книги / СВЧ-энергетика. Применение энергии сверхвысоких частот в медицине, науке и технике

сфокусированные антенны найдут применение для-работы на расстояниях порядка десятков километров или еще меньше.

Фи 1.

Поле па осп апертуры размером 50?. X 50?., сфокусированной в точках оо, 1000?., 500?. н 250?!.. Показано изменение интенсивности поля (отно­ сительное положение точек максимальной -интенсивности поля при раз­ личной фокусировке) и распределение концентрации поля при различ­ ных положениях фокальной точки апертуры.

Во всех предшествующих обсуждениях предполага­ лось, что в пределах апертуры имеют место неизменная поляризация, однородное возбуждение элементов и не­ прерывное фазовое распределение. В работе [2] обсуж­ даются эффекты, связанные со спадом амплитуды нз краях

фазированных решеток, так и главным образом для слу­ чая с редко расположенными элементами решетки. Хотя в этих случаях и происходят изменения ширины главного лепестка и уровня «боковых лепестков», основные харак­ теристики практически подобны тем, которые обсужда­ лись выше.

В некоторых случаях может потребоваться режим ав­ тофокусировки антенны на цель с учетом фазовых харак­ теристик сигналов, отраженных от цели. Такой режим возможен п рассмотрен по меньшей мере в двух работах [5, 6].

До сих пор было очевидно, что для фокусировки СВЧэнергии наибольшее значение будут иметь фазированные антенные решетки. В тех случаях, когда энергию нужно направить под углом к осп решетки, а сигнал занимает сравнительно большую полосу, возможно ухудшение от­ ношения снгнал/шум, если не принять необходимых мер предосторожности. При отклонении луча от осп решетки между моментами прихода сигнала к первому и к послед­ нему элементам существует некоторая задержка. Если время такого переходного процесса распространения сиг­ нала по апертуре имеет тот же или больший порядок, чем время, характеризующееся обратной величиной ширины полосы, то нужно учитывать длительности нарастания и спада сигнала. При этом отношение сигиал/шум ухуд­ шится. Фактически, когда эти времена равны, отношение сигнал/шум будет менее 3 дб. В предельном случае раз­ ность во времени прихода сигнала к различным элементам решетки может быть такой, что суммирование этих сигна­ лов потеряет смысл, так как сигналы от одного и того же элемента не будут одновременно существовать в точке сум­ мирования. Такого рода задача в приложении к расчету антенн впервые была рассмотрена в работе [7].

В обычной фазированной антенной системе управле­ ние лучом достигается путем изменения фазы сигнала у каждого элемента антенны. Для обработки широкополос­ ных сигналов потребуется ввести в систему элементы с ре­ гулируемой задержкой. Два способа создания широко­ полосного устройства для управления лучом антенны, имеющей большое усиление и не обладающей дисперсией, рассмотрено в работе [8]. В первом из них используется

О б о з н а ч е и и я

В — диаметр апертуры антенны; X — рабочая длина волны;

Еа — напряженность поля на оси антенны; Е0 — напряженность поля на поверхности апертуры ан­

тенны; 2 — расстояние от апертуры вдоль оси;

Р— фокусное расстояние;

а— целое положительное число; /? — сопротивление;

С— емкость.

рр. 240—251 (Мау 1966).

5.Ап Е1есГгошс ЗеИ — Росиззт^ Тгасктд АпГеппа 5уз1ет, СопГ-

гас1 АР 19(604)-7238, Зрасе Е1ес1гоп. Согр. 01епс1а1е, СаПГог-

т а , 1960.

6.Т\уо-01теп51опа1 ЗеИ-Росиззтб Аггау АпГеппа Мо<1е1, РАОС- Т1ЭР-64-40, Е1ес1гоп. Соштип., 1пс., Тппошит, Магу1ап<1, МагсЬ 1964.

