RU2264005C1 - Method for exciting ferroelectric antenna and mechanical design of the latter - Google Patents

Abstract

FIELD: electromagnetic-radiation radio-receiving and radio-transmitting devices including high-gain broadband receiving and transmitting antennas.

SUBSTANCE: proposed ferroelectric antenna has cylindrical ferroelectric ceramic body, control grid electrodes mounted on end surfaces of cylindrical body, and external dc voltage supply; cylindrical body of antenna is made of alternating ferroelectric ceramic and ferrite-insulator plates; flat ends of each ferroelectric ceramic dipole are covered with control electrode layer; all stacked dipoles are interconnected by control electrodes; core is made of metal wire turn fixed in central hole of dipole stack and connected at its ends to transceiving device; external dc voltage supply is connected to dipoles or to control electrodes; during reception antenna is excited by inducing surface polarization charges in each dipole in ferroelectric phase by external electromagnetic field of laminated stack, and same charges are used to produce high-frequency secondary electromagnetic field that functions to induce high-frequency currents in core made in the form of metal turn thereby enhancing gain of receiving signal in proportion to number of dipoles in laminated stack, dipole surface area, dielectric constant of ferroelectric ceramic, magnetic permeability of ferrite-insulator plates, inductance of ferroelectric ceramic dipole stack, wave impedance of stack, core turn number, and core inductance; radio signal transmission power is enhanced by exciting antenna with high-frequency currents flowing in metal turn thereby producing high-frequency electric fields of dipole polarization surface charges in ferroelectric phase and radiating them in space to produce secondary electromagnetic field whose strength is also proportional to dipole number in laminated stack, dipole surface area, dielectric constant of ferroelectric ceramic, magnetic permeability of ferrite-insulator plates, inductance of ferroelectric dipole stack, wave impedance of stack, core turn number, and core inductance.

EFFECT: enhanced gain in radio signal reception and transmission; enlarged radio-signal frequency recording range.

6 cl, 5 dwg

Description

Изобретение относится к технике радиопередающих и радиоприемных устройств электромагнитного излучения, в частности к приемным и передающим антеннам широкополосного диапазона с большим усилением (20-40 Дб), как в сантиметровом и дециметровом диапазоне, так и длинноволновом диапазоне (1-10 м и более метров), и малыми размерами (1-2 см). Изобретение предназначено для создания радиоэлектронного устройства, которое может быть использованы в качестве многоканальной телевизионной антенны для приема и передачи телевизионных станций на Земле, со спутников и в космосе на промышленных, военных и бытовых телевизионных устройствах, а также в мобильных и сотовых телефонах. Использование такой антенны во всех этих устройствах увеличит плотность потока передающей и принимающей информации, так как увеличивается область передачи данной информации не только в аудиодиапазоне, но в видиодипазоне. При современной цифровой обработке информации предлагаемая антенна позволяет передавать и принимать информацию на мобильных и сотовых устройствах не только в виде звука, но и в виде изображения.The invention relates to techniques for radio transmitting and receiving devices of electromagnetic radiation, in particular to receiving and transmitting antennas of a broadband range with high gain (20-40 dB), both in the centimeter and decimeter range, and in the long wavelength range (1-10 m or more meters) , and small size (1-2 cm). The invention is intended to create a radio electronic device that can be used as a multi-channel television antenna for receiving and transmitting television stations on Earth, from satellites and in space on industrial, military and domestic television devices, as well as in mobile and cell phones. The use of such an antenna in all these devices will increase the flux density of the transmitting and receiving information, since the transmission area of this information increases not only in the audio range, but in the video range. With modern digital processing of information, the proposed antenna allows you to transmit and receive information on mobile and cellular devices, not only in the form of sound, but also in the form of an image.

Перечисленные параметры антенны в предлагаемом изобретении могут быть осуществлены при условии использовании материала из нелинейного диэлектрика с очень большой величиной коэффициента восприимчивости, которая имеет зависимость от напряженности падающего электрического поля, с большой частотой переключения величины поляризуемости для переменных полей малой напряженности в области нормальных температур окружающей среды и создает за счет поляризации диэлектрика вторичное внешнее электрическое поле.The listed antenna parameters in the present invention can be implemented provided that the material is made of a nonlinear dielectric with a very large susceptibility coefficient, which depends on the intensity of the incident electric field, with a high switching frequency of the polarizability for variable fields of low voltage in the range of normal ambient temperatures and creates due to polarization of the dielectric a secondary external electric field.

Современная передающая телевизионная антенна является вибратором, которая преобразует энергию токовых колебаний высокой частоты свободных зарядов в проводнике, сосредоточенную в выходных колебательных цепях радиопередатчика, в энергию излучаемых электромагнитных волн. Преобразование основано на том, что переменный электрический ток является источником электромагнитных волн. Приемная антенна как вибратор выполняет и обратную функцию, т.е. преобразует энергию распространяющихся электромагнитных волн в энергию, сосредоточенную во входных колебательных цепях приемника в токовые колебания свободных зарядов. При этом вибраторы электромагнитных волн представляют собой двух типов: электродипольные и магнитодипольные. В соответствии с этим построение современных антенн базируются на теории излучения элементарного электрического или магнитного вибраторов. Под элементарным электрическим вибратором подразумевают проводник, длиной во много раз меньшей длины излучаемой волны, обтекаемый током высокой частоты с одинаковой амплитудой и фазой на всей его длине. Под элементарным магнитным вибратором подразумевается виток из проводника диаметром меньше длины излучаемой волны. Для телевизионного приема используются антенны, построенные в соответствии с этими физическими законами. Прием телевизионных передач ведется на симметричный вибратор, антенна, типа "волновой канал" и др. Телевизионные антенны передающие и приемные являются антеннами метрового и дециметрового диапазонов. Передающие телевизионные антенны обычно выполняют в виде системы горизонтальных симметричных вибраторов; расположение и схема питания вибраторов определяют форму диаграммы направленности (ДН) и величину коэффициента усиления (КУ) антенны. Если размеры поперечного сечения опоры антенны сравнительно невелики и требуется КУ не свыше нескольких единиц, то в метровом диапазоне применяют телевизионные антенны турникетного типа. В остальных случаях применяют преимущественно телевизионные антенны панельного типа, собираемые из отдельных панелей (образованных вибраторами и рядом вспомогательных элементов), которые в зависимости от требуемой формы ДН располагаются (по контуру поперечного сечения опоры) равномерно или неравномерно и излучают радиоволны синфазно или с определенными фазовыми сдвигами. Характерные размеры телевизионных антенн в виде систем вибраторов имеют не менее метра и обычно ставятся на большой высоте для нормального приема или передачи.A modern transmitting television antenna is a vibrator that converts the energy of current oscillations of a high frequency of free charges in a conductor, concentrated in the output oscillating circuits of a radio transmitter, into the energy of radiated electromagnetic waves. The conversion is based on the fact that alternating electric current is a source of electromagnetic waves. The receiving antenna as a vibrator also performs the inverse function, i.e. converts the energy of propagating electromagnetic waves into energy concentrated in the input vibrational circuits of the receiver into current oscillations of free charges. At the same time, electromagnetic wave vibrators are of two types: electric dipole and magnetic dipole. In accordance with this, the construction of modern antennas is based on the theory of radiation of elementary electric or magnetic vibrators. By an elementary electric vibrator is meant a conductor many times shorter than the length of the emitted wave, streamlined by a high-frequency current with the same amplitude and phase over its entire length. By an elementary magnetic vibrator is meant a turn from a conductor with a diameter less than the length of the emitted wave. For television reception, antennas constructed in accordance with these physical laws are used. Television broadcasts are received on a symmetric vibrator, antenna, such as a "wave channel", etc. Television antennas transmitting and receiving are antennas of meter and decimeter ranges. Transmitting television antennas are usually made in the form of a system of horizontal symmetrical vibrators; the location and power supply circuit of the vibrators determine the shape of the radiation pattern (ND) and the magnitude of the gain (KU) of the antenna. If the dimensions of the cross-section of the antenna support are relatively small and KU is required no more than a few units, then the turnstile type television antennas are used in the meter range. In other cases, mainly panel-type television antennas are used, assembled from separate panels (formed by vibrators and a number of auxiliary elements), which, depending on the desired shape of the beam, are located (along the contour of the support cross section) uniformly or unevenly and emit radio waves in phase or with certain phase shifts . The characteristic dimensions of television antennas in the form of vibrator systems are not less than a meter and are usually placed at high altitude for normal reception or transmission.

Основным материалом используемых при изготовлении всех антенн, в том числе и телевизионных, является металл, так как электрический вибратор должен обладать высокой проводимостью, чтобы возбудить в таком вибраторе электрический ток, являющийся источником электрических и магнитных полей. Однако для уменьшения характерных размер и увеличения выходных параметров антенны в современных антеннах используются диэлектрические материалы с высоким коэффициентом диэлектрической проницаемости. Так, например, диэлектрическая антенна представляет собой диэлектрический стержень, в котором возбуждение электромагнитных волн производится металлическим радиоволноводом или металлическим штырем коаксиального кабеля. В стержне диэлектрической антенны возбуждается волна особой структуры (так называемая поверхностная волна), распространяющаяся вдоль его оси, и, как следствие, на поверхности стержня возникают тангенциальные (касательные к поверхности) составляющие электрического и магнитного полей, фаза которых меняется по закону бегущей волны. По существу диэлектрическая антенна представляет собой антенну бегущей волны, состоящую из элементарных электрических и магнитных вибраторов. Ее максимум излучения, как и всякой антенны бегущей волны, совпадает с осью стержня. Характер излучения диэлектрическая антенна зависит от фазовой скорости распространения поверхностной волны. С увеличением диаметра стержня и диэлектрической проницаемости материала, из которого он выполнен, фазовая скорость уменьшается. Чем меньше фазовая скорость, тем больше длина стержня, при которой коэффициент направленного действия (КНД) антенны максимален (так называемая оптимальная длина), и больше максимально возможный КНД. Стержень диэлектрической антенны изготовляют из диэлектрических материалов с малым затуханием электромагнитных волн в них, т.е. с малыми диэлектрическими потерями. Диэлектрическую антенну применяют преимущественно на летательных аппаратах в радиоустройствах, работающих на сантиметровых и дециметровых волнах. Для таких же целей в современных антеннах используют материалы с высокой магнитной восприимчивостью. Такие антенны называются ферритовыми или магнитными антеннами. Высокая магнитная восприимчивость ферритов позволяет изготовлять ферритовые антенны с размерами, существенно меньшими, чем у обычной (без сердечника) рамочной антенны, при одинаковых индуктируемых в них эдс. Магнитная антенна представляет собой рамочную антенну (обычно многовитковая) с сердечником из магнитного материала. В качестве магнитных материалов чаще всего используют магнитодиэлектрики или ферриты (ферритовая антенна). Магнитные антенны применяются преимущественно для приема радиоволн в радиопеленгации, радионавигации и особенно широко - в малогабаритных радиовещательных приемниках. Диаграмма направленности их такая же, как у обычной рамочной антенны. Рамка магнитной антенны, обычно подключается к конденсатору переменной емкости, образуя на входе приемника настраиваемый на рабочую длину волны параллельный резонансный контур. При больших мощностях электрических колебаний (например, в режиме передачи) в сердечнике магнитной антенны возбуждается сильное электромагнитное поле. Сердечник магнитной антенны выполняется в виде сплошного стержня либо, при больших ее размерах, набирается из отдельных секций. Внесение сердечника внутрь рамки (обмотки из проводника тока) увеличивает индуктируемую в рамке эдс в N раз, сопротивление излучения в N² раз, а индуктивность рамки примерно в N раз. Значение N зависит от эффективного значения магнитной проницаемости сердечника, зависящее от начальной магнитной проницаемости материала сердечника и отношения его длины к радиусу, радиуса сердечника и радиуса рамки. Магнитные моменты доменов складываются, и общая величина напряженности индуцированного магнитного поля становится больше, чем напряженность магнитного поля волны. Именно такая антенна (магнитная антенна) может использоваться при сотовой связи, которая обеспечивает хорошие приемопередающие характеристики связи даже для очень малых токовых сигналов. Однако для таких антенн существуют ограничения по приему и передачи электромагнитных волн по длине волны. Для диэлектрической ферритовой антенны принимаемая длина волны может быть больше характерного размера самой антенны, но не на очень много. В такой антенне величина магнитной проницаемости хотя и велика и достигает нескольких сот, но даже при такой величине проницаемости длина принимаемой волны уменьшается только в десятки раз. Кроме того, площадь сечения такой антенны в десятки раз меньше площади воспринимаемого потока излучения, а следовательно, принимаемый сигнал уменьшится по энергии во столько же раз. Наряду с положительным эффектом увеличения эдс введение сердечника в рамку сопровождается увеличением тепловых потерь в ней, вызванных наведенными в сердечнике токами проводимости и потерями на гистерезис. Потери, как правило, больше при использовании материалов с высокими значениями магнитной проницаемости и растут с укорочением длины принимаемой волны.The main material used in the manufacture of all antennas, including television, is metal, since an electric vibrator must have high conductivity in order to excite an electric current in such a vibrator, which is a source of electric and magnetic fields. However, to reduce the characteristic size and increase the output parameters of the antenna, modern antennas use dielectric materials with a high coefficient of dielectric constant. So, for example, a dielectric antenna is a dielectric rod in which electromagnetic waves are excited by a metal radio waveguide or a metal pin of a coaxial cable. A wave of a special structure (the so-called surface wave) is excited in the rod of the dielectric antenna, propagating along its axis, and, as a result, tangential (tangent to the surface) components of the electric and magnetic fields appear on the rod surface, the phase of which changes according to the law of the traveling wave. Essentially, a dielectric antenna is a traveling wave antenna consisting of elementary electric and magnetic vibrators. Its maximum radiation, like any traveling wave antenna, coincides with the axis of the rod. The nature of the radiation of a dielectric antenna depends on the phase velocity of the surface wave. With an increase in the diameter of the rod and the dielectric constant of the material from which it is made, the phase velocity decreases. The lower the phase velocity, the greater the length of the rod at which the antenna directivity coefficient (KNI) is maximum (the so-called optimal length), and the greater the maximum possible KND. The core of a dielectric antenna is made of dielectric materials with low attenuation of electromagnetic waves in them, i.e. with low dielectric loss. The dielectric antenna is used mainly on aircraft in radio devices operating on centimeter and decimeter waves. For the same purposes, modern antennas use materials with high magnetic susceptibility. Such antennas are called ferrite or magnetic antennas. The high magnetic susceptibility of ferrites makes it possible to manufacture ferrite antennas with dimensions significantly smaller than that of a conventional (coreless) loop antenna with the same emf induced in them. A magnetic antenna is a loop antenna (usually multi-turn) with a core of magnetic material. As magnetic materials, magnetodielectrics or ferrites (ferrite antenna) are most often used. Magnetic antennas are mainly used for receiving radio waves in direction finding, radio navigation, and especially widely - in small-sized broadcasting receivers. Their radiation pattern is the same as that of a conventional loop antenna. The magnetic antenna frame is usually connected to a capacitor of variable capacitance, forming a parallel resonant circuit tuned to the working wavelength at the input of the receiver. At high powers of electrical vibrations (for example, in transmission mode), a strong electromagnetic field is excited in the core of the magnetic antenna. The core of the magnetic antenna is in the form of a solid rod or, with its large dimensions, is recruited from separate sections. The introduction of the core inside the frame (windings from the current conductor) increases the emf induced in the frame by N times, the radiation resistance by N ² times, and the inductance of the frame by about N times. The value of N depends on the effective value of the magnetic permeability of the core, depending on the initial magnetic permeability of the core material and the ratio of its length to radius, core radius and frame radius. The magnetic moments of the domains add up, and the total magnitude of the induced magnetic field becomes larger than the magnetic field of the wave. It is such an antenna (magnetic antenna) that can be used in cellular communication, which provides good transceiver communication characteristics even for very small current signals. However, for such antennas, there are restrictions on the reception and transmission of electromagnetic waves along the wavelength. For a dielectric ferrite antenna, the received wavelength may be larger than the characteristic size of the antenna itself, but not by much. In such an antenna, the magnitude of the magnetic permeability is large and reaches several hundred, but even with such a magnitude of permeability, the length of the received wave decreases only by a factor of ten. In addition, the cross-sectional area of such an antenna is ten times smaller than the area of the perceived radiation flux, and therefore, the received signal will decrease in energy by the same amount. Along with the positive effect of increasing the emf, the introduction of the core into the frame is accompanied by an increase in heat losses in it, caused by conduction currents induced in the core and hysteresis losses. Losses, as a rule, are greater when using materials with high values of magnetic permeability and increase with shortening of the received wavelength.

Использование таких материалов, как диэлектрические и магнитные материалы с высокими диэлектрическими и магнитными проницаемостями, в построении телевизионных антенн позволяют уменьшить их характерные размеры до десятков сантиметров при условии сохранения всех остальных начальных выходных параметров антенны.The use of materials such as dielectric and magnetic materials with high dielectric and magnetic permeabilities in the construction of television antennas can reduce their characteristic dimensions to tens of centimeters, while maintaining all the other initial output parameters of the antenna.

