[RU]

Раскрыты различные варианты передачи энергии, переносимой в форме направляемой поверхностной волноводной моды вдоль поверхности проводящей среды с потерями, такой как, например, земная среда, посредством возбуждения направляемого поверхностного волноводного зонда.

(57) Реферат / Формула:

Раскрыты различные варианты передачи энергии, переносимой в форме направляемой поверхностной волноводной моды вдоль поверхности проводящей среды с потерями, такой как, например, земная среда, посредством возбуждения направляемого поверхностного волноводного зонда.

---

(19)
Евразийское
патентное
ведомство
(21) 201790562 (13) A1
(12) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ К ЕВРАЗИЙСКОЙ ЗАЯВКЕ
(43) Дата публикации заявки 2017.09.29
(22) Дата подачи заявки 2015.06.12
(51) Int. Cl. H01P 3/00 (2006.01) H01Q1/36 (2006.01) H01Q1/04 (2006.01) H01Q13/20 (2006.01) H01Q 9/32 (2006.01)
(54) ВОЗБУЖДЕНИЕ И ПРИМЕНЕНИЕ МОД НАПРАВЛЯЕМЫХ ПОВЕРХНОСТНЫХ ВОЛН НА СРЕДАХ С ПОТЕРЯМИ
(31) (32)
14/483,089 2014.09.10
(33) US
(86) PCT/US2015/035598
(87) WO 2016/039832 2016.03.17
(71) Заявитель:
СиПиДжи ТЕКНОЛОДЖИЗ, ЛЛК. (US)
(72) Изобретатель:
Корум Джеймс Ф., Корум Кеннет Л.
(US)
(74) Представитель:
Перегудова Ю.Б., Фелицына С.Б. (RU) (57) Раскрыты различные варианты передачи энергии, переносимой в форме направляемой поверхностной волноводной моды вдоль поверхности проводящей среды с потерями, такой как, например, земная среда, посредством возбуждения направляемого поверхностного волноводного зонда.
1710358
ВОЗБУЖДЕНИЕ И ПРИМЕНЕНИЕ МОД НАПРАВЛЯЕМЫХ ПОВЕРХНОСТНЫХ
ВОЛН НА СРЕДАХ С ПОТЕРЯМИ
Перекрестные ссылки на родственные заявки
Настоящая заявка на выдачу патента в соответствии с Договором о международной патентной кооперации испрашивает приоритет и преимущества совместно рассматриваемой заявки на выдачу патента США № 14/483,089 под названием "Возбуждение и использование направляемых поверхностных волн на средах с потерями" ("Excitation and Use of Guided Surface Wave Modes on Lossy Media"), поданной 10 сентября 2014 г. и настоящим включенной сюда посредством ссылки во всей своей полноте.
Уровень техники
В продолжение более столетия сигналы, передаваемые радиоволнами, использовали поля излучения, испускаемые с использованием обычных антенных структур. В отличие от радиотехники системы распределения электроэнергии в течение последнего столетия использовали направленную передачу энергии по электрическим проводникам. Такое понимание различий между радиочастотной (РЧ) передачей и передачей энергии существует с самого начала двадцатого века.
Краткое описание чертежей
Многие аспекты настоящего изобретения могут быть лучше поняты со ссылками на следующие чертежи. Компоненты на чертежах не обязательно изображены в масштабе, вместо этого упор был сделан на четкую иллюстрацию принципов изобретения. Более того, на чертежах одинаковые цифровые обозначения присвоены соответствующим компонентам на нескольких изображениях.
Фиг. 1 представляет график, показывающий напряженность поля в зависимости от расстояния для направляемого электромагнитного поля и излучаемого электромагнитного поля.
Фиг. 2 представляет чертеж, иллюстрирующий границу, по которой распространяются волны, с двумя областями, используемую для передачи направленной поверхностной волны, согласно различным вариантам настоящего изобретения.
Фиг. ЗА и ЗВ представляют чертежи, иллюстрирующие комплексный угол ввода электрического поля, синтезированного посредством направляемых поверхностных волноводных зондов, согласно различным вариантам настоящего изобретения.
Фиг. 4 представляет чертеж, иллюстрирующий направляемый поверхностный волноводный зонд, расположенный относительно показанной на Фиг. 2 границы, согласно одному из вариантов настоящего изобретения.
Фиг. 5 представляет график примера амплитуд асимптот ближней зоны и дальней зоны для функций Ханкеля первого порядка, согласно различным вариантам настоящего изобретения.
Фиг. 6А и 6В представляют графики, иллюстрирующие связанный заряд на сфере и влияние емкости, согласно различным вариантам настоящего изобретения.
Фиг. 7 представляет графическое представление, иллюстрирующее влияние высоты поднятия зарядного вывода на место, где волна пересекается с проводящей средой с потерями под углом Брюстера, согласно различным вариантам настоящего изобретения.
Фиг. 8А и 8В показывают графические представления, иллюстрирующие падение волны с синтезированным электрическим полем под комплексным углом Брюстера для согласования с направляемой поверхностной волноводной модой на расстоянии точки пересечения Ханкеля, согласно различным вариантам настоящего изобретения.
Фиг. 9А и 9В показывают графические представления примеров направляемого поверхностного волноводного зонда, согласно одному из вариантов настоящего изобретения.
Фиг. 10 представляет схему направляемого поверхностного волноводного зонда, показанного на Фиг. 9А, согласно варианту настоящего изобретения.
Фиг. 11 содержит графики примера мнимой и действительной частей фазовой задержки (Фу) зарядного вывода Ti направляемого поверхностного волноводного зонда,
показанного на Фиг. 9А, согласно варианту настоящего изобретения.
Фиг. 12 представляет фотографию примера реализованного направляемого поверхностного волноводного зонда, показанного на Фиг. 9А, согласно варианту настоящего изобретения.
Фиг. 13 представляет график сравнения измеренной и теоретической напряженности поля направляемого поверхностного волноводного зонда, показанного на Фиг. 12, согласно варианту настоящего изобретения.
Фиг. 14А и 14В представляет фотографию и графическое представление направляемого поверхностного волноводного зонда, согласно варианту настоящего изобретения.
Фиг. 15 представляет график примера амплитуд асимптот в ближней зоне и дальней зоне для функций Ханкеля первого порядка, согласно различным вариантам настоящего изобретения.
Фиг. 16 представляет график сравнения измеренной и теоретической напряженности поля направляемого поверхностного волноводного зонда, показанного на Фиг. 14А и 14В, согласно варианту настоящего изобретения.
Фиг. 17 и 18 показывают графические представления примеров направляемого поверхностного волноводного зонда, согласно вариантам настоящего изобретения.
Фиг. 19А и 19В представляют примеры приемников, которые могут быть использованы для приема энергии, передаваемой в форме направляемой поверхностной волны, возбуждаемой направляемым поверхностным волноводным зондом, согласно различным вариантам настоящего изобретения.
Фиг. 20 представляет пример еще одного приемника, который может быть использован для приема энергии, передаваемой в форме направляемой поверхностной волны, возбуждаемой направляемым поверхностным волноводным зондом, согласно различным вариантам настоящего изобретения.
Фиг. 21А представляет эквивалент Тевенина для приемников, показанных на Фиг. 19А и 19В, согласно варианту настоящего изобретения.
Фиг. 21В представляет эквивалент Нортона для приемника, показанного на Фиг. 17, согласно варианту настоящего изобретения.
Фиг. 22А и 22В показывают схемы, представляющие примеры зонда для измерения удельной проводимости и зонда в виде открытой проводной линии соответственно, согласно варианту настоящего изобретения.
Фиг. 23 А и 23 С представляют схемы примеров адаптивной системы управления, используемой посредством изображенной на Фиг. 4 системы управления зондом, согласно вариантам настоящего изобретения.
Фиг. 24А и 24В представляют пример регулируемого вывода для использования в качестве зарядного вывода, согласно варианту настоящего изобретения.
Осуществление изобретения
Для начала следует установить некоторую терминологию с целью обеспечения ясности при последующем обсуждении принципов настоящего изобретения. Во-первых, как рассматривается здесь, необходимо ввести формальное различие между излучаемыми электромагнитными полями и направляемыми электромагнитными полями.
Как рассматривается здесь, излучаемое электромагнитное поле содержит электромагнитную энергию, излучаемую структурой-источником в форме волн, не ограниченных волноводом. Например, излучаемое электромагнитное поле в общем случае представляет собой поле, покидающее удельную структуру, такую как антенна, и
распространяющееся через атмосферу или другую среду и при этом не ограниченное волноводной структурой. Когда излучаемые электромагнитные волны покинули удельную структуру, такую как антенна, они продолжают распространяться в среде распространения (такой как воздух) независимо от своего источника до тех пор, пока их энергия не будет полностью рассеяна, независимо от того, продолжает ли работать источник волн. После излучения электромагнитных волн их энергию невозможно вернуть, если только их как-то не перехватить, так что, в отсутствие такого перехвата, энергия этих электромагнитных волн будет потеряна навсегда. Электрические структуры, такие как антенны, сконструированы таким образом, чтобы излучать электромагнитные поля путем максимизации отношения сопротивления излучения к эквивалентному сопротивлению потерь в структуре. Излученная энергия рассеивается в пространстве и теряется независимо от того, присутствует ли приемник. Плотность энергии в излученных полях является функцией расстояния вследствие геометрического расширения. Соответственно, термин "излучает" во всех своих формах, как он используется здесь, обозначает именно этот тип распространения электромагнитных полей.
Направляемое электромагнитное поле представляет собой распространяющуюся электромагнитную волну, энергия которой концентрируется на границе или рядом с границей между средами, имеющими разные электромагнитные свойства. В этом смысле направляемое электромагнитное поле представляет собой поле, "связанное" с волноводом, и может быть охарактеризовано как поле, переносимое током, текущим в волноводе. Если нет нагрузки для приема и/или рассеивания энергии, переносимой направляемой электромагнитной волной, тогда энергия не теряется за исключением той энергии, которая рассеивается в электрической проводимости направляющей среды. Иными словами, если нет нагрузки для направляемой электромагнитной волны, нет и потребления энергии. Таким образом, генератор или другой источник, генерирующий направляемое электромагнитное поле, не отдает действительной, активной мощности, если нет резистивной нагрузки. Поэтому, такой генератор или другой источник работает по существу вхолостую, если нет нагрузки. Это похоже на ситуацию работы генератора, который генерирует электромагнитную волну с частотой 60 Гц, передаваемую по линиям электропередач, где нет электрической нагрузки. Следует отметить, что направляемое электромагнитное поле или волна эквивалентны тому, что называется "мода линии передачи". Это контрастирует с излучаемыми электромагнитными волнами, для которых все время подается действительная мощность, чтобы генерировать излучаемые волны. В отличие от излучаемых электромагнитных волн, направляемая электромагнитная энергия не продолжает распространяться по волноводу конечной длины после выключения
источника энергии. Соответственно, термин "направлять" во всех своих формах, как он используется здесь, относится к этой моде передачи (ТМ) электромагнитных полей и волн.
На Фиг. 1 изображен график 100 напряженности поля в дециБел (дБ) относительно произвольного опорного уровня, выраженного в Вольт/метр, в функции расстояния в километрах на графике в логарифмическом масштабе (log-dB) для дальнейшей иллюстрации различий между излучаемыми и направляемыми электромагнитными полями. График 100, представленный на Фиг. 1, изображает кривую 103 напряженности направляемого поля, которая показывает напряженность направляемого электромагнитного поля в зависимости от расстояния. Кривая 103 напряженности направляемого поля является по существу такой же, как для моды линии передачи. Кроме того, график 100 представляет кривую 106 напряженности излучаемого поля, которая показывает изменение излучаемого электромагнитного поля в зависимости от расстояния.
Интересно рассмотреть формы кривых 103 и 106 для распространения направляемых волн и излучаемых волн. Кривая 106 напряженности излучаемого поля падает геометрически (по закону 1/d, где d - расстояние) и имеет вид прямой линии в полностью логарифмическом (log-log) масштабе. Кривая 103 напряженности направляемого поля, с другой стороны, имеет характеристику экспоненциального затухания е~аА/л[б, и обладает четко выраженным изгибом 109. Кривая 103 напряженности направляемого поля и кривая 106 напряженности излучаемого поля пересекаются в точке 113 пересечения, находящейся на расстоянии пересечения. На расстояниях меньше расстояния пересечения напряженность направляемого электромагнитного поля в большинстве точек значительно превосходит напряженность излучаемого электромагнитного поля. На расстояниях больше расстояния пересечения справедливо противоположное утверждение. Таким образом, кривые 103 и 106 напряженностей направляемого и излучаемого полей соответственно дополнительно иллюстрируют фундаментальную разницу между распространением направляемого и излучаемого электромагнитных полей. Для неформального обсуждения различий между направляемыми и излучаемыми электромагнитными полями можно обратиться к работе Миллиган Т. "Современные конструкции антенн" (Milligan, Т., Modern Antenna Design, McGraw-Hill, 1st Edition, 1985, pp.8-9), содержание которой включено сюда посредством ссылки во всей своей полноте.
Различия между излучаемыми и направляемыми электромагнитными волнами, приведенные выше, могут быть легко выражены формально и поставлены на строгую основу. Эти два столь разных решения могут вытекать из одного и того же линейного
дифференциального уравнения в частных производных, а именно волнового уравнения, аналитически выводимого из граничных условий, наложенных на проблему. Функция Грина для волнового уравнения сама по себе содержит различие между природой излучаемых и направляемых волн.
В свободном пространстве волновое уравнение представляет собой дифференциальный оператор, собственные функции которого дают непрерывный спектр собственных значений на комплексной плоскости волновых чисел. Это поперечное электромагнитное поле (ТЕМ) называется излучаемым полем, а эти распространяющиеся поля называются "волнами Герца". Однако в присутствии проводящей границы волновое уравнение вместе с граничными условиями математически ведет к спектральному представлению волновых чисел, состоящему из непрерывного спектра плюс сумма дискретных спектров. Для этого ссылки сделаны на работу Зоммерфельд А., "О распространении волн в беспроводной телеграфии" (Sommerfeld, A., "Uber die Ausbreitung der Wellen in der Drahtlosen Telegraphie," Annalen der Physik, Vol. 28, 1909, pp. 665-736). См. также статью Зоммерфельд А. "Проблемы радио", публикованную в качестве Главы 6 в сборнике "Дифференциальные уравнения в частных производных в физике - Лекции по теоретической физике: Том VI (Sommerfeld, A., "Problems of Radio," published as Chapter 6 in Partial Differential Equations in Physics - Lectures on Theoretical Physics: Volume VL Academic Press, 1949, pp. 236-289, 295-296); статью Коллин P.E. "Диполь Герца, излучающий над вносящей потери поверхностью земли или моря: Некоторые дискуссии в начале и в конце 20-го столетия" (Collin, R. Е., "Hertzian Dipole Radiating Over a Lossy Earth or Sea: Some Early and Late 20th Century Controversies," IEEE Antennas and Propagation Magazine, Vol. 46, No. 2, April 2004, pp. 64-79); и статью Райх Х.Дж., Орднунг П.Ф., Краусс Х.Л. и Скальник Дж.Г. "Теория и техника СВЧ" (Reich, Н. J., Ordnung, P.F, Krauss, H.L., and Skalnik, J.G., Microwave Theory and Techniques, Van No strand, 1953, pp. 291-293), каждая из которых включена сюда посредством ссылки во всей своей полноте.
Суммируя вышеизложенное, во-первых, непрерывная часть спектра собственных значений волновых чисел, соответствующая разветвленным интегралам, порождает поле излучения, и, во-вторых, дискретный спектр и соответствующая остаточная сумма, обусловленная полюсами, окруженными контуром интегрирования, дают в результате бегущие поверхностные волны не-ТЕМ-типа, которые экспоненциально затухают в направлении, поперечном относительно направления распространения волны. Такие поверхностные волны представляют собой направляемые моды линии передачи. Дополнительные пояснения можно найти в книге Фридман Б. "Принципы и методы
прикладной математики" (Friedman, В., Principles and Techniques of Applied Mathematics, Wiley, 1956, pp. pp. 214, 283-286, 290, 298-300).
В свободном пространстве антенны возбуждают континуум собственных значений волнового уравнения, представляющий поле излучения, где распространяющаяся во внешнее пространство РЧ энергия с синфазными составляющими Ez и теряется
навсегда. С другой стороны, волноводные зонды возбуждают дискретные собственные значения, результатом чего является распространение линии передачи. См. Работу Коллин Р.Е. "Теория поля для направляемых волн" (Collin, R. Е., Field Theory of Guided Waves, McGraw-Hill, 1960, pp. 453, 474-477). Хотя такой теоретический анализ предложил гипотетическую возможность возбуждения направляемых волн для открытой поверхности на планарной или сферической поверхности однородной среды с потерями, в течение более столетия в технике не были известны структуры, которые позволили бы осуществить это с какой-либо практической эффективностью. К сожалению, с самого своего появления в начале 1900-х годов указанный выше теоретический анализ оставался по существу чисто теоретическим, и не были известны какие-либо структуры, которые позволили бы практически осуществить возбуждение направляемых волн для открытой поверхности на планарной или сферической поверхности однородной среды с потерями.
Согласно различным вариантам настоящего изобретения рассмотрены разнообразные направляемые поверхностные волноводные зонды, конфигурированные для возбуждения электрических полей, связанных с направляемой поверхностной волноводной модой вдоль поверхности проводящей среды с потерями. Такие направляемые электромагнитные поля в значительной степени модально согласованы по амплитуде и фазе с модой направляемой поверхностной волны на поверхности проводящей среды с потерями. Такая мода направляемой поверхностной волны может также быть названа волноводной модой Ценнека. Вследствие того факта, что результирующие поля, возбуждаемые направляемыми поверхностными волноводными зондами, описываемыми здесь, в значительной степени модально согласованы с направляемой поверхностной волноводной модой на поверхности проводящей среды с потерями, происходит возбуждение направляемого электромагнитного поля в форме направляемой поверхностной волны вдоль поверхности проводящей среды с потерями. Согласно одному из вариантов проводящая среда с потерями представляет собой земную среду, такую как Земля.
