Современная электроника №5/2019

ПРОЕКТИРОВАНИЕ И МОДЕЛИРОВАНИЕ 52 WWW.SOEL.RU СОВРЕМЕННАЯ ЭЛЕКТРОНИКА ◆ № 5 2019 Концентрация энергии электромагнитного поля для нагрева Рис. 2. Структура системы концентрации поля (3/4) Рис. 1. Рупорная структура ФАР с 16 излучателями В статье представлены расчёт и экспериментальное исследование устройства концентрации электромагнитного поля в пространстве. Расчёт и оптимизация конструкции выполнены с использованием системы электродинамического моделирования CST SUITE. Результаты показали, что температура в целевом объекте на расстоянии 10 м от излучателя может увеличиваться до +500 ° С за время экспонирования, равное 10 с. Игорь Иванов (vela-kim@mail.ru ) , Александр Курушин (kurushin@mail.ru) В ВЕДЕНИЕ Необходимость в концентрации энер- гии электромагнитных (ЭМ) волн СВЧ- диапазона может возникать в следую- щих случаях. Во-первых, при информа- ционном использовании, включающем в себя связь, радиолокацию, телевиде- ние, зондирование различных объек- тов, разведку полезных ископаемых, радиоэлектронное противодействие и т.п. Во-вторых, при энергетическом использовании СВЧ-колебаний: раз- личные виды СВЧ-нагрева (в т.ч. плаз- мы), передача энергии на расстояние, воздействие электромагнитных волн на полупроводниковые СВЧ-приборы и биологические объекты с цельюнагре- ва и нарушения их работоспособности. Предполагается, что при воздей- ствии СВЧ-энергии на объект проис- ходит превращение энергии СВЧ-поля в энергию хаотических колебаний молекул, т.е. повышение температу- ры. Изменение состояния биологи- ческого объекта под действием облу- чения в настоящее время до конца не исследовано. В статье рассматривается энергети- ческое использование СВЧ-излучения на объект. Оно не требует столь высо- кой степени концентрации энергии, как информационное использование, однако для повышения его эффектив- ности большое значение имеет согласо- вание излучающего устройства с облу- чаемым объектом. В настоящее время специальное конструирование прибо- ров для энергетических целей практи- чески не ведётся. М ЕТОД КОНЦЕНТРАЦИИ ЭНЕРГИИ В ПРОСТРАНСТВЕ Для того чтобы выполнить суммиро- вание мощностей СВЧ-генераторов с различными собственными частота- ми, необходимо обеспечить соответ- ствующие фазовые сдвиги в системе обратных связей от устройства сум- мирования [1, 2]. В этом случае гене- раторы аддитивно работают на одной частоте с коэффициентом суммирова- ния К сум = Р сум / ∑ Р n , близким к 1. Теоретический вопрос синхрони- зации и суммирования двух высоко- частотных генераторов достаточно подробно рассмотрен в работе [2], в которой, в частности, показано, что решение нелинейного дифференци- ального уравнения для разности фаз между основным и синхронизирую- щим сигналом имеет вид: , где ϕ – мгновенная разность фаз меж- ду колебаниями генератора и синхро- низирующим сигналом, Q внеш – внешняя добротность, ρ – коэффициент отраже- ния, ω 1 – частота синхронизирующего сигнала, ω – частота свободных коле- баний при наличии нагрузки, ω 0 – соб- ственная частота колебаний генера- тора. Синхронизация возможна при |sin ϕ|<1 . Условие синхронизации определяет полосу «захвата». Синхро- низация генераторов обеспечивает увеличение мощности и одновремен- но улучшает частотную стабильность системы, что существенно для инфор- мационных и энергетических систем. Для энергетического воздействия на объекты, находящиеся на расстоя- нии ближнего поля радиопередатчика ЭМ-энергии, необходимо в малой обла- сти создать ЭМ-поле с большой напря- жённостью, которое, переходя в тепло, повышает температуру до температуры необратимых изменений свойств мате- риала (возгорания, плавления, механи- ческого разрушения, пробоя или хими- ческого преобразования). Одним из очевидных способов решения такой задачи является использование антен- 3-канальный модулятор к решётке к магнетронам Сумматор (синхронизатор) Управляемые фазовращатели Безэховая камера Излучатели ФАР М1 М2 М3 Н Е Е Н Н