В отличие от диэлектрической ферритовой среды с большой магнитной проницаемостью существуют нелинейные диэлектрические среды с очень большой диэлектрической проницаемостью. При этом диэлектрическая проницаемость в таких нелинейных средах зависит от напряженности внешнего электрического поля, частоты переключения и температуры. Такие диэлектрики называются нелинейными. В таких средах также существуют домены из диполей, но не магнитных, а электрических. Под действием внешнего электрического поля электрические домены разворачиваются в направление поля и создают на поверхности таких диэлектриков поверхностные заряды, которые в свою очередь создают внешние электрические поля, по величине превышающие электрические поля, их вызывающие. При этом внутри диэлектриков поле становится равным нулю, так как при суммировании полей каждого домена, направленных по внешнему полю поля отрицательных зарядов, складываются с полями положительных зарядов. В отличии от них в магнитных диэлектриках (диэлектрических ферритов) магнитные поля всех доменов при суммировании создают общее магнитное поле, которое и создает эффект усиления в ферритовых антеннах. До настоящего времени в диэлектрических антеннах в основном использовалась диэлектрическая среда в качестве формирования фазовой скорости электромагнитной волны и направленности излучения. Кроме того, увеличение проницаемости приводит к увеличению коэффициента преломления для распространяющейся волны в такой среде. Такое свойство действия диэлектрической среды использовалось для создания таких типов антенн, как линзовая антенна, антенна бегущей волны, рупорная антенна и диэлектрическая антенна. В последней диэлектрической антенне это свойство среды использовалось для преобразования большей длины волны в меньшую длину, т.е. вести прием длинноволнового диапазона антенной малого размера. Такие антенны можно использовать в мобильной сотовой связи. В основном связь в сотовых телефонах ведется в дециметровом диапазоне. Поэтому для уменьшения размеров антенн до величин порядка одного сантиметра можно использовать такие нелинейные диэлектрические материалы с большими величинами проницаемости и зависимости диэлектрической проницаемости от напряженности электрического поля, частоты переключения и температуры. Вещества с такими свойствами называются сегнетоэлектрики или антисегнетоэлектрики. Сегнетоэлектрики оказываются поляризованными даже в отсутствие электрического поля. Такая поляризация называется спонтанной, так как эти кристаллы испытывают фазовые превращения, переходя в новые кристаллические модификации. От обычных диэлектриков сегнетоэлектрики отличаются тем, что направление спонтанной поляризации у них может быть изменено на противоположное уже слабым внешним электрическим полем. Существуют сегнетоэлектрики с одной полярной осью (сегнетова соль) и с несколькими полярными осями (титанат бария). Кристаллическая модификация, в которой сегнетоэлектрик спонтанно поляризован, называется полярной фазой (сегнетофазой), а модификация, у которой спонтанной поляризации нет, - неполярной фазой. Температура, при которой диэлектрик переходит из неполярной фазы в полярную или наоборот называется диэлектрической точкой Кюри. Диэлектрические проницаемости сегнетоэлектриков в полярной фазе аномально велики. Для сегнетовой соли в максимуме ε=10000, для титаната бария - ε=9000. Соответственно коэффициент восприимчивости такого диэлектрика сравним с коэффициентом диэлектрической проницаемости и зависит от величины внешнего электрического поля. В неполярной фазе у сегнетоэлектрика поляризация пропорционально электрическому полю, в сегнетофазе нелинейно зависит от напряженности электрического поля. Сегнетоэлектрик самопроизвольно делится на области, называемые электрическими доменами. Размер областей спонтанной поляризации определяется минимумом полной энергии сегнетоэлектрика, состоящей из трех частей: энергии внешнего электрического поля, суммы внутренней энергии всех доменов и поверхностной энергии на границе раздела доменов.In contrast to a dielectric ferrite medium with a high magnetic permeability, nonlinear dielectric media with a very high dielectric constant exist. In this case, the dielectric constant in such nonlinear media depends on the strength of the external electric field, the switching frequency, and temperature. Such dielectrics are called nonlinear. In such media, there are also domains of dipoles, but not magnetic, but electric. Under the influence of an external electric field, electric domains are turned in the direction of the field and create surface charges on the surface of such dielectrics, which in turn create external electric fields that are larger than the electric fields that cause them. In this case, the field inside the dielectrics becomes equal to zero, since when summing the fields of each domain directed along the external field, the fields of negative charges are added to the fields of positive charges. In contrast to them, in magnetic dielectrics (dielectric ferrites), when summed, the magnetic fields of all domains create a common magnetic field, which creates the amplification effect in ferrite antennas. Until now, dielectric antennas have mainly used a dielectric medium as the formation of the phase velocity of an electromagnetic wave and the directivity of radiation. In addition, an increase in permeability leads to an increase in the refractive index for a propagating wave in such a medium. This property of the action of the dielectric medium was used to create such types of antennas as a lens antenna, a traveling wave antenna, a horn antenna, and a dielectric antenna. In the last dielectric antenna, this property of the medium was used to convert a longer wavelength to a shorter length, i.e. receive the long-wave range with a small antenna. Such antennas can be used in mobile cellular communications. Basically, communication in cell phones is in the decimeter range. Therefore, to reduce the size of the antennas to values of the order of one centimeter, one can use such nonlinear dielectric materials with large permeabilities and the dependence of the dielectric constant on the electric field strength, switching frequency, and temperature. Substances with such properties are called ferroelectrics or antiferroelectrics. Ferroelectrics are polarized even in the absence of an electric field. Such a polarization is called spontaneous, since these crystals undergo phase transformations, passing into new crystalline modifications. Ferroelectrics differ from ordinary dielectrics in that the direction of spontaneous polarization in them can be reversed by the already weak external electric field. There are ferroelectrics with one polar axis (Rochelle salt) and with several polar axes (barium titanate). A crystalline modification in which a ferroelectric is spontaneously polarized is called the polar phase (ferroelectric phase), and a modification in which there is no spontaneous polarization is called the non-polar phase. The temperature at which a dielectric changes from a non-polar to a polar phase or vice versa is called the Curie dielectric point. The dielectric constants of ferroelectrics in the polar phase are abnormally high. For Rochelle salt, the maximum is ε = 10000, and for barium titanate, ε = 9000. Accordingly, the susceptibility coefficient of such a dielectric is comparable with the permittivity coefficient and depends on the magnitude of the external electric field. In the non-polar phase of a ferroelectric, the polarization is proportional to the electric field, in the ferroelectric phase it nonlinearly depends on the electric field strength. A ferroelectric spontaneously divides into regions called electrical domains. The size of the spontaneous polarization regions is determined by the minimum of the total energy of the ferroelectric, which consists of three parts: the energy of the external electric field, the sum of the internal energy of all domains and the surface energy at the domain interface.

До настоящего времени использование таких материалов для построения антенн сводилось только для уменьшения размеров антенны при сохранении первоначальных выходных параметров антенн. В данном патенте рассматриваются и другие возможности нелинейного диэлектрика, а именно эффект усиления падающего поля при его рассеянии в нелинейной среде. Электрическое поле поляризации вне такого диэлектрика по величине напряженности оказывается больше напряженности электрического поля, его вызывающего. Наиболее подходящими сегнетоэлектриками для использования при построении антенны являются сегнетоэлектрики с электронно-релаксационной поляризацией. Такая поляризация характерна для твердых диэлектриков, содержащих дефекты или примесные ионы, способные захватывать электроны. Такие захваченные на "ловушках" электроны или дырки при отсутствии электрического поля могут под действием тепловых флуктуации переходить из одного вероятного положения в другое. При этом суммарный электрический момент единицы объема диэлектрика будет равен нулю. Во внешнем электрическом поле такие переходы будут осуществляться преимущественно в направлении поля и в объеме диэлектрика индуцируется электрический дипольный момент, т.е. будет происходить поляризация. Время релаксации данного механизма поляризации при комнатной температуре 10^-2-10^-9 c. При таком интервале времени релаксации частота переключения электрического поля порядка сотен ГГц, что вполне соответствует частотному диапазону антенны при приеме и передачи сигнала. Этот вид поляризации существенную роль играет в поликристаллической керамике типа рутила TiO₂, перовскита CaTiO₂, TiBaO₃, в керамических материалах, изготовленных на основе сложных оксидов титана, циркония, ниобия, тантала, свинца, церия, висмута, имеющих важное техническое значение.Until now, the use of such materials for the construction of antennas has been reduced only to reduce the size of the antenna while maintaining the initial output parameters of the antennas. This patent also considers other possibilities of a nonlinear dielectric, namely, the effect of amplification of the incident field when it is scattered in a nonlinear medium. The electric field of polarization outside such a dielectric is greater in magnitude than the electric field that causes it. The most suitable ferroelectrics for use in building an antenna are ferroelectrics with electron relaxation polarization. This polarization is characteristic of solid dielectrics containing defects or impurity ions that can capture electrons. Such electrons or holes trapped in "traps" in the absence of an electric field can under the influence of thermal fluctuations move from one probable position to another. In this case, the total electric moment of the unit volume of the dielectric will be zero. In an external electric field, such transitions will occur predominantly in the direction of the field, and an electric dipole moment is induced in the bulk of the dielectric, i.e. polarization will occur. The relaxation time of this polarization mechanism at room temperature is 10 ^-2 -10 ^-9 s. With such a relaxation time interval, the frequency of switching the electric field is of the order of hundreds of GHz, which is consistent with the frequency range of the antenna when receiving and transmitting a signal. This type of polarization plays an important role in polycrystalline ceramics such as rutile TiO ₂ , perovskite CaTiO ₂ , TiBaO ₃ , in ceramic materials based on complex oxides of titanium, zirconium, niobium, tantalum, lead, cerium, bismuth, which are of great technical importance.

Антенна из сегнетоэлектрика представляет собой вибратор, аналогичный обычному электродипольному вибратору современных антенн. Отличие только в том, что в обычной антенне внешним переменным электрическим полем индуцируется переменный ток свободных зарядов, а вибратором из сегнетоэлектрика под действием внешнего переменного электрического поля в пространстве вокруг антенны индуцируется переменное электрическое поле связных зарядов поляризованного диэлектрика, т.е. отличительной особенностью в данном случае является то, что напряженность падающего электрического поля преобразуется в переменное электрическое поле связных зарядов, индуцируемых в антенне. При этом напряженность индуцируемого переменного электрического поля связных зарядов в силу нелинейного характера зависимости коэффициента восприимчивости от внешнего поля на порядки, а то и на несколько порядков, превышает напряженность внешнего переменного электрического поля. Такой вибратор аналогичен вибратору ферритовой антенны. Принципиально новым теперь является то, что вместо магнитного поля суммируемых магнитных диполей феррита используется электрическое поле суммируемых электрических диполей сегнетоэлектрика. Переменное магнитное поле ферритовой антенны индуцирует переменный ток свободных зарядов в металлической рамке антенны, который регистрируется как радиосигнал, поступающий на антенну. Переменное электрическое поле связных зарядов поляризации сегнетоэлектрика сегнетоэлектрической антенны в соответствии с законами Максвелла индуцирует вихревое магнитное поле, которое также наводит в металлическом проводе витка переменный ток свободных зарядов. Естественно, что такой ток также воспринимается как радиосигнал, поступающий на сегнетоэлектрическую антенну. Принципиально новым эффектом является также то, что радиосигнал, регистрируемый данной антенной, возникает в результате рассеяния падающей электромагнитной волны на нелинейной диэлектрической среде антенны, а не в результате наведения электромагнитного поля в сегнетоэлектрической антенне, как это имеет место для обычных антенн. Отсюда получаем новые конструктивные особенности такой антенны и качественные параметры антенны. Из качественно физических соображений видно, что чем больше поперечная площадь такой антенны, тем больше величина напряженности переменного электрического поля поляризации сегнетоэлектрика, так как напряженность поля в данном случае определяется коэффициентом поверхностного заряда. Толщина антенны практически не влияет на изменение величины напряженности поля поляризации. Поэтому такая антенна по толщине может быть как угодно тонкой, но такой толщины, чтобы сохранились все свойства сегнетоэлектрика. В экспериментах при исследовании свойств сегнетоэлектриков толщина берется равной десяткам микрон. Таким образом, конструктивно такая антенна представляет собой цилиндр, у которого толщина на много меньше радиуса. Для увеличения площади антенны, а следовательно, для увеличения приемного сигнала антенны, что определяется величиной напряженности поля поляризации связных поверхностных зарядов, такие цилиндры из сегнетоэлектрика собираются в виде пакета из сегнетокерамических пластин. При этом между каждым таким цилиндром располагается тонкий цилиндр из обычного диэлектрика или из магнитного диэлектрического феррита с большой магнитной проницаемостью. Такая сборная антенна будет обладать не только большой диэлектрической проницаемостью, но и магнитной проницаемостью, что приведет к очень сильному уменьшению длины бегущей волны в такой среде, состоящей из множества сегнетоэлектрических вибраторов. Общая площадь этих вибраторов подбирается так, чтобы коэффициент усиления такой антенны соответствовал коэффициенту усиления телевизионной параболической антенне метрового диаметра. Кроме того, за счет магнитной проницаемости еще больше возрастет эдс в витке металлического провода, в котором индуцируется переменный ток свободных зарядов. Для регистрации радиосигнала металлический виток провода пропускается через все сегнетоэлектрические вибраторы так, чтобы вихревое магнитное поле охватывало проводник, в котором индуцируется переменный ток свободных зарядов. Принципиально новым в конструкции антенны является то, что приемное устройство антенны состоит из диэлектрической части, а не из металлической, как в обычных антеннах. Конструктивной особенностью антенны является также то, что она собирается в виде пакета из сегнетоэлектрических вибраторов, а радиосигнал регистрируется витком металлического провода, который пропускается через сквозные отверстия в сегнетоэлектрических вибраторах, тогда как в обычных ферритовых антеннах металлический провод надевается на ферритовый сердечник. Имея общий размер порядка 1х1 см², сборная сегнетоэлектрическая антенна в соответствии с расчетами по своим параметрам превосходит самые лучшие современные антенны. В силу большого интервала частоты переключения материала из сегнетоэлектрика такая антенна обладает широкой полосой приема и при малой ширине настройки сигнала может настраиваться на очень большое число каналов телевизионных передач. Все необходимые параметры и конструкция данного устройства, при которых осуществляется процесс рассеяния электромагнитной падающей волны на нелинейной среде, регистрации и усиления радиосигнала на сегнетоэлектрической антенне, определяются и рассчитываются на основе экспериментальных данных по взаимодействию электромагнитного излучения с нелинейными средами и современных теоретических результатов в квантовой теории физики твердого тела по сегнетоэлектрикам, нелинейной электродинамики и радиоэлектронике.A ferroelectric antenna is a vibrator similar to the conventional electric dipole vibrator of modern antennas. The only difference is that in a conventional antenna an external alternating electric field is induced by an alternating current of free charges, and an alternating electric field in the space around the antenna is induced by a vibrating ferroelectric vibrator in the space around the antenna, an alternating electric field of the connected charges of a polarized dielectric, i.e. A distinctive feature in this case is that the intensity of the incident electric field is converted into an alternating electric field of connected charges induced in the antenna. In this case, the strength of the induced alternating electric field of connected charges, due to the nonlinear nature of the dependence of the susceptibility coefficient on the external field, is several orders of magnitude or even several orders of magnitude higher than the strength of the external alternating electric field. Such a vibrator is similar to a vibrator of a ferrite antenna. A fundamentally new thing now is that instead of the magnetic field of the summed magnetic dipoles of ferrite, the electric field of the summed electric dipoles of a ferroelectric is used. The alternating magnetic field of the ferrite antenna induces an alternating current of free charges in the metal frame of the antenna, which is recorded as a radio signal supplied to the antenna. The alternating electric field of the connected polarization charges of the ferroelectric ferroelectric antenna in accordance with Maxwell's laws induces a vortex magnetic field, which also induces an alternating current of free charges in the metal wire of the coil. Naturally, such a current is also perceived as a radio signal supplied to a ferroelectric antenna. A fundamentally new effect is also that the radio signal recorded by this antenna arises as a result of scattering of the incident electromagnetic wave by the nonlinear dielectric medium of the antenna, and not as a result of the induction of the electromagnetic field in the ferroelectric antenna, as is the case for conventional antennas. From here we get new design features of such an antenna and qualitative parameters of the antenna. From qualitatively physical considerations, it can be seen that the larger the transverse area of such an antenna, the greater the magnitude of the intensity of the alternating electric field of polarization of the ferroelectric, since the field strength in this case is determined by the surface charge coefficient. The thickness of the antenna practically does not affect the change in the magnitude of the polarization field. Therefore, such an antenna in thickness can be arbitrarily thin, but of such a thickness that all the properties of a ferroelectric are preserved. In experiments, when studying the properties of ferroelectrics, the thickness is taken equal to tens of microns. Thus, structurally, such an antenna is a cylinder in which the thickness is much smaller than the radius. To increase the area of the antenna, and therefore, to increase the receiving signal of the antenna, which is determined by the magnitude of the polarization field strength of cohesive surface charges, such ferroelectric cylinders are assembled in the form of a package of ferroceramic plates. Moreover, between each such cylinder there is a thin cylinder made of a conventional dielectric or of magnetic dielectric ferrite with high magnetic permeability. Such a collection antenna will have not only high dielectric constant, but also magnetic permeability, which will lead to a very strong decrease in the length of the traveling wave in such a medium consisting of many ferroelectric vibrators. The total area of these vibrators is selected so that the gain of such an antenna corresponds to the gain of a television parabolic antenna of a meter diameter. In addition, due to magnetic permeability, the emf will increase even more in a turn of a metal wire, in which an alternating current of free charges is induced. To register a radio signal, a metal coil of wire is passed through all ferroelectric vibrators so that a vortex magnetic field encompasses a conductor in which an alternating current of free charges is induced. Fundamentally new in the design of the antenna is that the receiving device of the antenna consists of a dielectric part, and not of metal, as in conventional antennas. The design feature of the antenna is also that it is assembled in the form of a packet of ferroelectric vibrators, and the radio signal is detected by a coil of metal wire, which is passed through the through holes in the ferroelectric vibrators, while in ordinary ferrite antennas the metal wire is put on a ferrite core. Having a total size of the order of 1x1 cm ² , the assembled ferroelectric antenna in accordance with the calculations is superior in its parameters to the best modern antennas. Due to the large interval of the switching frequency of the material from a ferroelectric, such an antenna has a wide reception band and, with a small signal tuning width, can be tuned to a very large number of television transmission channels. All the necessary parameters and design of this device, in which the process of scattering of the electromagnetic incident wave by a nonlinear medium, registration and amplification of the radio signal by a ferroelectric antenna, are determined and calculated on the basis of experimental data on the interaction of electromagnetic radiation with nonlinear media and modern theoretical results in quantum theory of physics solids in ferroelectrics, nonlinear electrodynamics and radioelectronics.

Известен способ регистрации радиосигналов при взаимодействии электромагнитных волн с сегнетоэлектрической телевизионной антенны (Салтыков В.П, Карпунин Г.А, Корнеев А.Ю RU №2138102, МПК Н 01 Q 19/09, 1998), который включает индуцирование высокочастотного тока в металлическом сердечнике вибратора внешним электромагнитным полем, возбуждение в цилиндрическом объеме сегнетокерамики в сегнетофазе поверхностных зарядов поляризации, индуцирование в окружающем пространстве при передачи и возбуждение в том же цилиндрическом объеме при приеме вторичного электромагнитного поля для точной настройки и перестройки антенны на другие диапазоны частот за счет взаимодействия электромагнитной волны с нелинейными диэлектрическими средами. Антенна создана из композиционного материала, в объеме которого длина волны электромагнитного излучения уменьшается. Принципиально новый подход к решению проблемы - керамический нанокомпозитный материал, в котором эти волны укорачиваются. Он состоит из множества дипольных ячеек, имеющих микро- и наноразмеры. Их можно представить как сжатые пружины с энергетическим потенциалом, которые способны реагировать на малейшие изменения электромагнитного излучения. Для точной настройки антенны на частотный сигнал в заданном частотном диапазоне используются резонансные свойства антенны, состоящей из цилиндрического объема сегнетокерамики с управляющими электродами, которые подсоединены к источнику питания постоянного напряжения. Под действием напряженности электрического поля источника диполи сегнетокерамики разворачиваются в направление действующего поля и при воздействии внешнего высокочастотного электромагнитного радиосигнала создают высокочастотную поляризацию, которая в свою очередь индуцирует высокочастотные токи зарядов поляризации цилиндрического тела, являющиеся источниками высокочастотного вторичного электрического поля. При совместном действии полей радиосигнала и вторичного высокочастотного поля на металлический вибратор антенны амплитуда приемного сигнала возрастает при совпадении фазы этих двух полей для данной частоты и в антенне создается условие резонанса. Для совпадения фазы двух полей производится изменение величины напряжения постоянного источника питания так, чтобы наступило это условие резонанса. Естественно, что такой эффект настройки на резонансную частоту не изменяет размер антенны, увеличивает КПД антенны и уменьшает величину диэлектрических потерь в сегнетокерамической среде цилиндрического тела антенны. Такой способ используется в телевизионной антенне НПП «БИСИМ».A known method of recording radio signals in the interaction of electromagnetic waves with a ferroelectric television antenna (Saltykov V.P., Karpunin G.A., Korneev A.Yu. RU No. 2138102, IPC H 01 Q 19/09, 1998), which includes inducing a high-frequency current in a metal core vibrator by an external electromagnetic field, excitation in the cylindrical volume of ferroceramics in the ferroelectric phase of surface charges of polarization, induction in the surrounding space during transmission and excitation in the same cylindrical volume when received again of the electromagnetic field for fine tuning and adjustment of the antenna to other frequency ranges because of the interaction of electromagnetic waves with a nonlinear dielectric medium. The antenna is made of composite material, in the volume of which the wavelength of electromagnetic radiation decreases. A fundamentally new approach to solving the problem is a ceramic nanocomposite material in which these waves are shortened. It consists of many dipole cells having micro and nanoscale sizes. They can be represented as compressed springs with energy potential, which are able to respond to the slightest changes in electromagnetic radiation. To fine tune the antenna to a frequency signal in a given frequency range, the resonance properties of the antenna are used, consisting of a cylindrical volume of ferroceramics with control electrodes that are connected to a constant voltage power source. Under the influence of the electric field strength of the source, ferroceramic dipoles unfold in the direction of the acting field and, when exposed to an external high-frequency electromagnetic radio signal, create high-frequency polarization, which in turn induces high-frequency currents of polarization charges of a cylindrical body, which are sources of a high-frequency secondary electric field. With the combined action of the fields of the radio signal and the secondary high-frequency field on the metal vibrator of the antenna, the amplitude of the receiving signal increases when the phase of these two fields coincides for a given frequency and a resonance condition is created in the antenna. To match the phase of the two fields, the voltage of the constant power source is changed so that this resonance condition occurs. Naturally, such an effect of tuning to the resonant frequency does not change the size of the antenna, increases the efficiency of the antenna and reduces the dielectric loss in the ferroceramic medium of the cylindrical body of the antenna. This method is used in the television antenna NPP "BISIM".

