«БИОТРОН-ЕКОМ»

Область техники

Изобретение относится к области антенной техники и может использоваться для эффективной передачи концентрированного излучения от любого большого по объему источника к любому объемному объекту меньшего размера, в частности в медицине для поддержания жизненных сил человека, в растениеводстве для повышения продуктивности растений путем передачи излучения от одних растений другими, в химической промышленности для воздействия излучением СВЧ на жидкие и газообразные среды.

Предшествующий уровень техники

Известны устройства для передачи излучения другому объекту (RU 2117044 , МПК C12N15/00, A61N5/06, опубл. 10.08.1998; RU 2090613, МПК C12N15/00, A61N5/06, опубл. 20.09.1997, RU 2090062, опубл. 20.09.1997, RU 2108028 С1, МПК А01Н1/06, A61N5/06, опубл. 10.04.1998; RU 2285385, опубл. 20.10.2006). Устройство по патенту на изобретение RU 2090613, опубл. 20.09.1997 содержит сборную камеру, включающую корпус и две антенные системы, укрепленные на его сторонах с образованием отделения для приема излучения от источника и отделения для воздействия на биологический объект. В первом отделении, в зоне фокуса антенной системы, установлено средство для размещения источника излучения, в качестве которого могут быть использованы молодые растения. В другом отделении, в зоне фокуса антенной системы, размещено средство для размещения объекта. Около него со стороны, противоположной антенной системе, установлена дополнительно группа микроволновых линз, которая значительно усложняет конструкцию устройства.

Устройство по патенту на изобретение RU 2117044, опубл. 10.08.1998 содержит сборную камеру, состоящую из двух отделений, первое из которых предназначено для приема излучения от источника и включает параболическую антенну приемника излучения. Второе отделение предназначено для воздействия на объект, являющийся потребителем излучения, и включает цилиндрический корпус, скрепленный с одной стороны с корпусом первого отделения и параболическую антенну воздействия, прикрепленную к другой его стороне. Средства для размещения источника излучения и объекта расположены в зоне фокуса соответствующих параболических антенн. В качестве источника излучения могут быть использованы молодые растения со сроком всхожести 1 - 2 недели. Устройство можно использовать для передачи излучения человеку и биообъектам другого вида. Например, можно помещать в зону фокуса антенны воздействия пророщенные семена овощных и зерновых культур, фруктов, кормовой травы, лекарственных растений, цветов и т.д. Основной недостаток устройства - прототипа заключается в том, что при достаточно сложной конструкции размещение источника в зоне фокуса параболической антенны, которая имеет малый геометрический размер, снижает используемый объем источника излучения и позволяет одновременно разместить только один лоток с растениями. А размещение объекта в фокусе другой параболической антенны позволяет осуществлять воздействие только на малую по геометрическим размерам часть объекта, например, только на его один отдельный орган.

Устройство для направленной передачи наследственной информации по патенту (RU 2090062 С1, МПК А01Н1/06, A61N5/06, опубл. 20.09.1997) содержит выполненную из металла тонкостенную камеру-концентратор в виде эллипсоида вращения с внутренней отражающей поверхностью, волновод, введенный через горловину в полость камеры, и телескопически удлиняемую опору. В волноводе установлен стакан с семенами- приемниками излучения. Опора состоит из закрепленного на массивном основании стакана с грунтом, в который высаживается проросток, и втулки со стопорным винтом и указателем расположения апикальной почки проростка в нижней фокальной плоскости камеры-концентратора. В качестве объекта-излучателя используют 1-5-дневный проросток одного растения, а в качестве объекта-приемника - порцию семян другого растения. Проростком воздействуют на сухие семена растения-приемника. Процесс облучения осуществляют в течение 1-5 дней, при этом периодически контролируют величину удлинения проростка и перемещают камеру-концентратор в направлении его роста до попадания апикальной почки в фокальную плоскость. Недостатками данного устройства являются его сложность, большое время воздействия, обусловленное использованием одного проростка одного растения и малый объем обрабатываемых семян.

Наиболее современный патент RU 2285385 С1, МПК A01G7/04, А01НЗ/02/06, опубл. 20.10.2006 может быть принят за прототип. Устройство включает камеру в форме тела, имеющего в сечении два одинаковых эллипса. Эллипсы пересекаются так, что один из их фокусов является общим для обоих эллипсов. В камере размещены два объема из радиопрозрачного материала для размещения излучателя и объекта. Один из объемов выполнен в виде сферы, расположенной в общем для эллипсов фокусе, второй - в виде тороида, расположенного по линии вторых фокусов эллипсов. Форма и расположение объемов из радиопрозрачного материала позволяют увеличить производительность облучения объекта, а также обрабатывать облучаемые семена несколькими видами семян- излучателей. Использование предлагаемого устройства при общем диаметре камеры 360 мм позволяет увеличить объем единовременно обрабатываемых семян до 0.5 кг при времени воздействия до 10 суток. Недостатками данного устройства являются его сложность, длительное время воздействия, обусловленное малым объемом излучателя и всего 0.5 кг обрабатываемых семян.