7. Э а и з 1 п Ь. Р ., N 1 е Ь и Ь г К. Е ., N И з з о п N. 3., ТЬе

ЕГГесГз оГ \У1с1е-Вапс1 З^пак оп Ра<1аг Ап1еппа Оез^п, РАБС- ТЙ-59-178. Роте Айг Оеуе1ор. СепГег, ОгИПзз АБВ, №\у Уогк, Ли1у 1959.

8.Р а у п е 3. В., АУЫеЬаш!, Ы&И-&аш, уапаЫе Ите ёе1ау 1есЬшчиез !ог аггау габаг, ЕаНо Е1ес1гоп. Еп§., 28, рр. 359—369

1ау ТесЬтдиез Гог РЬазед Аггауз, СопГг. АР 30(602)-3693, РЬПсо АелопиГгоЫс Р1У., В1ие ВеП, Реппзу1уап1а, МагсЬ 1966.

5.3.5. ПИТАНИЕ АЭРОКОСМИЧЕСКИХ ЛЕТАТЕЛЬНЫХ АППАРАТОВ ЭНЕРГИЕЙ СВЧ

Бр а у н

I. Введение

Интерес к использованию передачи энергии по СВЧлучу для питания двигателей аэрокосмических летатель­ ных аппаратов обусловлен тем, что в этом случае такие аппараты могут обладать улучшенными или уникальны­ ми параметрами, так как источник энергии, потребляемой двигателем, удален от самого аппарата. Например, верто­ лет, питаемый энергией СВЧ, поступающей по вертикаль-' ному лучу, может служить в качестве наблюдательного пункта или пункта радиосвязи. Снабжение такого аппа­ рата энергией по лучу может продолжаться неопределен­ но |долго— дни, недели и даже месяцы. В качестве дру­ гого примера назовем стартовый ракетный двигатель, на который можно было бы мощным пучком подавать энер­ гию СВЧ для нагрева ракетного топлива и резкого уве­ личения удельного импульса.

Эти два примера иллюстрируют обширность диапазона потенциальных применений энергии СВЧ, а также пока­ зывают резкое несоответствие уровней разработки различ­ ных идей. Техническая реализуемость вертолета, снаб­ жаемого энергией СВЧ, уже доказана экспериментально, и сейчас ведутся работы следующего этапа. Идея же стар­ тового ускорителя для своего осуществления требует раз­ работки сверхмощных электровакуумных приборов и пока еще ожидает проверки.

| Вертолет, питаемый энергией СВЧ [I, 2], представляет собой первую попытку использовать принцип передачи энергии по СВЧ-лучу в сложной системе. Эта работа была начата в 1963 г. в лаборатории Спенсера фирмы «Рейтеон» с создания демонстрационной лабораторной системы, в которой энергия передавалась по воздуху на расстояние 7,5 м (фиг. 1). После выпрямления энергия СВЧ исполь­ зовалась для питания электродвигателя постоянного тока. В течение следующего года эта система была усовершенст­

но луча и в то же время не ограничивает движение по вертикали.

Подсистема СВЧ-луча аналогична приведенной на фиг. 1 . Источником энергии служил магнетрон, генери-

Фокусирушщая

антенна

Ф и г. 2. Основные элементы системы вертолета, работающе­ го на СВЧ-эпергии.

ровавший мощность 3—5 кет на частоте 2450 Мгц. Для фокусировки луча использовалось эллипсоидное зеркало диаметром 2,9 м с фокусным расстоянием 1,3 м. Энергия на зеркало поступала через диагональный рупор.

Собственно вертолет изображен на фиг. 4. Ротор (винт) диаметром 1,8 ^ приводится во вращение универсальным электродвигателем мощностью менее 1 кет, который был взят от обычной электродрели. Для понижения числа оборотов этого электродвигателя до 400 об/мин, что со­ ответствовало нормальной скорости вращения ротора вертолета, был применен специальный редуктор с шари­ коподшипниками. Для отрыва вертолета от земли на его винт нужно подать мощность около 0,08 кет (0,105 л . с.). Вес вертолета без полезной нагрузки равен 2,4 кг. Если