На Фиг. 2 представлена граница, по которой распространяются волны, для обеспечения решения уравнений Максвелла с граничными условиями, полученного в 1907 г. Джонатаном Ценнеком и изложенного в его статье Ценнек, Дж. "О распространении
плоских электромагнитных волн вдоль плоской проводящей поверхности и их применение в радиотелеграфии" (Zenneck, J., "On the Propagation of Plane Electromagnetic Waves Along a Flat Conducting Surface and their Relation to Wireless Telegraphy," Annalen der Physik, Serial 4, Vol. 23, September 20, 1907, pp. 846-866). На Фиг. 2 показана цилиндрическая система координат для радиально распространяющихся волн по границе раздела между проводящей средой с потерями, обозначенной как Область 1, и диэлектриком, обозначенным как Область 2. Область 1 может содержать, например, любую проводящую среду с потерями. В одном из примеров такая проводящая среда с потерями может содержать земную среду, такую как Земля, или другую среду. Область 2 содержит вторую среду, имеющую общую границу раздела с Областью 1 и обладающую основными параметрами, отличными от соответствующих параметров Области 1. Область 2 может содержать, например, любой диэлектрик, такой как атмосферный воздух, или другую среду. Коэффициент отражения от такой границы раздела стремится к нулю только для волн, падающих под комплексным углом Брюстера. См. работу Страттон Дж. А. "Теория электромагнетизма" (Stratton, J.A., Electromagnetic Theory, McGraw-Hill, 1941, p.
516).
Согласно различным вариантам настоящее изобретение предлагает разнообразные конструкции направляемых поверхностных волноводных зондов, генерирующих электромагнитные поля, в значительной степени модельно согласованные с направляемой поверхностной волноводной модой на поверхности проводящей среды с потерями, содержащей Область 1. Согласно различным вариантам, такие электромагнитные поля практически синтезируют волновой фронт, падающий на границу раздела под комплексным углом Брюстера для рассматриваемой проводящей среды с потерями, что приводит к нулевому отражению.
Для дальнейшего пояснения, в Области 2, где предполагается изменение поля в зависимости от времени по закону eJЈkJt и где р Ф 0 и г > 0 (г - вертикальная координата,
нормальная к поверхности Области 1, р - радиальный размер в цилиндрических координатах), полученное Ценнеком решение уравнений Максвелла в замкнутой форме, удовлетворяющее граничным условиям на границе раздела, выражено в виде следующих составляющих электрического поля и магнитного поля:
Н2ф = Ае-"*z H(tm)t-jyp\
(i)
(2)
В Области 1, где предполагается изменение поля в зависимости от времени по закону eJЈ1Jt и где р Ф О и z < О, полученное Ценнеком решение уравнений Максвелла в
замкнутой форме, удовлетворяющее граничным условиям на границе раздела, выражено в виде следующих составляющих электрического поля и магнитного поля:
Н1ф = Ле^ Hi2\-jrpl (4) Е1р = Л (-^- ) е^' {-jypl and (5)
В этих выражениях, z - вертикальная координата по нормали к поверхности Области 1 и р - радиальная координата, Нп (-}ур) представляет функцию Ханкеля второго рода и порядка п с комплексным аргументом, и± обозначает постоянную распространения в положительном вертикальном (z) направлении в Области 1, и2 обозначает постоянную распространения в вертикальном (z) направлении в Области 2, ^обозначает удельную проводимость Области 1, oi равно 2nf, где / - частота возбуждения, ?р обозначает диэлектрическую проницаемость свободного пространства, s1 обозначает диэлектрическую проницаемость Области 1, А обозначает константу источника, обусловленную характеристиками источника сигнала, у обозначает радиальную постоянную распространения поверхностной волны.
Постоянные распространения в направлениях +г определяют путем разделения
волнового управления для областей выше и ниже границы раздела между Областями 1 и 2 и применения граничных условий. Такая процедура дает для Области 2,
и дает для Области 1,
Щ = -Щ{ЕГ-]Х). (8) Радиальная постоянная у распространения определена соотношением
представляющим собой комплексное выражение, где п обозначает комплексный показатель преломления согласно формуле
П = ^jЈr - ]Х. (10) Во всех приведенных выше уравнениях,
X = - и (11)
C±> 5Q
ка = 0)^}^ = ^ (12)
где iiD представляет собой магнитную проницаемость свободного пространства, и sT обозначает относительную диэлектрическую проницаемость Области 1. Таким образом, возбуждаемая поверхностная волна распространяется параллельно границе раздела и экспоненциально ослабевает в направлении вертикали от этой границы. Это явление называется затуханием.
Таким образом, уравнения (1) - (3) можно считать уравнениями цилиндрически симметричной радиально распространяющейся волноводной моды. См. работу Барлоу Х.М и Браун Дж. "Поверхностные радиоволны" (Barlow, Н. М., and Brown, J., Radio Surface Waves, Oxford University Press, 1962, pp. 10-12, 29-33). Настоящее изобретение детализирует структуры, возбуждающие эту волноводную моду "открытой границы". В частности, согласно различным вариантам предложен направляемый поверхностный волноводный зонд, имеющий зарядный вывод подходящего размера, на который поступает напряжение и/или ток и который расположен заданным образом относительно границы раздела между Областью 2 и Областью 1 для достижения комплексного угла Брюстера на этой границе раздела с целью возбуждения поверхностной волноводной моды лишь с минимальным отражением или совсем без отражения. В некотором положении относительно зарядного вывода может быть установлен компенсационный вывод подходящего размера, на который подают напряжение и/или ток, для коррекции угла Брюстера на границе раздела.
Продолжая, импедансное граничное условие Леонтовича между Областью 1 и Областью 2 имеет следующий вид
пХЯ3[р^,0) =Л, (13)
где п - единичный вектор нормали, направленный в положительном вертикальном (+z) направлении иНг- напряженность магнитного поля в Области 2, выраженная уравнением
(1). Уравнение (13) подразумевает, что электрические и магнитные поля, задаваемые уравнениями (1) - (3), могут привести к возникновению плотности радиального поверхностного тока вдоль границы раздела, такая плотность радиального поверхностного тока определяется соотношением
Jv{p') = -AH?\-jYp) (14)
где Л - константа. Далее, следует отметить, в ближней зоне относительно направляемого поверхностного волноводного зонда (для р " Я) приведенное выше уравнение (14) имеет вид
Знак минус означает, что когда ток (JD) источника течет вертикально вверх, требуемый ток в земле в "ближней зоне" течет радиально внутрь. Посредством согласования по Нф в "ближней зоне" находим
A = -f (16)
в уравнениях (1) - (6) и (14). Поэтому плотность радиального поверхностного тока из уравнения (14) может быть переформулирована в виде
= ^ tff Ч-;У/0. (п)
Поля, выраженные уравнениями (1) - (6) и (17) имеют природу моды линии передачи, "привязанной" к границе раздела со средой с потерями, а не полей излучения, таких как поля, ассоциированные с распространением поверхностной (земной) волны. См. работу Барлоу Х.М и Браун Дж. "Поверхностные радиоволны" (Barlow, Н. М. and Brown, J., Radio Surface Waves, Oxford University Press, 1962, pp. 1-5).
В этом пункте сделан обзор природы функций Ханкеля, используемых в уравнениях (1) - (6) и (17), с упором на специальные свойства этих решений волнового уравнения. Можно видеть, что функции Ханкеля первого и второго рода и порядка п определены как комплексные комбинации стандартных функций Бесселя первого и второго рода
^й=АЙ+ЯМ,и (18)
Эти функции представляют цилиндрические волны, распространяющиеся радиально внутрь (Я^) и наружу (Я^), соответственно. Это определение аналогично соотношению = cos х + } sin х. См., например, работу Харрингтон, Р. Ф. "Поля, гармонические по времени" (Harrington, R.F., Time-Harmonic Fields, McGraw-Hill, 1961, pp. 460-463).
Тот факт, что функция H^Qc р) описывает исходящую волну, можно понять из ее асимптотического поведения с большим аргументом, получаемого непосредственно из ряда определений 1п(_х) и Nn{x). В дальней зоне от направляемого поверхностного волноводного зонда:
Я^ОО- |^;V-^= flj^-X*-!),
(20a)
что, при умножении на eJЈ1Jt, представляет собой распространяющуюся наружу цилиндрическую волну в форме e^Cl> t~kf> ^ с пространственными вариациями Решение первого порядка (п = 1) может быть определено из уравнения (20а) в виде
К? (х) - ; Щ- е-> * = Е "Г'(^- ! " Э. (20Ь)
Поблизости (в ближней зоне) от направляемого поверхностного волноводного зонда (для р " X) функция Ханкеля первого порядка и второго рода ведет себя как:
я^СО-> -. (2i)
Отметим, что эти асимптотические выражения являются комплексными величинами. Когда "х" является действительной величиной, уравнения (20Ь) и (21) отличаются по фазе на множитель *Jj, что соответствует дополнительному фазовому сдвигу или "опережению
по фазе", равному 45° или, эквивалентно А/8. Асимптоты для ближней зоны и для дальней зоны для функции Ханкеля первого порядка и второго рода имеют точку "пересечения" ("кроссовера") Ханкеля или переходную точку, в которой они имеют равную величину, на расстоянии р = Rx. Расстояние до точки пересечения Ханкеля может быть найдено путем приравнивания уравнений (20Ь) и (21) и решения полученного уравнения относительно величины Rx. При х = а/а)?0 можно видеть, что асимптоты функций Ханкеля для
дальней зоны и для ближней зоны зависят от частоты, причем точка пересечения Ханкеля движется прочь по мере снижения частоты. Следует отметить, что асимптоты функций Ханкеля могут также изменяться, когда изменяется удельная проводимость (а)
проводящей сред с потерями. Например, удельная проводимость грунта может изменяться при изменениях погодных условий.
Направляемый поверхностный волноводный зонд может быть конфигурирован для создания электрического поля, имеющего наклон волны, который соответствует волне, падающей на поверхность проводящей среды с потерями под комплексным узлом, вследствие чего возбуждаются радиальные поверхностные токи посредством модального согласования, в значительной степени, с модой направляемой поверхностной волны в точке пересечения Ханкеля на расстоянии Rx.
На Фиг. ЗА показана интерпретация поля (Е) падающей волны, поляризованной параллельно плоскости падения, в соответствии с принципами геометрической оптики. Вектор Е электрического поля синтезируют в виде входящей неоднородной плоской
волны, поляризованной параллельно плоскости падения. Этот вектор Е электрического
поля может быть создан из независимых горизонтальной и вертикальной составляющих в виде:
ЁЮ = Ерр + Ег?. (22)
Геометрически, иллюстрация, показанная на Фиг. ЗА, предполагает, что вектор Е электрического поля может быть определен соотношением:
Ер(p,z) = Е (р,z) cos QQ, и (23а)
Ezip,z) = E(p,z~) cos Q - O^j = E {p, z) sin QQ, (23b) Откуда следует, что отношение составляющих напряженности поля равно
^ = tan^D. (24)
Используя составляющие электрического поля и магнитного поля, найденные из решений для составляющих электрического и магнитного поля, можно выразить полные сопротивления поверхностного волновода. Радиальное полное сопротивление поверхностного волновода можно записать в виде
5,-?-^, (25)
а нормальное к поверхности полное сопротивление по можно записать как
Zz = -JR. = (26)
Нф jots 0
Обобщенный параметр называемый "наклоном волны", определен здесь как
отношение горизонтальной составляющей электрического поля к вертикальной
составляющей электрического поля, заданное формулой
W = ^=\W\E^, (27)
которое является комплексной величиной и имеет амплитуду и фазу.
Для ТЕМ волны в Области 2 угол наклона волны равен углу между нормалью к фронту волны на границе раздела с Областью 1 и касательной к границе раздела. Легче это можно увидеть на Фиг. ЗВ, которая иллюстрирует поверхности равной фазы для ТЕМ-волны и их нормали для радиальной цилиндрической направляемой поверхностной волны. На границе раздела (z = 0) с идеальным проводником нормаль к фронту волны
параллельна касательной к границе раздела, что приводит к W = 0. Однако в случае
диэлектрика с потерями наклон W волны существует, поскольку нормаль к фронту волны непараллельна касательной к границе раздела при z = 0.
Это может быть лучше понято в соответствии с Фиг. 4, где показан пример направляемого поверхностного волноводного зонда 400а, содержащего поднятый зарядный вывод Ti и находящийся ниже компенсационный вывод Т2, расположенные вдоль вертикальной оси z, ориентированной по нормали к плоскости, представленной проводящей средой 403 с потерями. В этом примере зарядный вывод Ti помещен прямо над компенсационным выводом Т2, возможно, что в некоторых других конфигурациях могут быть использованы два или более зарядных и/или компенсационных выводов TN. Направляемый поверхностный волноводный зонд 400а расположен над проводящей средой 403 с потерями согласно одному из вариантов настоящего изобретения. Эта проводящая среда 403 с потерями составляет Область 1 (Фиг. 2, ЗА и ЗВ) а вторая среда 406 имеет общую границу раздела с проводящей средой 403 с потерями и составляет Область 2 (Фиг. 2, ЗА и ЗВ).
Направляемый поверхностный волноводный зонд 400а содержит схему 409 связи, соединяющую источник 412 возбуждения с зарядным и компенсационным выводами Ti и Т2. Согласно различным вариантам, на зарядный и компенсационный выводы Ti Т2 могут быть введены соответствующие электрические заряды Qi и Q2 в зависимости от напряжений, поступающих на эти выводы Ti и Тг в любой конкретный момент времени. Здесь Ii представляет собой ток проводимости, подающий электрический заряд Qi на зарядный вывод Ti, и Ь представляет собой ток проводимости, подающий электрический заряд Q2 на компенсационный вывод Тг.
Для понимания конструкции и работы направляемого поверхностного волноводного зонда 400а была использована концепция эффективной электрической высоты. Такая эффективная электрическая высота (hgyy) была определена как
heff = yj^l(z)dz (28а) для несимметричного вибратора с физической высотой (или длиной) hp, и как
h*ff = TjXI(z}dz (28b)
для симметричного вибратора или диполя. Значения этих выражений отличаются в 2 раза, поскольку физическая длина диполя, 2h , вдвое больше физической высоты
несимметричного вибратора, hp. Поскольку эти выражения зависят от амплитуды и фазы
распределения возбуждения, эффективная высота (или длина) в общем случае является
комплексной величиной. Интегрирование распределенного тока в структуре
несимметричной вибраторной антенны осуществляется по физической высоте этой структуры (k ), а результат интегрирования нормируют по току земли (J0), текущему
вверх через основание (или вход) структуры. Распределенный ток в структуре может быть представлен как
7(Z) = /CC0SG?0Z), (29) где Ра - постоянная распространения в свободном пространстве. В случае направляемого поверхностного волноводного зонда 400а, показанного на Фиг. 4, 1С представляет собой ток, распределенный вдоль вертикальной структуры.
Это можно понять с использованием схемы 409 связи, содержащей катушку индуктивности с небольшими потерями (например, спиральную катушку индуктивности) в нижней части структуры и питающий проводник, соединенный с зарядным выводом Ti. При использовании такой катушки индуктивности или спиральной линии задержки с физической длиной 1С и постоянной распространения
2тг 2тт
где Vy - коэффициент замедления в линии передачи для структуры, Ла - длина волны на частоте возбуждения и Лр - длина волны в линии передачи, получаемая в результате применения коэффициента Vy замедления в линии, фазовая задержка в структуре равна Ф = В^1С, а ток, попадающий в верхнюю часть катушки индуктивности от нижней части физической структуры, равен
/С(АЛ)= V* (31)
где фазу Ф измеряют относительно тока 1й земли (штырь заземления). Вследствие этого,
эффективная электрическая высота направляемого поверхностного волноводного зонда 400а, показанного на Фиг. 4, может быть аппроксимирована согласно выражению
Kff = l С Ioе & cos(jl0z) dz ^ ft,**, (32) для случая, кода физическая длина hp " XQ, длины волны на частоте возбуждения.
Дипольную антенную структуру можно оценить аналогичным образом. Комплексную эффективную высоту несимметричного вибратора, hgyy = hp при фазовом угле Ф (или
комплексную эффективную длину для диполя, hgff = 2fe?JeJ*), можно регулировать,
чтобы добиться согласование полей возбуждения с направляемой поверхностной
волноводной модой и возбудить направляемую поверхностную волну по поверхности проводящей среды 403 с потерями.
Согласно варианту, показанному на Фиг. 4, зарядный вывод Ti расположен над проводящей средой 403 с потерями на физической высоте Hi, а компенсационный вывод Тг расположен прямо под выводом Ti вдоль вертикальной оси z на физической высоте Ш, где Ш меньше Hi. Высота h передающей структуры может быть вычислена как h = Hi - Нг Зарядовый вывод Ti имеет изолированную (собственную) емкость Ci, а компенсационный вывод Т2 имеет изолированную (собственную) емкость Сг. Между выводами Ti и Т2 может также существовать взаимная емкость См, зависящая от расстояния между этими выводами. Во время работы на зарядный вывод Ti и компенсационный вывод Тг вводят электрические заряды Qi и Q2, соответственно, зависящие от напряжений, поступающих на эти зарядный вывод Ti и компенсационный вывод Т2 в любой конкретный момент времени.
Согласно одному из вариантов, проводящая среда 403 с потерями содержит земную среду, такую как планета Земля. В этом случае такая земная среда содержит все строения или формации, находящиеся на поверхности Земли, будь то естественные, природные или рукотворные, созданные человеком. Например, такая земная среда может содержать такие природные элементы, как скалы, грунт, песок, пресная вода, морская вода, деревья, растительность и все другие природные элементы, образующие нашу планету. Кроме того, такая земная среда может содержать созданные человеком элементы, такие как бетон, асфальт, строительные материалы и другие материалы, изготовленные человеком. В других вариантах проводящая среда 403 с потерями может содержать некоторую среду, отличную от планеты Земля, будь то естественную или рукотворную. В других вариантах, проводящая среда 403 с потерями может содержать другие среды, такие как изготовленные человеком поверхности и структуры, например, автомобили, самолет, искусственные материалы (такие как фанера, листы пластика и другие материалы) или другие среды.
В случае, когда проводящая среда 403 с потерями содержит земную среду или Землю, вторая среда 406 может представлять собой атмосферу над поверхностью земли. В таком случае атмосфера может называться "атмосферная среда", которая содержит воздух и другие элементы, составляющие атмосферу Земли. Кроме того, вторая среда 406 может содержать другие среды, отличные от проводящей среды 403 с потерями.
Возвращаясь к Фиг. 4, влияние проводящей среды 403 с потерями в Области 1 может быть исследовано с использованием анализа на основе метода изображений. Этот анализ применительно к проводящей среде с потерями предполагает присутствие
индуцированных эффективных зеркальных зарядов Qi' и Q2' под направляемым поверхностным волноводным зондом, совпадающих с зарядами Qi и Q2 на зарядном и компенсационном выводах Ti и Тг, как показано на Фиг. 4. Эти зеркальные заряды Qi' и Q2' не просто сдвинуты по фазе на 180° относительно первичных исходных зарядов Qi и Q2 на зарядном и компенсационном выводах Ti и Тг, как это было бы в случае идеального проводника. Проводящая среда с потерями, такая как, например, земная среда, представляет сдвинутые по фазе изображения. Иными словами, зеркальные заряды Qi' и Q2' находятся на комплексных глубинах. Для обсуждения комплексных изображений ссылки сделаны на статью "Уайт Дж. Р. "Теория комплексных изображений - пересмотр" (Wait, J. R., "Complex Image Theory-Revisited," IEEE Antennas and Propagation Magazine, Vol. 33, No. 4, August 1991, pp. 27-29), которая включена сюда посредством ссылки во всей своей полноте.