Известно устройство сегнетоэлектрической антенны (Салтыков В.П, Карпунин Г.А, Корнеев А.Ю RU №2138102, МПК Н 01 Q 19/09, 1998), содержащая цилиндрический объем из сегнетокерамики, центральный металлический вибратор в виде стержня, управляющие сетчатые электроды на торцевых плоскостях цилиндрического объема и внешний источник постоянного напряжения. Телевизионная антенна НПП «БИСИМ», сделана из керамического композиционного материала с нелинейными свойствами, диаметром всего 6 см и толщиной 2,8 см. Для управления антенной при переключении на различные телевизионные каналы и точной настройки на частотный диапазон к торцам цилиндрического объема сегнетокерамики прикреплены управляющие электроды. Концы электродов подсоединены к источнику постоянного напряжения. Металлический сердечник вибратора, вставленный в середину цилиндрического объема сегнетокерамики, подсоединяется на вход приемного устройства. Антенна ловит телевизионные программы и в метровом, и в дециметровом диапазоне. С его помощью можно в десятки раз уменьшить и размеры параболических антенн, принимающих информацию со спутников. Используемые диэлектрические композиционные материалы действительно имеют уникальные физические особенности. Налажено производство антенн для приема телепередач в метровом и дециметровом диапазоне. Разработка антенны телевизионной диэлектрической MB и ДМВ диапазонов малогабаритной велась в рамках проекта «Антенны нового поколения из композиционных материалов с особыми электрофизическими свойствами, малогабаритные, различного назначения». Целью разработки антенны являлось создание принципиально новой модели, габариты и масса которой многократно уменьшены в сравнении с традиционными вариантами антенн. В основе данной разработки лежит использование свойств специально разработанных композиционных материалов с особыми волновыми и электрическими свойствами. Новый подход к физическому процессу приема и передачи электромагнитных волн основан на теории сокращения длины электромагнитной волны в объеме композиционного материала, использование композиционного материала в качестве активного элемента антенно-фидерного устройства, обладающего энергетическим потенциалом. Антенна представляет из себя "таблетку" диаметром 6,5 см и толщиной 2,8 см. Антенна предназначена для приема всех ТВ-каналов в метровом и дециметровом диапазоне (с 1 по 69). Качество приема сигнала, при размерах антенны в разы меньше аналогов, не уступает "большим" традиционным антеннам. Отличительные особенности антенны - уменьшение линейных размеров в сравнении с обычными антеннами в 10-20 раз, уменьшение собственных шумов антенны в сравнении с обычными антеннами, возможность работы антенны на отраженной волне, экологическая чистота антенны, универсальность антенны, скрытность установки антенны, предотвращение многих помех, вызванных посторонними излучателями электромагнитных волн, использование в качестве радиовещательной антенны, снижение энергетики радиоканала.A device of a ferroelectric antenna is known (Saltykov V.P., Karpunin G.A., Korneev A.Yu RU No. 2138102, IPC N 01 Q 19/09, 1998) containing a cylindrical volume made of ferroceramics, a central metal vibrator in the form of a rod, control mesh electrodes on the end planes of a cylindrical volume and an external source of constant voltage. The television antenna NPP BISIM is made of a ceramic composite material with nonlinear properties, with a diameter of only 6 cm and a thickness of 2.8 cm. To control the antenna when switching to various television channels and fine tune the frequency range, control electrodes are attached to the ends of the cylindrical volume of ferroceramics . The ends of the electrodes are connected to a constant voltage source. The metal core of the vibrator inserted into the middle of the cylindrical volume of ferroceramics is connected to the input of the receiving device. The antenna catches television programs in both the meter and decimeter ranges. With its help, the dimensions of parabolic antennas receiving information from satellites can be reduced by a factor of ten. The dielectric composite materials used do have unique physical features. The production of antennas for receiving television programs in the meter and decimeter ranges has been established. The development of a small-sized television dielectric MB and UHF antenna was carried out within the framework of the project “Antennas of a new generation of composite materials with special electrophysical properties, small-sized, for various purposes”. The purpose of developing the antenna was to create a fundamentally new model, the dimensions and mass of which are many times reduced in comparison with traditional versions of the antennas. The basis of this development is the use of the properties of specially designed composite materials with special wave and electrical properties. A new approach to the physical process of reception and transmission of electromagnetic waves is based on the theory of reducing the length of the electromagnetic wave in the volume of the composite material, the use of composite material as an active element of an antenna-feeder device with energy potential. The antenna is a "tablet" with a diameter of 6.5 cm and a thickness of 2.8 cm. The antenna is designed to receive all TV channels in the meter and decimeter ranges (from 1 to 69). The quality of signal reception, with antenna sizes several times smaller than analogs, is not inferior to the "large" traditional antennas. Distinctive features of the antenna are a 10-20-fold reduction in linear dimensions compared to conventional antennas, a decrease in the antenna’s own noise compared to conventional antennas, the ability of the antenna to work on the reflected wave, the environmental cleanliness of the antenna, the antenna’s versatility, the antenna’s installation is hidden, and many interference are prevented, caused by extraneous emitters of electromagnetic waves, use as a broadcasting antenna, reducing the energy of the radio channel.

Известный способ просматривается в данном патенте по устройству сегнетоэлектрической антенны. Основное замечание к авторам патента связано с тем, что ими не оформлен и соответственно не опубликован патент на способ по точной настройке и перестройки антенны на другие диапазоны частот с использованием процессов распространения электромагнитных волн в нелинейных диэлектрических средах. Данный способ не может обеспечить достаточно сильное усиление радиосигнала, так как регистрация такого сигнала в антенне производится за счет наведенного напряжения в среде антенны на металлическом вибраторе, которое индуцируется падающим электромагнитным полем. Емкость такой антенны определяется величиной диэлектрической проницаемости нелинейной среды. Действительная часть наведенного напряжения в антенне обратно пропорциональна емкости и прямо пропорциональна сопротивлению нелинейной среды. При малых значениях напряженности падающего электрического поля диэлектрическая проницаемость среды становится очень большой и в силу этого величина наведенного напряжения становится очень маленькой. Кроме того, сопротивление композиционного материала очень велико, что приводит к сильному уменьшению наведенных токов в антенне. Таким образом, и по напряжению и по току большого усиления при таком способе достичь достаточно сложно. Для создания необходимой величины напряженности постоянного электрического поля в сегнетокерамической среде цилиндрического тела антенны, а оно достигает величины порядка 0,4 кВ/мм, что соответствует напряжению источника питания 1,3 кВ на толщине сегнетокерамики в 3 см, необходимо отдельное электронное устройство в виде высоко высоковольтного высокостабилизированного источника питания, амплитуда флуктуации которой не должна превышать амплитуды радиосигнала, которая по напряжению имеет величину порядка 10 мкВ, что довольно проблематично для осуществления. Кроме того, использование управляющих металлических электродов, которые наносятся на поверхности цилиндрического тела, даже если они сетчатые, экранируют от воздействия радиосигнала как вибратор, являющийся сердечником антенны расположенного в центре цилиндрического тела, так и цилиндрический объем сегнетокерамики, для длин волн, используемых в телевидении. Необходимо также заметить, что с увеличением напряженности электрического поля, которое создается в сегнетокерамике постоянным источником напряжения, диэлектрическая проницаемость уменьшается по закону 2/3, а соответственно, ухудшается условие для сегнетофазового перехода в сегнетокерамике и, как следствие, условие режима резонансной настройки антенны.A known method is viewed in this patent for the device of a ferroelectric antenna. The main remark to the authors of the patent is due to the fact that they did not file and therefore did not publish a patent for a method for fine tuning and tuning the antenna to other frequency ranges using the processes of propagation of electromagnetic waves in nonlinear dielectric media. This method cannot provide a sufficiently strong amplification of the radio signal, since such a signal is recorded in the antenna due to the induced voltage in the antenna medium on a metal vibrator, which is induced by the incident electromagnetic field. The capacity of such an antenna is determined by the dielectric constant of the nonlinear medium. The real part of the induced voltage in the antenna is inversely proportional to the capacitance and directly proportional to the resistance of the nonlinear medium. At low values of the incident electric field, the dielectric constant of the medium becomes very large and, therefore, the induced voltage becomes very small. In addition, the resistance of the composite material is very high, which leads to a strong decrease in the induced currents in the antenna. Thus, in terms of voltage and current, high gain with this method is quite difficult to achieve. To create the required value of the constant electric field in the ferroceramic medium of the cylindrical body of the antenna, and it reaches a value of the order of 0.4 kV / mm, which corresponds to the voltage of the power source 1.3 kV at a thickness of ferroceramics of 3 cm, you need a separate electronic device in the form of high-voltage highly stabilized power source, the fluctuation amplitude of which should not exceed the amplitude of the radio signal, which has a voltage of about 10 μV, which is quite problematic about to perform. In addition, the use of control metal electrodes, which are deposited on the surface of a cylindrical body, even if they are mesh, shield both the vibrator, which is the core of the antenna located in the center of the cylindrical body, and the cylindrical volume of ferroceramics for wavelengths used in television from the influence of a radio signal. It should also be noted that with an increase in the electric field strength, which is created in ferroceramics by a constant voltage source, the dielectric constant decreases according to the law 2/3, and accordingly, the condition for the ferro-phase transition in ferroceramics worsens and, as a consequence, the condition of the resonant tuning of the antenna.

В известном устройстве используется только один диск из нелинейного диэлектрика толщиной 3 см. Это означает, что сечение такой антенны на много меньше сечения потока падающего излучения и тем самым сильно уменьшает величину приемного сигнала по мощности. Величина поверхностного заряда, которая индуцируется на поверхности диэлектрика, в принципе, не зависит от поперечного размера диска, а только от площади торцовой поверхности, т.к. диэлектрик из сегнетоэлектрика является анизотропным и поляризационными свойствами обладает только в определенном направлении. В данном случае вдоль оси диска наиболее оптимальное направление. Таким образом, толщина диска может быть достаточно малой, например не более десятой доли мм и не менее 10 мкм, и можно сделать набор из очень большого количества таких дисков, чтобы увеличить мощность приемного радиосигнала. Рассмотренная конструкция соответствует электродипольному типу антенн с резистором в витке и с дополнительным электрическим сигналом. Приемный радиосигнал в антенне снимается с вибратора в виде металлического сердечника, находящегося в центре цилиндрического тела сегнетокерамики антенны, в котором наводятся высокочастотные токи от двух источников: внешнего электромагнитного поля радиосигнала и электрического поля, индуцированного в сегнетокерамики внешним электромагнитным полем за счет поляризации при подпитки постоянным источником напряжения. В силу этого усиление антенны происходит только за счет того, что цилиндрический объем из сегнетокерамики играет роль рупора для фокусировки высокочастотного электрического поля вблизи металлического вибратора. Схематически антенна представляет собой электронную эквивалентную схему с конденсатором, на котором возникают поверхностные заряды, индуцирующие в свою очередь свободные заряды в проводнике электродов, сопротивлением вибратора и волнового сопротивления антенны в присутствии сегнетоэлектрика и источника постоянного питания. При тех величинах полей электрического поля от постоянного источника питания, которые используются для настраивания антенны на частотный диапазон, величина усиления антенны уменьшается, т.к. диэлектрическая восприимчивость сегнетокерамиики имеет в основном обратную зависимость от величины внешнего электрического поля. В силу плохой проводимости кристалла или керамики из сегнетоэлектрика проводники электродов замыкаются на резистор (сегнетоэлектрик имеет очень большое сопротивление) с большим омическим сопротивлением. Тем самым в проводнике с таким сопротивлением создается очень слабый ток, что приводит также к малому усилению поступающего на антенну электромагнитного сигнала. Таким образом, антенна в заданной конструкции предприятия НПП «БИСИМ» малоэффективна при приеме телевизионных радиосигналов и работает только на уменьшения размеров и на точную настройку антенны на канал частотного диапазона, а не на увеличение усиления радиосигналов.The known device uses only one disk of a nonlinear dielectric with a thickness of 3 cm. This means that the cross section of such an antenna is much smaller than the cross section of the incident radiation flux and thereby greatly reduces the magnitude of the received signal in power. The magnitude of the surface charge that is induced on the surface of the dielectric, in principle, does not depend on the transverse size of the disk, but only on the area of the end surface, since a ferroelectric dielectric is anisotropic and has polarization properties only in a certain direction. In this case, the most optimal direction is along the axis of the disk. Thus, the thickness of the disk can be quite small, for example, not more than a tenth of a millimeter and not less than 10 microns, and you can make a set of a very large number of such discs to increase the power of the receiving radio signal. The considered construction corresponds to the electric dipole type of antennas with a resistor in the coil and with an additional electrical signal. The receiving radio signal in the antenna is removed from the vibrator in the form of a metal core located in the center of the cylindrical body of the ferroelectric ceramics of the antenna, in which high-frequency currents from two sources are induced: the external electromagnetic field of the radio signal and the electric field induced in ferroceramics by an external electromagnetic field due to polarization when fed by a constant source voltage. Because of this, antenna amplification occurs only due to the fact that the cylindrical volume of ferroceramic plays the role of a horn for focusing a high-frequency electric field near a metal vibrator. Schematically, the antenna is an electronic equivalent circuit with a capacitor, on which surface charges arise, which in turn induce free charges in the electrode conductor, the resistance of the vibrator and the wave resistance of the antenna in the presence of a ferroelectric and a constant power source. For those electric field fields from a constant power source that are used to tune the antenna to the frequency range, the antenna gain decreases, because the dielectric susceptibility of ferroceramics is mainly inversely dependent on the magnitude of the external electric field. Due to the poor conductivity of a crystal or ceramic made of ferroelectric, the electrode conductors are closed on a resistor (ferroelectric has a very high resistance) with a large ohmic resistance. Thus, a very weak current is created in a conductor with such resistance, which also leads to a small amplification of the electromagnetic signal arriving at the antenna. Thus, the antenna in the given design of the enterprise NPP BISIM is ineffective in receiving television radio signals and works only to reduce the size and fine tune the antenna to the channel of the frequency range, and not to increase the amplification of radio signals.

Техническим достижением настоящего изобретения является устранение указанных недостатков по способу и устройству, сильного увеличения коэффициента усиления радиосигнала, расширения интервала частоты регистрации радиосигнала в область длинных волн метрового диапазона для использования такого устройства в качестве телевизионной антенны при еще более меньших габаритах антенны. Такие параметры телевизионной антенны осуществляются только при объединении в единый замысел нового способа и конструкции. Необходимые для поставленной задачи выходных параметров антенны с малыми размерами можно получить только при использовании материала с большой величиной диэлектрической проницаемости, которая изменяется от напряженности внешнего электрического поля, например сегнетоэлектрика. Коэффициент восприимчивости сегнетоэлектрика должен достигать максимальной величины при нормальной температуре. Процесс поляризации в таком сегнетоэлектрике должен осуществляться при условии высокочастотного переключения переменного электрического поля. Для реализации такого устройства необходимо или вырезать из монокристалла сегнетоэлектрика пластинку перпендикулярно направлению максимальной величины диэлектрической проницаемости или нанести текстуру из поликристаллической смеси сегнетоэлектрика на поверхность другого материала с обычной величиной диэлектрической проницаемости. Управляющие электроды также наносятся на торцевые поверхности пластин монокристалла или текстуры, однако толщина электродов подбирается так, чтобы толщина скин-слоя для принимаемого телевизионного электромагнитного сигнала превышала толщину металлическоя слоя электрода. В момент нанесения текстура должна находиться в электрическом поле с величиной напряженности выше коэрцитивной силы для данного сегнетоэлектрика. Для увеличения усиления антенны из сегнетоэлектрика устройство собирается в виде пакета из пластинок из сегнетоэлектика. Площадь и число пластинок из сегнетоэлектрика, из которой собирается антенна, определяется из необходимости величины усиления антенны. Регистрация радиосигнала осуществляется с помощью витка металлического провода, продеваемого в отверстия через все пластинки сегнетоэлектрика.A technical achievement of the present invention is the elimination of these disadvantages in the method and device, a strong increase in the gain of the radio signal, expanding the interval of the frequency of registration of the radio signal in the region of long wavelengths of a meter range for using such a device as a television antenna with even smaller antenna dimensions. Such parameters of a television antenna are carried out only when combining into a single concept a new method and design. The output parameters of the antenna with small dimensions, necessary for the task at hand, can be obtained only by using a material with a large dielectric constant, which varies from the strength of the external electric field, for example, ferroelectric. The susceptibility coefficient of a ferroelectric should reach its maximum value at normal temperature. The polarization process in such a ferroelectric should be carried out under the condition of high-frequency switching of an alternating electric field. To implement such a device, it is necessary either to cut a plate from a ferroelectric single crystal perpendicular to the direction of the maximum value of the dielectric constant or to apply a texture of a polycrystalline mixture of ferroelectric to the surface of another material with the usual value of dielectric constant. The control electrodes are also applied to the end surfaces of the single crystal plates or textures, however, the thickness of the electrodes is selected so that the thickness of the skin layer for the received television electromagnetic signal exceeds the thickness of the metal layer of the electrode. At the time of application, the texture should be in an electric field with a magnitude of tension higher than the coercive force for a given ferroelectric. To increase the gain of the antenna from a ferroelectric, the device is assembled in the form of a package of plates made of ferroelectrics. The area and number of ferroelectric plates from which the antenna is assembled is determined from the need for the antenna gain. The radio signal is recorded using a coil of metal wire threaded into the holes through all the plates of the ferroelectric.

