Известно в геометрии:
1. Гиперболоид – это поверхность, образуемая вращением гиперболы вокруг одной из ее осей.
2. Псевдосфера – это поверхность постоянной отрицательной кривизны, образуемая вращением трактрисы около её асимптоты.
Объединим две поверхности и получим новую поверхность вращения – псевдогиперболоид.
В псевдогиперболоиде проявляются интересные лучевые распространения, как синергия лучевых распространений одновременно в гиперболе и в сфере.
Новая поверхность вращения может быть использована для целей сбора, концентрирования и формирования узко направленного диаметрального потока электромагнитной энергии в СВЧ, ИК и видимом диапазонах частот.
Таким образом, псевдогиперболоидный резонатор / концентратор направленного излучения представляет собой разомкнутую псевдосферу, которая образована вращением разомкнутой трактрисы в виде усеченной гиперболы.
Разомкнутая трактриса псевдогиперболоидного резонатора / концентратора представляет собой усечению гиперболу, согласно рис. № 1.
Рис. № 1. Разомкнутая трактриса псевдогиперболоидного резонатора / концентратора.
Рассмотрим разомкнутую трактрису псевдогиперболоидного резонатора / концентратора на предмет лучевых распространений.
В идеальных условиях, согласно фокальному свойству гиперболы – луч, направленный на один из фокусов, отражается на второй фокус. Если продолжить этот луч дальше, то можно заметить, что он последовательно направляется к обоим фокусам. И в пределе, когда ветви гиперболы становятся прямыми (по оси фокусов) – попадает в ловушку. Произойдет концентрация лучей по оси фокусов гиперболы в идеальных условиях.
Изменим немного трактрису. Возьмём усечение одной ветви гиперболы чуть выше оси фокусов, а усечение другой ветви возьмём чуть ниже оси фокусов гиперболы.
В этом случае будет происходить не только концентрация лучей к оси фокусов гиперболы, но и узко направленное распространение по оси фокусов в одном направлении.
Теперь построим из указанной выше й трактрисы – псевдогиперболоидный резонатор / концентратор направленного излучения и рассмотрим его свойства. Полученный псевдогиперболоидный резонатор / концентратор будет концентрировать и направлять лучи уже не по одной оси фокусов гиперболы, а в диаметральной плоскости оси фокусов гиперболоида.
В зависимости от назначения, псевдогиперболоидный резонатор / концентратор направленного излучения может быть полно проходным или замкнутым для входного энергетического потока, см. рис. № 2.
Замкнутый тип. Полно проходной тип.
Рис. № 2. 3-D модели двух типов псевдогиперболоидных резонаторов / концентраторов.
По конструктивному исполнению каждый тип псевдогиперболоидного резонатора может быть изготовлен с разомкнутой или замкнутой псевдосферой в её диаметре, см. рис. № 3.
С разомкнутой псевдосферой С замкнутой псевдосферой
Рис. № 3. 3-D модели псевдогиперболоидных резонаторов с разомкнутой и замкнутой псевдосферой.
ВЫВОД
- Предложенный псевдогиперболоидный резонатор / концентратор может быть использован для формирования мощного направленного излучения в виде тонкого диаметрального канала электромагнитного потока сверхвысоких частот, в том числе и до оптических.
2. Заявленный резонатор подходит для создания компактного СВЧ излучателя, принцип действия которого основан на резонансном усилении электромагнитного поля с последующим быстрым выводом энергии в виде мощного СВЧ энергетического потока. Для формирования узконаправленного диаметрального потока СВЧ энергии псевдогиперболоидный резонатор должен быть замкнутого типа, см. рис. № 4.
Рис. № 4. Лучевые распространения в сечении псевдогиперболоидного резонатора для СВЧ энергии.
3. Предложенный псевдогиперболоидный резонатор / концентратор может быть использован для формирования инфракрасного и видимого мощного потока энергии в газодинамической лазерной генерации. В этом случае псевдогиперболоидный резонатор должен быть полно проходного типа для газодинамического потока, см рис. № 5.
Рис. № 5. Лучевые распространения в сечении псевдогиперболоидного резонатора для ИК и видимого диапазонов частот газодинамической лазерной генерации.
4. В заявленном резонаторе могут быть реализованы два метода получения инверсной населенности: быстрое расширение газа в сопле (колебательная температура газа больше температуры активных степеней свободы Т^> Т) и быстрый нагрев газа (например, в ударной волне), когда Т~> Т ^.