Вместо того, чтобы зеркальные заряды Qi' и Q2' помещать на глубине, равной физической высоте (Нп) зарядов Qi и Q2, проводящая виртуальная заземленная плоскость 415 (представляющая идеальный проводник) помещается на комплексную глубину z = -d/2, и зеркальные заряды появляются на "комплексных глубинах" (т.е. на "глубине", имеющей амплитуду и фазу), определяемых формулой - Dn = - (d/2 + d/2 + Нп) ф -Hn, где n = 1, 2, и для вертикально поляризованных источников,
d = ^_Щ^о_^2_ =^+^_ = (33)
Ye Ув
где
у/ = } <йЩ01 - (xi2U^ and (34)
kQ = ш^и0Е0. (35)
как указано в уравнении (12). В проводящей среде с потерями нормаль к фронту волны параллельна касательной к проводящей виртуальной заземленной плоскости 415 при z = -
d/2, а не на границе раздела между Областями 1 и 2.
Комплексное расстояние между зеркальными зарядами Qi' и Q2', в свою очередь приводит к тому, что внешние поля приобретут дополнительные фазовые сдвиги, не имеющие места, когда граница раздела образована либо диэлектриком без потерь, либо идеальным проводником. Существо метода изображений для диэлектрика с потерями состоит в замене конечно-проводящей Земли (или диэлектрика с потерями) на идеальный проводник, расположенный на комплексной глубине, z = - d/2, с зеркальными изображениями источников, располагающимися на комплексных глубинах Dn = d + Hn.
После этого можно вычислить поля над землей (z > 0) с использованием суперпозиции физического заряда Qn (при z, = +НП) и его зеркального изображения Qn' (при z = - Dn).
В соответствии с приведенным выше обсуждением асимптоты радиального поверхностного тока /р(р) волновода на поверхности проводящей среды с потерями
2ixp Zp '
(36) (37)
могут быть определены как 1±(р} в ближней зоне и ]2{р) в дальней зоне, где В ближней зоне (р < А/8): }р (р) njJ1
В дальней зоне (р " А/8): ]р (р) ~ j2
где а и /? - константы, относящиеся к затуханию и к фазе распространения плотности радиального поверхностного тока в дальней зоне соответственно. Как показано на Фиг. 4, J-l обозначает ток проводимости, питающий заряд Qi на верхнем зарядном выводе Ti, и 1г обозначает ток проводимости, питающий заряд Q2 на нижнем компенсационном выводе Тг.
Согласно одному из вариантов, форму зарядного вывода Ti задают таким образом, чтобы удерживать настолько большой заряд, насколько это практически возможно. В конечном итоге, напряженность поля направляемой поверхностной волны, возбуждаемой направляемым поверхностным волноводным зондом 400а, прямо пропорциональная количеству заряда на выводе Ti. Кроме того, между соответствующими зарядным выводом Ti и компенсационным выводом Тг и проводящей средой 403 с потерями могут существовать связанные емкости, зависящие от высот соответствующих зарядного вывода Ti и компенсационного вывода Тг относительно проводящей среды 403 с потерями.
Заряд Qi на верхнем зарядном выводе Ti может быть определен по формуле Qi = C1V1, где Ci - изолированная емкость зарядного вывода Ti и Vi - напряжение, поданное на зарядный вывод Ть В примере, показанном на Фиг. 4, сферический зарядный вывод Ti можно рассматривать в качестве конденсатора, а компенсационный вывод Т2 может содержать диск или нижний конденсатор. Однако в других вариантах выводы Ti и/или Тг могут содержать любую проводящую массу, способную удерживать электрический заряд. Например, выводы Ti и/или Тг могут иметь любую форму, такую как сфера, диск, цилиндр, конус, тор, колпачок, одно или несколько колец или любая другая рандомизированная форма, или сочетание форм. Если выводы Ti и/или Тг представляют собой сферы или диски, можно вычислить соответствующие собственные емкости Ci и Сг.
Емкость сферы, находящейся на физической высоте h над идеальной землей определяется соотношением
Celevated sphere = 47Г?оа(1 + М + К2 + М3 + 2М4 + ЗМ5 + - ¦}, (38)
где диаметр сферы равен 2а и М = а/2k.
В случае в достаточной степени изолированного вывода собственная емкость проводящей сферы может быть приблизительно равна С = 47Г?ра, где а представляет радиус сферы в метрах, а собственная емкость диска может быть приблизительно равна С = Ssea, где а представляет радиус диска в метрах. Отметим также, что зарядный вывод
Ti и компенсационный вывод Т2 не обязаны быть идентичными, как показано на Фиг. 4. Каждый вывод может иметь свои собственные размеры и форму и содержать разные электропроводные материалы. Система 418 управления зондом конфигурирована для управления работой направляемого поверхностного волноводного зонда 400а.
Рассмотрим геометрию на границе раздела с проводящей средой 403 с потерями относительно электрического заряда Qi на верхнем зарядном выводе Ть Как показано на Фиг. ЗА, соотношение между отношением составляющих поля и наклоном волны имеет вид
Ер = Es^ =tanl(j=W= meiT и (39)
Е3 Ecosiff ^ ||,
Ер Есазв W \w\
(40)
Для конкретного случая направляемой поверхностной волны, возбуждаемой в режиме передачи (ТМ), отношение составляющих поля в качестве наклона волны имеет вид
Б3 -jYH^i-jyp) "' где H^f(x)-> jnH^}(x). Применение уравнения (40) к направляемой поверхностной волне дает
мп^=^ = 7 = ^""^ = п = ^ = ^1^ <42)
Когда угол падения равен комплексному углу Брюстера (0iiB), коэффициент отражения исчезает, как это показано соотношением
р (Q \ V (.Ег -jxi - sin2 в i - ( sr -jxi С О 5 в
" ^ i,B ' 7 (_sr - jxi - sin2 в i + ( sr -jxi CO s в,
= 0. (43)
Регулируя комплексное отношение составляющих поля, можно синтезировать падающее поле таким образом, чтобы волна падала под комплексным углом, при котором отражение
оказывается уменьшенным или отсутствует полностью. Как и в оптике, минимизация коэффициента отражения падающего электрического поля может повысить и/или максимизировать передачу энергии в направляемой поверхностной волноводной моде по поверхности проводящей среды 403 с потерями. Более высокое отражение может помешать и/или даже предотвратить возбуждение направляемой поверхностной волны. Установление такого отношения в виде тг = *Jsr - Jx дает падение волны под
комплексным углом Брюстера, делая отражения исчезающими.
На Фиг. 5 представлен пример графика амплитуд функций Ханкеля первого порядка из уравнений (20Ь) и (21), когда Область 1 имеет удельную проводимость а = 0,010 См/м и относительную диэлектрическую проницаемость sT = 15 на рабочей
частоте 1850 кГц. Кривая 503 показывает величину асимптоты в дальней зоне из уравнения (20Ь) и кривая 506 показывает величину асимптоты в ближней зоне из уравнения (21), при этом точка 509 пересечения Ханкеля оказывается на расстоянии Rx = 54 футов. Хотя величины равны, между этими двумя асимптотами в точке 509
пересечения Ханкеля существует фазовый сдвиг. Согласно различным вариантам, направляемое электромагнитное поле может быть возбуждено в форме направляемой поверхностной волны вдоль поверхности проводящей среды с потерями при небольшом отражении или совсем без отражения путем согласования комплексного угла Брюстера ( &itB) в точке 509 пересечения Ханкеля.
За пределами точки 509 пересечения Ханкеля асимптота с большим аргументом преобладает на представлении функции Ханкеля в ближней зоне, а вертикальная составляющая модально-согласованного электрического поля из уравнения (3) асимптотически проходит к
и является линейно пропорциональной свободному заряду на изолированном компоненте емкости поднятого зарядного вывода при напряжении на выводе, qfrge = CfT9g X VT.
Высота Hi поднятого зарядного вывода Ti (Фиг. 4) влияет на величину свободного заряда на зарядном выводе Ть Когда зарядный вывод Ti находится рядом с виртуальной заземленной плоскостью 415 (Фиг. 4), большая часть заряда Qi на выводе "связана" с его зеркальным зарядом. По мере увеличения высоты зарядного вывода Ti связанный заряд уменьшается до тех пор, пока зарядный вывод Ti не достигнет высоты, на которой практически весь изолированный заряд становится свободным.
Преимущество увеличения высоты расположения емкости для зарядного вывода Ti состоит в том, что заряд на поднятом зарядном выводе Ti дальше уходит от виртуальной заземленной плоскости 415, что приводит к увеличению количества свободного заряда Qfrtre для передачи энергии в направляемой поверхностной волноводной моде.
На Фиг. 6А и 6В представлены графики, иллюстрирующие влияние высоты (п)на распределение свободного заряда на сферическом зарядном выводе диаметром D = 813 мм (32 дюйма). На Фиг. 6А показано угловое распределение заряда вокруг сферического вывода для физических высот 1,8 м (6 фут) (кривая 603), 3 м (10 фут) (кривая 606) и 10,4 м (34 фут) (кривая 609) над идеальной заземленной плоскостью. По мере удаления зарядного вывода от заземленной плоскости распределение заряда по сферическому выводу становится более равномерным. На Фиг. 6В кривая 612 представляет собой график емкости сферического вывода в функции от физической высоты (h) в футах на основе уравнения (38). Для сферы диаметром 813 мм (32 дюйма) изолированная емкость (Ciso) равна 45.2 пФ, что показано на Фиг. 6В в виде линии 615. На Фиг. 6А и 6В можно видеть, что для высот расположения зарядного вывода Ti около четырех диаметров (4D) или более распределение заряда по сферическому выводу оказывается приблизительно равномерным, что может улучшить связь с направляемой поверхностной волноводной модой. Степень связи можно выразить в виде эффективности, с которой происходит возбуждение направляемой поверхностной волны (или "эффективность возбуждения") в направляемой поверхностной волноводной моде. Можно получить эффективность возбуждения, близкую к 100%. Например, можно добиться эффективности возбуждения больше 99%, больше 98%, больше 95%, больше 90%, больше 85%, больше 80% и больше 75%.
Однако согласно оптико-геометрической интерпретации падающего поля (Е), по
мере увеличения высоты расположения зарядного вывода, лучи, пересекающие проводящую среду с потерями под углом Брюстера, делают это на существенно больших расстояниях от соответствующего направляемого поверхностного волноводного зонда. Фиг. 7 графически иллюстрирует влияние увеличения физической высоты сферы на расстояние, где электрическое поле падает под углом Брюстера. Когда высота увеличивается от высоты hi через li2 до высоты Ьз, точка, где электрическое поле пересекает проводящую среду с потерями (например, землю) под углом Брюстера, перемещается дальше от заряда. Более слабая напряженность электрического поля, являющаяся следствием геометрического расширения, на этих увеличенных расстояниях снижает эффективность связи с направляемой поверхностной волноводной модой. Другими словами, эффективность, с которой происходит возбуждение направляемой
поверхностной волны (или "эффективность возбуждения"), уменьшается. Однако может быть произведена компенсация, уменьшающая расстояние, на котором электрическое поле падает на проводящую среду с потерями под углом Брюстера, как будет описано.
На Фиг. 8А показан пример тригонометрии комплексных углов для оптико-геометрической интерпретации падающего электрического поля (Е) зарядного вывода Ti
под комплексным углом Брюстера (0ijfl) на расстоянии (Rx) точки пересечения Ханкеля.
Из уравнения (42) получим, что для проводящей среды с потерями угол Брюстера является комплексным и определяется выражением
tanf?iJ5= \ЕГ -; - = п (45)
Электрически геометрические параметры связаны с эффективной электрической высотой (Jigff) зарядного вывода Ti соотношением
Rx tan TpiB =RxxW = heff = hpe &, (46) где if/iiB = (тг/2) - QitB представляет собой угол Брюстера, измеренный от поверхности
проводящей среды с потерями. Для связи с направляемой поверхностной волноводной модой наклон волны электрического поля на расстоянии пересечения Ханкеля может быть выражен как отношение эффективной электрической высоты и расстояния до точки пересечения Ханкеля
^ = tan^B = WRx. (47) Поскольку физическая высота (ft ) и расстояние (Дх) до точки пересечения Ханкеля
являются действительными величинами, угол требующегося наклона (И^) направляемой поверхностной волны на расстоянии точки пересечения Ханкеля, равен фазе (Ф) комплексной эффективной высоты (kgff). Это подразумевает, что посредством изменения
фазы в точке питания катушки индуктивности, и тем самым фазового сдвига в уравнении (32), можно манипулировать комплексной эффективной высотой и регулировать наклон волны для синтетического согласования с направляемой поверхностной волноводной модой в точке 509 пересечения Ханкеля.
На Фиг. 8А показан прямоугольный треугольник, имеющий сторону длиной Rx,
прилегающую к поверхности проводящей среды с потерями, и комплексный угол ipitB
Брюстера, измеряемый между лучом, проходящим между точкой пересечения Ханкеля на Rx и центром зарядного вывода Ti, и поверхностью проводящей среды с потерями между
точкой пересечения Ханкеля и зарядным выводом Ть Когда зарядный вывод Ti расположен на физической высоте hp и возбуждается зарядом с подходящей фазой Ф,
результирующее электрическое поле падает на границу раздела с проводящей средой с потерями на расстоянии Rx пересечения Ханкеля и под углом Брюстера. В таких условиях
направляемая поверхностная волноводная мода может возбуждаться без отражения или при по с пренебрежимо малым отражением.
Однако уравнение (46) означает, что физическая высота направляемого поверхностного волноводного зонда 400а (Фиг. 4) может быть относительно мала. Хотя при этом тоже происходит возбуждение направляемой поверхностной волноводной моды, близость приподнятого заряда Qi к его зеркальному заряду Qi' (см. Фиг. 4) может привести к образованию слишком большого связанного заряда и небольшого свободного заряда. Для компенсации этого эффекта зарядный вывод Ti может быть поднят на подходящую высоту для увеличения количества свободного заряда. В качестве одного из примеров практических правил зарядный вывод Ti может быть расположен на высоте примерно в 4-5 (или более) раз больше эффективного диаметра зарядного вывода Ть Проблема состоит в том, что при увеличении высоты зарядного вывода лучи, пересекающие поверхность проводящей среды с потерями под углом Брюстера, делают это на увеличенных расстояниях, как показано на Фиг. 7, где электрическое поле становится слабее с коэффициентом R^/R^.
Фиг. 8В иллюстрирует влияние подъема зарядного вывода Ti выше высоты, показанной на Фиг. 8А. Увеличение высоты приводит к тому, что расстояние, на котором наклонная волна падает на проводящую среду с потерями, перемещается за точку 509 пересечения Ханкеля. Для улучшения связи с направляемой поверхностной волноводной модой и тем самым достижения большей эффективности возбуждения направляемой поверхностной волны можно использовать нижний компенсационной вывод Т2 для регулирования полной эффективной высоты (hTE) расположения зарядного вывода Ti
таким образом, чтобы наклон волны на расстоянии пересечения Ханкеля, стал равен углу Брюстера. Например, если зарядный вывод Ti поднят на высоту, где электрическое поле пересекает проводящую среду с потерями под углом Брюстера на расстоянии, большем чем расстояние до точки 509 пересечения Ханкеля, как показывает линия 803, тогда компенсационный вывод Тг может быть использован для регулирования высоты Н7Б
путем компенсации увеличенной высоты. Влияние компенсационного вывода Т2 состоит в уменьшении эффективной электрической высоты направляемого поверхностного волноводного зонда (или эффективного подъема границы раздела со средой с потерями) таким образом, чтобы наклон волны на расстоянии пересечения Ханкеля стал равен углу Брюстера, как показывает линия 806.
Полная эффективная высота может быть записана как суперпозиция верхней эффективной высоты (hUE), ассоциированной с зарядным выводом Ti, и нижней
эффективной высоты (h^s), ассоциированной с компенсационным выводом Тг, так что
ЬТЕ = hus + hLE = h^e'^^ + hdeJ^ha^ =RXXW, (48)
где Фи - фазовая задержка, применяемая к верхнему зарядному выводу Ti, Фь - фазовая
задержка, применяемая к нижнему компенсационному выводу Тг, и /? = 2и/Хр -
постоянная распространения из уравнения (30). Если принять во внимание дополнительную длину выводов, их можно учесть путем добавления длины z для
зарядного вывода к физической высоте hp зарядного вывода Ti и длины у для
компенсационного вывода к физической высоте kd компенсационного вывода Тг, как
показано в формуле
h ТЕ = (hp + z) е-> ^ &Р +г)+ф1/) + (Ti d + у) eJ <№d +У> ^ =RxxW. (49)
Такую нижнюю эффективную высоту можно использовать для регулирования полной эффективной высоты (kTB), чтобы сделать ее равной комплексной эффективной высоте
(hgff), показанной на Фиг. 8А.
Уравнения (48) или (49) могут быть использованы для определения физической высоты расположения нижнего диска компенсационного вывода Тг и фазовых углов для подачи напряжений на выводы с целью получения нужного наклона волны на расстоянии
точки пересечения Ханкеля. Например, уравнение (49) может быть переписано для фазового сдвига, применяемого к зарядному выводу Ti, в функции высоты расположения компенсационного вывода (hd) для получения
Ф* <М = -p(hv + z)-] ln(^ J. (50)
Для определения позиционирования компенсационного вывода Тг можно использовать соотношения, обсуждаемые выше. Во-первых, полная эффективная высота (hTE) представляет собой суперпозицию комплексной эффективной высоты (kUE)
верхнего зарядного вывода Ti и комплексной эффективной высоты {hLE) нижнего
компенсационного вывода Т2, выраженной уравнением (49). Далее тангенс угла падения волны может быть выражен геометрически как
tan^=^p, (51) что является определением наклона 1Уволны. Наконец, задавшись желаемым расстоянием
Rx до точки пересечения Ханкеля, можно отрегулировать высоту кТЕ для согласования
наклона волны падающего электрического поля с комплексным углом Брюстера в точке 509 пересечения Ханкеля. Это может быть достигнуто путем регулирования параметров hp,$u и/или kd.
