Результат интеллектуальной деятельности: Устройство для формирования пространственного спирального поля

Изобретение относится к области антенной техники и может быть использовано в источниках излучения предназначенных для решения задач облучения вещества физическими полями различной природы.

Известны излучатели пространственного поля, снабженные системами позиционирования по углу и азимуту (см. книгу Белоцерковский Г.Б. Основы радиотехники и антенны. В 2-х ч., ч. 2. Антенны. - М.: Радио и связь, 1969 г., с. 310).

Недостатком данной антенны является как невозможность формирования спирального поля, так и обеспечения вращения пространственной спиральной волны, создаваемой антенной, вдоль оси ее распространения.

Известны излучатели пространственного спирального поля, в которых металлический проводник, в форме спирали, подсоединяют к центральному проводнику коаксиальной линии, а наружную оболочку коаксиальной линии к плоскому металлическому экрану (см. Большая Советская Энциклопедия. Т. 24, М., изд-во «СЭ», 1976, Г.К. Галимов. Спиральные антенны, с. 960-961 г., рис. 2).

Недостатком данной антенны является невозможность обеспечения вращения пространственной спиральной волны, создаваемой антенной, вдоль оси ее распространения.

Известно также устройство для формирования пространственного спирального поля, включающее излучатель поля, выполненный с возможностью взаимодействия генерируемого поля с антенной, выполненной в форме тарелки, поверхность которой разрезана по радиусу от ее центральной части до кромки, с отгибом краев разреза в плоскости, проходящей через линию разреза и ось симметрии антенны, проходящую через ее фокус (см. http://www.membrana.ru/particle/17678 или http://www.nature.com/ncomms/2014/140916/ncomms5876/full/ncomms5876.html).

Недостатком данной антенны является низкая эффективность взаимодействия формируемого устройством излучения с веществом облучаемого объекта, что влечет за собой низкую информативность такого взаимодействия.

Задачей, на решение которой направлено изобретение, является повышение эффективности взаимодействия формируемого устройством излучения с облучаемым веществом и информативности такого взаимодействия.

Технический результат, получаемый при решении поставленной задачи, выражается в обеспечении вращения фронта пространственной спиральной волны вдоль оси его распространения. Кроме того, позволяет увеличить число волн, вложенных одна в другую, что повысит эффективность взаимодействия формируемого устройством излучения с облучаемым веществом.

Для решения поставленной задачи устройство для формирования пространственного спирального поля, включающее излучатель поля, выполненный с возможностью взаимодействия генерируемого поля с антенной, выполненной в форме тарелки, поверхность которой разрезана по радиусу от ее центральной части до кромки, с отгибом краев разреза в плоскости, проходящей через линию разреза и ось симметрии антенны, проходящую через ее фокус, отличается тем, что антенна выполнена с возможностью вращения относительно оси распространения фронта пространственной спиральной волны, при этом разрез поверхности антенны выполнен не менее двух раз через равные угловые интервалы. Кроме того, на задней поверхности антенны жестко закреплен вал, предпочтительно трубчатый, цилиндрический, соосный с осью симметрии антенны, свободный конец которого кинематически связан с приводом вращения вала через муфту, выполненную из диэлектрика. Кроме того, вал с возможностью вращения размещен в полости жесткого цилиндрического корпуса, в подшипниках, зафиксированных в его полости, при этом корпус предпочтительно посредством шарового шарнира связан со станиной. Кроме того, вал выполнен из металла и жестко скреплен с диэлектрической втулкой, которая жестко скреплена с антенной.

Сопоставительный анализ признаков заявленного решения с признаками прототипа и аналогов свидетельствует о соответствии заявленного решения критерию "новизна".

Признаки отличительной части формулы изобретения обеспечивают решение комплекса функциональных задач.

Признаки, указывающие, что «антенна выполнена с возможностью вращения относительно оси распространения фронта пространственной спиральной волны», позволяют пространственную спиральную волну, создаваемую антенной, вращать вдоль оси ее распространения.

Признаки, указывающие, что «разрез поверхности антенны выполнен не менее двух раз через равные угловые интервалы», позволяют увеличить число волн, вложенных одна в другую, что повысит эффективность взаимодействия излучения с веществом, а также подавить биения, вызванные асимметрией масс вращения, и тем самым повысить точность формирования параметров пространственных спиральных волн.

Признак, указывающий, что «на задней поверхности антенны жестко закреплен вал», обеспечивает возможность придания вращения антенне при вращении вала.

Признаки, указывающие, что вал выполнен предпочтительно трубчатым и цилиндрическим, обеспечивают линейный, а не площадной контакт торца вала с чашей антенны, что позволяет сохранить возможность ее упругого деформирования, снизить материалоемкость устройства и упростить организацию «работы» вала с подшипниками.

Признаки, указывающие, что вал выполнен соосным «с осью симметрии антенны», исключают неконтролируемые «биения» антенны, т.е. сохранение постоянным положения ее оси симметрии и постоянство положения оси распространения пространственной спиральной волны.

Признаки, указывающие, что «свободный конец вала кинематически связан с приводом вращения вала через муфту, выполненную из диэлектрика», позволяют обеспечить возможность передачи вращения на вал и исключить возможность передачи электромагнитного воздействия на узлы устройства, что важно при использовании антенны для излучения электромагнитных волн, а не волн иной физической природы, например звуковых, биологических или биоинформационных и т.п.

Признаки, указывающие, что «вал с возможностью вращения размещен в полости жесткого цилиндрического корпуса, в подшипниках, зафиксированных в полости корпуса», обеспечивают возможность вращения антенны с повышенными скоростями.