Существующие способы регистрации радиосигналов также могут достигать большого коэффициента усиления, увеличения интервала частотного диапазона приема и передачи, направленности излучения и улучшения других выходных параметров антенны. Чаще всего это достигается увеличением размеров антенны. Применение таких материалов как сегнетоэлектрики в современных антеннах может уменьшить их размеры, как об этом говорилось, но не на много.Existing methods for recording radio signals can also achieve a large gain, increase the interval of the frequency range of reception and transmission, directivity of radiation and improve other output parameters of the antenna. Most often this is achieved by increasing the size of the antenna. The use of materials such as ferroelectrics in modern antennas can reduce their size, as mentioned, but not by much.

Технический результат достигается с помощью предлагаемого способа. Способ возбуждения сегнетоэлектрической антенны, включающий индуцирование высокочастотного тока в металлическом сердечнике вибратора внешним электромагнитным полем, возбуждение в цилиндрическом объеме сегнетокерамики в сегнетофазе поверхностных зарядов поляризации, индуцирование в окружающем пространстве при передачи и возбуждение в том же цилиндрическом объеме при приеме вторичного электромагнитного поля для точной настройки и перестройки антенны на другие диапазоны частот, отличается тем, что цилиндрический объем антенны выполняют из чередующихся между собой слоев сегнетокерамических пластин и пластин из ферритодиэлектрического материала, которые набирают в заданном объеме и жестко скрепляют между собой в виде слоистого пакета, каждый сегнетокерамический слой которого является вибратором, а для усиления радиосигнала при приеме возбуждают антенну индуцированием поверхностных зарядов поляризации в каждом вибраторе в сегнетофазе внешним электромагнитным полем слоистого пакета, и теми же зарядами поляризации возбуждают высокочастотное вторичное электромагнитное поле, которым индуцируют высокочастотные токи в сердечнике, выполненном в виде металлического витка, и таким образом, увеличивают коэффициент усиления приемного сигнала пропорционально числу вибраторов в слоистом пакете, пропорционально площади вибратора, пропорционально величине диэлектрической проницаемости сегнетокерамики, пропорционально величине магнитной проницаемости ферритодиэлектрических пластин, пропорционально величине индуктивности пакета вибраторов из сегнетокерамики, пропорционально волновому сопротивлению пакета, числу витков в сердечнике и индуктивности сердечника, а увеличение мощности радиосигнала при передачи получают, когда антенну возбуждают высокочастотными токами в металлическом витке и тем самым возбуждают высокочастотные электрические поля поверхностных зарядов поляризации вибраторов в сегнетофазе и излучают в пространство, полученное таким образом вторичное электромагнитное поле, мощность которого также пропорциональна числу вибраторов в слоистом пакете, пропорциональна площади вибратора, пропорциональна величине диэлектрической проницаемости сегнетокерамики, пропорциональна величине магнитной проницаемости ферритодиэлектрических пластин, пропорциональна величине индуктивности пакета вибраторов из сегнетокерамики, пропорционально волновому сопротивлению пакета, числу витков сердечника и индуктивности сердечника.The technical result is achieved using the proposed method. A method for exciting a ferroelectric antenna, including inducing a high-frequency current in the vibrator’s metal core by an external electromagnetic field, exciting in the cylindrical volume of ferroceramics in the ferroelectric phase polarization surface charges, inducing in the surrounding space during transmission and excitation in the same cylindrical volume when receiving a secondary electromagnetic field for fine tuning and tuning the antenna to other frequency ranges, characterized in that the cylindrical volume of the antenna is They are made of alternating layers of ferro-ceramic plates and plates made of ferrite-dielectric material, which are assembled in a given volume and rigidly fastened together in the form of a layered package, each ferro-ceramic layer of which is a vibrator, and to amplify the radio signal during reception, the antenna is excited by inducing surface polarization charges in each the vibrator in the ferroelectric phase by the external electromagnetic field of the layered package, and the same polarization charges excite the high-frequency secondary electron the magnetic field, which induces high-frequency currents in the core, made in the form of a metal coil, and thus increase the gain of the receiving signal in proportion to the number of vibrators in the layered package, in proportion to the area of the vibrator, in proportion to the dielectric constant of ferroceramics, in proportion to the magnetic permeability of ferrite-dielectric plates, in proportion the inductance of a package of vibrators made of ferroceramics, proportional to the wave resistance the package, the number of turns in the core and the inductance of the core, and an increase in the power of the radio signal during transmission is obtained when the antenna is excited by high-frequency currents in a metal coil and thereby excite high-frequency electric fields of surface charges of polarization of the vibrators in the ferroelectric phase and radiate into the space thus obtained secondary electromagnetic a field whose power is also proportional to the number of vibrators in the layered package, proportional to the area of the vibrator, proportional to e ferroelectric permittivity, permeability is proportional ferritodielektricheskih plates is proportional to the inductance of the ferroelectric dipoles packet is proportional to the wave resistance of the package, the number of turns of the core and the core inductance.

Технический результат достигается также тем, что сегнетоэлектрическая антенна, содержащая цилиндрический объем из сегнетокерамики, центральный металлический вибратор в виде стержня, управляющие сетчатые электроды на торцевых плоскостях цилиндрического объема и внешний источник постоянного напряжения, отличается тем, что цилиндрический объем антенны выполнен из сегнетокерамических пластин толщиной не менее 10 мкм, разделенных друг от друга пластинами той же толщины из ферритодиэлектрического материала, при этом все пластины герметично и жестко скреплены между собой в единый слоистый пакет вибраторов из сегнетокерамики, на плоские торцы каждого из которых нанесен управляющий электродный слой толщиной не более 0,1 мкм, при этом все вибраторы в пакете соединены между собой управляющими электродами по схеме параллельного соединения, а сердечник выполнен из металлического витка провода и жестко установлен в центральном отверстии пакета вибраторов и присоединен своими концами к приемно-передающему устройству.The technical result is also achieved in that the ferroelectric antenna containing a cylindrical volume made of ferroceramics, a central metal vibrator in the form of a rod, control mesh electrodes on the end planes of the cylindrical volume and an external constant voltage source, differs in that the cylindrical volume of the antenna is made of ferroceramic plates with a thickness not less than 10 microns, separated from each other by plates of the same thickness of a ferritic dielectric material, while all the plates are sealed They are clearly and rigidly bonded to each other in a single layered package of vibroceramics vibrators, on the flat ends of each of which a control electrode layer is applied with a thickness of not more than 0.1 μm, while all the vibrators in the package are connected to each other by control electrodes in a parallel connection circuit, and the core made of a metal coil of wire and is rigidly installed in the Central hole of the package of vibrators and attached at its ends to the transmitter / receiver.

Вибраторы изготовлены из конденсатора, который подсоединен к источнику постоянного напряжения, а на внешней стороне пластин конденсатора жестко прикреплены пластины из пьезокристаллов.The vibrators are made of a capacitor, which is connected to a constant voltage source, and on the outside of the capacitor plates, plates made of piezocrystals are rigidly attached.

Управляющие электроды для вибраторов выполнены из полупроводникового материала n- или р-типа.The control electrodes for the vibrators are made of n- or p-type semiconductor material.

Вибраторы изготовлены из полупроводникового материала n- или р-типа, а управляющие электроды из полупроводникового материала противоположного типа с n.р.n или р.n.р переходом.The vibrators are made of n- or p-type semiconductor material, and the control electrodes are of the opposite type of semiconductor material with an n.p.n or p.n.p junction.

Сущность изобретения поясняется чертежами, где на фиг.1 показана схема процесса рассеяния падающей электромагнитной волны на пластинке сегнетоэлектрика, на фиг.2 показана эквивалентная схема радиоэлектронных процессов, происходящих в сегнетолектрике при рассеянии падающей электромагнитной волны (сегнетоэлектрик как колебательный контур), на фиг.3 показан график зависимости изменения электрического поля рассеянной электромагнитной волны при взаимодействии падающей электромагнитной волны с вибратором из сегнетоэлектрика, на фиг.4 показаны схематически физические процессы взаимодействия падающей электромагнитной волны, индуцирования поляризации в сегнетоэлектрике, индуцирование поля рассеянной электромагнитной волны, вихревого магнитного поля и переменного тока в витке, на фиг.5 показана схема-конструкция антенны (а), элемент антенны из пластины сегнетокерамики и пластины из ферритодиэлектрика с сердечником в разрезе (б) и эквивалентная радиоэлектродная схема антенны (в).The invention is illustrated by drawings, where Fig. 1 shows a diagram of the process of scattering an incident electromagnetic wave on a ferroelectric plate, Fig. 2 shows an equivalent circuit of radio-electronic processes occurring in a ferroelectric when scattering an incident electromagnetic wave (ferroelectric as an oscillatory circuit), in Fig. 3 shows a graph of the dependence of the electric field of the scattered electromagnetic wave during the interaction of the incident electromagnetic wave with a vibrator of a ferroelectric, figure 4 on schematically the physical processes of the interaction of an incident electromagnetic wave, polarization induction in a ferroelectric, field induction of a scattered electromagnetic wave, a vortex magnetic field and alternating current in a coil, figure 5 shows the antenna design diagram (a), an antenna element from a ferroceramic plate and a plate from ferrite-dielectric with a core in the context (b) and the equivalent radio-electrode circuit of the antenna (c).

Устройство для осуществления предлагаемого способа содержит цилиндрического объема 1 из сегнетокерамических пластин 2 толщиной не менее 10 мкм, разделенных друг от друга пластинами той же толщины из ферритодиэлектрического материала 3, при этом все пластины герметично и жестко скреплены между собой в единый слоистый пакет 4 вибраторов 5 из сегнетокерамики, на плоские торцы каждого из которых нанесен управляющий электродный слой 6 толщиной не более 0,1 мкм, при этом все вибраторы в пакете соединены между собой управляющими электродами 6 по схеме параллельного соединения, а сердечник 7 выполнен из металлического витка провода и жестко установлен в центральном отверстии 8 пакета вибраторов и соединен своими концами к приемно-передающему устройству 9.A device for implementing the proposed method contains a cylindrical volume 1 of ferroceramic plates 2 with a thickness of at least 10 μm, separated from each other by plates of the same thickness of ferrite-dielectric material 3, while all the plates are hermetically and rigidly bonded to each other in a single layered package of 4 vibrators 5 of ferroceramics, on the flat ends of each of which a control electrode layer 6 is applied with a thickness of not more than 0.1 μm, while all the vibrators in the package are interconnected by control electrodes 6 along parallel connection, and the core 7 is made of a metal coil of wire and is rigidly installed in the Central hole 8 of the package of vibrators and connected at its ends to the transmitting and receiving device 9.

Вибраторы 5 изготовлены из конденсатора, который подсоединен к источнику постоянного напряжения 10, а на внешней стороне пластин конденсатора жестко прикреплены пластины 2 из пьезокристаллов.The vibrators 5 are made of a capacitor, which is connected to a constant voltage source 10, and on the outside of the capacitor plates, plates 2 made of piezocrystals are rigidly attached.

Управляющие электроды 6 для вибраторов 5 выполнены из полупроводникового материала n- или р-типа.The control electrodes 6 for the vibrators 5 are made of n-type or p-type semiconductor material.

Вибраторы 5 изготовлены из полупроводникового материала n- или р- типа, а управляющие электроды 6 из полупроводникового материала противоположного типа с n.р.n или р.n.р переходом.The vibrators 5 are made of an n- or p-type semiconductor material, and the control electrodes 6 are of the opposite type of semiconductor material with an n.p.n or p.n.p junction.

Способ возбуждения антенны осуществляется следующим образом. Цилиндрический объем антенны 1 выполняют из чередующихся между собой слоев сегнетокерамических пластин 2 и пластин из ферритодиэлектрического материала 3, которые набирают в заданном объеме и жестко скрепляют между собой в виде слоистого пакета 4, каждый сегнетокерамический слой которого является вибратором 5, а для усиления радиосигнала при приеме возбуждают антенну индуцированном поверхностных зарядов поляризации 11 в каждом вибраторе 5 в сегнетофазе внешней электромагнитной волной 12 слоистого пакета 4, и теми же зарядами поляризации 11 возбуждают высокочастотное вторичную электромагнитную волну 13, которой индуцируют высокочастотные токи 14 в сердечнике 7, выполненном в виде металлического витка и, таким образом, увеличивают коэффициент усиления приемного сигнала пропорционально числу вибраторов 5 в слоистом пакете 4, пропорционально площади вибратора 5, пропорционально величине диэлектрической проницаемости сегнетокерамики, пропорционально величине магнитной проницаемости ферритодиэлектрических пластин 3, пропорционально величине индуктивности пакета 4 вибраторов 5 из сегнетокерамики, пропорционально волновому сопротивлению пакета 4, числу витков в сердечнике 7 и индуктивности сердечника 7, а увеличение мощности радиосигнала при передачи получают, когда антенну 1 возбуждают высокочастотными токами 14 в металлическом витке сердечника 7 и тем самым возбуждают высокочастотные электромагнитные волны 12 поверхностных зарядов поляризации 11 вибраторов 5 в сегнетофазе и излучают в пространство полученное таким образом вторичную электромагнитную волну 13, мощность которой также пропорциональна числу вибраторов 5 в слоистом пакете 4, пропорциональна площади вибратора 5, пропорциональна величине диэлектрической проницаемости сегнетокерамики, пропорциональна величине магнитной проницаемости ферритодиэлектрических пластин 3, пропорциональна величине индуктивности пакета вибраторов 5 из сегнетокерамики, пропорциональна волновому сопротивлению пакета 4, числу витков сердечника 7 и индуктивности сердечника 7, и соответственно процессам возбуждения высокочастотных токов 11 и индуцирования вторичной электромагнитной волны 13 в антенне 1 при приеме и передачи радиосигнала в эквивалентной схеме антенны 1 в конденсаторе 15 возбуждают электрические заряды 11, наведенное напряжения на резисторе 16, магнитное поле вторичной электромагнитной волны 13 в (эквивалентной) катушке индуктивности 17 пакета 4 и за счет взаимной индукции возбуждают магнитное поле в (эквивалентной) катушке индуктивности 18 сердечника 7, концы которого подсоединяют в приемно-передающее устройство 9.The method of exciting the antenna is as follows. The cylindrical volume of the antenna 1 is made of alternating layers of ferroceramic plates 2 and plates of ferritic dielectric material 3, which are collected in a given volume and rigidly fastened together in the form of a layered package 4, each ferroceramic layer of which is a vibrator 5, and to enhance the radio signal when receiving excite the antenna induced surface charges of polarization 11 in each vibrator 5 in the ferroelectric phase by the external electromagnetic wave 12 of the layered packet 4, and the same polarization charges 1 1 excite a high-frequency secondary electromagnetic wave 13, which induces high-frequency currents 14 in the core 7, made in the form of a metal coil and, thus, increase the gain of the receiving signal in proportion to the number of vibrators 5 in the layered package 4, in proportion to the area of the vibrator 5, in proportion to the value of the dielectric constant ferroceramics, in proportion to the magnitude of the magnetic permeability of the ferrite dielectric plates 3, in proportion to the magnitude of the inductance of the package 4 vibrator 5 of ferroceramics, in proportion to the wave impedance of packet 4, the number of turns in the core 7 and the inductance of the core 7, and an increase in the radio signal power during transmission is obtained when the antenna 1 is excited by high-frequency currents 14 in the metal coil of the core 7 and thereby excite high-frequency electromagnetic waves 12 surface polarization charges 11 of the vibrators 5 in the ferroelectric phase and emit into the space the thus obtained secondary electromagnetic wave 13, whose power is also proportional to the number of 5 in the layered package 4, is proportional to the area of the vibrator 5, proportional to the dielectric constant of the ferroceramics, proportional to the magnetic permeability of the ferrite-die plates 3, proportional to the inductance of the vibrator package 5 of ferroceramics, proportional to the wave impedance of the package 4, the number of turns of the core 7, inductance and, accordingly, the processes of excitation of high-frequency currents 11 and the induction of a secondary electromagnetic wave 13 in the antenna 1 when receiving and transmitting a radio signal in the equivalent circuit of the antenna 1 in the capacitor 15 excites electric charges 11, the induced voltage across the resistor 16, the magnetic field of the secondary electromagnetic wave 13 in the (equivalent) inductor 17 of package 4 and excites the magnetic field in the (equivalent) due to mutual induction the inductance coil 18 of the core 7, the ends of which are connected to the transceiver 9.

Эффективность способа и устройства регистрации радиосигнала заключается в следующем. Способность нелинейных диэлектриков поляризоваться во внешнем электромагнитном поле и создавать вторичное электромагнитное поле за счет поляризации. Естественно, что электрическая поляризация возникает за счет упорядочного расположения заряженных частиц противоположных знаков (диполей). Связанные поверхностные заряды поляризации при этом создают внешнее электрическое поле. Сегнетоэлектрики, в зависимости от характера внедренного заряда, наличия или отсутствия электродов, могут создавать электростатические поля как внутри диэлектрика, так и в окружающем пространстве. Определим величину электрического поля, которая индуцируется поверхностными зарядами сегнетоэлектрика в сегнетофазе. Введем обозначения: s - толщина пленки, ε - диэлектрическая проницаемость пленки, s₁ - толщина зазора между электретом и электродом, ε₁ - диэлектрическая проницаемость вещества в зазоре, Е - напряженность электрического поля внутри пленки, D - электрическая индукция в пленке, E₁ - напряженность электрического поля в зазоре, D₁ - индукция электрического поля в зазоре, V - разность потенциалов между нижним электродом и поверхностью сегнетоэлектрика, V₁ - разность потенциалов в зазоре между поверхностью сегнетоэлектрика и верхним электродом. Поля в зазоре и в пленке, очевидно, будут однородными. Поэтому для их определения достаточно записать два уравнения: условие для нормальной проекции вектора электрической индукции на границе раздела диэлектриков, на которой имеется слой избыточного заряда: поля в зазоре и в пленке, очевидно, будут однородными. Поэтому для их определения достаточно записать два уравнения: условие для нормальной проекции вектора электрической индукции на границе раздела диэлектриков, на которой имеется слой избыточного заряда:The effectiveness of the method and device for recording a radio signal is as follows. The ability of nonlinear dielectrics to polarize in an external electromagnetic field and create a secondary electromagnetic field due to polarization. Naturally, electric polarization arises due to the orderly arrangement of charged particles of opposite signs (dipoles). Bound surface polarization charges in this case create an external electric field. Ferroelectrics, depending on the nature of the embedded charge, the presence or absence of electrodes, can create electrostatic fields both inside the dielectric and in the surrounding space. We determine the magnitude of the electric field, which is induced by the surface charges of the ferroelectric in the ferroelectric phase. We introduce the notation: s is the film thickness, ε is the dielectric constant of the film, s ₁ is the thickness of the gap between the electret and the electrode, ε ₁ is the dielectric constant of the substance in the gap, E is the electric field inside the film, D is the electric induction in the film, E ₁ is the electric field strength in the gap, D ₁ is the induction of the electric field in the gap, V is the potential difference between the lower electrode and the surface of the ferroelectric, V ₁ is the potential difference in the gap between the surface of the ferroelectric and the upper electrode. The fields in the gap and in the film will obviously be uniform. Therefore, to determine them, it suffices to write two equations: the condition for the normal projection of the electric induction vector at the interface of the dielectrics, on which there is an excess charge layer: the fields in the gap and in the film will obviously be uniform. Therefore, to determine them, it is enough to write two equations: the condition for the normal projection of the vector of electric induction at the interface of the dielectrics, on which there is an excess charge layer:

