Устройство и способ генерации и передачи высоковольтных мультичастотных колебаний
DEVICE AND METHOD OF GENERATION AND TRANSMISSION OF HIGH-VOLTAGE MULTIFREQUENCE OSCILLATIONS

Изобретение относится к области электротехники, в частности к устройствам и способам генерации и передачи электрических высоковольтных мультичастотных колебаний требуемого спектра частоты.
Известен высокочастотный генератор электромагнитных колебаний в широком диапазоне длин волн, состоящий из высоковольтного резонансного трансформатора и антенны в виде концентрических, гальванически несвязанных между собой колец (Патент США №1962565 от 12.06.1934 г.).
Недостатком известных способов является то, что в них нет возможности регулировки мощности излучения. Еще одним недостатком является фиксированный излучаемый спектр частот, зависящий от геометрических параметров антенн, и невозможность дополнять его требуемыми частотами.
Задачей предлагаемого изобретения является повышение эффективности облучения, увеличение излучаемого спектра и создание возможности регулирования мощности излучения на единицу площади облучаемого объекта.
В результате использования предлагаемого изобретения  повышается эффективность облучения, увеличивается излучаемый спектр и появляется возможность регулировки мощность излучения за счет использования модуляции выходного сигнала инвертора.
Из физики известно, что при модуляции передаваемого сигнала в его спектре появляются частотные составляющие, соответствующие модулирующей частоте. Так же известно, что сигнал от электрического разряда имеет крутой передний фронт и сложную форму, которая содержит большое число гармоник, что может использоваться для увеличения частотного спектра излучения.
1
2
Технический результат достигается тем, что в устройстве для генерации и передачи электромагнитных высоковольтных мультичастотных колебаний, содержащем источник питания, полуволновой резонансный трансформатор или два четвертьволновых резонансных трансформатора, две антенны, в виде незамкнутых гальванически несвязанных между собой колец, в качестве источника питания используется инвертор с возможностью амплитудной, широтно–импульсной или частотной модуляции выходного сигнала. При этом модуляция может иметь многоступенчатый характер, модулирующая частота Fможет быть промодулирована частотой F и т.д. в зависимости от желаемого спектра. Технический результат достигается так же тем, что антенны подключаются к высоковольтным выводам резонансного трансформатора через разрядник.
Сущность предлагаемого изобретения поясняется фиг.1, фиг.2, фиг.3 и фиг. 4, фиг.5, фиг.6, фиг.7 и фиг.8.
На фиг.1 представлен высоковольтный мультичастотный генератор с двумя антеннами, образованными концентрическими не замкнутыми кольцами, с источником высокого напряжения на основе полуволнового трансформатора Тесла.
Устройство фиг.1 содержит блок управления выходным сигналом преобразователя электрической энергии 1, преобразователь электрической энергии 2, конденсатор 3, первичную обмотку полуволнового резонансного трансформатора 4, вторичную повышающую обмотку полуволнового резонансного трансформатора 5, 2 антенны в виде незамкнутых гальванически несвязанных между собой колец 6, облучаемый объект помещается в зону 7.
На фиг.2 представлено устройство, состоящее из двух антенн в виде незамкнутых гальванически несвязанных между собой концентрических колец и индуктивного элемента. Фиг.2 демонстрирует принцип генерации и передачи высоковольтных мультичастотных колебаний и показывает распределение волн напряжения и тока вдоль полуволнового резонансного трансформатора.
На фиг.3 представлен высоковольтный мультичастотный генератор с двумя антеннами, образованными концентрическими незамкнутыми кольцами, с источником высокого напряжения на основе двух четвертьволновых резонансных трансформаторов.
Устройство фиг.3 содержит блок управления выходным сигналом преобразователя электрической энергии 1, преобразователь электрической энергии 2, конденсатор 3,  первичную обмотку передающего четвертьволнового  резонансного трансформатора 8, вторичную повышающую обмотку передающего четвертьволнового резонансного трансформатора 9, вторичную обмотку принимающего четвертьволнового резонансного трансформатора 10,  2 антенны в виде незамкнутых гальванически несвязанных между собой колец 6, облучаемый объект помещается в зону 7.