Признаки, указывающие, что «корпус предпочтительно посредством шарового шарнира связан со станиной» обеспечивают возможность произвольного пространственного ориентирования антенны и соответственно пространственной спиральной волны.

Признаки, указывающие, что «вал выполнен из металла и жестко скреплен с диэлектрической втулкой, которая жестко скреплена с антенной», как вариант, позволяют исключить возможность передачи электромагнитного воздействия на узлы устройства, что важно при использовании антенны для излучения электромагнитных волн, а не волн иной физической природы, например звуковых, биологических или биоинформационных, и т.п.

На фиг. 1 схематически показано заявленное устройство, на фиг. 2 дан поперечный вертикальный разрез антенны, на фиг. 3 показан вид антенны спереди, на фиг. 4 показана схематически спиральная волна при отсутствии вращения антенны, на фиг. 5 показана спиральная вращающаяся волна при двух разрезах антенны.

На чертежах показаны излучатель поля 1, антенна 2, ее разрезы 3, отгиб 4 краев 5 разрезов 3, ось симметрии 6 антенны 2, фокус 7 антенны 2, задняя поверхность 8 антенны 2, ее кромка 9, вал 10, диэлектрические втулка 11 и муфта 12, подшипник 13, жесткий цилиндрический корпус 14, стойка 15, станина 16, шарнир 17, свободный конец 18 вала 10, привод вращения 19.

Излучатель поля 1 выполнен с возможностью взаимодействия с антенной 2, выполненной в форме тарелки, поверхность которой прорезана разрезами 3 до кромки 9 антенны 2 с отгибом 4 его краев 5 в плоскости, проходящей через линию разреза 3, ось симметрии 6 антенны 2 и ее фокус 7. Антенна 2 выполнена с возможностью вращения приводом 19, закрепленным на свободном конце 18 вала 10. Диэлектрические втулка 11 и муфта 12 исключают электрический контакт антенны 2 с участком вала 10, использованного для передачи вращения от привода 19. В качестве излучателя поля 1 может быть использован, например, электромагнитный или ультразвуковой излучатель, или контейнер с каким-либо биообъектом и т.п.

В качестве базовой конструкции для антенны 2 используют тарельчатую антенну, выполненную из металла, толщиной обеспечивающей ее упругое деформирование. Под центральной частью антенны 2 понимаем ее центральную площадь, на участке ее контакта с полым валом 10.

Вал 10 выполнен цилиндрическим, трубчатым и жестко скреплен с задней поверхностью 8 антенны 2. Вал может быть выполнен из металла и скреплен с антенной 2 через диэлектрическую втулку 11, которая в этом случае непосредственно может быть закреплена на антенне 2 (при этом отпадает необходимость использования муфты 12 из диэлектрического материала). Непосредственное соединение антенны 2 и вала 10 обеспечено втулкой (не показана), с внешней стороной которой жестко, например сваркой, скреплена кромка центрально расположенного отверстия (не показано) антенны 2, при этом втулка скреплена с валом 10 болтами (не показаны).

Вал 10 выполнен соосным с осью симметрии 6 антенны 2, при этом его свободный конец 18 кинематически связан с приводом вращения 19. Кроме того, вал 10, размещенный в полости жесткого цилиндрического корпуса 14, в подшипниках 13, зафиксированных в полости корпуса 14, установленного на стойке 15, шарнирно связанной шарниром 17 (предпочтительно шаровым) со станиной 16, что позволяет произвольно ориентировать антенну и, тем самым, повышает технологичность практического применения.

Заявленное устройство работает следующим образом.

При включении в работу устройства излучатель поля 1 генерирует плоскую волну (см. фиг 4.), которая, попадая на антенну 2, отражается ею в пространство, принимая вследствие «работы» антенны 2 спиральную форму (см. фиг. 5). Вращение тарелки антенны 2 придает сформированной при этом пространственной спиральной волне вращение относительно оси симметрии 6 ее распространения. При этом привод вращения 19, взаимодействуя с валом 10 антенны 2 (либо через муфту 12, либо через диэлектрическую втулку 11, в зависимости от наличия того или иного узлов), обеспечивает вращение вала 10, а с ним - и самой антенны 2. Вращением антенны 2 обеспечивается как правое, так и левое вращение поля, причем диэлектрические свойства муфты 12 или втулки 11 исключают возможность передачи электромагнитного воздействия на узлы устройства, что важно при использовании антенны для излучения электромагнитных волн.

Вращение пространственной спиральной волны относительно оси ее распространения повышает эффективность процесса взаимодействия формируемого устройством излучения с веществом и информативность такого взаимодействия. Например, в технологиях облучения твердых, жидких и газообразных сред, обработки и обеззараживания семян, сыпучих пищевых продуктов. В медицине и биологии могут использоваться как при исследовании живого вещества, так и в диагностике и терапии: ИК, УВЧ и СВЧ-терапии. В ультразвуковом диапазоне - в химии, биотехнологии и металлообработке - позволяют повысить эффективность технологических процессов. Специфические особенности распространения и взаимодействия вращающегося пространственного спирального поля в веществе (отражение, поглощение, пропускание, рассеяние) позволяют повысить глубину проникновения излучения в вещество и характер его взаимодействия, что позволит: в геологии и геофизике повысить глубину и разрешающую способность разведки полезных ископаемых и получить более детальную картину о структуре исследуемого вещества; в подводной ультразвукой локации повысить информативность сигналов, помехозащищенность каналов и дальность обнаружения объектов.