Эти концепции могут быть лучше поняты при обсуждении в контексте примера направляемого поверхностного волноводного зонда. На Фиг. 9А и 9В показаны графические представления примеров направляемых поверхностных волноводных зондов 400Ь и 400с, содержащих зарядный вывод Ть Источник 912 переменного тока действует в качестве источника возбуждения (412 на Фиг. 4) для зарядного вывода Ti, который соединен с направляемым поверхностным волноводным зондом 400Ь через цепь связи (409 на Фиг. 4), содержащую катушку 909 индуктивности, такую как, например, спиральная катушка. Как показано на Фиг. 9А, направляемый поверхностный волноводный зонд 400Ь может содержать верхний зарядный вывод Ti (например, сферу на высоте hT) и нижний компенсационный вывод Тг (например, диск на высоте hd),
расположенные вдоль вертикальной оси г, ориентированной практически по нормали к
плоскости, представленной проводящей средой 403 с потерями. Над проводящей средой
Наклон волны на расстоянии пересечения Ханкеля также может быть найден с использованием уравнения (47).
Расстояние до точки пересечения Ханкеля может быть также найдено путем приравнивания уравнений (20Ь) и (21) и решения относительно Rx. Затем из уравнения (46) может быть с использованием расстояния до точки пересечения Ханкеля и комплексного угла Брюстера определена эффективная электрическая высота в виде
К// = Rx tan ipiB = hpe & (55) Как можно видеть из уравнения (55), комплексная эффективная высота (hgff) имеет амплитуду, ассоциированную с физической высотой (k ) расположения зарядного вывода Ti, и фазу (Ф), ассоциированную с углом наклона волны (Т) на расстоянии точки пересечения Ханкеля. С учетом таких переменных и выбранной конфигурации зарядного вывода Ti можно определить конфигурацию направляемого поверхностного волноводного зонда 400.
При такой выбранной конфигурации зарядного вывода Ti можно определить сферический диаметр (или эффективный сферический диаметр). Например, если зарядный вывод Ti не конфигурирован в виде сферы, тогда конфигурацию вывода можно моделировать как сферическую емкость, имеющую эффективный сферический диаметр. Размер зарядного вывода Ti может быть выбран для обеспечения достаточно большой площади поверхности для распределения электрического заряда Qi, введенного на выводы. В общем случае желательно сделать зарядный вывод Ti настолько большим, насколько это практически возможно. Размер этого зарядного вывода Ti должен быть достаточно большим, чтобы избежать ионизации окружающего воздуха, которая может привести к электрическому разряду или к искрению вокруг зарядного вывода. Как обсуждалось ранее применительно к Фиг. 6А и 6В, для уменьшения величины связанного заряда на зарядном выводе Ti желательно, чтобы высота расположения зарядного вывода Ti была в 4-5 (или более) раз больше эффективного сферического диаметра. Если высота расположения зарядного вывода Ti меньше физической высоты (kp), указываемой в виде
комплексной эффективной высоты (hg^y), найденной с использованием уравнения (55),
тогда этот зарядный вывод Ti следует поместить на физической высоте hT = hp над
проводящей средой с потерями (например, над землей). Если зарядный вывод Ti расположен на высоте hp, тогда на расстоянии точки пересечения Ханкеля (Rx) может
быть создан наклон направляемой поверхностной волны без использования
компенсационного вывода Тг. Фиг. 9В иллюстрирует пример направляемого поверхностного волноводного зонда 400с без компенсационного вывода Тг.
Возвращаясь к Фиг. 9А, компенсационный вывод Т2 может быть введен в структуру, когда высота расположения зарядного вывода Ti больше физической высоты (h ), указываемой посредством найденной комплексной эффективной высоты (hgff). Как
обсуждается применительно к Фиг. 8В, компенсационный вывод Тг может быть использован для регулирования полной эффективной высоты (hTE) направляемого
поверхностного волноводного зонда 400 для возбуждения электрического поля, имеющего наклон направляемой поверхностной волны на расстоянии Rx.
Компенсационный вывод Тг может быть расположен ниже зарядного вывода Ti на физической высоте hd = hT - hp, где hT обозначает полную физическую высоту
расположения зарядного вывода Ть При фиксированном положении компенсационного вывода Тг и некоторой фазовой задержке Фь напряжения, подаваемого на нижний компенсационный вывод Тг, фазовая задержка Фу напряжения, подаваемого на верхний
зарядный вывод Ti, может быть определена с использованием уравнения (50).
При установке направляемого поверхностного волноводного зонда 400 фазовые задержки Ф^ и ФА в уравнениях (48) - (50) можно регулировать следующим образом.
Сначала определяют комплексную эффективную высоту (hgff) и расстояние до точки
пересечения Ханкеля (Rx) для рабочей частоты (fD) зонда. Для минимизации емкости
связанного заряда и соответствующего связанного заряда верхний зарядный вывод Ti помещают на полной физической высоте (hT), которая по меньшей мере в четыре раза
больше сферического диаметра (или эквивалентного сферического диаметра) зарядного вывода Ть Отметим, что в то же время верхний зарядный вывод Ti также должен быть помещен на высоте, равной по меньшей мере амплитуде (h ) комплексной эффективной
высоты (hgff). Если hT > hp, тогда нижний компенсационный вывод Тг может быть
расположен на физической высоте hd =hT - hp, как показано на Фиг. 9 А.
Компенсационный вывод Тг может быть затем соединен с катушкой 909 индуктивности, где верхний зарядный вывод Ti еще не соединен с катушкой 909 индуктивности. Источник 912 переменного тока соединяют с катушкой 909 индуктивности таким образом, чтобы минимизировать отражения и максимизировать связь с катушкой 909 индуктивности. Для этого источник 912 переменного тока может быть соединен с катушкой 909 индуктивности в правильной точке, такой как точка, где имеет место эквивалентное сопротивление 50 Ом, для достижения максимальной связи. В некоторых
вариантах источник 912 переменного тока может быть соединен с катушкой 909 индуктивности через схему согласования полных сопротивлений (согласующую схему). Например, простая Г-образная схема, содержащая конденсаторы (например, с фиксированными отводами или с плавной регулировкой) или сочетание конденсаторов и катушек индуктивности (например, с фиксированными отводами или с плавной регулировкой), может быть согласована на рабочей частоте таким образом, чтобы источник 912 переменного тока "видел" нагрузку 50 Ом при соединении с катушкой 909 индуктивности. Компенсационный вывод Тг может быть тогда настроен для достижения параллельного резонанса по меньшей мере с частью катушки индуктивности на рабочей частоте. Например, может быть изменено положение отвода 921 на втором конце катушки 909 индуктивности. Хотя настройка цепи компенсационного вывода в резонанс помогает последующей регулировке соединения зарядного вывода, это совсем не обязательно делать для установления наклона направляемой поверхностной волны (И^) на
расстоянии точки пересечения Ханкеля (Rx). Тогда верхний зарядный вывод Ti может быть соединен с катушкой 909 индуктивности.
В этом контексте, Фиг. 10 показывает упрощенную общую электрическую схему возбуждения зонда, представленного на Фиг. 9А, где Vi обозначает напряжение, подаваемое в нижнюю часть катушки 909 индуктивности от источника 912 переменного тока через отвод 924, V2 обозначает напряжение на отводе 918, подаваемое на верхний зарядный вывод Ti, и V3 обозначает напряжение, подаваемое на нижний компенсационный вывод Тг через отвод 921. Сопротивления Rp и Rd представляют сопротивления цепей возврата через землю для зарядного вывода Ti и компенсационного вывода Тг, соответственно. Зарядный и компенсационный выводы Ti и Тг могут быть конфигурированы в виде сфер, дисков, цилиндров, тороидов, колец, колпачков или любых других сочетаний емкостных структур. Размер зарядного и компенсационного выводов Ti и Тг может быть выбран для обеспечения достаточно большой поверхности для растекания зарядов Qi и Q2, поданных на эти выводы. В общем случае желательно сделать зарядный вывод Ti настолько большим, насколько это практически возможно. Размер этого зарядного вывода Ti должен быть достаточно большим, чтобы избежать ионизации окружающего воздуха, которая может привести к электрическому разряду или к искрению вокруг зарядного вывода. Собственная емкость Ср и Cd может быть определена для вывода в форме сферы или диска, как это описано, например, применительно к уравнению (38).
Как можно видеть на Фиг. 10, по меньшей мере часть индуктивности катушки 909, собственная емкость Cd компенсационного вывода Тг и сопротивление Rd цепи возврата
через землю, ассоциированное с компенсационным выводом Тг, образуют резонансную схему. Схему можно настроить на параллельный резонанс путем регулирования напряжения V3, подаваемого на компенсационный вывод Т2, (например, путем регулирования положения отвода 921 на катушке 909 индуктивности) или путем регулирования высоты и/или размера компенсационного вывода Тг для подбора величины Cd. Положение отвода 921 от катушки индуктивности можно регулировать для достижения параллельного резонанса, который приведет к тому, что ток земли через штырь 915 заземления и через амперметр 927 достигает максимума. После установления параллельного резонанса с участием компенсационного вывода Тг положение отвода 924 для источника 912 переменного тока можно регулировать для получения сопротивления 50 Ом на катушке 909 индуктивности.
Напряжение V2 от катушки 909 индуктивности может быть затем подано на зарядный вывод Ti через отвод 918. Положение отвода 918 можно регулировать таким образом, чтобы фаза (Ф) полной эффективной высоты (hTE) стала приблизительно равна
углу наклона направляемой поверхностной волны (*Р) на расстоянии точки пересечения Ханкеля (Rx). Положение отвода 916 катушки индуктивности регулируют до тех пор, пока не будет достигнута эта рабочая точка, в результате чего ток земли через амперметр 927 увеличивается до максимума. В этой точке результирующие поля, возбуждаемые направляемыми поверхностными волноводными зондами 400Ь, (Фиг. 9А) оказываются по существу модально согласованы с направляемой поверхностной волноводной модой на поверхности проводящей среды 403 с потерями, что приводит в результате к возбуждению направляемой поверхностной волны вдоль поверхности проводящей среды 403 с потерями (Фиг. 4, 9А, 9В). Это может быть проверено путем измерения напряженности поля вдоль радиального провода, отходящего от направляемого поверхностного волноводного зонда 400 (Фиг. 4, 9А, 9В). Резонанс в схеме, содержащей компенсационный вывод Тг, может изменяться при присоединении зарядного вывода Ti и/или при регулировании напряжения, поступающего на зарядный вывод Ti через отвод 921. Хотя настройка цепи компенсационного вывода в резонанс помогает последующему регулированию соединения зарядного вывода, нет необходимости устанавливать наклон направляемой поверхностной волны (И^) на удалении, равном расстоянию до точки пересечения Ханкеля (Rx). Систему можно далее регулировать для улучшения связи
путем итеративного регулирования положения отвода 924 для источника 912 переменного тока таким образом, чтобы добиться сопротивления 50 Ом на катушке 909 индуктивности, и регулирования положения отвода 918 с целью максимизации тока земли через амперметр. Резонанс в цепи, содержащей компенсационный вывод Тг, может дрейфовать
по мере регулирования отводов 918 и 924 или при присоединении других компонентов к катушке 909 индуктивности.
Если hT < hp, тогда компенсационный вывод Тг не нужен для регулирования
полной эффективной высоты (kTE) направляемого поверхностного волноводного зонда 400с, как показано на Фиг. 9В. Когда зарядный вывод расположен на высоте kp, на этот
зарядный вывод Ti может быть подано напряжение V2 от катушки 909 индуктивности через отвод 918. Затем можно определить положение отвода 918, при котором фаза (Ф) полной эффективной высоты (hTE) приблизительно равна углу наклона направляемой поверхностной волны QҐ) на удалении, равном расстоянию до точки пересечения Ханкеля (Rx). Положение отвода 918 катушки индуктивности регулируют до тех пор, пока не
будет достигнута рабочая точка, в результате чего ток земли через амперметр 927 увеличится до максимума. В этот момент результирующие поля оказываются по существу согласованы с направляемой поверхностной волноводной модой на поверхности проводящей среды 403 с потерями, возбуждая тем самым направляемую поверхностную волну вдоль поверхности проводящей среды 403 с потерями. Это можно проверить путем измерения напряженности поля вдоль радиального провода, отходящего от направляемого поверхностного волноводного зонда 400. Систему можно далее регулировать для усиления связи путем итеративного регулирования положения отвода 924 от источника 912 переменного тока, чтобы получить сопротивление 50 Ом на катушке 909 индуктивности, и регулирования положения отвода 918с целью максимизации тока земли через амперметр 927.
В одном из экспериментальных примеров был изготовлен направляемый поверхностный волноводный зонд 400Ь для проверки работы предлагаемой структуры на частоте 1.879 МГц. Было определено, что в пункте установки этого направляемого поверхностного волноводного зонда 400Ь удельная проводимость грунта составила а =
0.0053 См/м, а относительная диэлектрическая проницаемость составила sr = 28. С использованием этих величин было определено с применением уравнения (52), что показатель преломления равен п = 6.555 -у'3.869. На основе уравнений (53) и (54) было
найдено, что комплексный угол Брюстера &itB = 83.517 -у'3.783 градусов или ipiiB = 6.483 + у'3.783 градусов.
С использованием уравнения (47) было вычислено, что наклон направляемой поверхностной волны равен WRx = 0.113 + у'0.067 = 0.131 е/'(30"551°). Приравнивание уравнений (20Ь) и (21) и решение их для расстояния Их позволило рассчитать расстояние
до точки пересечения Ханкеля, равное Rx = 16, 46 м (54 фут). Используя уравнение (55), было определено, что комплексная эффективная высота (hgyy = кре*ф) равна hp = 21,62 м (7.094 фут) (относительно проводящей среды с потерями) и фаза Ф = 30.551 градусов (относительно тока земли). Отметим, что фаза Ф равна аргументу наклона направляемой поверхностной волны. Однако физическая высота kp = 21,62 м (7.094 фут)
относительно мала. Хотя такая конфигурация будет возбуждать направляемую поверхностную волноводную моду, близость приподнятого зарядного вывода Ti к земле (и к зеркальному отражению этого вывода) приведет к большой величине связанного заряда и очень маленькой величине свободного заряда. Поскольку напряженность поля направляемой поверхностной волны пропорциональна величине свободного заряда на зарядном выводе, было желательно увеличить высоту расположения вывода.
Для увеличения количества свободного заряда физическая высота расположения зарядного вывода Ti была задана равной kp = 5,18 м (17 фут), а компенсационный вывод
Тг находится ниже зарядного вывода Ть Дополнительные длины выводов для соединений составили приблизительно у = 0,82 м (2.7 фут) и z = 0,31 м (1 фут). С использованием этих
величин высота расположения компенсационного вывода Т2 (hd) была определена с использованием уравнения (50). Это графически иллюстрирует Фиг. 11, где показаны графики 130 и 160 мнимой и действительной частей фазы Ф^, соответственно. Этот
компенсационный вывод Тг расположен на высоте hd, где Em {Фу} = 0, как иллюстрирует
график 130. В таком случае, приравнивание мнимой части к нулю дает высоту hd = 2,51 м
(8.25 фут). На этой фиксированной высоте фаза Фи катушки индуктивности может
определена на основе Ые{Фу} как +22.84 градусов, это иллюстрирует график 160.
Как обсуждалось ранее, полная эффективная высота представляет собой суперпозицию верхней эффективной высоты (hUE), ассоциированной с зарядным выводом
Ti, и нижней эффективной высоты {hLE), ассоциированной с компенсационным выводом
Тг, как выражено в уравнении (49). Когда отвод катушки индуктивности установлен на 22.84 градусов, комплексная верхняя эффективная высота равна
&UE = (hp + z)eJ^^+z)^ = 14.711+ ;10.832 (56)
(или 18.006 при 35.21°), а комплексная нижняя эффективная высота равна
hLE = (_hd + у-)е^^+У}+ф^ = -8.602 - j6.7 76 (57) (или 10.950 при -141.773°). Полная эффективная высота (кТБ) представляет собой суперпозицию этих двух величин, что дает
hTE = hUE + hLE = 6.109-/3.606 = 7.094e^305S1^. (58)
Как можно видеть, фаза катушки индуктивности согласована с вычисленным углом наклона направляемой поверхностной волны, WRx. Направляемый поверхностный
волноводный зонд может быть затем отрегулирован для максимизации тока земли. Как ранее обсуждалось применительно к Фиг. 9А, связь с направляемой поверхностной волноводной модой может быть усилена путем итеративного регулирования положения отвода 924 от источника 912 переменного тока, чтобы получить сопротивление 50 Ом на катушке 909 индуктивности, и регулирования положения отвода 918 с целью максимизации тока земли через амперметр 927.
Были проведены измерения напряженности поля для подтверждения способности направляемого поверхностного волноводного зонда 400Ь (Фиг. 9А) осуществлять связь с направляемой поверхностной волной или модой линии передачи. На Фиг. 12 показана фотография направляемого поверхностного волноводного зонда, использованного для измерений напряженности поля. На Фиг. 12 показан направляемый поверхностный волноводный зонд 400Ь, содержащий верхний зарядный вывод Ti и нижний компенсационный вывод Тг, которые были выполнены в форме колец. Изоляционная структура поддерживает зарядный вывод Ti над компенсационным выводом Тг. Например, в качестве опоры для зарядного и компенсационного выводов Ti и Тг может быть использована мачта или стойка из стекловолокнистого материала, являющегося высокочастотным изолятором. Изоляционная опорная структура может быть конфигурирована для регулирования положения зарядного и компенсационного выводов Ti и Тг с использованием, например, изолированных проволочных оттяжек и шкивов, винтовых передач или каких-либо других подходящих механизмов, как можно понять. В составе схемы связи была использована катушка индуктивности, один конец которой заземлен посредством штыря заземления длиной 2,44 м (8 фут), вставленного в землю возле основания указанной мачты из стекловолокнистого материала, являющегося высокочастотным изолятором. Источник переменного тока был соединен с правой стороной катушки индуктивности посредством отводного соединения (Vi), а отводы для присоединения зарядного вывода Ti и компенсационного вывода Тг были расположены в центре (V2) и на левой стороне (V3) катушки индуктивности. Фиг. 9А графически иллюстрирует расположение отводов на катушке 909 индуктивности.