и условие короткого замыкания электродов:and the condition of the short circuit of the electrodes:

Переходя в уравнениях к напряженностям, получаем систему двух уравнений относительно неизвестных полей Е и E₁ Passing to the stresses in the equations, we obtain a system of two equations with respect to the unknown fields E and E ₁

Решая систему, после несложных преобразований получим:Solving the system, after simple transformations we get:

В предельном случае, когда электрод 2 удаляют на бесконечность от поверхности сегнетоэлектрика, получается т.н. «свободный» сегнетоэлектрик. Из формулы видно, что поле в зазоре при этом исчезает, а в электрете становится равным: E₁=0, Е=σ/ε₀. Последнее выражение полностью совпадает с полем плоского бесконечно протяженного конденсатора с диэлектриком. Таким образом, получаем условие возможности использования электрического поля поляризованного сегнетоэлектрика, которое индуцируется внешним полем, для получения усиления принимаемого сигнала. Чем выше коэффициент восприимчивости сегнетоэлектрика, тем больше величина электрического поля поляризации и тем выше усиления амплитуды, взаимодействующей с нелинейной средой электромагнитной волны, при условии, если частота переключение поляризации сегнетоэлектрика будет соответствовать частоте изменения во времени внешнего поля электромагнитной волны. Использование такого эффекта позволяет теперь преобразовывать изменения во времени плотности связных зарядов в токи проводящей среды свободных зарядов за счет индуцирования вихревых электрических и магнитных полей, которые будут возникать вблизи сегнетоэлектрика. Разбиение сегнетоэлектриков на домены обуславливает ряд его нелинейных свойств и, в первую очередь, нелинейную зависимость электрической поляризации, создаваемой внешним полем, от величины этого поля: Р=α(E)·Е. Это связано с тем, что направление поляризации во внешнем поле может быть изменено на противоположное и что эта переориентация достигается при различных внешних полях. Наиболее типичным представителем сегнетоэлектрика является титанат бария (BaTiO₃). Для сегнетоэлектриков наличие спонтанной поляризации характерно только в определенном интервале температур. Изменение температуры приводит к изменению структуры кристалла, сопровождаемое возникновением (исчезновением) спонтанной поляризации, которое называется фазовым переходом, а температура, ему соответствующая, - температурой фазового перехода или точкой Кюри Р=α(Т)Е. Так, например, для титаната бария наибольшая величина поляризации и проницаемости достигается в пределах температур от 0° до 30° и равны по порядку величины α=ε=10000. Диэлектрическая проницаемость сегнетоэлектриков, находящихся в слабых полях, зависит также от частоты электромагнитного поля. С повышением частоты проницаемость может понизиться в области, где частота поля близка к частоте резонансных колебаний пластины сегнетоэлектрика с заданными размерами. При проходе последней частоты кристалл переходит из состояния механически свободного в состояние механически зажатого. Как правило, понижение за счет механического зажатия имеет место на сравнительно низких частотах (десятки МГц в зависимости от геометрии пластины). Вторая область снижения поляризации в сегнетоэлектриках связана с инерционностью доменов. Для титаната бария, например, эта частота соответствует дециметровому и сантиметровому диапазону длин волн. Третья область понижения проницаемости, а следовательно, и поляризации происходит на частотах связанных с собственными частотами колебаний кристаллической решетки (10⁴ МГц). Отсюда получаем дисперсионную зависимость поляризации среды от внешнего электромагнитного поля Р=α(ω)·Е. Таким образом, в общем случае основные виды зависимости поляризации сегнетоэлектрика от параметров самого сегнетоэлектрика и параметров внешних условий, которые будут влиять на процессы распространения электромагнитной волны в рассматриваемой среде, определяются выражением Р=α(Е, Т, ω)·Е. Если сравнивать по всем этим параметрам величину поляризации для различных сегнетоэлектриков, то наиболее подходящим для нашего случая является титанат бария. У него одна из самых больших величин проницаемости (10000), причем при нормальной температуре (0°-30°) и при нужном частотном диапазоне электромагнитного поля (100 кГц - 100 МГц). Титанат бария наиболее технологичный материал при его изготовлении в различных модификациях (кристалл, керамик, текстура) и при использовании. Это один из самых недорогих материалов среди других сегнетоэлектриков. В примесных сегнетоэлектриках фазовый переход стимулируют малыми дипольными добавками. Однако во всех этих случаях дисперсия диэлектрической проницаемости становится гигантской, а релаксационный отклик имеет огромную величину в пике, во много превышающей диэлектрическую восприимчивость основной решетки. В свою очередь основная решетка влияет на примеси, усиливая дисперсию их диэлектрического отклика. Рассмотрим теперь конкретную зависимость диэлектрической проницаемости различных сегнетоэлектриков от амплитуды внешнего поля, частоты внешнего поля и температуры фазового перехода. Существуют чистые сегнетоэлектрики и примесные сегнетоэлектрики. Слэтеровская модель диэлектрического отклика в этом случае модифицирована, когда наряду с ионной поляризумостью имеет место релаксационная поляризуемость. Теоретические исследования в связи с этим существенно осложняются из-за необходимости учитывать квантовые эффекты в динамике решетки, туннелирования, взаимодействия между примесями, дисперсии и поляризации (как статической, так и возникающей во внешнем поле). Конечные формулы можно использовать для обработки имеющихся данных и того и другого типов сегнетоэлектриков. Такое же поведение восприимчивости наблюдаются и в более широком классе веществ - релаксорах. Однако в них роль квантовых колебаний ионов, подавляющих фазовый переход, играют случайные поля. Запишем уравнение для матрицы плотности диполей,

In the extreme case, when the electrode 2 is removed at infinity from the surface of the ferroelectric, the so-called "Free" ferroelectric. It can be seen from the formula that the field in the gap disappears, and in the electret it becomes equal: E ₁ = 0, E = σ / ε ₀ . The last expression completely coincides with the field of a plane infinitely extended capacitor with a dielectric. Thus, we obtain the condition of the possibility of using the electric field of a polarized ferroelectric, which is induced by an external field, to obtain the amplification of the received signal. The higher the susceptibility coefficient of a ferroelectric, the greater the magnitude of the polarization electric field and the higher the amplification of the amplitude interacting with the nonlinear medium of the electromagnetic wave, provided that the frequency switching polarization of the ferroelectric corresponds to the frequency of the time variation of the external field of the electromagnetic wave. Using this effect now allows you to convert time-dependent changes in the density of connected charges into currents of the conducting medium of free charges due to the induction of vortex electric and magnetic fields that will arise near the ferroelectric. The division of ferroelectrics into domains determines a number of its nonlinear properties and, first of all, the nonlinear dependence of the electric polarization created by an external field on the magnitude of this field: P = α (E) · E. This is due to the fact that the direction of polarization in the external field can be reversed and that this reorientation is achieved with different external fields. The most typical representative of ferroelectric is barium titanate (BaTiO ₃ ). For ferroelectrics, the presence of spontaneous polarization is characteristic only in a certain temperature range. A change in temperature leads to a change in the crystal structure, accompanied by the appearance (disappearance) of spontaneous polarization, which is called the phase transition, and the temperature corresponding to it is called the phase transition temperature or the Curie point P = α (T) E. So, for example, for barium titanate, the greatest value of polarization and permeability is reached in the temperature range from 0 ° to 30 ° and are equal in order of magnitude to α = ε = 10000. The dielectric constant of ferroelectrics in weak fields also depends on the frequency of the electromagnetic field. With increasing frequency, the permeability may decrease in the region where the field frequency is close to the frequency of resonant vibrations of a ferroelectric plate with a given size. When the last frequency passes, the crystal passes from the state of mechanically free to the state of mechanically clamped. As a rule, a decrease due to mechanical clamping takes place at relatively low frequencies (tens of MHz, depending on the geometry of the plate). The second region of decrease in polarization in ferroelectrics is associated with the inertia of domains. For barium titanate, for example, this frequency corresponds to the decimeter and centimeter wavelength ranges. The third region of lowering permeability, and hence polarization, occurs at frequencies associated with the natural frequencies of the crystal lattice vibrations (10 ⁴ MHz). From this we obtain the dispersion dependence of the polarization of the medium on the external electromagnetic field P = α (ω) · E. Thus, in the general case, the main types of dependence of the polarization of a ferroelectric on the parameters of the ferroelectric itself and the parameters of external conditions that will affect the propagation of the electromagnetic wave in the medium under consideration are determined by the expression P = α (E, T, ω) · E. If we compare the polarization magnitude for various ferroelectrics over all these parameters, then barium titanate is the most suitable for our case. It has one of the largest values of permeability (10,000), and at normal temperature (0 ° -30 °) and at the desired frequency range of the electromagnetic field (100 kHz - 100 MHz). Barium titanate is the most technologically advanced material in its manufacture in various modifications (crystal, ceramic, texture) and in use. This is one of the most inexpensive materials among other ferroelectrics. In impurity ferroelectrics, the phase transition is stimulated by small dipole additives. However, in all these cases, the dispersion of the dielectric constant becomes gigantic, and the relaxation response has a huge value at the peak, which is much higher than the dielectric susceptibility of the main lattice. In turn, the main lattice affects the impurities, increasing the dispersion of their dielectric response. Let us now consider the specific dependence of the dielectric constant of various ferroelectrics on the amplitude of the external field, the frequency of the external field, and the phase transition temperature. Pure ferroelectrics and impurity ferroelectrics exist. In this case, the Slater model of the dielectric response is modified when, along with ionic polarizability, relaxation polarizability takes place. Theoretical studies in this regard are significantly complicated due to the need to take into account quantum effects in the dynamics of the lattice, tunneling, the interaction between impurities, dispersion and polarization (both static and arising in an external field). The final formulas can be used to process the available data of both types of ferroelectrics. The same behavior of susceptibility is observed in a wider class of substances - relaxors. However, in them the role of quantum oscillations of ions that suppress the phase transition is played by random fields. We write the equation for the density matrix of dipoles,

где

Where

усредненная по Больцману матрица плотности; гамильтониан диполей запишем в приближениях поперечной модели ИзингаBoltzmann averaged density matrix; we write the Hamiltonian of the dipoles in the approximations of the transverse Ising model

где P_h - поляризация основной решетки, Ω - туннельный интеграл, μ - дипольный момент примеси, E - внешнее электрическое поле, λ - константа связи поляризации и дипольного момента, J_ij - матрица взаимодействий дипольных моментов,

- квазиспиновый оператор. Подставляя это выражение в уравнение для матрицы плотности получаем выражение средней плотности поляризации в виде:where P _h is the polarization of the main lattice, Ω is the tunneling integral, μ is the dipole moment of the impurity, E is the external electric field, λ is the coupling constant between polarization and dipole moment, J _ij is the matrix of interactions of dipole moments,

- quasispin operator. Substituting this expression into the equation for the density matrix, we obtain the expression for the average polarization density in the form:

гдеWhere

Отсюда получаем, что зависимость от внешнего поля входит лишь в величинуFrom this we obtain that the dependence on the external field is included only in the quantity

Следовательно, производная по полю, которая необходима для нахождения восприимчивости, может быть найдена в следующем общем виде:Therefore, the derivative with respect to the field, which is necessary for finding the susceptibility, can be found in the following general form:

где

Вычисляя производные, получаем

Where

Computing the derivatives, we obtain

Первый вклад носит характер восприимчивости, эмпирически найденной Барретом. Второй вклад имеет вид известной функции Ланжевена. Восприимчивость примесных сегнетоэлектриков теперь можно найти в видеThe first contribution is the nature of the receptivity empirically found by Barrett. The second contribution has the form of the well-known Langevin function. The susceptibility of impurity ferroelectrics can now be found in the form

Для обычных условий, когда E≠0, Ω=0 - нелинейная восприимчивостьUnder ordinary conditions, when E ≠ 0, Ω = 0 is the nonlinear susceptibility

где τ - время релаксации сегнетоэлектрика при переключении внешнего поля. Из полученных выражений для восприимчивости сегнетоэлектриков выявляется зависимость от частоты изменения поля и зависимость от напряженности электромагнитного поля. Частотная зависимость и зависимость от напряженности поля восприимчивости в обоих случаях имеет гиперболический характер, т.е. обратную зависимость для восприимчивости при изменении этих параметров. Однако для уточнения этой зависимости необходимо рассмотреть также экспериментальные результаты по изменению восприимчивости от частоты и напряженности электромагнитного поля. Исследовалась конденсаторная структура типа «сэндвич» на основе тонких пленок из Pb(Zr_1-xTi_x)О₃. Зависимость диэлектрической проницаемости ε от напряженности электрического поля Е в такой структуре определяется выражением вида:where τ is the relaxation time of the ferroelectric when switching the external field. From the obtained expressions for the susceptibility of ferroelectrics, a dependence on the frequency of field changes and a dependence on the intensity of the electromagnetic field are revealed. The frequency dependence and the dependence on the susceptibility field strength in both cases has a hyperbolic character, i.e. inverse relationship for susceptibility when changing these parameters. However, to clarify this dependence, it is also necessary to consider experimental results on the change in susceptibility as a function of the frequency and intensity of the electromagnetic field. We studied a sandwich-type capacitor structure based on thin films of Pb (Zr _1-x Ti _x ) O ₃ . The dependence of the dielectric constant ε on the electric field strength E in such a structure is determined by an expression of the form:

Анализ экспериментальных результатов функционального соотношения поляризации сегнетоэлектрика от напряженности электрического поля Е приводит к выражению для диэлектрической проницаемости от Е, которая дается в виде аппроксимирующей функции изменения диэлектрической проницаемости сегнетоэлектрика в зависимости от напряжения поля конденсатора или напряженности электрического поля в конденсаторе выражением видаAn analysis of the experimental results of the functional relationship between the polarization of a ferroelectric and the electric field E leads to the expression for the dielectric constant from E, which is given as an approximating function of the change in the dielectric constant of a ferroelectric depending on the voltage of the capacitor field or the electric field in the capacitor by an expression of the form

Это выражение для диэлектрической проницаемости в зависимости от напряженности электрического поля в конденсаторе получается из двух ранее взятых выражений для производной поляризации в зависимости от напряжения и выражения для зависимости диэлектрической проницаемости от производной поляризации по напряженности электрического поля. Из него видно, что диэлектрическая проницаемость сегнетоэлектрика довольно велика. Благодаря такой величины проницаемости и происходит усиление падающей электромагнитной волны. Однако существуют сегнетоэлектрики, которые обладают на порядки большими значениями диэлектрической проницаемостью, может дать возможность производить еще большее усиление. Рассмотрим теперь зависимость изменения величины напряженности индуцированного сегнетоэлектриком внешнего электрического поля от величины напряжения правляющего поля в конденсаторе для рассматриваемых частот переменного напряжения.This expression for the dielectric constant depending on the electric field strength in the capacitor is obtained from two previously taken expressions for the polarization derivative depending on the voltage and the expression for the dependence of the dielectric constant on the polarization derivative with respect to the electric field strength. It can be seen from it that the dielectric constant of a ferroelectric is quite large. Due to this permeability, the incident electromagnetic wave is amplified. However, there are ferroelectrics that have orders of magnitude greater dielectric permittivity, which may make it possible to produce even greater amplification. Let us now consider the dependence of the change in the magnitude of the intensity of the external electric field induced by the ferroelectric on the magnitude of the voltage of the control field in the capacitor for the alternating voltage frequencies under consideration.

При исследовании нелинейных свойств кристаллов Li_2-xNa_xGe₄О₉, наиболее близких к кристаллам группы ТГС. Диэлектрическая нелинейность сегнетоэлектрических кристаллов измеряются в области температур фазового перехода. Из экспериментов определяется величина нелинейного коэффициента β по смещению температуры Т_с (точка Кюри) и изменению диэлектрической проницаемости ε под действием напряженности электрического поля Е. На основе этих данных определяется диэлектрическая нелинейность, температурная и частотная зависимость дисперсия поляризации Р_с сегнетоэлектриков. В основном рассматриваются кристаллы сегнетоэлектриков, у которых температура Кюри близка к области 290-300 К. Образцы для измерения выращиваются методом Чахральского и изготавливаются в иде пластинок десятки долей миллиметра с главной плоскостью (100). Диэлектрическая проницаемость измеряется от 10 кГц до 100 МГц. Известно, что поляризация сегнетоэлектрического кристалла электрическим полем Е оказывает значительное влияние на аномалию диэлектрической проницаемости ε вблизи фазового перехода. Экспериментальные зависимости ε(T) некоторых кристаллов типа титанат бария даются при различных значениях Е. Выше фазового перехода диэлектрическая проницаемость при постоянной температуре уменьшается с увеличением электрического поля. Приведенные результаты объясняются на основе феноменологической теории Гизбурга-Девошира для фазовых переходов второго рода. Для определения коэффициента β, являющегося количественной мерой нелинейности диэлектрической проницаемости, используются несколько соотношений, следующих из термодинамической теории. Если в разложении термодинамического потенциала по степеням поляризации ограничиться членами Р⁴, то смещение температуры, соответствующей ε в зависимости от напряженности электрического поля, описывается формулой: ΔТ_с=D·E^2/3. В указанном приближении

где β - коэффициент при Р⁴, α'=4·π/С, где С - постоянная Кюри-Вейсса. Используя экспериментальные данные, была построена зависимость ΔТ_с=f(E^2/3), которая имеет линейный вид. Используя выражение для ΔТ_с, получили значение β для измеряемого материала, величина которого совпала с ранее полученными значениями для этих сегнетоэлектриков. Снижение максимального значения ε в области фазового перехода может быть использовано для сопоставления термодинамической теории с экспериментом. В указанном приближении максимальное значение ε связано с напряженностью электрического поля соотношением:When studying the nonlinear properties of Li _2-x Na _x Ge ₄ O ₉ crystals, which are closest to the TGS crystals. The dielectric nonlinearity of ferroelectric crystals is measured in the temperature range of the phase transition. From the experiments, the nonlinear coefficient β is determined from the temperature shift T _s (Curie point) and the change in the dielectric constant ε under the influence of the electric field E. Based on these data, the dielectric nonlinearity, temperature and frequency dependence of the polarization dispersion P _with ferroelectrics are determined. Crystals of ferroelectrics in which the Curie temperature is close to the region of 290-300 K are mainly considered. Samples for measurement are grown by the Chakhralsky method and made into ideals of dozens of fractions of a millimeter with a principal plane (100). The dielectric constant is measured from 10 kHz to 100 MHz. It is known that the polarization of a ferroelectric crystal by an electric field E has a significant effect on the anomaly of the dielectric constant ε near the phase transition. The experimental ε (T) dependences of some barium titanate crystals are given at different values of E. Above the phase transition, the dielectric constant at a constant temperature decreases with increasing electric field. The results presented are explained on the basis of the Gizburg-Devoshire phenomenological theory for second-order phase transitions. To determine the coefficient β, which is a quantitative measure of the nonlinearity of the dielectric constant, several relations are used that follow from thermodynamic theory. If in expanding the thermodynamic potential in terms of polarization degrees we restrict ourselves to the terms P ⁴ , then the temperature shift corresponding to ε depending on the electric field strength is described by the formula: ΔТ _с = D · E ^2/3 . In the indicated approximation

where β is the coefficient at Р ⁴ , α '= 4 · π / С, where С is the Curie-Weiss constant. Using experimental data, the dependence ΔТ _c = f (E ^2/3 ) was constructed, which has a linear form. Using the expression for ΔТ _s , we obtained the value β for the measured material, the value of which coincided with the previously obtained values for these ferroelectrics. A decrease in the maximum value of ε in the phase transition region can be used to compare the thermodynamic theory with experiment. In this approximation, the maximum value of ε is related to the electric field strength by the ratio:

Зависимость ε=f(E^2/3) для кристаллов сегнетоэлектрика, построенная из данных фиг.1 хорошо ложится в прямую линию. Рассчитанный по наклону прямой коэффициент β, например, для Li_2-xNa_xGe₄O₉, соответствует величине 1,26·10^-9 (CGSE cm²)^-2. Для фазового перехода второго рода величина коэффициента β оценивается также из температурной зависимости P_s вблизи Те, которая описывается соотношением P_s ²=α'·(T_c-Т)/β. Из экспериментальной зависимости P_s(T), измеренной для тех же кристаллов по петлям диэлектрического гистерезиса, получено, что в этих кристаллах данное соотношение выполняется в интервале (Т_с-Т)<10 К. Определение коэффициентов β для различных кристаллов было произведено многими исследованиями. Так, для свободного кристалла BaTiO₃ коэффициент β имеет значение 2,5·10^-13 (CGSE cm²)^-2 в точке Кюри. Наиболее достоверное значение β для кристаллов ТГС составляет 7,7·10^-10 (CGSE cm²)^-2 вблизи температуры фазового перехода. Для свободного кристалла сегнетовой соли коэффициент β составляет около 6·10^-8 (CGSE cm²)^-2. Таким образом, из этих рассмотренных классических сегнетоэлектриков нелинейные свойства кристаллов Li_2-xNa_xGe₄O₉ наиболее близки к кристаллам группы ТГС. У этих кристаллов близки также значения α' и P_s. Количественные данные всех этих параметров отражают механизм фазового перехода и связаны с упорядочением постоянных дипольных моментов. Для кристалла Li_2-xNa_xGe₄O₉ аппроксимирующая функция зависимости диэлектрической проницаемости от напряженности электрического поля, построенная в соответствии с полученной формулой для диэлектрической проницаемости от величины поля и экспериментальных результатов будет иметь вид:The dependence ε = f (E ^2/3 ) for ferroelectric crystals, constructed from the data of Fig. 1, fits well in a straight line. The direct coefficient β calculated from the slope, for example, for Li _2-x Na _x Ge ₄ O ₉ , corresponds to 1.26 · 10 ^-9 (CGSE cm ² ) ^-2 . For a second-order phase transition, the coefficient β is also estimated from the temperature dependence of P _s near Te, which is described by the ratio P _s ² = α '· (T _c -T) / β. From the experimental dependence P _s (T), measured for the same crystals from the dielectric hysteresis loops, it was found that in these crystals this ratio is fulfilled in the interval (T _s -T) <10 K. The coefficients β for various crystals were determined by many studies . So, for a free BaTiO ₃ crystal, the coefficient β has a value of 2.5 · 10 ^-13 (CGSE cm ² ) ^-2 at the Curie point. The most reliable value of β for TGS crystals is 7.7 · 10 ^-10 (CGSE cm ² ) ^-2 near the phase transition temperature. For a free Rochelle salt crystal, the coefficient β is about 6 · 10 ^-8 (CGSE cm ² ) ^-2 . Thus, from these considered classical ferroelectrics, the nonlinear properties of Li _2-x Na _x Ge ₄ O ₉ crystals are the closest to the TGS crystals. The values of α 'and P _s are also close for these crystals. The quantitative data of all these parameters reflect the phase transition mechanism and are associated with the ordering of constant dipole moments. For a Li _2-x Na _x Ge ₄ O ₉ crystal, the approximating function of the dependence of the dielectric constant on the electric field strength, constructed in accordance with the obtained formula for the dielectric constant on the field strength and experimental results, will have the form:

Это означает, что аппроксимирующая функция соответствует рассматриваемой закономерности изменения диэлектрической проницаемости в зависимости от напряженности электрического поля и, следовательно, такую функцию можно теперь использовать для определения рассматриваемой зависимости и для другого подобного сегнетоэлектрика, например титаната бария. Для титаната бария β=2,5·10^-13 (CGSE cm²)^-2 и потому аппроксимрующая функция будет иметь вид:This means that the approximating function corresponds to the considered regularity of the change in the dielectric constant depending on the electric field strength and, therefore, this function can now be used to determine the considered dependence for another similar ferroelectric such as barium titanate. For barium titanate β = 2.5 · 10 ^-13 (CGSE cm ² ) ^-2 and therefore the approximating function will have the form:

Зависимость диэлектрической проницаемости от напряженности электрического поля совпадает по точкам с экспериментальными значениями для титаната бария в заданном интервале напряженности поля при температуре 20С°. Результаты анализа экспериментальных данных дают теперь возможность определить аппроксимацию функции изменения величины напряженности электрического поля вне сегнетоэлектрика, индуцированного поверхностными связанными зарядами в сегнетоэлектрике, в зависимости от напряжения электрическогоо поля в конденсаторе и частоты. Предполагается, что при наведении изменяемых во времени поверхностных зарядов на сегнетоэлектрике вне сегнетоэлектрика будет индуцироваться внешнее переменное электрическое поле с частотой управляющего поля в конденсаторе. Выражение для этого поля аппроксимируется функцией видаThe dependence of the dielectric constant on the electric field strength coincides in points with the experimental values for barium titanate in a given interval of field strength at a temperature of 20 ° C. The results of the analysis of experimental data now make it possible to determine the approximation of the function of changing the magnitude of the electric field outside the ferroelectric, induced by surface bound charges in the ferroelectric, depending on the electric field voltage in the capacitor and frequency. It is assumed that upon inducing time-varying surface charges on a ferroelectric outside the ferroelectric, an external alternating electric field will be induced with the frequency of the control field in the capacitor. The expression for this field is approximated by a function of the form

При частотах управляющего поля, равных 100 МГц, усиление напряженности электрического поля составляет примерно ту же величину, что и напряженность падающего поля волны, т.е. равна Е=10 мкВ/м. Через диэлектрическую проницаемость величина напряженности электрического поля, индуцируемая внешним электрическим полем, определяется выражениемAt frequencies of the control field equal to 100 MHz, the amplification of the electric field strength is approximately the same as the intensity of the incident field of the wave, i.e. equal to E = 10 μV / m. Through the dielectric constant, the magnitude of the electric field induced by an external electric field is determined by the expression

Однако существуют сегнетоэлектрики, которые обладают на порядки большими значениями диэлектрической проницаемости, может дать возможность производить еще большее усиление. Рассмотрим теперь зависимость изменения величины напряженности индуцированного сегнетоэлектриком внешнего электрического поля от величины напряжения управляющего поля в конденсаторе для рассматриваемых частот переменного напряжения. Такая зависимость напряженности электрического поля от поляризации сегнетоэлектрика типа титаната бария определяется выражениемHowever, there are ferroelectrics that have orders of magnitude greater dielectric permittivity, which may make it possible to produce even greater amplification. Let us now consider the dependence of the change in the magnitude of the intensity of the external electric field induced by the ferroelectric on the magnitude of the voltage of the control field in the capacitor for the alternating voltage frequencies under consideration. This dependence of the electric field on the polarization of a ferroelectric type barium titanate is determined by the expression

При частотах управляющего поля напряженность электрического поля, равная 100 МГц, усиление поля антенной из сегнетоэлектрика составляет все те же величины. Кроме того, полученные теоретические результаты по аппроксимированию экспериментальных результатов показывают совпадение с результатами данных в эксперименте.At frequencies of the control field, the electric field strength equal to 100 MHz, the field amplification by an antenna of a ferroelectric is all the same values. In addition, the theoretical results obtained for approximating the experimental results show a coincidence with the experimental data.

На практике часто используются неоднородные композиционные диэлектрики, представляющие собой смеси двух или более различных веществ - компонентов смеси. К таким материалам относятся многие пластические массы, состоящие из связующего и наполнителей, керамические, волокнистые, пропитанные и непропитанные пористые материалы и т.п. Для расчета эффективной диэлектрической проницаемости смеси предполагается, что ее отдельные компоненты не вступают друг с другом в химические реакции, т.е. смесь является физической. Для рассматриваемой антенны наиболее удобным является сборный сэндвич из одинаковых элементов в виде круглых пластинок из сегнетоэлектрика, разделенных друг от друга диэлектриком таких же пластинок с небольшой величиной диэлектрической проницаемости. Сэндвич должен состоять из такого количества пластинок, число которых соответствует по площади поверхностной площади параболической антенны диаметром в один метр. В предварительном отчете было найдено, что таких пластинок должно быть порядка ста штук. Определим суммарную величину диэлектрической проницаемости такой конструкции, которая имеет цилиндрическую форму. При этом соединения между такими пластинками может быть либо последовательным, либо параллельными между пластинками из сегнетоэлектрика. Объемные доли в обоих случаях можно взять одинаково равными единице. Диэлектрическая проницаемость одной пластинки берем в видеIn practice, heterogeneous composite dielectrics are often used, which are mixtures of two or more different substances - components of the mixture. Such materials include many plastics, consisting of a binder and fillers, ceramic, fibrous, impregnated and non-impregnated porous materials, etc. To calculate the effective dielectric constant of a mixture, it is assumed that its individual components do not enter into chemical reactions with each other, i.e. the mixture is physical. For the antenna under consideration, a prefabricated sandwich of the same elements in the form of round plates of a ferroelectric separated by a dielectric of the same plates with a small dielectric constant is most convenient. A sandwich should consist of such a number of plates, the number of which corresponds to the surface area of a parabolic antenna with a diameter of one meter. In a preliminary report, it was found that there should be about one hundred such records. We determine the total value of the dielectric constant of such a structure, which has a cylindrical shape. In this case, the connections between such plates can be either serial or parallel between the ferroelectric plates. Volume fractions in both cases can be taken equally equal to unity. The dielectric constant of one plate is taken in the form

При параллельном соединении общая величина диэлектрической проницаемости всей антенны, собранной из одинаковых пластинок в виде цилиндра диаметром d и длиной l=100L, будет равнаIn parallel connection, the total dielectric constant of the entire antenna, assembled from the same plates in the form of a cylinder with a diameter d and length l = 100L, will be equal to

При последовательном соединении таких одинаковых пластинок из сегнетоэлектрика общая величина диэлектрической проницаемости будет равнаWhen these identical plates made of ferroelectric are connected in series, the total dielectric constant will be equal to

При этом величины емкости в обоих случаях будут изменяться в противоположную сторону сопротивления в соответствии с этими соединениями. В нашем случае наиболее удобным является первый случай, когда величина диэлектрической проницаемости антенны возрастет, суммарная емкость уменьшится, а сопротивление антенны увеличиться. Связано это с этим, что увеличение диэлектрической проницаемости антенны приведет к увеличению усиления антенны и в то же время не изменит полосу приема и передачи сигнала, а также увеличит резонансную частоту. Антенна из сегнетоэлектрика представляет собой электрическую цепь, в которой нелинейный конденсатор, сопротивление и индуктивность. Соответственно в такой цепи будут иметь место нелинейные колебательные процессы, возбуждаемые электромагнитной волной. Присутствие сегнетоэлектрика в емкости приводит к явлению процессов переключения, происходящих в сегнетоэлектрическом кристалле. Напряженность внешнего электрического поля Е изменяется в пределах радиосигнала. Можно предположить, что резонансные кривые для первой гармоники тока в колебательном контуре с чистым сегнетоэлектриком типа титанат бария для различных температур и значений внешнего электрического поля будут изменяться с ростом температуры, а сами точки резонансов для данного значения температур будут сдвигаться в область меньших частот. Такая тенденция возникает и при увеличении внешнего поля при фиксированной температуре в области малых полей, где также наблюдаются смещение точки резонанса в сторону меньших частот. С увеличением амплитуды внешнего сигнала возникает тенденция к замедлению смещения точки резонанса по частоте. Последнее может быть объяснено изменением диэлектрической проницаемости сегнетоэлектрика ε в зависимости от температуры и приложенного поля. Действительно, с ростом температуры при приближении к точке Кюри Т_c диэлектрическая проницаемость сегнетоэлектрика увеличивается. Это обеспечивает рост емкости и в результате происходит уменьшение резонансной частоты контура. В беспримесном кристалле, где внутренне поле отсутствует, зависимость диэлектрической проницаемости от поля имеет максимум. Точка максимума разделяет зависимость ε(Е) на растущую и спадающую части относительно коэрцитивного поля Е_c. При приложении к контуру полей меньших коэрцитивной силы происходит увеличение ε и, как следствие, уменьшение резонансной частоты. Если величина приложенного поля превышает коэрцитивное поле, то переключение сегнетоэлектрика прекращается и, следовательно, уменьшается отношение dP/dE, а значит и ε. В этом случае резонансная частота будет увеличиваться с ростом поля. В примесном материале полевая зависимость диэлектрической проницаемости более сложная и поэтому, если учесть влияние приложенного поля, а также температурную зависимость величины ε, поведение резонансных токов оказывается таким, что происходит смещение максимума тока в сторону высоких частот. Кроме полученной зависимости поляризации среды от параметров, которые рассматривались выше, необходимо принять во внимание, что напряженность электрического поля волны изменяется в зависимости от пространства и времени Е=E(x,y,z,t). Соответственно, если известны все функциональные зависимости поляризации от основных параметров среды и внешнего воздействия, то можно определить и изменение от всех эти параметров величину поляризации и, как следствие, величину электрического поля во вне сегнетоэлектрика, которая возбуждается внешним электрическим полем волны в результате поляризации сегнетоэлектрика. Таким образом, в общем случае получаем выражение для величины электрического поля вне сегнетоэлектрика в зависимости от всех параметров среды и внешних условийIn this case, the capacitance values in both cases will change in the opposite direction of the resistance in accordance with these compounds. In our case, the first case is most convenient when the dielectric constant of the antenna increases, the total capacitance decreases, and the antenna resistance increases. This is due to the fact that an increase in the dielectric constant of the antenna will lead to an increase in the antenna gain and at the same time will not change the band of signal reception and transmission, as well as increase the resonant frequency. A ferroelectric antenna is an electric circuit in which a non-linear capacitor, resistance and inductance. Accordingly, in such a circuit nonlinear oscillatory processes excited by an electromagnetic wave will take place. The presence of a ferroelectric in the capacitance leads to the phenomenon of switching processes occurring in the ferroelectric crystal. The intensity of the external electric field E varies within the radio signal. It can be assumed that the resonance curves for the first harmonic of the current in the oscillatory circuit with a pure barium titanate type ferroelectric for various temperatures and external electric field values will change with increasing temperature, and the resonance points themselves for a given temperature value will shift to lower frequencies. This tendency also arises with an increase in the external field at a fixed temperature in the region of low fields, where a shift of the resonance point towards lower frequencies is also observed. With an increase in the amplitude of the external signal, a tendency arises to slow down the shift of the resonance point in frequency. The latter can be explained by a change in the dielectric constant of a ferroelectric ε as a function of temperature and applied field. Indeed, with increasing temperature approaching the Curie point T _{c, the} dielectric constant of the ferroelectric increases. This provides an increase in capacitance and, as a result, a decrease in the resonant frequency of the circuit. In a pure crystal, where there is no internal field, the field dependence of the dielectric constant has a maximum. The maximum point divides the dependence ε (E) into the rising and falling parts relative to the coercive field E _c . When lower coercive forces are applied to the contour of the fields, an increase in ε and, as a consequence, a decrease in the resonance frequency occur. If the magnitude of the applied field exceeds the coercive field, then the switching of the ferroelectric stops and, consequently, the ratio dP / dE decreases, and hence ε. In this case, the resonant frequency will increase with increasing field. In an impurity material, the field dependence of the dielectric constant is more complex and therefore, if we take into account the influence of the applied field and the temperature dependence of ε, the behavior of the resonant currents turns out to be such that the current maximum shifts toward higher frequencies. In addition to the obtained dependence of the polarization of the medium on the parameters considered above, it is necessary to take into account that the electric field strength of the wave varies depending on space and time E = E (x, y, z, t). Accordingly, if all functional dependences of polarization on the basic parameters of the medium and external influence are known, then the change in all these parameters can determine the polarization value and, as a result, the magnitude of the electric field outside the ferroelectric, which is excited by the external electric field of the wave as a result of polarization of the ferroelectric. Thus, in the general case, we obtain an expression for the magnitude of the electric field outside the ferroelectric, depending on all parameters of the medium and external conditions

В общем случае электрические и магнитные свойства различных сред описываются уравнениями Максвелла. Уравнения Максвелла имеют видIn the general case, the electric and magnetic properties of various media are described by Maxwell's equations. Maxwell's equations have the form

гдеWhere

Для нашего случая понадобится последнее уравнение из (18). В отсутствии токов это выражение можно преобразовать к видуFor our case, we need the last equation from (18). In the absence of currents, this expression can be converted to

или для круглого диска из сегнетоэлектрика радиуса ror for a circular disk of a ferroelectric of radius r

где ε₀ - диэлектрическая проницаемость вакуума. where ε ₀ is the dielectric constant of vacuum.

В силу того, что на поверхности пластины образуются переменные поверхностные заряды σ(E(t), которые возбуждаются за счет процессов поляризации сегнетоэлектрика внешним электрическим полем электромагнитной волны, пронизывающей среду диэлектрика, вне пластины образуется переменное электрическое поле E_s(t), которое в свою очередь индуцирует вихревое магнитное поле H_s(t). В соответствии с теми уравнениями Максвелла второе уравнение из (18) определяет процессы возбуждения вихревого электрического поля E_s1(t), направленного в противоположную сторону поля E_s(t), его вызывающего, и могущего индуцировать свободные электрическое заряды в проводящей среде в соответствии с законом Фарадея.Due to the fact that variable surface charges σ (E (t) are formed on the plate surface, which are excited due to polarization processes of the ferroelectric by the external electric field of the electromagnetic wave penetrating the dielectric medium, an alternating electric field E _s (t) is formed outside the plate, which turn induces a vortex magnetic field H _s (t). in accordance with the second equation of Maxwell's equations (18) determines the excitation processes induced electric field E _s1 (t), directed in the opposite Art Ron field E _s (t), causing it, and able to induce free electric charges in the conductive medium in accordance with Faraday's law.

где μ_о - магнитная проницаемость вакуума, L - расстояние между двумя пластинами сегнетоэлектрика. При заданном расстоянии между двумя круглыми пластинами вихревым магнитным полем создается электрический потенциал с напряженностью электрического поля, равнойwhere μ _о is the magnetic permeability of the vacuum, L is the distance between the two plates of the ferroelectric. At a given distance between two round plates, a vortex magnetic field creates an electric potential with an electric field strength equal to

или, что то же самое, индуцируется электрический ток для свободных зарядов в проводящей среде (токи Фуко), например, в металлическом проводе, который может располагаться внутри вихревого магнитного поля H_s(t)or, which is the same thing, an electric current is induced for free charges in a conducting medium (Foucault currents), for example, in a metal wire, which can be located inside a vortex magnetic field H _s (t)

где С - скорость света в вакууме, σ_s - коэффициент проводимости среды.where C is the speed of light in vacuum, σ _s is the conductivity coefficient of the medium.