Задача, на решение которой направлено данное изобретение, заключается в повышении эффективности воздействия на объект.

Технический результат, достигаемый при использовании настоящего изобретения, заключается в увеличении эффективности передачи излучения от его источника объекту, а также в упрощении устройства.

Раскрытие изобретения

Технический результат достигается тем, что устройство для передачи излучения от источника объекту содержит размещенные в экранированной камере источник излучения большого объема, средство для размещения объемного объекта меньшего, чем источник размера и две антенны. Причем средство для размещения объекта находится в общей фокальной зоне обоих антенн, антенны выполнены из меди или другого немагнитного металла в виде усеченных сегментов сферической поверхности и установлены друг против друга на расстоянии радиуса сферы, а источник излучения большого объема размещен в плоскости раскрыва одной из антенн.

Технический результат достигается также тем, что:

объектом может являться любой объемный объект меньшего, чем источник размера, например семена растений, при этом в качестве источника может быть использован любой объемный источник излучения большого размера, например множество 1-5 дневных проростков семян другого вида;

объектом может также являться человек, при этом в качестве источника излучения может быть использовано множество молодых растений со сроком 1-2 недели от начала вегетации;

антенны могут являться элементами экранированной камеры.

Краткое описание чертежей

Изобретение иллюстрируется чертежами, на которых изображено:

на фиг.1 - устройство, вид спереди;

на фиг. 2 - устройство, вид сверху;

на фиг. 3 - трехмерное изображение устройства;

на фиг. 4 - рисунок, поясняющий расчет фокусного расстояния сферической антенны. Предпочтительный вариант выполнения изобретения

Технический результат обеспечивается тем, что сферическая антенна имеет объемную фокальную сферическую зону на расстоянии половина радиуса сферы, в отличие от эллипсоида, где фокус это линия или точка с очень малыми размерами.

Устройство для передачи излучения от источника объекту содержит две антенны 1, вьтолненные из меди в виде усеченных сегментов сферической поверхности. Антенны установлены друг против друга на расстоянии радиуса сферы. Фокальные зоны сферических антенн расположены на расстоянии половины их радиусов, и в данном случае они совмещены и представляют собой две пересекающихся объемных сферы 6. Средства для размещения источника излучения 2, которые могут быть выполнены, например, в виде передвижных стеллажей 3 на колесах, устанавливаются в плоскости раскрыва одной из антенн 1. Объект 4 находится в средстве для его размещения, выполненного, например, в виде ящика для семян или кровати 5. При этом объект располагается в фокальных зонах 6 антенн 1. Все устройство располагают в экранированной камере 7, которая выполнена, например, в виде сетки или листов из меди и имеет заземление. При этом сферические антенны могут являться стенками такой камеры, как показано на фиг.1, 2 и 3, или быть отдельными антеннами, расположенными внутри камеры 7. Передвижные стеллажи 3 и средство для размещения объекта 5 должны быть выполнены из радиопрозрачных материалов.

Устройство работает следующим образом. Объект 4, например ящик с семенами подается в фокальную зону 6 или человек, ложится на кровать 5. В камеру подают передвижные стеллажи 3 с источником излучения 2 и размещают их в плоскости раскрыва одной из антенн 1. Обе антенны отражают излучение источника 2 и концентрируют его в фокальных зонах 6, где размещен объемный объект 4.

При использовании заявляемого устройства, для передачи излучения объемному объекту, целесообразно использовать антенны с радиусом сферической поверхности 4 м, длиной 4 м и высотой 2.5 м. Объемный источник излучения целесообразно использовать с размерами 3x2x0.7 м. При этом все элементы источника будут излучать на обе антенны по длине 3 м и высоте 2 м.

На фиг. 4 приведен рисунок, поясняющий расчет фокусного расстояния FP вогнутой сферической антенны радиусом R для луча, падающего на антенну параллельно главной оптической оси на расстоянии а от нее. Геометрическая конфигурация задачи ясна из рисунка. В равнобедренном треугольнике AOF легко выразить боковую сторону OF через основание OA = R и угол при нём ^а : ^{2cos α} Из пря

Тогда F до полюса Р:

Это уравнение является уравнением фокальной зоны сферической антенны. Чем больше расстояние от оси до параллельного луча а, тем дальше смещается фокус в сторону антенны. В случае антенны =4 метра при а=0.5 метра смещение фокуса составит 1.5 см, при а=1.0 метр смещение фокуса составит 7.5 см, а при а=1.5 метра - 16 см. Максимальное расстояние от главной оптической оси до крайнего параллельного луча а составит 1.5 метра, поскольку длина всего источника излучения 3 метра. Приведенные расчеты выполнены для одной главной оптической оси. Поскольку речь идет о сфере, то главных оптических осей из центра сферы на ее поверхность в пределах угловой апертуры антенны может быть множество.