Направляемый поверхностный волноводный зонд 400Ь получал энергию с частотой 1879 кГц. На верхний зарядный вывод Ti было подано напряжение 15,6 В (полный размах) (15.6VPeak-peak) или 5,515 В эфф. (5.515VRMS) С емкостью 64 пФ. Были выполнены измерения напряженности поля (FS) на заданных удалениях вдоль радиальной линии,
отходящей от направляемого поверхностного волноводного зонда 400Ь с использованием измерителя напряженности поля типа FIM-41 (фирма Potomac Instruments, Inc., Silver Spring, MD). Измеренные данные и прогнозируемые величины для моды передачи направляемой поверхностной волны с электрической эффективностью возбуждения, равной 35%, приведены в Табл. 1 ниже. За пределами удаления, равного расстоянию до точки пересечения Ханкеля (Rx), асимптота с большим аргументом преобладает над
представлением функции Ханкеля "в ближней зоне", а вертикальная составляющая согласованного с модой электрического поля асимптотически приходит к уравнению (44), что линейно пропорционально величине свободного заряда на зарядном выводе. В Табл. 1 приведены измеренные величины и прогнозируемые данные. После построения кривой с использованием приложения для точного построения графиков (Mathcad) оказалось, что измеренные величины ложатся на кривую электрической эффективности возбуждения 38%, как показано на Фиг. 13. Для напряжения 15.6VPP на зарядном выводе Ti, кривая напряженности поля (Zenneck @ 38%) проходит через точку 363 мкВ/м на расстоянии 1 миля (и 553 мкВ/м на расстоянии 1 км) и линейно масштабируется с емкостью (Ср) и поданным на вывод напряжением.
Нижняя граница электрической эффективности возбуждения может быть приписана высоте верхнего зарядного вывода Ть Даже когда зарядный вывод Ti поднят до физической высоты 5,18 м (17 фут), связанный заряд снижает эффективность направляемого поверхностного волноводного зонда 400Ь. Хотя увеличение высоты расположения зарядного вывода Ti должно повысить эффективность возбуждения направляемого поверхностного волноводного зонда 400Ь, даже при такой низкой высоте (hd/A = 0.032) переданная волна оказалась согласована с кривой, соответствующей
электрической эффективности возбуждения 38%. Кроме того, на Фиг. 13 можно видеть, что вполне скромный направляемый поверхностный волноводный зонд 400Ь высотой 5,18 м (17 фут), показанный на Фиг. 9А, (без каких-либо систем заземления, кроме штыря заземления длиной 2,44 м (8 фут)) создает более высокую напряженность поля, чем
полноразмерная четвертьволновая мачта (Я/4 Нортон = 40 м (131 фут) высотой) с
расширенной системой заземления на более, чем 10 дБ в диапазоне 1-6 миль на частоте 1879 кГц. Увеличение высоты зарядного вывода Ti и регулирование высоты компенсационного вывода Тг и фазы Фу катушки индуктивности может усилить связь с
направляемой поверхностной волноводной модой и тем самым повысить напряженность результирующего электрического поля.
В другом экспериментальном примере направляемый поверхностный волноводный зонд 400 был изготовлен для проверки работы предлагаемой структуры на частоте 52 МГц (соответствует ш = 2тг/ = 3.267 х 108 радиан/с). На Фиг. 14А показана фотография
направляемого поверхностного волноводного зонда 400. На Фиг. 14В показана упрощенная схема направляемого поверхностного волноводного зонда 400, изображенного на Фиг. 14А. Комплексную эффективную высоту между зарядным и компенсационным выводами Ti и Т2 зонда симметричного вибраторного типа регулировали для согласования с произведением расстояния Rx на наклон, WRx,
направляемой поверхностной волны на расстоянии точки пересечения Ханкеля, с целью возбуждения направляемой поверхностной волны. Это может быть сделано путем изменения физического расстояния между выводами, магнитной связи и ее расположения между источником 912 переменного тока и катушкой 909 индуктивности, относительной фазы напряжения между выводами Ti и Тг, высоты расположения зарядного и компенсационного выводов Ti и Тг относительно земли или проводящей среды с потерями, либо сочетания этих изменений. В месте, где был установлен направляемый поверхностный волноводный зонд 400, были определены характеристики проводящей среды с потерями, а именно удельная проводимость а = 0.067 См/м и относительная
диэлектрическая проницаемость sT = 82.5. При использовании этих величин был
определен показатель преломления п = 9.170 - j 1.263. Комплексный угол Брюстера был
определен равным if/iiB = 6.110+ у'0.8835 градусов.
Расстояние до точки пересечения Ханкеля, равное Rx = 0,61 м (2 фут), было
найдено путем приравнивания уравнений (20Ь) и (21) и решения относительно расстояния
Rx. На Фиг. 15 показано графическое представление расстояния Rx на частоте 52 Гц.
Кривая 533 является графиком асимптоты для "дальней зоны". Кривая 536 является графиком асимптоты для "ближней зоны". Величины этих двух наборов математических асимптот в этом примере сравниваются в точке 539 пересечения Ханкеля на удалении 0,61 м (2 фут). График был вычислен для воды с электрической проводимостью 0.067 См/м и относительной диэлектрической постоянной (проницаемостью) sr = 82.5 на рабочей частоты 52 МГц. На более низких частотах точка 539 пересечения Ханкеля перемещается дальше от зонда. Была вычислена величина наклона направляемой поверхностной волны, равная WRx = 0.108 е/(7 851 ). Для конфигурации симметричной вибраторной антенны с
полной высотой 1,83 м (6 фут) комплексная эффективная высота (hgyy = 2кре*ф = fi^tani/);^) была определена равной 2hp = 0,15 м (6 дюймов) при Ф = -
172 градусов. В процессе регулирования фазовой задержки компенсационного вывода Тг до актуального состояния было найдено, что фазовая задержка Ф = - 174 градусов
максимизирует согласование мод с направляемой поверхностной волной, что было в пределах ошибки эксперимента.
Были выполнены измерения напряженности поля для подтверждения способности направляемого поверхностного волноводного зонда 400, показанного на Фиг. 14А и 14В передавать энергию в направляемую поверхностную волну или моду линии передачи. Когда напряжение с полным размахом 10 В было подано на выводы Ti и Т2, имеющие емкость 3.5 пФ каждый, были проведены измерения электрических полей, возбуждаемых направляемым поверхностным волноводным зондом 400, и построены соответствующие графики, приведенные на Фиг. 16. Как можно видеть измеренные величины напряженности поля попадают между кривыми Ценнека для 90% и 100%. Величины, измеренные для полуволновой дипольной антенны Нортона, были значительно меньше.
На Фиг. 17 показано графическое представление другого примера направляемого поверхностного волноводного зонда 400d, содержащего верхний зарядный вывод Ti (например, сферу на высоте кт) и нижний компенсационный вывод Тг (например, диск на
высоте hd), расположенные вдоль вертикальной оси г, ориентированной по существу по
нормали к плоскости, представляемой проводящей средой 403 с потерями. Во время работы на зарядный и компенсационный выводы Ti и Тг вводят соответствующие
электрические заряды Qi и Q2 в зависимости от напряжений, поступающих на эти выводы Ti и Т2 в любой конкретный момент времени.
Как и на Фиг. 9А и 9В, источник 912 переменного тока служит в качестве источника возбуждения (412 на Фиг. 4) для зарядного вывода Ть Этот источник 912 переменного тока связан с направляемым поверхностным волноводным зондом 400d через схему связи (409 на Фиг. 4), содержащую катушку 909 индуктивности. Источник 912 переменного тока может быть присоединен к нижней части катушки 909 индуктивности через отвод 924, как показано на Фиг. 17, или может быть индуктивно связан с катушкой 909 индуктивности посредством первичной катушки. Катушка 909 индуктивности может быть соединена со штырем 915 заземления своим первым концом и с зарядным выводом Ti своим вторым концом. В некоторых вариантах соединение с зарядным выводом Ti можно регулировать с использованием отвода 930 на втором конце катушки 909 индуктивности. Компенсационный вывод Тг расположен над и по существу параллельно проводящей среде 403 с потерями (например, грунту или земле) и может получать энергию через отвод 933, соединенный с катушкой 909 индуктивности. Амперметр 927, расположенный между катушкой 909 индуктивности и штырем 915 заземления, может быть использован для индикации величины тока (/а), текущего в основании
направляемого поверхностного волноводного зонда. В качестве альтернативы, вокруг проводника, соединенного со штырем 915 заземления, может быть установлен то ко измерительный зажим для получения индикации величины тока (Ja).
В варианте, представленном на Фиг. 17, соединение с зарядным выводом Ti (отвод 930) было смещено вверх, в положение над точкой соединения отвода 933 для компенсационного вывода Тг по сравнению с конфигурацией, показанной на Фиг. 9А. Такая регулировка позволяет подать повышенное напряжение (и тем самым больший заряд Qi) на верхний зарядный вывод Ть Как и в случае направляемого поверхностного волноводного зонда 400Ь, представленного на Фиг. 9А, можно регулировать полную эффективную высоту (hTE) направляемого поверхностного волноводного зонда 400d для
возбуждения электрического поля, имеющего некоторый наклон направляемой поверхностной волны на удалении, равном расстоянию Rx до точки пересечения Ханкеля.
Это расстояние до точки пересечения Ханкеля может быть также найдено путем приравнивания уравнений (20Ь) и (21) и решения относительно величины Rx. Показатель
преломления (TI), комплексный угол Брюстера (6iiB и iffiiB), наклон волны (|tV|eJ ) и
комплексную эффективную высоту (kgff = кре}ф) можно определить, как это описано
применительно к уравнениям (52) - (55) выше.
При такой выбранной конфигурации зарядного вывода Ti можно определить диаметр сферы (или эффективный диаметр сферы). Например, если зарядный вывод Ti не конфигурирован в виде сферы, тогда конфигурацию вывода можно моделировать в виде сферической емкости, имеющей эффективный диаметр сферы. Размер зарядного вывода Ti может быть выбран для обеспечения достаточно большой площади поверхности для распределения электрического заряда Qi, введенного на выводы. В общем случае желательно сделать зарядный вывод Ti настолько большим, насколько это практически возможно. Размер этого зарядного вывода Ti должен быть достаточно большим, чтобы избежать ионизации окружающего воздуха, которая может привести к электрическому разряду или к искрению вокруг зарядного вывода. Для уменьшения величины связанного заряда на зарядном выводе Ti для возбуждения направляемой поверхностной волны желательно, чтобы высота расположения зарядного вывода Ti над проводящей средой с потерями (например, над землей) была в 4-5 (или более) раз больше эффективного диаметра сферы. Компенсационный вывод Тг может быть использован для регулирования полной эффективной высоты (hTE) направляемого поверхностного волноводного зонда
400d с целью возбуждения электрического поля, имеющего некоторый наклон направляемой поверхностной волны на удалении Rx. Этот компенсационный вывод Т2
может быть расположен под зарядным выводом Ti на высоте hd = hT - hp, где hT
обозначает полную физическую высоту расположения зарядного вывода Ть При фиксированном положении компенсационного вывода Тг и фазовой задержке Фу
напряжения, подаваемого на верхний зарядный вывод Ti, фазовая задержка Фь
напряжения, подаваемого на нижний компенсационный вывод Тг, может быть определена с использованием соотношений из уравнения (49).
ФЕ7(/гй) = -/?(^+у) -Jl^- ) (59)
В альтернативных вариантах компенсационный вывод Тг может быть расположен на высоте ftd, где 1т{Фь} = 0.
Когда источник 912 переменного тока соединен с катушкой 909 индуктивности, (например, в точке, где имеет место сопротивление 50 Ом, для максимизации связи) можно регулировать положение отвода 933 для достижения параллельного резонанса компенсационного вывода Тг по меньшей мере с частью катушки индуктивности на рабочей частоте. Тогда напряжение V2 от катушки 909 индуктивности может поступать на зарядный вывод Ti, а положение отвода 930 можно регулировать таким образом, чтобы фаза (V) полной эффективной высоты (hTE) стала приблизительно равна углу наклона направляемой поверхностной волны (И^) на удалении, равном расстоянию до точки пересечения Ханкеля (Rx). Положение отвода 930 катушки индуктивности можно
регулировать, пока не будет достигнута рабочая точка, что приведет к увеличению тока земли через амперметр 927 до максимума. В этом месте поля, возбуждаемые направляемым поверхностным волноводным зондом 400d, оказываются по существу модально согласованы с направляемой поверхностной волноводной модой на поверхности проводящей среды 403 с потерями, что приводит к возбуждению направляемой поверхностной волны вдоль поверхности проводящей среды 403 с потерями. Это можно проверить и подтвердить путем измерения напряженности поля вдоль радиальной линии, отходящей от направляемого поверхностного волноводного зонда 400.
В других вариантах напряжение V2 от катушки 909 индуктивности может быть подано на зарядный вывод Ti, а положение отвода 933 можно регулировать таким образом, что фаза (Ф) полной эффективной высоты (kTE) станет приблизительно равна
углу наклона направляемой поверхностной волны QҐ) на удалении Rx. Положение отвода 930 катушки индуктивности можно регулировать, пока не будет достигнута рабочая точка, что приведет к увеличению тока земли через амперметр 927 до максимума. Полученные в результате поля оказываются по существу согласованы с направляемой поверхностной волноводной модой на поверхности проводящей среды 403 с потерями, что приводит к возбуждению направляемой поверхностной волны вдоль поверхности проводящей среды 403 с потерями. Это можно проверить и подтвердить путем измерения напряженности поля вдоль радиальной линии, отходящей от направляемого поверхностного волноводного зонда 400. Система может быть далее отрегулирована для улучшения связи путем итеративного регулирования положения отвода 924 для источника 912 переменного тока таким образом, чтобы этот отвод оказался в точке с сопротивлением 50 Ом на катушке 909 индуктивности, и регулирования положения отвода 930 и/или 933 для максимизации тока земли через амперметр 927.
На Фиг. 18 представлена графическая иллюстрация другого примера направляемого поверхностного волноводного зонда 400е, содержащего верхний зарядный
вывод Ti (например, сферу на высоте h7) и нижний компенсационный вывод Тг
(например, диск на высоте hd), расположенные вдоль вертикальной оси г,
ориентированной по существу по нормали к плоскости, представляемой проводящей средой 403 с потерями. В примере, показанном на Фиг. 18, зарядный вывод Ti (например, сфера на высоте кт) и компенсационный вывод Т2 (например, диск на высоте kd)
соединены с противоположными концами катушки 909 индуктивности. Например, зарядный вывод Ti может быть присоединен через отвод 936 на первом конце катушки 909 индуктивности, а компенсационный вывод Тг может быть присоединен через отвод 939 на втором конце катушки 909 индуктивности, как показано на Фиг. 18. Компенсационный вывод Тг расположен над и по существу параллельно проводящей среде 403 с потерями (например, грунту или земле). Во время работы на зарядный и компенсационный выводы Ti и Тг вводят соответствующие электрические заряды Qi и Q2 в зависимости от напряжений, поступающих на эти выводы Ti и Тг в любой конкретный момент времени.
Источник 912 переменного тока служит источником возбуждения (412 на Фиг. 4) для зарядного вывода Ть Этот источник 912 переменного тока соединен с направляемым поверхностным волноводным зондом 400е через цепь связи (409 на Фиг. 4), содержащую катушку 909 индуктивности. В примере, показанном на Фиг. 18, источник 912 переменного тока присоединен к средней части катушки 909 индуктивности через соединения отводов 942 и 943. В других вариантах источник 912 переменного тока может быть индуктивно связан с катушкой 909 индуктивности через первичную катушку индуктивности. Одна сторона источника 912 переменного тока соединена также со штырем 915 заземления, который создает точку заземления для катушки 909 индуктивности. Амперметр 927, расположенный между катушкой 909 индуктивности и штырем 915 заземления, может быть использован для индикации величины тока (/а),
текущего в основании направляемого поверхностного волноводного зонда 400е. В качестве альтернативы, вокруг проводника, соединенного со штырем 915 заземления, может быть установлен токоизмерительный зажим для получения индикации величины тока.
Здесь можно регулировать полную эффективную высоту (/гтя)направляемого
поверхностного волноводного зонда 400е для возбуждения электрического поля, имеющего некоторых наклон направляемой поверхностной волны на удалении, равном
расстоянию Rx до точки пересечения Ханкеля, как обсуждалось ранее. Это расстояние до
точки пересечения Ханкеля может быть также найдено путем приравнивания уравнений (2Ob) и (21) и решения относительно величины Rx. Показатель преломления (TI),
комплексный угол Брюстера ( &itB и tyi:E), наклон волны (iH/le-^) и комплексную
эффективную высоту {hg^ = ft eJ'*) можно определить, как это описано применительно к
уравнениям (52) - (55) выше.
При такой выбранной конфигурации зарядного вывода Ti можно определить диаметр сферы (или эффективный диаметр сферы). Например, если зарядный вывод Ti не конфигурирован в виде сферы, тогда конфигурацию вывода можно моделировать в виде сферической емкости, имеющей эффективный диаметр сферы. Для уменьшения величины связанного заряда на зарядном выводе Ti для возбуждения направляемой поверхностной волны желательно, чтобы высота расположения зарядного вывода Ti над проводящей средой с потерями (например, над землей) была в 4-5 (или более) раз больше эффективного диаметра сферы. Компенсационный вывод Тг может быть расположен под зарядным выводом Ti на высоте kd = kT - kp, где hT обозначает полную физическую
высоту зарядного вывода Ть Когда положения зарядного вывода Ti и компенсационного вывода Тг фиксированы, а источник 912 переменного тока соединен с катушкой 909 индуктивности, (например, в точке, где имеет место сопротивление 50 Ом, для максимизации связи) можно регулировать положение отвода 939 для достижения параллельного резонанса компенсационного вывода Тг по меньшей мере с частью катушки индуктивности на рабочей частоте. Хотя регулирование компенсационного вывода для резонанса помогает последующему регулированию соединения зарядного вывода, нет необходимости устанавливать наклон направляемой поверхностной волн (^ддг) на указанном удалении, равном расстоянию до точки пересечения Ханкеля (Rx).
Одну или обе фазовые задержки Ф^ и Ф^ напряжений, подаваемых на верхний зарядный
вывод Ti и нижний компенсационный вывод Тг, можно регулировать путем изменения положений одного или обоих отводов 936 и/или 939 на катушке 909 индуктивности. Кроме того, эти фазовые задержки Фь и Ф# можно регулировать путем изменения
положений одного или обоих отводов 942 для источника 912 переменного тока.
Положение отводов 936, 939 и/или 942 катушки индуктивности можно регулировать, пока не будет достигнута рабочая точка, что приведет к увеличению тока земли через амперметр 927 до максимума. Это можно проверить и подтвердить путем измерения напряженности поля вдоль радиальной линии, отходящей от направляемого поверхностного волноводного зонда 400. Фазовые задержки затем можно регулировать посредством изменений положения этих отводов для увеличения (или максимизации) тока земли.
Когда электрические поля, генерируемые направляемым поверхностным волноводным зондом 400, имеют наклон направляемой поверхностной волны на расстоянии Rx точки пересечения Ханкеля, они оказываются в значительной степени
модально согласованными с направляемой поверхностной волноводной модой на поверхности проводящей среды с потерями, и происходит возбуждение направляемого электромагнитного поля в форме направляемой поверхностной волны вдоль поверхности проводящей среды с потерями. Как показано на Фиг. 1, кривая 103 напряженности направляемого электромагнитного поля имеет характерный экспоненциальный спад e~ad /'т/d и проявляет четко выраженный изгиб 109 на графике в полностью
логарифмическом (log-log) масштабе. Для создания беспроводных систем передачи энергии и/или энергоснабжения могут быть использованы приемные схемы вместе с одним или несколькими направляемыми поверхностными волноводными зондами.
