимальным значениям К, вырабатывает команду управления на сервопривод 5, устанавливает длину и ориентацию вибратора 6. При изменении параметров плазмы и магнитного поля Земли в процессе полета описанную процедуру повторяют.
Сравнение предлагаемого способа формирования ДН вибратора, помещенного в околоземную плазму на частотах ниже гироэлектронной частоты, иллюстрируют расчетом коэффициента эффективности излучения вибратора для задачи возбуждения приземного волновода.
Пусть ω0= 5,7026·10 N= 1,5·106 1/cм3, ωn = 6,03˙106 1/c, Θ= 30o, ионами плазмы являются ионы кислорода О+. Для ряда произвольных значений αoi и Li вычисляют коэффициент эффективности К. В результате расчета получают, что для заявленного способа при угле αo= π/2 и длине вибратора L = 60 м, которые найдены из расчетов, коэффициент эффективности К = 0,0666.
Для прототипа этот же коэффициент 0,0375, т. е. предлагаемый способ по эффективности превосходит прототип примерно в 2 раза. (56) Сompact antenna to shuttle VLF experiments, Microwave and RF, N 11, 1982.
Формула изобретения: СПОСОБ ФОРМИРОВАНИЯ ДИАГРАММЫ НАПРАВЛЕННОСТИ ВИБРАТОРА, ПОМЕЩЕННОГО В ОКОЛОЗЕМНУЮ ПЛАЗМУ НА ЧАСТОТАХ НИЖЕ ГИРОЭЛЕКТРОННОЙ ЧАСТОТЫ, заключающийся в изменении длины вибратора и ориентации его относительно вектора локального направления магнитного поля Земли, отличающийся тем, что, с целью повышения эффективности излучения вибратора в околоземной плазме в заданном участке пространственного спектрального распределения излученной мощности, в месте расположения вибратора измеряют концентрацию электронов плазмы, ионный состав плазмы, напряженность магнитного поля Земли, направление магнитного поля Земли относительно оси вибратора, определяют значение функции
Г (αoi, Li)= (M(αo)+M(-αo)
M ( ± αo) = Co Θ Co αo+→
→+(n23) Cos2Ψ + Sin2Θ Sin2αo+→
→+ Sin2Θ CosΨ Sin( ± 2αo) G2 ;
G = · ;
δ( ± αo) = SinΘCosΨSin( ± αo)+CosΘCosαo ;
γ = 1Cos2α03Sin2α0) ;
g = 1ε32122)2Sin4<Θ>+4ε22ε23 Cos ;
n = ;
ε1= 1- - ; ε2= - + ; ε3= 1-x-xt ;
x = ω202; y = 3ωn/ω; t = me/M
где ω0 = 5,7026 · 104 - плазменная электронная частота;
N - концентрация электронов плазмы в точке расположения вибратора, 1/см3;
ωn = 1,76 · 107 · Н - гироэлектронная частота в месте расположения вибратора;
H - напряженность магнитного поля Земли в точке расположения вибратора, Э;
mе - масса электрона;
Mi - масса иона плазмы в месте расположения вибратора;
ω( 1 / сек ) - частота прикладываемого к вибратору напряжения;
K0= ω / C - волновое число;
C - скорость света в вакууме;
α0 - угол между осью вибратора и направлением магнитного поля Земли в точке расположения вибратора;
Θ - полярный угол, отсчитываемый от направления магнитного поля Земли в точке расположения вибратора;
Ψ - азимутальный угол, отсчитываемый от проекции оси вибратора на плоскость, перпендикулярной к направлению магнитного поля Земли в точке расположения вибратора;
Lm - длина плеча вибратора,
вычисляют отношение
K = ; Π/2
RΣoi, Li) = oi, Li) SinΘdΘ
для ряда произвольных значений αoi , Li , выбирают значение угла ориентации α max и длины вибратора Limax, соответствующие максимальным значениям K, устанавливают угол ориентации и длину вибратора в соответствии со значениями в каждой точке расположения вибратора.