Таким образом, параллельное излучение всех элементов источника длиной 3 метра на участок сферической антенны такой же длины в пределах ее угловой апертуры позволяет сформировать объемную фокальную зону с началом на расстоянии R/2 от антенны и глубиной 16 см в сторону антенны. Концентрация излучения будет наибольшей в районе R/2 со стороны антенны. Со стороны центра сферы на расстоянии от антенны более, чем R/2 концентрированного излучения не будет. Со стороны антенны на расстоянии ближе к ней, чем 16 см концентрированного излучения также не будет.

Эффективная совместная фокальная зона обоих антенн составит 1,2x0,6x0,32 м, что, например, примерно соответствует размерам туловища человека. Устройство может быть и других размеров, например, с радиусом сферической поверхности от 1.5 метра для использования в домашних условиях до 8 метров для большой промышленной установки применяемой, например, для обработки большого количества семян в растениеводстве. В прототипе увеличение размеров эллипсоидных антенн не дает никакого эффекта, поскольку в эллипсе размер фокуса не зависит от размера антенны и, следовательно, размеры источника и объекта останутся неизменными.

В случае использования устройства в растениеводстве в качестве источника берется один или несколько видов 1-5 дневных проростков растений, а в качестве биологического объекта используется порция семян другого растения, установленная в фокальную зону обоих антенн в радиопрозрачном ящике с размерами равными этой зоне. В фокальных зонах обоих антенн вышеуказанного размера можно разместить семена зерна в объеме до 0,23 куб. м, что по массе составляет примерно 230 кг, а в прототипе можно разместить максимум 0.5 кг. В маленькой по размеру зоне вокруг фокусной точки эллипса в прототипе можно разместить не более 10 проростков. Таким образом, в прототипе получается всего 20 проростков на 1 кг семян. На стеллажах размером 3x2x07м можно разместить 240 лотков с проростками размером 30x30 см по 900 проростков в каждом лотке (1 кв.см на 1 проросток). Тогда в заявляемом устройстве получается около 900 проростков на 1 кг семян, что в 45 раз больше, чем в прототипе. Известно, что излученная энергия прямо пропорциональна мощности излучения и времени воздействия (увеличение мощности излучения в несколько раз соответствует по эффективности увеличению времени воздействия во столько же раз). Соответственно, увеличение количества проростков на 1 кг семян в 45 раз приводит к возможности уменьшения необходимого времени воздействия также примерно в 45 раз. Это означает, что необходимое время воздействия на семена в устройстве может быть около 5 часов, по сравнению с 10 сутками в прототипе. Таким образом, общая эффективность (производительность) заявляемого устройства примерно в 20 тысяч раз больше, чем в прототипе (обработка 230 кг семян за 5 часов по сравнению с 0.5 кг за 10 суток).

При использовании устройства для поддержания жизненных сил человека в качестве источника могут быть использованы молодые растения со сроком 1-2 недели от начала вегетации, например, выращенные в лотках пшеница, кукуруза, горох, соя, капуста, цветы и их культуры без колючек. При этом посадка зерен должна быть до такой степени густой, чтобы зернышко прикасалось к зернышку. В устройстве с указанными выше размерами антенн на многоярусных стеллажах можно поместить 100 лотков с молодыми растениями (в аналогах только один лоток). Это значительно увеличивает используемый объем источника излучения и, соответственно, эффективность воздействия на объект. Лотки с проростками или растениями необходимо менять для каждого нового объекта.

Из уравнения фокальной зоны сферических антенн понятно, что максимальная концентрация излучения расположена на расстоянии R/2 на центральной линии объекта. Концентрация постепенно уменьшается к краям объекта и является минимальной на расстоянии 16 см от центра. Известно, что СВЧ излучение затухает в плотном объекте. Такое затухание будет минимальным в начале биологического объекта и максимальным к его центру. При этом, за счет затухания, будет поддерживаться равномерность воздействия на объект излучением по всей его толщине. Промышленная применимость

Используемые в устройстве две сферические антенны значительно проще в изготовлении, чем изготовление эллипсоида вращения с одним общим фокусом, полной сферы и тороида в прототипе, особенно имея в виду, что речь идет о СВЧ излучении, где необходимы очень высокие точности изготовления устройства.

Таким образом, использование двух антенн в виде сегментов сферической поверхности, размещение их на расстоянии радиуса сферической поверхности, установка источника излучения в плоскости раскрыва одной из антенн и передача излучения в совместную фокальную зону обоих антенн, где располагается объект, существенно упрощает устройство и увеличивает его эффективность (производительность) примерно в 20 тысяч раз по сравнению с прототипом.