На Фиг. 19А, 19В и 20 показаны примеры обобщенных приемных схем для использования направляемых поверхностных волн в системах беспроводной передачи энергии. Схемы на Фиг. 19А и 19В содержат линейный зонд 703 и настраиваемый резонатор 706, соответственно. На Фиг. 20 показана магнитная катушка 709 согласно различным вариантам настоящего изобретения. Согласно различным вариантам, каждый из этих компонентов - линейный зонд 703, настраиваемый резонатор 706 и магнитная катушка 709, может быть использован для приема энергии, передаваемой в форме направляемой поверхностной волны по поверхности проводящей среды 403 с потерями (Фиг. 4) согласно различным вариантам. Как отмечено выше, в одном из вариантов эта проводящая среда 403 с потерями содержит земную среду (или землю).
В схеме, показанной на Фиг. 19А, напряжение холостого хода (в разомкнутой цепи) на выходных клеммах 713 линейного зонда 703 зависит от эффективной высоты этого линейного зонда 703. Поэтому напряжение на клеммах может быть вычислено как
VT = ?' ZINC ¦ di, (60)
где ЕЫс - модуль вектора напряженности электрического поля вдоль линейного зонда 703 в единицах В/м, dl - подынтегральный дифференциал в направлении вдоль линейного зонда 703 и hg - эффективная высота линейного зонда 703. С выходными клеммами 713 через согласующую схему 719 соединена электрическая нагрузка 716.
Когда на линейный зонд 703 воздействует направляемая поверхностная волна, как описано выше, на выходных клеммах 713 появляется напряжение, которое может быть передано в электрическую нагрузку 716 через сопряженную согласующую схему 719 в соответствии с конкретным случаем. Для передачи потока энергии в электрическую нагрузку 716 входное сопротивление этой электрической нагрузки 716 должно быть по существу согласовано с сопротивлением линейного зонда 703, как будет описано ниже.
Как показано на Фиг. 19В, настраиваемый резонатор 706 содержит зарядный вывод TR, расположенный над проводящей средой 403 с потерями. Этот зарядный вывод TR имеет собственную емкость CR. Кроме того, может также иметь место емкость связанного заряда (не показана) между зарядным выводом TR И проводящей средой 403 с потерями в зависимости от высоты расположения зарядного вывода TR над этой проводящей средой 403 с потерями. Эту емкость связанного заряда следует предпочтительно минимизировать насколько это возможно практически, хотя это требование может не быть совершенно обязательным для всех реализаций направляемого поверхностного волноводного зонда 400.
Настраиваемый резонатор 706 содержит также катушку LR индуктивности. Один конец этой катушки LR индуктивности соединен с зарядным выводом TR, а другой конец катушки LR соединен с проводящей средой 403 с потерями. Таким образом, настраиваемый резонатор 706 (который может быть также назван настраиваемым резонатором LR-CR) содержит последовательный настраиваемый резонатор, поскольку зарядный вывод CR И катушка LR индуктивности соединены последовательно. Настраиваемый резонатор 706 настраивают путем регулирования размера и/или высоты зарядного вывода TR И/ИЛИ регулирования размера катушки LR индуктивности таким образом, чтобы по существу полностью исключить реактивное сопротивление структуры.
Например, реактивное сопротивление, представленное собственной емкостью CR, вычисляют по формуле l/jatCR. Отметим, что полная емкость настраиваемого резонатора
706 может также включать в себя емкость между зарядным выводом TR И проводящей средой 403 с потерями, где полная емкость настраиваемого резонатора 706 может быть вычислена на основе как собственной емкости CR, так и какой-либо емкости связанного заряда, какую можно оценить. Согласно одному из вариантов, зарядный вывод TR может быть поднят на такую высоту, чтобы значительно уменьшить или полностью исключить
какую-либо емкость связанного заряда. Существование емкости связанного заряда может быть определено на основе результатов измерений емкости между зарядным выводом TR и проводящей средой 403 с потерями.
Индуктивное реактивное сопротивление, представленное дискретной катушкой LR индуктивности, может быть вычислено как fcoL, где L обозначает сосредоточенную
индуктивность катушки LR. ЕСЛИ катушка LR индуктивности представляет собой распределенный элемент, ее эквивалентное индуктивное реактивное сопротивление, приведенное к выводам, может быть определено обычными способами. Для настройки резонатора 706 следует регулировать его компоненты таким образом, чтобы индуктивное реактивное сопротивление, представленное катушкой LR индуктивности, сравнялось с емкостным реактивным сопротивлением, представленным настраиваемым резонатором 706, тогда результирующее суммарное реактивное сопротивление настраиваемого резонатора 706 будет равно по существу нулю на рабочей частоте. Между клеммами 721 зонда и электрической нагрузкой 726 может быть введена согласующая схема 723 для достижения комплексно-сопряженного согласования с целью максимизации передачи энергии в электрическую нагрузку 726.
Когда эта система помещена в область, где присутствует направляемая поверхностная волна, генерируемая на частоте настраиваемого резонатора 706 и сопряженной согласующей схемы 723, как описано выше, будет происходить максимальная передача энергии от направляемой поверхностной волны в электрическую нагрузку 726. Иными словами, после установления связанного согласования сопротивлений между настраиваемым резонатором 706 и электрической нагрузкой 726 будет происходить передача энергии от структуры в электрическую нагрузку 726. Для этого электрическая нагрузка 726 может быть соединена с настраиваемым резонатором 706 посредством магнитной связи, емкостной связи или гальванической (через прямой отвод) связи. Элементы схемы связи могут представлять собой сосредоточенные компоненты или распределенные элементы, как можно понять. В варианте, показанном на Фиг. 19В, используется магнитная связь, где катушка Ls индуктивности расположена так, чтобы служить вторичной обмоткой относительно катушки LR индуктивности, действующей здесь в качестве первичной обмотки трансформатора. Катушка Ls индуктивности может быть индуктивно связана с катушкой LR индуктивности посредством геометрической намотки ее вокруг того же самого сердечника и регулирования магнитного потока связи, как можно понять. Кроме того, хотя показанный здесь настраиваемый резонатор 706 является последовательным резонатором, здесь
можно также использовать параллельный настраиваемый резонатор или распределенный резонатор.
Как показано на Фиг. 20, магнитная катушка 709 содержит приемную схему, связанную через согласующую схему 733 с электрической нагрузкой 736. Для приема и/или извлечения электрической энергии из направляемой поверхностной волны магнитная катушка 709 может быть расположена таким образом, чтобы магнитный поток направляемой поверхностной волны, проходил сквозь эту магнитную катушку 709,
индуцируя в результате ток в магнитной катушке 709 и генерацию выходного напряжения на выходных клеммах 729. Магнитный поток направляемой поверхностной волны, связанный с одновитковой катушкой, выражен формулой
Т = Дш w0H-ndA (61)
где *F обозначает связанный магнитный поток, цг обозначает эффективную относительную магнитную проницаемость сердечника магнитной катушки 709, pie обозначает магнитную проницаемость свободного пространства, Н - вектор напряженности магнитного поля падающей волны, п обозначает единичный вектор нормали к плоскости поперечного сечения витков и АСЕ обозначает область, окруженную
каждым витком. Для N-витковой магнитной катушки 709, ориентированной для максимальной связи с падающим магнитным полем, однородным по всей площади поперечного сечения магнитной катушки 709, индуцированное напряжение холостого хода на выходных клеммах 729 магнитной катушки 709 равно
V = ~N IT * -J "W*0JM№ (62)
где входящие в эту формулу переменные определены выше. Магнитная катушка 709 может быть настроена на частоту направляемой поверхностной волны либо в качестве распределенного резонатора, либо с использованием внешнего конденсатора, присоединенного к выходным клеммам 729 катушки, в зависимости от конкретного случая, и затем согласована с внешней электрической нагрузкой 736 посредством подключенной согласующей схемы 733.
Если предположить, что схема, образованная магнитной катушкой 709 и электрической нагрузкой 736, настроена правильно и обеспечено сопряженное согласование сопротивлений посредством согласующей схемы 733, тогда ток, индуцированный в магнитной катушке 709, может быть использован для оптимальной передачи энергии в электрическую нагрузку 736. Приемная схема, представленная
магнитной катушкой 709, имеет то преимущество, что у нее нет физического соединения с заземлением.
Каждая из показанных на Фиг. 19А, 19В и 20 приемных схем, представленных линейным зондом 703, настраиваемым резонатором 706 и магнитной катушкой 709, принимает удельную энергию, передаваемую одним из вариантов направляемых поверхностных волноводных зондов 400, описанных выше. Принимаемая энергия может быть использована для передачи ее в электрическую нагрузку 716/726/736 через подключенную согласующую схему, как можно понять. Это контрастирует с сигналами, которые могут быть приняты в приемнике после передачи их в форме излучаемого электромагнитного поля. Такие сигналы имеют очень низкую доступную мощность, а приемники таких сигналов не нагружают передатчики.
Еще одна характерная особенность представляемых здесь направляемых поверхностных волн, генерируемых с использованием направляемых поверхностных волноводных зондов 400, описанных выше, состоит в том, что приемные схемы, представленные линейным зондом 703, настраиваемым резонатором 706 и магнитной катушкой 709, будут нагружать источник 412 возбуждения (Фиг. 4), энергия от которого поступает в направляемый поверхностный волноводный зонд 400, генерирующий в результате направляемую поверхностную волну, воздействующую на такие приемные схемы. Это отражает тот факт, что направляемая поверхностная волна, генерируемая конкретным направляемым поверхностным волноводным зондом 400, описываемым выше, содержит моду линии передачи. В отличие от этого, источник энергии, питающий излучающую антенну, генерирующую излучаемую электромагнитную волну, не нагружен этими приемниками независимо от числа используемых приемников.
Таким образом, любой конкретный направляемый поверхностный волноводный зонд 400 и приемные схемы в форме линейного зонда 703, настраиваемого резонатора 706 и/или магнитной катушки 709 могут совместно составить беспроводную систему распределения энергии. Учитывая, что дальность передачи направляемой поверхностной волны с использованием направляемого поверхностного волноводного зонда 400, как указано выше, зависит от частоты, можно осуществить беспроводное распределение энергии на больших территориях и даже глобально.
Обычные беспроводные системы передачи/распределения энергии, широко исследуемые сегодня, используют "сбор энергии" из излучаемых полей, а также датчик, связанный с индуктивными или реактивными полями ближней зоны. Напротив, предлагаемая беспроводная система передачи энергии не теряет энергию в форме излучения, которое, если его не перехватить, теряется навсегда. Также предлагаемая здесь
беспроводная система распределения энергии не ограничена крайне малыми дальностями, как это имеет место в обычных системах ближней зоны со связью через взаимную реактивность. Описываемая здесь беспроводная система передачи энергии использует зонды связи с новыми поверхностными направляемыми модами линии передачи, что эквивалентно передаче энергии в нагрузку по волноводу или в нагрузку, непосредственно связанную проводами с удаленным генератором электроэнергии. За исключением мощности, необходимой для поддержания напряженности передаваемого поля, плюс мощности, рассеиваемой в поверхностном волноводе, сумма которых на крайне низких частотах является несущественной по сравнению с потерями передачи в обычных высоковольтных линиях электропередач с частотой 60 Гц, вся мощность генератора поступает в нужную электрическую нагрузку. Когда потребность в электрической нагрузке прекращается, генератор-источник энергии работает относительно вхолостую.
На Фиг. 21А показана схема, представляющая линейный зонд 703 и настраиваемый резонатор 706. На Фиг. 21В показана схема, представляющая магнитную катушку 709. Каждый приемник - и линейный зонд 703, и настраиваемый резонатор 706, можно рассматривать как эквивалентный источник напряжения, представленный источником напряжения Vs холостого хода и эквивалентным полным сопротивлением Zs пассивной части схемы, приведенными к выходным клеммам. Каждая электрическая нагрузка 716/726/736 (Фиг. 19А, 19В и 20) может быть представлена полным сопротивлением ZL нагрузки. Полное сопротивление Zs источника содержит действительную и мнимую составляющие и имеет вид Zs = Rs + jXs.
Согласно одному из вариантов, сопротивление электрической нагрузки 716/726/736 согласовано с каждой приемной схемой, соответственно. В частности, каждая электрическая нагрузка 716/726/736 представляет, через соответствующую согласующую схему 719/723/733, нагрузку для схемы зонда, обозначенную как ZL' И выраженную как ZL' = RL' + j XL', ЧТО ДОЛЖНО быть равно ZL' = Zs * = Rs - j Xs, где представляемое полное сопротивление ZL' нагрузки является величиной, комплексно сопряженной с фактическим полным сопротивлением Zs источника. Теорема о сопряженном согласовании, которая утверждает, что если, в каскадированной схеме, имеет место сопряженное согласование на какой-либо паре клемм, такое согласование будет иметь место на всех парах клемм, затем устанавливает, что реальная электрическая нагрузка 716/726/736 также "увидит" подключенное полное сопротивление для своего полного сопротивления, ZL'. СМ. работу Эверитт, У.Л. и Г.Е.Аннер "Техника связи" (Everitt, W.L. and G.E. Anner, Communication Engineering, McGraw-Hill, 3 rd edition, 1956, p. 407). Это обеспечивает, что соответствующая электрическая нагрузка 716/726/736 согласована по полному
сопротивлению с соответствующей приемной схемой, а также установление режима максимальной передачи мощности в соответствующую удельную нагрузку 716/726/736.
Работой направляемого поверхностного волноводного зонда 400 можно управлять для регулирования вариаций условий работы, ассоциированных с направляемым поверхностным волноводным зондом 400. Например, система 418 управления зондом (Фиг. 4) может быть использована для управления схемой 409 связи зонда и/или позиционирования зарядного вывода Ti и/или Т2 с целью управления работой направляемого поверхностного волноводного зонда 400. Совокупность таких условий работы может содержать, не ограничиваясь этим, вариации характеристик проводящей среды 403 с потерями (например, удельной проводимости а и относительной диэлектрической проницаемости sr), вариации напряженности поля и/или вариации нагрузки направляемого поверхностного волноводного зонда 400. Как можно видеть из уравнений (52) - (55), показатель преломления (TI), комплексный угол Брюстера ( &iiB и ipiiB), наклон волны (Iwle-^) и комплексная эффективная высота Qigff = kp6''*) могут быть подвержены влиянию изменений электрической проводимости и диэлектрической проницаемости грунта вследствие, например, погодных условий.
Для мониторинга изменений рабочих условий и предоставления информации о рабочих условиях в текущий момент в систему 418 управления зондом может быть использовано такое оборудование, как, например, зонды для измерения удельной проводимости, датчики диэлектрической проницаемости, измерители параметров земли, датчики напряженности электрического поля, мониторы тока и/или приемники нагрузки. Эта система 418 управления зондом может затем осуществить одну или несколько регулировок направляемого поверхностного волноводного зонда 400 для поддержания рабочих условий этого направляемого поверхностного волноводного зонда 400. Например, при изменениях влажности и температуры удельная проводимость грунта также будет изменяться. Зонды для измерения удельной проводимости и/или датчики диэлектрической проницаемости могут быть расположены в нескольких точках вокруг направляемого поверхностного волноводного зонда 400. В общем случае, было бы желательно контролировать удельную проводимость и/или диэлектрическую проницаемость в поясе или около пояса, соответствующего расстоянию Rx до точки пересечения Ханкеля на рабочей частоте. Зонды для измерения удельной проводимости и/или датчики диэлектрической проницаемости могут быть расположены в нескольких точках (например, в каждом квадранте) вокруг направляемого поверхностного волноводного зонда 400.
На Фиг. 22А показан пример зонда для измерения электрической проводимости, который может быть установлен для мониторинга изменений электрической проводимости грунта. Как показано на Фиг. 22А, вдоль прямой линии в грунт вставлены в ряд несколько измерительных зондов. Например, эти зонды могут представлять собой стержни диаметром 14,3 мм (9/16 дюйма) с глубиной погружения в грунт 305 мм (12 дюймов) или более и отстоящие один от другого на расстояние d = 457 мм (18 дюймов). Здесь DS1 представляет собой лампу мощностью 100 Вт, а резистор R1 имеет номинальную мощность 5 Вт и сопротивление 14.6 Ом. Подав в схему переменное напряжение и измерив напряжение VI на резисторе и напряжение V2 между центральными зондами, можно определить удельную проводимость посредством взвешенного отношения а = 21(V1/V2). Результаты измерений можно фильтровать для получения результатов, связанных только с частотой подаваемого в измерительную схему переменного напряжения. Могут быть также использованы и другие конфигурации с применением других напряжений, частот, размеров зондов, глубин проникновения в грунт и/или промежутков между зондами.
Для измерения удельной проводимости и диэлектрической проницаемости грунта могут быть использованы зонды на основе открытой проводной линии. Как показано на Фиг. 22В, измеряют полное сопротивление между верхними концами двух стержней, вставленных в грунт (в среду с потерями) с использованием, например, анализатора 799 полного сопротивления. Если использовать анализатор полного сопротивления, можно измерять полное сопротивление (R + }Х) в диапазоне частот и определять удельную проводимость и диэлектрическую проницаемость на основе результатов зависящих от частоты измерений с использованием формул
(63)
где Са обозначает емкость зонда в воздухе, в пФ.
Зонды для измерения удельной проводимости и/или датчики диэлектрической проницаемости могут быть конфигурированы для оценки удельной проводимости и диэлектрической проницаемости на периодической основе и передачи этой информации в систему 418 управления зондом (Фиг. 4). Эта информация может быть передана в систему 418 управления зондом через сеть связи или через сочетание сетей связи, таких как, не ограничиваясь этим, локальная сеть связи (LAN), локальная сеть радиосвязи (WLAN), сеть сотовой связи или другая подходящая проводная или беспроводная сеть связи, либо сочетание сетей. На основе данных о контролируемых удельной проводимости и/или диэлектрической проницаемости система 418 управления зондом может оценивать
вариации показателя преломления (TI), комплексного угла Брюстера (6iiB и iffiiB), наклона
волны (|l1/|e-''f) и/или комплексной эффективной высоты (hgff = k е^) и регулировать
направляемый поверхностный волноводный 400 зонд с целью поддержания наклона волны на расстоянии точки пересечения Ханкеля, чтобы падение волны на границу раздела оставалось под комплексным углом Брюстера. Это можно осуществить путем регулирования, например, высоты h , фазы Фу, фазы и/или высоты hd. Например,
система 418 управления зондом может регулировать высоту (hd) расположения
компенсационного вывода Тг или фазовую задержку (Фу, Ф^) напряжений, подаваемых на
зарядный вывод Ti и/или компенсационный вывод Т2, соответственно, для поддержания эффективности возбуждения направляемой поверхностной волны на максимуме этой эффективности или около максимума. Фазу напряжения, подаваемого на зарядный вывод Ti и/или компенсационный вывод Тг, можно регулировать путем изменения положения отвода на катушке 909 индуктивности и/или путем введения нескольких заданных отводов вдоль катушки 909 индуктивности и переключения между разными заданными позициями отводов для максимизации эффективности возбуждения.