На фиг.4 представлено устройство, состоящее из двух антенн в виде незамкнутых гальванически несвязанных между собой концентрических колец и двух индуктивных элементов. Фиг.4 демонстрирует принцип генерации и передачи высоковольтных мультичастотных колебаний и показывает распределение волн напряжения и тока вдоль четвертьволнового резонансного трансформатора.
На фиг.5 представлен высоковольтный мультичастотный генератор с двумя антеннами, образованными концентрическими незамкнутыми кольцами, с источником высокого напряжения на основе полуволнового резонансного трансформатора, при этом антенны подключаются к высоковольтным выводам резонансного трансформатора через разрядник.
Устройство фиг.5 содержит блок управления выходным сигналом преобразователя электрической энергии 1, преобразователь электрической энергии 2, конденсатор 3, первичную обмотку полуволнового резонансного трансформатора 4, вторичную повышающую обмотку полуволнового резонансного трансформатора 5, разрядник 11, 2 антенны в виде незамкнутых гальванически несвязанных между собой колец 6, облучаемый объект помещается в зону 7.
На фиг.6 представлен высоковольтный мультичастотный генератор с двумя антеннами, образованными концентрическими незамкнутыми кольцами, с источником высокого напряжения на основе двух четвертьволновых резонансных трансформаторов, при этом антенны подключаются к высоковольтным выводам резонансного трансформатора через разрядник.
Устройство фиг.6 содержит блок управления выходным сигналом преобразователя электрической энергии 1, преобразователь электрической энергии 2, конденсатор 3,  первичную обмотку передающего четвертьволнового  резонансного трансформатора 8, вторичную повышающую обмотку передающего четвертьволнового резонансного трансформатора 9, вторичную обмотку принимающего четвертьволнового резонансного трансформатора 10,  разрядник 11, 2 антенны в виде незамкнутых гальванически несвязанных между собой колец 6, облучаемый объект помещается в зону 7.
нес,
мод1,
мод2
раб
мод1
мод2
На Фиг.7 представлена диаграмма сигналов, из которой виден принцип расширения рабочего спектра устройства и регулировка мощности излучения. Фиг. 7 поясняет принцип работы устройства с использованием модуляции на примере ШИМ. На Фиг.3 представлена диаграмма сигналов, из которой виден принцип расширения рабочего спектра устройства и регулировка мощности излучения. Несущая частота Fмодулируется более низкой частотой Fкоторая в свою очередь модулируется более низкой частотой F, таким образом сигнал рабочей частоты F,соответствующий сигналу открывания силовых ключей в преобразователе, будет иметь спектр, содержащий в том числе частоты F и F, которые в свою очередь войдут в спектр излучения антенн.
На фиг.8 представлен возможный вариант исполнения антенны.
Устройство генерации и передачи электромагнитных высоковольтных мультичастотных колебаний работает следующим образом.
На колебательный контур, состоящий из первичной обмотки трансформатора 4 (8) и конденсатора 3, подают ток от преобразователя 2 сигналом прямоугольной формы или импульсом, при этом выходной сигнал модулируется блоком управления выходным сигналом преобразователя электрической энергии 1 для задания требуемой мощности (и) или расширения излучаемого спектра, далее энергия передается во вторичную обмотку 5 резонансного трансформатора, на концах которой находятся пучности напряжения, к которым напрямую или через разрядник 11 присоединяются внешние кольца антенн 6. В случае использования двух четвертьволновых резонансных трансформаторов внешние кольца антенн 6 прикреплены на конец вторичной повышающей обмотки передающего четвертьволнового резонансного трансформатора 9 и на конец вторичной обмотки принимающего четвертьволнового резонансного трансформатора 10 напрямую или через разрядник 11. Колебания в концентрических незамкнутых гальванически несвязанных кольцах антенны 6 возникают в результате действия на них электромагнитного поля от трансформатора и внешних гальванически связанных со вторичной обмоткой трансформатора колец. Каждая из двух антенн может включать от 3 до 25 колец. Внешнее кольцо каждой антенны может быть замкнутым. Между антеннами, в зоне 6, возникает электрическое поле, содержащее широкий спектр частот.