Предлагается новая концепция источника направленного микроволнового излучения с лазероподобными характеристиками — СВЧ-генератор, в конструкции которого сочетается классический источник электромагнитных колебаний (например, магнетрон) и специально разработанный резонатор на основе псевдогиперболоидной геометрии.

В отличие от традиционных антенн и фокусирующих конструкций, здесь формирование узконаправленного электромагнитного пучка происходит исключительно за счёт геометрии поверхности резонатора, без применения линз, зеркал или фазированных решеток, только за счёт формы принципиально новой поверхности второго рода — псевдогиперболоида.

Псевдогиперболоид — это новая, ранее не описанная геометрическая поверхность второго порядка, которая образуется вращением специальной кривой — усечённой трактрисы, частично приближающейся по форме к гиперболе. Полученная объёмная полость обладает переменной отрицательной кривизной и объединяет свойства гиперболоида (фокусировка и отражение излучения по оси) и псевдосферы (естественное направление потока вдоль образующей).

Таким образом, резонатор представляет собой гладкую, разомкнутую полость с особой формой стенки, которая контролирует распространение электромагнитных волн внутри объёма и управляет выходным пучком.

Благодаря согласованной внутренней геометрии, псевдогиперболоидный резонатор обеспечивает необычное поведение электромагнитных волн: они формируют устойчивый узкий поток, направленный вдоль центральной оси, с минимальной угловой расходимостью, приближающейся к дифракционному пределу — как это происходит в оптике лазеров.

Излучение формируется в виде полого цилиндрического пучка (т. е. энергетически насыщенной оболочки вокруг центральной канальной оси), что позволяет создавать уникальные по форме и направленности СВЧ-потоки.

Интеграция с СВЧ-источником

Конструктивно система представляет собой магнетрон (или иной генератор СВЧ-энергии), установленный в сопряжении с псевдогиперболоидным резонатором (см. рис. №1).

Рис. № 1. 3-D модель СВЧ-генератора с лазероподобными свойствами на основе псевдогиперболоидного резонатора

Ключевым техническим моментом является согласование волновых характеристик между излучающим элементом (антенной частью магнетрона) и формируемыми в резонаторе модами. Для этого требуется:

— точная настройка положения источника СВЧ в резонаторе (вдоль продольной оси или с некоторым смещением);

— согласование пространственного профиля поля магнетрона с внутренними модами резонатора;

— обеспечение отражающих условий по периметру полости для устойчивой резонансной работы.

Это позволяет эффективно передавать энергию от генератора в резонатор, минимизировать потери и создать когерентный направленный пучок высокой плотности мощности.

Преимущества и отличия от аналогичных решений

— Узкая диаграмма направленности без внешних фокусирующих устройств; 

— Формирование пучка за счёт геометрии — а не фазовых антенн или диэлектрических линз; 

— Потенциал масштабирования на другие частотные диапазоны (верхний СВЧ/НВЧ); 

— Компактность и механическая цельность конструкции; 

— Лёгкая адаптация под модульные или энергонезависимые решения (включая генераторы импульсного действия, капсюльные зарядные узлы и пр.).

Назначение и применение

— СВЧ-излучатели направленного действия (аналог лазера для СВЧ);

— Модули беспроводной передачи энергии на расстояние;

— Портативного узконаправленного источника ЭМ-поля в составе РЭБ или РЛС;

 — Компоненты многодиапазонной энергетической платформы двойного назначения для воздействия на объекты.

Вывод

СВЧ-генератор, скомбинированный с псевдогиперболоидным резонатором, представляет собой компактный и перспективный источник направленного микроволнового излучения нового типа. Его особенности делают возможным применение в задачах дистанционного воздействия, точного энергетического наведения, беспроводной передачи энергии, и даже технологических систем экологического и климатического контроля.