Измерители поля или напряженности поля (FS) (например, измеритель FIM-41 FS производства фирмы Potomac Instruments, Inc., Silver Spring, MD) также могут быть распределены вокруг направляемого поверхностного волноводного зонда 400 с целью измерения напряженности поля или полей, ассоциированных с направляемой поверхностной волной. Эти измерители поля или напряженности поля могут быть конфигурированы для измерения напряженности поля и/или изменений напряженности поля (например, напряженности электрического поля) и передачи полученной информации в систему 418 управления зондом. Эта информация может быть передана в систему 418 управления зондом через сеть связи или через сочетание сетей связи, таких как, не ограничиваясь этим, локальная сеть связи (LAN), локальная сеть радиосвязи (WLAN), сеть сотовой связи или другая подходящая проводная или беспроводная сеть связи, либо сочетание сетей. Если нагрузка и/или условия окружающей среды изменяются или варьируются во время работы, направляемый поверхностный волноводный зонд 400 можно регулировать для поддержания заданной напряженности поля в местах расположения измерителей этой напряженности (FS) с целью обеспечения заданной адекватной передачи энергия приемникам и нагрузкам, получающим питание от этих приемников.
Например, фазовую задержку (Ф^, Ф^), применяемую к напряжению, подаваемому
на зарядный вывод Ti и/или компенсационный вывод Тг, соответственно, можно регулировать для улучшения и/или максимизации электрической эффективности возбуждения направляемого поверхностного волноводного зонда 400. Путем регулирования одной или обеих фазовых задержек можно регулировать направляемый поверхностный волноводный зонд 400 таким образом, чтобы обеспечить, что наклон волны на расстоянии точки пересечения Ханкеля, остается равен комплексному углу Брюстера. Это можно осуществить путем регулирования положения отвода на катушке 909 индуктивности с целью изменения фазовой задержки напряжения, подаваемого на зарядный вывод Ti и/или компенсационный вывод Тг. Уровень напряжения, поступающего на зарядный вывод Ti, также можно увеличивать или уменьшать для регулирования напряженности электрического поля. Это можно делать путем регулирования выходного напряжения источника 412 возбуждения (Фиг. 4), либо посредством регулирования или реконфигурирования схемы 409 связи (Фиг. 4). Например, положение отвода 924 (Фиг. 4) для источника 912 переменного тока (Фиг. 4) можно регулировать для увеличения напряжения, "видимого" зарядным выводом Ть Поддержание уровней напряженности поля в пределах заданных диапазонов может улучшить связь с приемниками, уменьшить потери тока земли и избежать взаимных помех с передачами от других направляемых поверхностных волноводных зондов.
На Фиг. 23 А показан пример адаптивной системы 430 управления, содержащей систему 418 управления зондом, представленную на Фиг. 4, и конфигурированной для регулирования работы направляемого поверхностного волноводного зонда 400 на основе контролируемых условий. Система 418 управления зондом может быть реализована посредством аппаратуры, встроенного программного обеспечения, загружаемого программного обеспечения, выполняемого аппаратурой, или сочетания этих компонентов. Например, система 418 управления зондом может содержать процессорную схему, имеющую в составе процессор и запоминающее устройство, которые могут быть соединены с локальным интерфейсом, таким как, например, шина данных с сопровождающей ее шиной управления/адресной шиной, как это может быть понятно даже рядовым специалистам в рассматриваемой области. Процессор может выполнять приложение управления зондом с целью регулирования работы направляемого поверхностного волноводного зонда 400 на основе контролируемых условий. Система 418 управления зондом может также содержать один или несколько сетевых интерфейсов для связи с различными контролирующими устройствами. Связь может осуществляться через сеть связи или через сочетание сетей связи, таких как, не ограничиваясь этим, локальная
сеть связи (LAN), локальная сеть радиосвязи (WLAN), сеть сотовой связи или другая подходящая сеть связи. Система 418 управления зондом может содержать, например, компьютерную систему, такую как сервер, настольный компьютер, портативный компьютер или другую систему с подобными возможностями.
Адаптивная система 430 управления может содержать один или несколько измерителей 433 параметров земли, таких как, не ограничиваясь, зонд для измерения удельной проводимости, показанный на Фиг. 22А и/или зонд с открытым проводом, показанный на Фиг. 22В. Эти измерители 433 параметров земли могут быть распределены вокруг направляемого поверхностного волноводного зонда 400 на расстоянии, приблизительно равном расстоянию до точки пересечения Ханкеля (Rx), ассоциированному с рабочей частотой зонда. Например, зонды с открытым проводом, показанные на Фиг. 22В, могут быть расположены в каждом квадранте вокруг многофазного направляемого поверхностного волноводного зонда 400 с целью контроля удельной проводимости и диэлектрической проницаемости проводящей среды с потерями, как было описано ранее. Эти измерители 433 параметров земли могут быть конфигурированы для определения удельной проводимости и диэлектрической проницаемости проводящей среды с потерями на периодической основе и передачи полученной информации в систему 418 управления зондом для потенциального регулирования направляемого поверхностного волноводного зонда 400. В некоторых случаях измерители 433 параметров земли могут передавать информацию в систему 418 управления зондом только тогда, когда будет обнаружено изменение контролируемых условий.
Адаптивная система 430 управления может также содержать один или несколько датчиков 436 напряженности электрического поля, таких как, не ограничиваясь этим, измеритель напряженности электрического поля (FS). Такие датчики 436 напряженности электрического поля могут быть распределены вокруг направляемого поверхностного волноводного зонда 400 за пределами расстояния (Rx) до точки пересечения Ханкеля, в
области, где кривая 103 напряженности направляемого поля (Фиг. 1) преобладает над кривой 106 напряженности излучаемого поля (Фиг. 1). Например, несколько датчиков 436 напряженности электрического поля могут быть расположены вдоль одной или нескольких радиальных прямых, отходящих от направляемого поверхностного волноводного зонда 400, для контроля напряженности электрического поля, как было описано ранее. Датчики 436 напряженности электрического поля могут быть конфигурированы для определения напряженности электрического поля на периодической основе и передачи информации в систему 418 управления зондом для
потенциального регулирования направляемого поверхностного волноводного зонда 400. В некоторых случаях, датчик 436 напряженности электрического поля может передавать информацию в систему 418 управления зондом только тогда, когда будет обнаружено изменение контролируемых условий.
Другие переменные также можно контролировать и использовать для регулирования работы направляемого поверхностного волноводного зонда 400. Например, для контроля работы направляемого поверхностного волноводного зонда 400 можно использовать ток земли, текущий через штырь 915 заземления (Фиг. 9А-9В, 17 и 18). Например, ток земли может служить индикатором изменений нагрузки направляемого поверхностного волноводного зонда 400 и/или связи электрического поля с направляемой поверхностной волноводной модой на поверхности проводящей среды 403 с потерями. Факт передачи реальной мощности можно определить, контролируя источник 912 переменного тока (или источник 412 возбуждения, показанный на Фиг. 4). В некоторых вариантах, направляемый поверхностный волноводный зонд 400 можно регулировать для достижения максимальной связи с направляемой поверхностной волноводной модой по меньшей мере частично на основе индикации тока. Регулируя фазовую задержку напряжений, подаваемых на зарядный вывод Ti и/или компенсационного вывод Т2, наклон волны на расстоянии до точки пересечения Ханкеля можно поддерживать таким образом, чтобы волна падала на поверхность проводящей среды 403 с потерями (пример, земли) под комплексным углом Брюстера для передач направляемых поверхностных волн в этой среде. Это можно осуществить путем регулирования положения отвода на катушке 909 индуктивности. Однако на ток земли может также влиять нагрузка приемника. Если величина тока земли превышает ожидаемый уровень тока, это может означать, что имеет место неучтенная нагрузка направляемого поверхностного волноводного зонда 400.
Работу источника 412 возбуждения (или источника 912 переменного тока) также можно контролировать для обеспечения отсутствия перегрузки. По мере увеличения активной нагрузки на направляемый поверхностный волноводный зонд 400 выходное напряжение источника 412 возбуждения или напряжение, поступающее на зарядный вывод Ti от катушки индуктивности, может быть увеличено для повышения уровней напряженности поля, избегая тем самым дополнительных токов нагрузки. В некоторых случаях сами приемники могут быть использованы в качестве датчиков, контролирующих состояние направляемой поверхностной волноводной моды. Например, приемники могут контролировать напряженность поля и/или потребность нагрузки в самом приемнике. Приемники могут быть конфигурированы для передачи информации о текущих рабочих условиях в систему 418 управления зондом. Информация может быть передана в систему
418 управления зондом через сеть связи, такую как, не ограничиваясь этим, локальная сеть связи (LAN), локальная сеть радиосвязи (WLAN), сеть сотовой связи или другая подходящая сеть связи. На основе этой информации система 418 управления зондом может затем регулировать направляемый поверхностный волноводный зонд 400 для непрерывной работы. Например, фазовую задержку (Фу, Ф^) напряжений, подаваемых на
зарядный вывод Ti и/или компенсационный вывод Т2, соответственно, можно регулировать для усиления и/или максимизации электрической эффективности возбуждения направляемого поверхностного волноводного зонда 400 для передачи энергии в нагрузку в соответствии с требованиями приемников. В некоторых случаях система 418 управления зондом может регулировать направляемый поверхностный волноводный зонд 400 для уменьшения нагрузки на источник 412 возбуждения и/или на направляемый поверхностный волноводный зонд 400. Например, напряжение, поступающее на зарядный вывод Ti, может быть уменьшено для снижения напряженности поля и предотвращения связи с частью наиболее удаленных устройств нагрузки.
Направляемый поверхностный волноводный зонд 400 может быть отрегулирован системой 418 управления зондом с использованием, например, одного или нескольких контроллеров 439 отводов. В схеме на Фиг. 23А соединением катушки 909 индуктивности с верхним зарядным выводом Ti управляет контроллер 439 отводов. При изменении контролируемых параметров состояния (например, изменении удельной проводимости, диэлектрической проницаемости и/или напряженности электрического поля) система управления зондом может передать сигнал управления контроллеру 439 отводов для инициирования изменения положения отвода. Контроллер 439 отводов может быть конфигурирован для изменения положения отвода непрерывно вдоль катушки 909 индуктивности или ступенчато на основе заданной группы соединений отводов. Сигнал управления может содержать указание заданного положения отвода или указание переключения на заданное число отводов. Регулируя положение отвода, можно подстраивать амплитуду и фазу напряжения на зарядном выводе Ti для повышения эффективности возбуждения направляемой поверхностной волноводной моды.
Тогда как Фиг. 23 А иллюстрирует контроллер 439 отводов, присоединенный между катушкой 909 индуктивности и зарядным выводом Ti, в других вариантах соединение 442 катушки 909 индуктивности с нижним компенсационным выводом Т2 может также содержать контроллер 439 отводов. На Фиг. 23В показан другой вариант направляемого поверхностного волноводного зонда 400 с контроллером 439 отвода для регулирования фазовой задержки напряжения на компенсационном выводе Тг. На Фиг. 23С показан
вариант направляемого поверхностного волноводного зонда 400, где фазовой задержкой для обоих выводов Ti и Тг можно управлять с использованием контроллеров 439 отводов. Контроллерами 439 отводов можно управлять независимо или одновременно посредством системы 418 управления зондом. В обоих вариантах в схему введена согласующая схема 445 для связи источника 912 переменного тока с катушкой 909 индуктивности. В некоторых вариантах источник 912 переменного тока может быть соединен с катушкой 909 индуктивности через контроллер 439 отводов, которым может управлять система 418 управления зондом для поддержания состояния согласования для максимальной передачи энергии от источника переменного тока.
Возвращаясь к Фиг. 23А, система 418 управления зондом может также регулировать направляемый поверхностный волноводный зонд 400 с использованием, например, системы 448 позиционирования зарядного вывода и/или системы 451 позиционирования компенсационного вывода. Регулируя высоту расположения зарядного вывода Ti и/или компенсационного вывода Т2 и тем самым расстояние между этими двумя выводами, можно также подстроить передачу энергии в направляемую поверхностную волноводную моду. Системы 448 и 451 позиционирования выводов могут быть конфигурированы для изменения высот расположения выводов Ti и Тг путем прямолинейного подъема или опускания вывода вдоль оси z, ориентированной по нормали к проводящей среде 403 с потерями. Например, для перемещения зарядного и компенсационного выводов Ti и Тг вверх или вниз с помощью изолированных штоков, соединенных с выводами, можно использовать линейные двигатели. Другие варианты могут содержать изолированные зубчатые передачи и/или проволочные оттяжки и шкивы, винтовые передачи или какие-либо другие подходящие механизмы, которые могут управлять позиционированием зарядного и компенсационного выводов Ti и Тг. Изоляция систем 448 и 451 позиционирования выводов предотвращает стекание электрического заряда, присутствующего на зарядном и компенсационном выводах Ti и Тг. Например, изоляционная структура может поддерживать зарядный вывод Ti над компенсационным выводом Тг. Например, в качестве опоры для зарядного и компенсационного выводов Ti и Тг может быть использована мачта или стойка из стекловолокнистого материала, являющегося высокочастотным изолятором. Зарядовый и компенсационный выводы Ti и Тг могут быть индивидуально позиционированы с использованием системы 448 позиционирования зарядного вывода и/или системы 451 позиционирования компенсационного вывода с целью усиления и/или максимизации электрической эффективности возбуждения направляемого поверхностного волноводного зонда 400.
Как уже обсуждалось выше, система 418 управления зондом в составе адаптивной системы 430 управления может контролировать рабочие условия направляемого поверхностного волноводного зонда 400 посредством связи с одним или несколькими удаленными контрольными устройствами, такими как, не ограничиваясь этим, измеритель 433 параметров земли и/или датчик 436 напряженности электрического поля. Система 418 управления зондом может также контролировать другие условия посредством доступа к информации от, например, амперметра 927 для измерения тока земли (Фиг. 23В и 23С) и/или от источника 912 переменного тока (или от источника 412 возбуждения). На основе контролируемой информации система 418 управления зондом может определять, нужна ли регулировка направляемого поверхностного волноводного зонда 400 для повышения и/или максимизации эффективности возбуждения. В ответ на изменение одного или нескольких контролируемых условий система 418 управления зондом может инициировать регулирование одной или нескольких фазовых задержек (Фу, Ф^) напряжений, подаваемых на зарядный вывод Ti и/или компенсационный вывод Тг, соответственно, и/или физических высот расположения (k hd) зарядного вывода Ti
и/или компенсационного вывода Тг, соответственно. В некоторых вариантах система 418 управления зондом может оценивать контролируемые условия для идентификации источника изменений. Если изменение контролируемых условий было вызвано изменением нагрузки приемника, тогда регулировки направляемого поверхностного волноводного зонда 400 можно избежать. Если контролируемые условия влияют на эффективность возбуждения направляемого поверхностного волноводного зонда 400, тогда система 418 управления зондом может инициировать регулирование направляемого поверхностного волноводного зонда 400 для увеличения и/или максимизации эффективности возбуждения.
В некоторых вариантах, размер зарядного вывода Ti можно также регулировать для управления передачей энергии в направляемой поверхностной волноводной моде. Например, собственную емкость зарядного вывода Ti можно изменять путем изменения размера этого вывода. Распределение заряда также может быть улучшено путем увеличения размера зарядного вывода Ti, что может уменьшить вероятность электрического разряда с этого зарядного вывода Ть Управление размером зарядного вывода Ti может осуществлять система 418 управления зондом посредством системы 448 позиционирования зарядного вывода или с помощью отдельной системы управления.
На Фиг. 24А и 24В показан пример регулируемого вывода 203, который можно использовать в качестве зарядного вывода Ti направляемого поверхностного волноводного зонда 400. Например, регулируемый вывод 203 может содержать
внутреннюю цилиндрическую секцию 206, вложенную внутрь наружной цилиндрической секции 209. Эти внутренняя и наружная цилиндрические секции 206 и 209 могут содержать пластины, закрывающие эти секции снизу и сверху соответственно. На Фиг. 24А, имеющий цилиндрическую форму регулируемый вывод 203 изображен в сжатом состоянии, когда он имеет первый размер, который может быть ассоциирован с первым эффективным сферическим диаметром. Для изменения размера вывода и тем самым диаметра его эффективной сферы одну или обе секции этого регулируемого вывода 803 можно выдвигать для увеличения площади поверхности, как показано на Фиг. 24В. Это может быть осуществлено с использованием приводного механизма, такого как электродвигатель или гидравлический цилиндр, электрически изолированный для предотвращения стекания электрического заряда с вывода.
В дополнение к вышеизложенному, различные варианты настоящего изобретения содержат, не ограничиваясь этим, варианты, приведенные в следующих положениях. Пункт 1. Направляемый поверхностный волноводный зонд, содержащий: зарядный вывод, приподнятый над проводящей средой с потерями; и цепь связи, конфигурированная для соединения источника возбуждения с зарядным выводом, причем указанная цепь связи конфигурирована для обеспечения на зарядном выводе напряжения, которое устанавливает электрическое поле, имеющее наклон (W) волны, который соответствует пересечению с указанной проводящей средой с
потерями в касательной под комплексным угол Брюстера на расстоянии (Rx) точки
пересечения Ханкеля от указанного направляемого поверхностного волноводного зонда.
Пункт 2. Направляемый поверхностный волноводный зонд по п. 1, в котором указанная цепь связи содержит катушку индуктивности, подключенную между источником возбуждения и зарядным выводом.
Пункт 3. Направляемый поверхностный волноводный зонд по п. 2, в котором катушка индуктивности представляет собой спиральную катушку.
Пункт 4. Направляемый поверхностный волноводный зонд по п. 2 или 3, в котором источник возбуждения соединен с катушкой индуктивности через отводное соединение.
Пункт 5. Направляемый поверхностный волноводный зонд по любому из пп. 2
- 4, в котором отводное соединение находится на катушке индуктивности в точке, где согласовано сопротивление.
Пункт 6. Направляемый поверхностный волноводный зонд по любому из пп. 2
- 5, в котором между источником возбуждения и отводным соединением на катушке индуктивности присоединена схема согласования сопротивлений
Пункт 7. Направляемый поверхностный волноводный зонд по любому из пп. 2
- 6, в котором источник возбуждения магнитно связан с катушкой индуктивности.