В последнем случае необходимо, чтобы выполнялось условие для частоты электромагнитного поляIn the latter case, it is necessary that the condition for the frequency of the electromagnetic field is satisfied

Такое условие заведомо выполняется для расстояния между пластинами порядка одного сантиметра и меньше, что вполне допустимо для размерных параметров антенны с нелинейными свойствами. Вследствие этого рассеянное такой средой излучение будет иметь в своем составе дополнительные спектральные составляющие, которые необходимо учитывать. В частности, было установлено, что на низких частотах вольтамперная характеристика тонкой пластины сегнетокерамики очень похожа на характеристики диодов на р-n переходах. В то же время в сегнетоэлектриках имеют место такие эффекты, как нелинейная зависимость проницаемости и поляризации от величины поля и частоты электромагнитной волны. Определение нелинейных свойств сегнетоэлектриков открывает возможности для использования свойств нелинейных сред при создании антенн с новыми свойствами. Несмотря на перспективность таких задач, существующие методы анализа рассеяния электромагнитного поля радиодиапазона в нелинейной среде развиты слабо и в основном ограничиваются случаями вибраторных антенн с нелинейной нагрузкой или случаем нелинейного контакта двух бесконечных полуплоскостей. Прямой перенос известных методов нелинейной оптики на радиодиапазон не представляется возможным. В настоящее время в радиофизике используются приближенные методы, основанные на расчете характеристик поля вблизи выделенных гармоник на основе применения теории возмущений. Общим недостатком таких методов является то, что они не позволяют наглядно проследить изменение характеристик рассеянного сигнала в зависимости от изменения параметров рассеивающих элементов, параметров нелинейностей и спектральных характеристик падающего излучения. Для определения полного спектрального состава рассеянного сверхширокополосного излучения необходимо более точно описать процессы в нелинейной среде. Для этого необходимо исходить из общей электродинамической постановки задачи. В данной работе на основе развития известных аналитических и численных методов предлагается описание рассеянного в нелинейной среде поля в рамках скалярной электродинамической теории. Полученное интегральное уравнение учитывает как пространственные, так и временные изменения исходного сигнала при прохождении через нелинейную среду. Решение рассматривается для достаточно произвольной формы падающей волны и допускает эффективное использование для диагностики вида нелинейности. Показаны условия, при которых полученное уравнение переходит к представлению, используемому в методе эквивалентных схем. Подходы к решению данной задачи, в основном, используются по результатам работы.This condition is certainly satisfied for the distance between the plates of the order of one centimeter or less, which is quite acceptable for the dimensional parameters of the antenna with nonlinear properties. As a result of this, the radiation scattered by such a medium will include additional spectral components, which must be taken into account. In particular, it was found that at low frequencies the current-voltage characteristic of a thin ferroceramic plate is very similar to the characteristics of diodes at pn junctions. At the same time, in ferroelectrics there are such effects as a nonlinear dependence of permeability and polarization on the magnitude of the field and frequency of the electromagnetic wave. The determination of the nonlinear properties of ferroelectrics opens up possibilities for using the properties of nonlinear media in creating antennas with new properties. Despite the promise of such problems, existing methods for analyzing the scattering of the electromagnetic field of the radio range in a nonlinear medium are poorly developed and are mainly limited to cases of vibrating antennas with a nonlinear load or the case of a nonlinear contact of two infinite half-planes. Direct transfer of the known methods of nonlinear optics to the radio range is not possible. At present, approximate methods are used in radiophysics based on the calculation of the field characteristics near the selected harmonics based on the application of perturbation theory. A common drawback of such methods is that they do not allow you to visually trace the change in the characteristics of the scattered signal depending on changes in the parameters of the scattering elements, nonlinearity parameters and spectral characteristics of the incident radiation. To determine the total spectral composition of scattered ultrawideband radiation, it is necessary to more accurately describe processes in a nonlinear medium. For this, it is necessary to proceed from the general electrodynamic formulation of the problem. In this paper, based on the development of well-known analytical and numerical methods, a description of the field scattered in a nonlinear medium is proposed in the framework of the scalar electrodynamic theory. The resulting integral equation takes into account both spatial and temporal changes of the original signal when passing through a nonlinear medium. The solution is considered for a rather arbitrary shape of the incident wave and can be effectively used to diagnose the form of nonlinearity. Shown are the conditions under which the resulting equation goes over to the representation used in the equivalent circuit method. Approaches to solving this problem are mainly used based on the results of the work.

Запишем материальные уравнения Максвелла для нелинейной среды. Для простоты магнитные свойства среды учитывать не будем, считая магнитную проницаемость μ_o постоянной. Если среда не изменяет со временем своих свойств, то диэлектрическая проницаемость и проводимость должны зависеть лишь от разности времени. При этом материальные уравнения для векторов электрической индукции и плотности тока в спектральной области принимают видWe write the material Maxwell equations for a nonlinear medium. For simplicity, we will not take into account the magnetic properties of the medium, considering the magnetic permeability μ _o constant. If the medium does not change its properties over time, then the dielectric constant and conductivity should depend only on the time difference. Moreover, the material equations for the vectors of electric induction and current density in the spectral region take the form

Здесь ε_о(ω) и σ_o(ω) - абсолютная диэлектрическая проницаемость и удельная проводимость фоновой среды, которая предполагается линейной и однородной. Вторые слагаемые в квадратных скобках для диэлектрической проницаемости и удельной проводимости связаны с нелинейными возмущениями фоновой среды и зависят от напряженности поля Е:Here ε _о (ω) and σ _o (ω) are the absolute permittivity and specific conductivity of the background medium, which is assumed to be linear and homogeneous. The second terms in square brackets for permittivity and conductivity are related to nonlinear perturbations of the background medium and depend on the field strength E:

В этой постановке задача определения некоторой компоненты полного электрического поля сводится к решению неоднородного интегрального уравнения Фредгольма первого рода:In this formulation, the problem of determining some component of the total electric field is reduced to solving the inhomogeneous Fredholm integral equation of the first kind:

где

- функция Грина,

- волновое число для фоновой среды. Поле Е_o(r,ω) представляет собой напряженность поля первичной волны, а интеграл в правой части описывает рассеянное нелинейными неоднородностями поле. Уравнение записано в скалярном представлении и известно в литературе как уравнение Липпмана-Швингера. Оно получается из дифференциального уравнения Гельмгольца с использованием метода функций Грина. Важно подчеркнуть, что записанное уравнение представляет собой нелинейное интегральное уравнение. Нелинейность проявляется через зависимость электрофизических параметров среды от напряженности поля. Исследуем полученную зависимость для случая, когда неоднородность изолирована и сосредоточена в некоторой точке пространства. Для r_o определенности будем считать, что форма неоднородности аппроксимируется цилиндром длиной L и радиусом a (фиг.1).Where

- Green's function,

is the wave number for the background medium. The field E _o (r, ω) represents the field strength of the primary wave, and the integral on the right side describes the field scattered by nonlinear inhomogeneities. The equation is written in the scalar representation and is known in the literature as the Lippmann-Schwinger equation. It is obtained from the Helmholtz differential equation using the Green's function method. It is important to emphasize that the written equation is a nonlinear integral equation. Nonlinearity is manifested through the dependence of the electrophysical parameters of the medium on the field strength. We study the obtained dependence for the case when the heterogeneity is isolated and concentrated at some point in space. For r _o definiteness, we assume that the inhomogeneity form is approximated by a cylinder of length L and radius a (Fig. 1).

Согласно данному соотношению рассеянное неоднородностью поле и его спектр определяются значениями полного поля в точке расположения неоднородности E_o(r,ω), Нахождение величины поля Е_о(r,ω) составляет так называемую внутреннюю электродинамическую задачу. Для определения его совместим точку наблюдения с центром неоднородности. Оценим интеграл в уравнении в предположении, что характерные размеры неоднородности малы (a,L≪λ), и экспоненциальный член под интегралом разложим в ряд по степеням малости ее показателя. В этом случае для внутренней задачи можно записать выражение для напряженности наведенного электрического поляAccording to this relation, the field scattered by the inhomogeneity and its spectrum are determined by the total field at the location of the inhomogeneity E _o (r, ω). Finding the magnitude of the field E _o (r, ω) is the so-called internal electrodynamic problem. To determine it, the observation point is compatible with the center of heterogeneity. We estimate the integral in the equation under the assumption that the characteristic dimensions of the inhomogeneity are small (a, L≪λ), and we expand the exponential term under the integral in a series in powers of smallness of its exponent. In this case, for the internal problem, we can write an expression for the intensity of the induced electric field

Эта оценка получена в предположении, что поле сосредоточено вблизи поверхности неоднородности. Вид этой функции зависит также от формы апроксимации неоднородности. Отсюда напряжение наведенного электрического поля в пластине сегнетокерамики можно представить в видеThis estimate is obtained under the assumption that the field is concentrated near the surface of the inhomogeneity. The form of this function also depends on the form of approximation of the inhomogeneity. Hence, the voltage of the induced electric field in the ferroceramic plate can be represented as

Здесь введены обозначения, имеющие следующий физический смысл:Designations are introduced here that have the following physical meaning:

u_o(ω)=E_o(r,ω)·L - электродвижущая сила (ЭДС), наведенная падающим излучением на неоднородности, u(ω)=E(r,ω)·L_- - и I(ω)=π·a²·σ₁(r_o,ω)·E(r_o,ω) - падение напряжения и ток проводимости, наведенные на нелинейном элементе, C(ω)=ε₁(r_o,ω)·π·a²/L - эквивалентная емкость. Кроме того,

- комплексное входное сопротивление, зависящее от геометрических размеров объекта. Реальная часть Z(ω) с точностью до постоянного множителя совпадает с сопротивлением излучения элементарного вибратора, а мнимая часть соответствует реактивной части входного сопротивления в электродинамике излучающих систем. В случае L≪a мнимая часть Z(ω) соответствует индуктивному сопротивлению диска. Уравнению соответствует эквивалентная схема, изображенная на фиг.2. Этим представлением пользуются при анализе реакции вибратора, нагруженного на нелинейность типа нелинейный контакт или диод. В отличие от традиционного подхода уравнение получено на основе асимптотического анализа точных волновых представлений. В общем случае нелинейные свойства среды учтены в уравнении через ток I(ω) и емкость C(ω). Такое представление вида нелинейности элемента через его вольтамперную и вольтфарадную характеристики во временном представлении является общепринятым для практических расчетов. Однако при малых размерах неоднородности λ≫a≫L нелинейностью индуктивности и емкости можно пренебречь. С учетом сказанного ясно, что простое по форме уравнение на самом деле является неоднородным нелинейным интегральным уравнением. При произвольном виде вольтамперной характеристики I=φ(u) аналитического решения этого уравнение получить не удается. Рассеянное нелинейностью поле полностью определяется полем на ней, что и составляет внешнюю электродинамическую задачу. Согласно соотношению поле, рассеянное пластинкой сегнетоэлектрика, в дальней зоне (при |k(r-r_o)|≫1) можно определить по формулеu _o (ω) = E _o (r, ω) · L is the electromotive force (EMF) induced by the incident radiation on the inhomogeneities, u (ω) = E (r, ω) · L _- - and I (ω) = π · A ² · σ ₁ (r _o , ω) · E (r _o , ω) is the voltage drop and conduction current induced on the nonlinear element, C (ω) = ε ₁ (r _o , ω) · π · a ² / L is the equivalent capacity. Moreover,

- complex input impedance, depending on the geometric dimensions of the object. The real part of Z (ω), up to a constant factor, coincides with the radiation resistance of an elementary vibrator, and the imaginary part corresponds to the reactive part of the input resistance in the electrodynamics of radiating systems. In the case of L≪a, the imaginary part Z (ω) corresponds to the inductive resistance of the disk. Equation corresponds to the equivalent circuit depicted in figure 2. This representation is used in the analysis of the reaction of a vibrator loaded on a nonlinearity of the type nonlinear contact or diode. In contrast to the traditional approach, the equation is obtained on the basis of an asymptotic analysis of exact wave representations. In the general case, the nonlinear properties of the medium are taken into account in the equation through the current I (ω) and the capacitance C (ω). Such a representation of the type of nonlinearity of an element through its current-voltage and voltage-voltage characteristics in a temporary representation is generally accepted for practical calculations. However, for small sizes of the inhomogeneity λ≫a≫L, the nonlinearity of the inductance and capacitance can be neglected. In view of the foregoing, it is clear that a simple-form equation is actually an inhomogeneous nonlinear integral equation. For an arbitrary form of the current-voltage characteristic I = φ (u), an analytical solution to this equation cannot be obtained. The field scattered by nonlinearity is completely determined by the field on it, which constitutes the external electrodynamic problem. According to the relation, the field scattered by the ferroelectric plate in the far zone (at | k (rr _o ) | ≫1) can be determined by the formula

где I_∑(ω)=I(ω)-i·C(ω)·u(ω).where I _∑ (ω) = I (ω) -i · C (ω) · u (ω).

С учетом векторного характера электромагнитного излучения рассеянное поле можно определить по формуле, имеющей место для элементарного электрического вибратора:Given the vector nature of electromagnetic radiation, the scattered field can be determined by the formula that holds for an elementary electric vibrator:

Здесь E₀, H_θ - составляющие электрического и магнитного поля в сферической системе координат,

- волновое сопротивление фоновой среды, θ - угол между осью цилиндра и направлением на точку наблюдения. Для решения уравнения использовался метод последовательных приближений. На основе полученных выражений для процессов рассеяния электромагнитной волны на нелинейной и неоднородной среде можно определить параметры усиления сегнетоэлектрической антенны и параметры рассеянной электромагнитной волны. Сначала необходимо определить спектры амплитуд падающей волны и волны рассеянной в зависимости частоты. Для этого необходимо определить вольтамперную характеристику для рассматриваемого нелинейного элемента из сегнетоэлектрика. В соответствии с формулой преобразования выражения плоской электромагнитной волны и выражения для диэлектрической проницаемости для сегнетоэлектрикаHere E ₀ , H _θ are the components of the electric and magnetic fields in a spherical coordinate system,

is the wave resistance of the background medium, θ is the angle between the axis of the cylinder and the direction to the observation point. To solve the equation, the method of successive approximations was used. Based on the expressions obtained for the processes of scattering of an electromagnetic wave by a nonlinear and inhomogeneous medium, it is possible to determine the gain parameters of a ferroelectric antenna and the parameters of a scattered electromagnetic wave. First, it is necessary to determine the spectra of the amplitudes of the incident wave and the scattered wave as a function of frequency. For this, it is necessary to determine the current-voltage characteristic for the considered nonlinear element made of ferroelectric. In accordance with the conversion formula of the expression of a plane electromagnetic wave and the expression for permittivity for a ferroelectric

получаем диэлектрическую проницаемость для среды антенны с нелинейным возмущением в видеwe obtain the dielectric constant for the antenna medium with a nonlinear perturbation in the form

где

- диэлектрическая проницаемость среды без возмущения, β=2,7·10^-13 - константа для титаната бария,

волновое число для наведенной волны, ω₁ - частота затухания наведенной волны. На основе полученных выражений определяется спектральная характеристика наведенного электромагнитного поля в сегнетоэлектрике и в первом приближении решения этого уравнения получают, что действительная часть выражения определяет спектральную характеристику поля в среде, а мнимая часть характеризует затухание наведенной электромагнитной волны в сегнетоэлектрике. Отношение амплитуды наведенной волны к амплитуде падающей определяет величину усиления сигнала при частоте ω=10 ГГц, К=10·lg(E(ω)/E₀)=20...db Таким образом, теоретические исследования по определению параметров наведенного поля показывают, что величина амплитуды наведенного поля хотя и превосходит на два порядка величину амплитуды падающего поля, однако такой величины амплитуды еще недостаточно, для того чтобы использовать в качестве приемного сигнала антенны наведенное поле. Результаты расчетов показывают, что напряжения и токи слишком малы в такой схеме. Это связано с тем, что антенна в такой схеме имеет высокомное сопротивление самого сегнетоэлектрика. В связи с этим необходимо перейти к другой эквивалентной схеме антенны, в которой приемный сигнал будет фиксироваться не наведенным полем, а амплитудой рассеянного поля. В данном случае для определения параметров антенны из сегнетоэлектрика необходимо найти величину амплитуды рассеянного поля. Численные расчеты изменения амплитуды рассеянного поля в зависимости от частоты поля при заданных значениях параметров среды: μ₀:=1.26^(-6), σ₁(w):=2.5 10¹¹, L:=1.10¹¹, d:=1.10^(-2), β:=1.10^(-13),и падающего поля: Ео:=1.10^(-5), a:=1.10¹⁵, a:= 1.10¹⁵, k:=.33 10^-8 w показаны на фиг.3.Where

is the dielectric constant of the medium without disturbance, β = 2.7 · 10 ^-13 is a constant for barium titanate,

wave number for the induced wave, ω ₁ - attenuation frequency of the induced wave. Based on the obtained expressions, the spectral characteristic of the induced electromagnetic field in the ferroelectric is determined and, as a first approximation, the solutions of this equation are obtained that the real part of the expression determines the spectral characteristic of the field in the medium, and the imaginary part characterizes the attenuation of the induced electromagnetic wave in the ferroelectric. The ratio of the amplitude of the induced wave to the amplitude of the incident determines the signal gain at a frequency of ω = 10 GHz, K = 10 · log (E (ω) / E ₀ ) = 20 ... db Thus, theoretical studies to determine the parameters of the induced field show that the magnitude of the amplitude of the induced field, although it exceeds by two orders of magnitude the amplitude of the incident field, however, this magnitude of the amplitude is still not enough to use the induced field as the receiving signal of the antenna. The calculation results show that voltages and currents are too small in such a circuit. This is due to the fact that the antenna in such a circuit has a high resistance of the ferroelectric itself. In this regard, it is necessary to move to another equivalent antenna circuit, in which the receiving signal will be recorded not by the induced field, but by the amplitude of the scattered field. In this case, to determine the parameters of an antenna made of a ferroelectric, it is necessary to find the magnitude of the amplitude of the scattered field. Numerical calculations of the change in the amplitude of the scattered field as a function of the field frequency for given medium parameters: μ ₀ : = 1.26 ^(-6) , σ ₁ (w): = 2.5 10 ¹¹ , L: = 1.10 ¹¹ , d: = 1.10 ^{(- 2)} , β: = 1.10 ^(-13) , and the incident field: Eo: = 1.10 ^(-5) , a: = 1.10 ¹⁵ , a: = 1.10 ¹⁵ , k: =. 33 10 ^-8 w are shown in FIG. 3.