Пункт 8. Направляемый поверхностный волноводный зонд по любому из пп. 2
- 7, в котором зарядный вывод связан с катушкой индуктивности через отводное соединение.
Пункт 9. Направляемый поверхностный волноводный зонд по любому из п. 1
- 8, в котором зарядный вывод расположен на физической высоте (ftp), соответствующей
амплитуде эффективной высоты расположения направляемого поверхностного волноводного зонда, при этом эффективная высота задана соотношением hgff = Rx tan ipiiB = ft eJ'*, при if/iiB = (тс/2) - 6iiB и Ф обозначает фазу эффективной
высоты.
Пункт 10. Направляемый поверхностный волноводный зонд по п. 9, в котором фаза Ф приблизительно равна углу 4х наклона волны в точке падения на среду, который соответствует комплексному углу Брюстера.
Пункт 11. Направляемый поверхностный волноводный зонд по любому из пп. 1
- 10, в котором зарядный вывод имеет эффективный сферический диаметр и указанный зарядный вывод расположен на высоте, которая по меньшей мере в четыре раза больше эффективного сферического диаметра.
Пункт 12. Направляемый поверхностный волноводный зонд по п. 11, в котором зарядный вывод представляет собой сферический вывод с эффективным сферическим диаметром, равным диаметру указанного сферического вывода.
Пункт 13. Направляемый поверхностный волноводный зонд по п. 11 или 12, в котором высота расположения зарядного вывода больше физической высоты (ft ),
соответствующей амплитуде эффективной высоты указанного направленного поверхностного волноводного зонда, при этом эффективная высота задана соотношением kgff = Rx tain/> iJ? = кре &, при ^ = (тг/2) - 6iiB.
Пункт 14. Направляемый поверхностный волноводный зонд по любому из п. 11 -13, дополнительно содержащий компенсационный вывод, расположенный под зарядным выводом, при этом компенсационный вывод соединен с указанной цепью связи.
Пункт 15. Направляемый поверхностный волноводный зонд по любому из пп.11 - 14, в котором компенсационный вывод расположен под зарядным выводом на расстоянии, равном физической высоте (ft ).
Пункт 16. Направляемый поверхностный волноводный зонд по любому из пп.11 - 15, в котором Ф представляет комплексную разность фаз между
компенсационным выводом и зарядным выводом.
Пункт 17. Направляемый поверхностный волноводный зонд по любому из пп.1 - 16, в котором проводящая среда с потерями представляет собой земную среду.
Пункт 18. Система, содержащая: направляемый поверхностный волноводный зонд, включающий:
зарядный вывод, приподнятый над проводящей средой с потерями; и
цепь связи, конфигурированную для обеспечения на зарядном выводе напряжения, которое устанавливает электрическое поле, имеющее наклон (W) волны, который соответствует пересечению с указанной проводящей средой с потерями в касательной под комплексным угол Брюстера О/^) на расстоянии (Rx) точки пересечения Ханкеля от
указанного направляемого поверхностного волноводного зонда; и
источник возбуждения, соединенный с зарядным выводом через цепь связи. Пункт 19. Система по п. 18, дополнительно содержащая систему управления
зондом, выполненную с возможностью регулирования указанного направляемого
поверхностного волноводного зонда на основе, по меньшей мере частично, характеристик
указанной проводящей среды с потерями.
Пункт 20. Система по п. 18 или 19, в которой указанная проводящая среда с
потерями является земной средой.
Пункт 21. Система по любому из пп.18 - 20, в которой цепь связи содержит катушку индуктивности, подключенную между источником возбуждения и зарядным выводом, причем зарядный вывод соединен с катушкой индуктивности через регулируемый отвод.
Пункт 22. Система по п.21, в которой катушка индуктивности представляет собой спиральную катушку.
Пункт 23. Система по п.21 или 22, в которой указанная система управления зондом выполнена с возможностью регулировать положение указанного регулируемого отвода в ответ на изменение характеристик проводящей среды с потерями.
Пункт 24. Система по любому из пп.21 - 23, в которой регулирование положения регулируемого отвода подстраивает наклон волны электрического поля для соответствия падению волны таким образом, чтобы пересекать указанную проводящую среду с потерями под комплексным углом (фс^) Брюстера на расстоянии точки
пересечения Ханкеля (Rx).
Пункт 25. Система по любому из пп.21 - 24, в которой направляемый поверхностный волноводный зонд дополнительно содержит компенсационный вывод, расположенный под зарядным выводом, причем компенсационный вывод соединен с цепью связи.
Пункт 26. Система по любому из пп.21 - 25, в которой компенсационный вывод расположен под зарядным выводом на расстоянии, равном физической высоте (к ),
соответствующей амплитуде эффективной высоты указанного направляемого поверхностного волноводного зонда, при этом эффективная высота задана соотношением hgff = Rx tani/fijB = кре^ф, где ifJiiB = (тг/2) - 6iiB, а Ф - комплексная разность фаз между
компенсационным выводом и зарядным выводом.
Пункт 27. Система по любому из пп.21 - 26, в которой указанная система управления зондом выполнена с возможностью регулировать положение компенсационного вывода в ответ на изменение характеристик указанной проводящей среды с потерями.
Пункт 28. Способ, характеризующийся тем, что
позиционируют зарядный вывод на заданной высоте над проводящей средой с потерями;
позиционируют компенсационный вывод под зарядным выводом, причем компенсационный вывод отделен заданным расстоянием; и
возбуждают зарядный вывода и компенсационный вывод посредством напряжений возбуждения, имеющих комплексную разность фаз, причем указанные напряжения возбуждения создают электрическое поле, имеющее наклон (W) волны, который
соответствует волне, падающей на указанную проводящую среду с потерями под комплексным угол (фс^) Брюстера на расстоянии (Rx) точки пересечения Ханкеля от
зарядного вывода и компенсационного вывода.
Пункт 29. Способ по п. 28, в котором зарядный вывод имеет эффективный сферический диаметр, и зарядный вывод располагают на заданной высоте, которая по меньшей мере в четыре раза больше указанного эффективного сферического диаметра.
Пункт 30. Способ по п. 28 или 29, в котором указанное заданное расстояние равно физической высоте (h ), соответствующей амплитуде эффективной высоты
зарядного вывода, причем указанная эффективная высота задана соотношением hgff = Rxta.nil;iiB = hpeJ*, при if/iiB = (TS/2) - GiiB, где Ф - комплексная разность фаз
между компенсационным выводом и зарядным выводом.
Пункт 31. Способ по любому из пп.28 - 30, в котором зарядный вывод и компенсационный вывод соединяют с источником возбуждения через катушку индуктивности, причем зарядный вывод соединяют с катушкой индуктивности через регулируемый отвод.
Пункт 32. Способ по п. 31, в котором также регулируют положение указанного регулируемого отвода, чтобы создавать электрическое поле, имеющее наклон волны, при котором волна пересекает указанную проводящую среду с потерями под комплексным углом (ipig) Брюстера на расстоянии (Rx) точки пересечения Ханкеля.
Следует подчеркнуть, что описанные выше варианты настоящего изобретения являются всего лишь возможными примерами его осуществления, приведенными здесь для ясного понимания принципов изобретения. В эти описанные выше варианты могут быть внесены многочисленные вариации и модификации без существенного отклонения от смысла и принципов изобретения. Все такие модификации и вариации должны быть настоящим включены в объем настоящего изобретения и защищены прилагаемой Формулой изобретения. Кроме того, все возможные и предпочтительные признаки и модификации описанных вариантов и зависимых пунктов Формулы изобретения могут быть использованы во всех аспектах изобретения, рассмотренных здесь. Более того, индивидуальные признаки зависимых пунктов Формулы изобретения, равно как и все возможные и предпочтительные признаки и модификации описанных вариантов являются комбинируемыми и взаимозаменяемыми одни с другими, где это применимо. Для этого различные рассматриваемые выше варианты, которые можно в качестве опций сочетать различными способами в зависимости от нужного осуществления.
ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ
1. Направляемый поверхностный волноводный зонд, содержащий:
зарядный вывод, приподнятый над проводящей средой с потерями; и
цепь связи, конфигурированная для соединения источника возбуждения с зарядным выводом, причем указанная цепь связи конфигурирована для обеспечения на зарядном выводе напряжения, которое устанавливает электрическое поле, имеющее наклон (W) волны, который соответствует пересечению указанной проводящей среды с
потерями под комплексным углом Брюстера (tyig) к касательной к указанной среде на
расстоянии (Rx) точки пересечения Ханкеля от указанного направляемого поверхностного
волноводного зонда.
2. Направляемый поверхностный волноводный зонд по п. 1, в котором указанная цепь связи содержит катушку индуктивности, подключенную между источником возбуждения и зарядным выводом.
3. Направляемый поверхностный волноводный зонд по п. 2, в котором катушка индуктивности представляет собой спиральную катушку.
4. Направляемый поверхностный волноводный зонд по п. 2 или 3, в котором источник возбуждения соединен с катушкой индуктивности через отводное соединение.
5. Направляемый поверхностный волноводный зонд по любому из пп. 2 - 4, в котором отводное соединение находится на катушке индуктивности в точке, где согласовано сопротивление.
6. Направляемый поверхностный волноводный зонд по любому из пп. 2 - 5, в котором между источником возбуждения и отводным соединением на катушке индуктивности присоединена схема согласования сопротивлений.
7. Направляемый поверхностный волноводный зонд по любому из пп. 2 - 6, в котором источник возбуждения магнитно связан с катушкой индуктивности.
8. Направляемый поверхностный волноводный зонд по любому из пп. 2 - 7, в котором зарядный вывод связан с катушкой индуктивности через отводное соединение.
9. Направляемый поверхностный волноводный зонд по любому из п. 1 - 8, в котором зарядный вывод расположен на физической высоте (к ), соответствующей
амплитуде эффективной высоты расположения направляемого поверхностного волноводного зонда, при этом эффективная высота задана соотношением kgff = Rx tanipiiB = кре*ф, при if/iiB = (тг/2) - 6iiB и Ф обозначает фазу эффективной
высоты.
10. Направляемый поверхностный волноводный зонд по п. 9, в котором фаза Ф приблизительно равна углу ? наклона волны в точке падения на среду, который соответствует комплексному углу Брюстера.
11. Направляемый поверхностный волноводный зонд по любому из пп. 1 - 10, в котором зарядный вывод имеет эффективный сферический диаметр и указанный зарядный вывод расположен на высоте, которая по меньшей мере в четыре раза больше эффективного сферического диаметра.
12. Направляемый поверхностный волноводный зонд по п. 11, в котором зарядный вывод представляет собой сферический вывод с эффективным сферическим диаметром, равным диаметру указанного сферического вывода.
13. Направляемый поверхностный волноводный зонд по п. 11 или 12, в котором высота расположения зарядного вывода больше физической высоты (к ),
соответствующей амплитуде эффективной высоты указанного направляемого поверхностного волноводного зонда, при этом эффективная высота задана соотношением Kff = Rx tani//ijB = кре> ф, при ipiiB = (TJ:/2) -
14. Направляемый поверхностный волноводный зонд по любому из п. 11 - 13, дополнительно содержащий компенсационный вывод, расположенный под зарядным выводом, при этом компенсационный вывод соединен с указанной цепью связи.
15. Направляемый поверхностный волноводный зонд по любому из пп. 11 - 14, в котором компенсационный вывод расположен под зарядным выводом на расстоянии, равном физической высоте (k ).
16. Направляемый поверхностный волноводный зонд по любому из пп. 11 - 15, в котором Ф представляет комплексную разность фаз между компенсационным выводом и зарядным выводом.
17. Направляемый поверхностный волноводный зонд по любому из пп.1 - 16, в котором проводящая среда с потерями представляет собой земную среду.
18. Система, содержащая:
направляемый поверхностный волноводный зонд, включающий:
зарядный вывод, приподнятый над проводящей средой с потерями; и
цепь связи, конфигурированную для обеспечения на зарядном выводе напряжения, которое устанавливает электрическое поле, имеющее наклон (W) волны, который соответствует пересечению указанной проводящей среды с потерями под комплексным углом Брюстера (iffiiB) к касательной к указанной среде на расстоянии (Rx) точки пересечения Ханкеля от указанного направляемого поверхностного волноводного зонда; и
источник возбуждения, соединенный с зарядным выводом через цепь связи.
19. Система по п. 18, дополнительно содержащая систему управления зондом, выполненную с возможностью регулирования указанного направляемого поверхностного волноводного зонда на основе, по меньшей мере частично, характеристик указанной проводящей среды с потерями.
20. Система по п. 18 или 19, в которой указанная проводящая среда с потерями является земной средой.
21. Система по любому из пп.18 - 20, в которой цепь связи содержит катушку индуктивности, подключенную между источником возбуждения и зарядным выводом, причем зарядный вывод соединен с катушкой индуктивности через регулируемый отвод.
22. Система по п.21, в которой катушка индуктивности представляет собой спиральную катушку.
23. Система по п.21 или 22, в которой указанная система управления зондом выполнена с возможностью регулировать положение указанного регулируемого отвода в ответ на изменение характеристик проводящей среды с потерями.
24. Система по любому из пп.21 - 23, в которой регулирование положения регулируемого отвода подстраивает наклон волны электрического поля для соответствия падению волны таким образом, чтобы пересекать указанную проводящую среду с потерями под комплексным углом (ipitB) Брюстера на расстоянии точки пересечения
Ханкеля (Rx).
25. Система по любому из пп.21 - 24, в которой направляемый поверхностный волноводный зонд дополнительно содержит компенсационный вывод, расположенный под зарядным выводом, причем компенсационный вывод соединен с цепью связи.
26. Система по любому из пп.21 - 25, в которой компенсационный вывод расположен под зарядным выводом на расстоянии, равном физической высоте (ft, ),
соответствующей амплитуде эффективной высоты указанного направляемого поверхностного волноводного зонда, при этом эффективная высота задана соотношением hgff = Rx tani/fijB = кре^ф, где ifJiiB = (тг/2) - 6iiB, а Ф - комплексная разность фаз между
компенсационным выводом и зарядным выводом.
27. Система по любому из пп.21 - 26, в которой указанная система управления зондом выполнена с возможностью регулировать положение компенсационного вывода в ответ на изменение характеристик указанной проводящей среды с потерями.
28. Способ, характеризующийся тем, что
27.
позиционируют зарядный вывод на заданной высоте над проводящей средой с потерями;
позиционируют компенсационный вывод под зарядным выводом, причем компенсационный вывод отделен заданным расстоянием; и
возбуждают зарядный вывод и компенсационный вывод посредством напряжений возбуждения, имеющих комплексную разность фаз, причем указанные напряжения возбуждения создают электрическое поле, имеющее наклон (W) волны, который
соответствует волне, падающей на указанную проводящую среду с потерями под комплексным угол (tyig) Брюстера на расстоянии (Rx) точки пересечения Ханкеля от
зарядного вывода и компенсационного вывода.
29. Способ по п. 28, в котором зарядный вывод имеет эффективный сферический диаметр, и зарядный вывод располагают на заданной высоте, которая по меньшей мере в четыре раза больше указанного эффективного сферического диаметра.
30. Способ по п. 28 или 29, в котором указанное заданное расстояние равно физической высоте (hp), соответствующей амплитуде эффективной высоты зарядного
вывода, причем указанная эффективная высота задана соотношением hgff = Rx tani/f;^ = hpej*, при if/iiB = (тг/2) - 6iiB, где Ф - комплексная разность фаз
между компенсационным выводом и зарядным выводом.
31. Способ по любому из пп.28 - 30, в котором зарядный вывод и компенсационный вывод соединяют с источником возбуждения через катушку индуктивности, причем зарядный вывод соединяют с катушкой индуктивности через регулируемый отвод.
32. Способ по п. 31, в котором также регулируют положение указанного регулируемого отвода, чтобы создавать электрическое поле, имеющее наклон волны, при котором волна пересекает указанную проводящую среду с потерями под комплексным углом Брюстера на расстоянии (Rx) точки пересечения Ханкеля.
31.
100
Фиг. 1
область 2
Фиг. 2
Фиг. ЗА
область 2
/ поверхности равной фазы
I 1 I
j I I / ^-нормали
' / 1 Я 1 •
I I Г* I I
I I 1 I I
' I ^ / /
/ / / /
область 1 / / / /
/ -U / /
Фиг. ЗВ
источник
возбужде-
схема
ния
связи
412
409
d/2 / /
406
/У//))//т//
Q2'
¦-•pit
Qi' i
Фиг. 4
415
Di = Hi + d/2 +d/2 = Hi + d D2 = H2 + d/2 +d/2 = H2 + d
го 5
расстояние до точки пересечения
0.000 ¦ IB ¦IIBBIIBIIBBIIBIBHIIHIBHIIBBIIIIIBBIHIIBHIIHIBBIIBBIIBIIHBIHIIBBIIBIIBBIIIIII ¦11НИ1Н11В ¦IIBIIBBIBIIIHIIH ¦¦ ¦ИНШИЩ ¦¦ HIIIHIIH
4- СО Ю N Ф г Й № :Г~- *г~ <Л Ш N- (3> | СМ ^ <0 <(c) т- СО fcft f-~- О) CM *sf CD СО О
-0 500 Н| - - - - - ^ ^ ^ ^
1 506
-1.000 4
-1.500
-2.000
-2.500
1 - 326 фут
-3.000
Фиг. 5
120.
верх 90
Т^^\ч 60
1;5-.,.,ч /X...
606\
150.
*v-*-*~1
\ 30
хл, 240 N^Ss^
270 НИЗ
Фиг. 6А
Фиг
400d
400е
703
713
-(c)
согласующая схема
719
электрическая нагрузка 716
403
Фиг. 19А
706
721
-6-
-(c)
согласующая схема
723
электрическая нагрузка 726
I 1
Фиг. 19В
709
729
электри-
согласующая
ческая
схема
нагрузка
733
736
Фиг. 22A
анализатор полного сопротивления
400
209
v- 206
Фиг. 24В
(3)
(3)
(3)
(3)
(3)
(3)
(54)
1/23
1/23
1/23
1/23
2/23
2/23
4/23
3/23
300
4/23
3/23
300
4/23
3/23
300
4/23
3/23
300
4/23
3/23
300
4/23
3/23
300
4/23
3/23
300
4/23
5/23
300
6/23
6/23
7/23
7/23
9/23
9/23
11/23
12/23
12/23
13/23
13/23
14/23
14/23
15/23
15/23
17/23
17/23
17/23
17/23
17/23
17/23
17/23
17/23
17/23
17/23
18/23
18/23
18/23
18/23
18/23
18/23
19/23
19/23
20/23
20/23
21/23
21/23
22/23
22/23
23/23
23/23