По оси ординат величина напряженности электрического поля мВ/м, по оси абцисс частота переменного электрического поля. Из фиг.5 видно, что величина рассеянного поля достаточно велика, чтобы использовать это поле в качестве приемного сигнала. При последовательном соединении ста пластинок из сегнетоэлектрика величина напряженности электрического поля в соответствии с формулой возрастет во столько же раз, т.е. будет равна порядка 1В/м. Усиление такой антенны возрастет еще на два порядка по сравнению с одной пластинке и будет соответствовать и даже выше усиления параболической антенне с апертурой в один метр. Для приема сигнала необходимо воспользоваться уравнением для магнитного поля, которое индуцируется электрическим полем волны E₁(w) в соответствии с законом МаксвеллаOn the ordinate axis, the magnitude of the electric field is mV / m, on the abscissa axis is the frequency of the alternating electric field. Figure 5 shows that the magnitude of the scattered field is large enough to use this field as a receiving signal. When a hundred plates of ferroelectric are connected in series, the electric field strength in accordance with the formula will increase by the same amount, i.e. will be equal to about 1V / m. The gain of such an antenna will increase by another two orders of magnitude compared to a single plate and will correspond to and even higher than the gain of a parabolic antenna with an aperture of one meter. To receive the signal, it is necessary to use the equation for the magnetic field, which is induced by the electric field of the wave E ₁ (w) in accordance with Maxwell's law

В соответствии с законом Фарадея переменное вихревое магнитное поле, пронизывая контур из металлической проволоки, будет индуцировать ток в таком витке, который определяется из выраженияIn accordance with the Faraday law, an alternating vortex magnetic field, penetrating the contour of a metal wire, will induce a current in such a turn, which is determined from the expression

В соответствии с результатами, показанными на фиг.5, величина тока, которая индуцируется вихревым магнитным полем за счет переменного электрического поля поляризации сегнетоэлектрика в рассматриваемой антенне, будет по порядку 0,1 А. Такая величина тока в в антенне превышает во много раз величину тока в современных антеннах. На фиг.4 изображены следующие позиции: 1 - линии напряженности падающей электромагнитной волны (Е), 2 - пластинка сегнетоэлектрика, 3 - линии напряженности наведенной электромагнитной волны, 4 - линии вихревого магнитного поля (H₁) вторичной электромагнитной волны (E₁), индуцируемого наведенным электрическим полем, 5 - поверхностные связные заряды поляризация сегнетоэлектрика (Р) в результате наведения электрического поля падающей электромагнитной волной, 6 - виток провода сердечника, в котором индуцируется переменный ток вихревым магнитным полем, 7 - переменный ток (J₁), индуцируемый вихревым магнитным полем, 8 - управляющие электроды. На фиг.4 показаны физические процессы индуцирования вихревым магнитным полем переменного тока в витке в результате индуцирования магнитного поля переменным электрическим полем поляризации сегнетоэлектрика при рассеянии падающей электромагнитной волны. Таким образом, конструкция телевизионной антенны представляется в виде диэлектрического диска соответствующего размера из сегнетоэлектрика типа титаната бария. Эквивалентная схема на фиг.2. На торцах диска припаяны электроды, которые подсоединяются к источнику питания. Внутри диэлектрика напряженность электрического поля равна нулю. Схематически антенна представляет собой конденсатор, на котором возникают поверхностные заряды при наведении электрического поля первичным электромагнитным полем, индуцирующие в свою очередь свободные заряды в проводнике электродов. Однако в силу плохой проводимости кристалла или керамики из сегнетоэлектрика проводники электродов замыкаются на резистор (сегнетоэлектрик имеет очень большое сопротивление) с большим омическим сопротивлением. Тем самым в проводнике с таким сопротивлением создается очень слабый ток, что приводит к малому усилению поступающего на антенну электромагнитного сигнала. Величина поверхностного заряда, которая индуцируется, на поверхности диэлектрика, в принципе не зависит от поперечного размера диска, а только от площади торцевой поверхности, т.к. диэлектрик из сегнетоэлектрика является анизотропным и поляризационными свойствами обладает только в определенном направлении. Таким образом, толщина диска может быть достаточно малой, например, не более десятой доли миллиметра. При этом общее сопротивление такого диска резко уменьшится. В соответствии с этим можно сделать наборную конструкции из некоторого количества дисков, каждый из которых будет иметь свои электроды. С помощью этих электродов можно будет соединять между собой диски параллельно или последовательно в зависимости от необходимости иметь большой токовый сигнал с малым сопротивление и большой емкостью или большую величину потенциала сигнала с большим сопротивлением и малой емкостью. Полный сигнал суммируется от всех дисков. Количество дисков определяется из необходимости получения нужной величины коэффициента усиления. Из соответствующего набора дисков можно определить также необходимую величину коэффициента преобразования для длины электромагнитной волны, распространяющуюся в диэлектрической среде. Рассмотренная конструкция соответствует магнитодипольному типу антенн с резистором в витке и с дополнительным электрическим сигналом, который поступает от индуцированных поверхностных зарядов на сегнетоэлектрике.In accordance with the results shown in Fig. 5, the magnitude of the current induced by the vortex magnetic field due to the alternating electric polarization field of the ferroelectric in the antenna under consideration will be in the order of 0.1 A. Such a magnitude of the current in the antenna is many times greater than the magnitude of the current in modern antennas. Figure 4 shows the following positions: 1 - lines of intensity of the incident electromagnetic wave (E), 2 - plate of a ferroelectric, 3 - lines of intensity of the induced electromagnetic wave, 4 - lines of the vortex magnetic field (H ₁ ) of the secondary electromagnetic wave (E ₁ ), induced by an induced electric field, 5 — surface coupled charges polarization of a ferroelectric (P) as a result of inducing an electric field by an incident electromagnetic wave, 6 — turn of a core wire in which alternating current is induced by a vortex magnetic field Lemma, 7 - the alternating current (J _1), a vortex induced magnetic field, 8 - the control electrodes. Figure 4 shows the physical processes of induction by an eddy magnetic field of an alternating current in a coil as a result of inducing a magnetic field by an alternating electric field of polarization of a ferroelectric in the scattering of an incident electromagnetic wave. Thus, the design of the television antenna is presented in the form of a dielectric disk of the corresponding size from a ferroelectric such as barium titanate. The equivalent circuit in figure 2. At the ends of the disk, electrodes are soldered, which are connected to a power source. Inside the dielectric, the electric field strength is zero. Schematically, an antenna is a capacitor on which surface charges occur when an electric field is induced by a primary electromagnetic field, which in turn induces free charges in the electrode conductor. However, due to the poor conductivity of a crystal or ceramic made of ferroelectric, the electrode conductors are closed on a resistor (ferroelectric has a very high resistance) with a large ohmic resistance. Thus, a very weak current is created in a conductor with such resistance, which leads to a small amplification of the electromagnetic signal arriving at the antenna. The magnitude of the surface charge that is induced on the surface of the dielectric, in principle, does not depend on the transverse size of the disk, but only on the area of the end surface, since a ferroelectric dielectric is anisotropic and has polarization properties only in a certain direction. Thus, the thickness of the disk can be quite small, for example, not more than a tenth of a millimeter. In this case, the total resistance of such a disk will decrease sharply. In accordance with this, it is possible to make typesetting designs from a number of disks, each of which will have its own electrodes. Using these electrodes, it will be possible to connect the disks in parallel or in series, depending on the need to have a large current signal with a small resistance and a large capacitance or a large signal potential with a large resistance and a small capacitance. The full signal is summed from all drives. The number of disks is determined from the need to obtain the desired gain. From the corresponding set of disks, it is also possible to determine the necessary value of the conversion coefficient for the electromagnetic wavelength propagating in the dielectric medium. The considered design corresponds to the magnetic dipole type of antennas with a resistor in the coil and with an additional electrical signal, which comes from induced surface charges on a ferroelectric.

Возможно построение также другой конструкции антенны, в которой омическое сопротивление витка будет очень малым, но при этом будет иметь большое волновое сопротивление. Сегнетоэлектрические диски малой толщины делаются с малым отверстием в середине (10 мкм - 0,1 мм) и нанизываются попеременно с дисками такой же толщины из обычных неполяризованных диэлектриков или диэлектрических ферритов с большой магнитной проницаемостью (феррит бария). В этом случае высокая диэлектрическая проницаемость сегнетоэлектриков совместно с большой величиной магнитной проницаемости ферритов создает сильный эффект преобразования электромагнитной волны. Кроме того, периодически неоднородная структура создает еще эффект бегущей волны вдоль оси антенны. Через отверстия дисков пропускается один виток или много витков металлического провода (фиг.5). За счет эффекта преобразования связных зарядов в свободные заряды в соответствии с законом Фарадея в металлическом витке будет индуцироваться переменный электрический ток, который будет регистрироваться как пришедший сигнал. Величина сигнала будет определяться количеством сегнетоэлектрических дисков и площадью дисков. Электрическая схема такой антенны представляется в виде стороннего источника (генератора электрической энергии), подключенного к виткам через индуктивную катушку и резистора с малой величиной омического сопротивления (фиг.4).It is also possible to build another antenna design in which the ohmic resistance of the coil will be very small, but will have a large wave impedance. Small-thickness ferroelectric disks are made with a small hole in the middle (10 μm - 0.1 mm) and are strung alternately with disks of the same thickness from ordinary unpolarized dielectrics or dielectric ferrites with high magnetic permeability (barium ferrite). In this case, the high dielectric constant of ferroelectrics, together with the high magnetic permeability of ferrites, creates a strong effect of the conversion of the electromagnetic wave. In addition, a periodically inhomogeneous structure also creates the effect of a traveling wave along the axis of the antenna. Through the holes of the disks, one turn or many turns of a metal wire is passed (Fig. 5). Due to the effect of converting the connected charges into free charges, in accordance with the Faraday law, an alternating electric current will be induced in the metal coil, which will be recorded as a received signal. The magnitude of the signal will be determined by the number of ferroelectric disks and the area of the disks. The electrical circuit of such an antenna is presented in the form of a third-party source (electric energy generator) connected to the turns through an inductive coil and a resistor with a small value of ohmic resistance (Fig. 4).

Для определения количества сегнетоэлектрических дисков будем исходить из величины площади параболоидной антенны (зеркальные антенны). Такая антенна регистрирует сигнал от всего падающего потока электромагнитной энергии волны длинно волнового диапазона на заданную площадь. Предположим, что в нашем случае необходимо для такого же диапазона волны необходимо зарегистрировать такую же энергию электромагнитной волны. Это означает, что общая площадь всех сегнетоэлектрических дисков должна быть равна площади параболоида S_o. Отсюда количество дисков будет равноTo determine the number of ferroelectric disks, we will proceed from the area of a paraboloid antenna (mirror antennas). Such an antenna records the signal from the entire incident stream of electromagnetic energy of the wave of the long wavelength range for a given area. Suppose that in our case it is necessary for the same wavelength range, it is necessary to register the same energy of the electromagnetic wave. This means that the total area of all ferroelectric disks should be equal to the area of the paraboloid S _o . From here the number of disks will be equal

где S - площадь торца одного диска и сегнетоэлектрика. Относительный коэффициент усиления двух сравниваемых антенн определяется величиной

. Условие сравнения эффективности двух сравниваемых антенн определяется выражение N>=N_s. Если исходить из площади метровой параболической антенны, коэффициент усиления которой равен 40 дБ, и коэффициента усиления сегнетоэлектрической антенны из одного диска по первой конструкции, равной 20 дБ, то для уравнения усиления двух антенн необходимо сегнетоэлектрических дисков взять N_s=100 штук. При заданной величине площади S=30 см² каждого диска получаем, что количество дисков для сравнения коэффициент усиления должно быть N=300 шт., т.е. больше, чем это надо. Если толщина дисков будет равна 10 мкм, то общая толщина сегнетоэлектрической антенны будет равна 3 мм, что на много меньше по толщине с антенной для первой конструкции. Однако теперь при такой конструкции коэффициент усиления сегнетоэлектрической антенны сравним с коэффициентом усиления параболической антенны для метрового диапазона электромагнитной волны. При условии использовании новой конструкции такая антенна действительно может соответствовать всем параметрам телевизионной антенны для длинноволнового диапазона.where S is the area of the end face of one disk and ferroelectric. The relative gain of the two compared antennas is determined by

. The condition for comparing the effectiveness of the two compared antennas is determined by the expression N> = N _s . If we proceed from the area of a meter-long parabolic antenna, the gain of which is 40 dB, and the gain of a ferroelectric antenna from one disk according to the first design, equal to 20 dB, then for the gain equation of two antennas it is necessary to take ferroelectric disks N _s = 100 pieces. For a given size of the area S = 30 cm ^{2 of} each disk, we obtain that the number of disks for comparison, the gain should be N = 300 pcs., I.e. more than necessary. If the thickness of the disks is 10 μm, then the total thickness of the ferroelectric antenna will be 3 mm, which is much smaller in thickness with the antenna for the first design. However, now with this design, the gain of the ferroelectric antenna is comparable to the gain of the parabolic antenna for the meter range of the electromagnetic wave. Provided that a new design is used, such an antenna can indeed correspond to all parameters of a television antenna for the long-wave range.

Claims (6)

1. Способ возбуждения сегнетоэлектрической антенны, включающий индуцирование высокочастотного тока в металлическом сердечнике вибратора внешним электромагнитным полем, возбуждение в цилиндрическом объеме сегнетокерамики в сегнетофазе поверхностных зарядов поляризации, индуцирование в окружающем пространстве при передаче и возбуждение в том же цилиндрическом объеме при приеме вторичного электромагнитного поля для точной настройки и перестройки антенны на другие диапазоны частот, отличающийся тем, что цилиндрический объем антенны выполняют из чередующихся между собой слоев сегнетокерамических пластин и пластин из ферритодиэлектрического материала, которые набирают в заданном объеме и жестко скрепляют между собой в виде слоистого пакета, каждый сегнетокерамический слой которого является вибратором, а для усиления радиосигнала при приеме возбуждают антенну индуцированием поверхностных зарядов поляризации в каждом вибраторе в сегнетофазе внешним электромагнитным полем слоистого пакета, и теми же зарядами поляризации возбуждают высокочастотное вторичное электромагнитное поле, которым индуцируют высокочастотные токи в сердечнике, выполненном в виде металлического витка, и таким образом увеличивают коэффициент усиления приемного сигнала пропорционально числу вибраторов в слоистом пакете, площади вибратора, величине диэлектрической проницаемости сегнетокерамики, величине магнитной проницаемости ферритодиэлектрических пластин, величине индуктивности пакета вибраторов из сегнетокерамики, волновому сопротивлению пакета, числу витков в сердечнике и индуктивности сердечника, а увеличение мощности радиосигнала при передачи получают, когда антенну возбуждают высокочастотными токами в металлическом витке и тем самым возбуждают высокочастотные электрические поля поверхностных зарядов поляризации вибраторов в сегнетофазе и излучают в пространство, получая таким образом вторичное электромагнитное поле, мощность которого также пропорциональна числу вибраторов в слоистом пакете, площади вибратора, величине диэлектрической проницаемости сегнетокерамики, величине магнитной проницаемости ферритодиэлектрических пластин, величине индуктивности пакета вибраторов из сегнетокерамики, волновому сопротивлению пакета, числу витков сердечника и индуктивности сердечника.1. The method of excitation of a ferroelectric antenna, including the induction of a high-frequency current in the metal core of the vibrator by an external electromagnetic field, excitation in the cylindrical volume of ferroceramics in the ferroelectric phase of polarization surface charges, induction in the surrounding space during transmission and excitation in the same cylindrical volume when receiving a secondary electromagnetic field for accurate tuning and tuning the antenna to other frequency ranges, characterized in that the cylindrical volume of the antenna They are made of alternating layers of ferroceramic plates and plates of ferrite-dielectric material, which are collected in a given volume and rigidly fastened together in the form of a layered package, each ferro-ceramic layer of which is a vibrator, and to amplify the radio signal during reception, the antenna is excited by inducing surface polarization charges in each the vibrator in the ferroelectric phase by the external electromagnetic field of the layered packet, and the same polarization charges excite the high-frequency secondary electromagnetic field, which induces high-frequency currents in the core, made in the form of a metal coil, and thus increase the gain of the receiving signal in proportion to the number of vibrators in the layered package, the area of the vibrator, the dielectric constant of ferroceramics, the magnetic permeability of ferrite-dielectric plates, the magnitude of the inductance of the package of vibrators ferroceramics, the wave impedance of the packet, the number of turns in the core and the inductance of the core, and the increase the power of the radio signal during transmission is obtained when the antenna is excited by high-frequency currents in a metal coil and thereby excite high-frequency electric fields of surface charges of the polarization of the vibrators in the ferroelectric phase and radiate into space, thereby obtaining a secondary electromagnetic field, the power of which is also proportional to the number of vibrators in the layered package, the area vibrator, the value of the dielectric constant of ferroceramics, the magnitude of the magnetic constant of ferritic dielectric plates, the inductance of the package of vibrators made of ferroceramics, the wave impedance of the package, the number of turns of the core and the inductance of the core. 2. Сегнетоэлектрическая антенна, содержащая цилиндрический объем из сегнетокерамики, управляющие сетчатые электроды на торцевых плоскостях цилиндрического объема и внешний источник постоянного напряжения, отличающаяся тем, что цилиндрический объем антенны выполнен из сегнетокерамических пластин, разделенных друг от друга пластинами той же толщины из ферритодиэлектрического материала, при этом все пластины герметично и жестко скреплены между собой в единый слоистый пакет вибраторов из сегнетокерамики для увеличения усиления антенны, на плоские торцы каждого из которых нанесен управляющий электродный слой, при этом все вибраторы в пакете соединены между собой управляющими электродами, сердечник выполнен из металлического витка провода и жестко установлен в центральном отверстии пакета вибраторов и соединен своими концами к приемно-передающему устройству, а внешний источник постоянного напряжения подсоединен к вибраторам или к управляющим электродам.2. A ferroelectric antenna containing a cylindrical volume made of ferroceramics, control mesh electrodes on the end planes of a cylindrical volume and an external constant voltage source, characterized in that the cylindrical volume of the antenna is made of ferroceramic plates separated from each other by plates of the same thickness of ferrite-dielectric material, this all the plates are tightly and rigidly bonded to each other in a single layered package of vibrators made of ferroceramics to increase the gain of the antennas s, on the flat ends of each of which a control electrode layer is applied, while all the vibrators in the package are interconnected by control electrodes, the core is made of a metal coil of wire and is rigidly installed in the central hole of the package of vibrators and connected with its ends to the transmitter and receiver, and An external DC voltage source is connected to the vibrators or to the control electrodes. 3. Устройство антенны по п.2, отличающееся тем, что вибраторы изготовлены в виде конденсатора, а на внешней стороне пластин конденсатора жестко прикреплены пластины из пьезокристаллов.3. The antenna device according to claim 2, characterized in that the vibrators are made in the form of a capacitor, and on the outside of the capacitor plates are rigidly attached plate of piezoelectric crystals. 4. Устройство антенны по п.2, отличающееся тем, что управляющие электроды для вибраторов выполнены из полупроводникового материала n- или р-типа.4. The antenna device according to claim 2, characterized in that the control electrodes for the vibrators are made of n- or p-type semiconductor material. 5. Устройство антенны по п.2, отличающееся тем, что все вибраторы в пакете соединены между собой управляющими электродами по схеме параллельного или последовательного соединения.5. The antenna device according to claim 2, characterized in that all the vibrators in the package are interconnected by control electrodes according to a parallel or serial connection scheme. 6. Устройство антенны по п.3, отличающееся тем, что вибраторы изготовлены из полупроводникового материала n- или р-типа, а управляющие электроды из полупроводникового материала противоположного типа с n.р.n или р.n.р переходом.6. The antenna device according to claim 3, characterized in that the vibrators are made of n- or p-type semiconductor material, and the control electrodes are of the opposite type of semiconductor material with an n.p.n or p.n.p junction.

Images