Научная статья на тему 'Аналитический анализ гофрированного конического рупора для лечения эндометрита животных'

Аналитический анализ гофрированного конического рупора для лечения эндометрита животных Текст научной статьи по специальности «Нанотехнологии»

CC BY
296
86
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.
Ключевые слова
ЭНДОМЕТРИТ / ВНУТРИУТРОБНОЕ ЛЕЧЕНИЕ / ГОФРИРОВАННЫЙ КОНИЧЕСКИЙ РУПОР / ЭЛЕКТРОМАГНИТНОЕ ИЗЛУЧЕНИЕ

Аннотация научной статьи по нанотехнологиям, автор научной работы — Думанский Александр Васильевич

Проведены теоретические исследования по определению геометрических параметров и диаграммы направленности гофрированного конического рупора миллиметрового диапазона длин волн для внутриутробного лечения эндометрита животных крупного рогатого скота.

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.
iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

ANALYTICAL ANALYSIS OF CORRUGATED CONICAL HORN FOR TREATMENT OF ENDOMETRITIS IN ANIMALS

The paper presents a theoretical research to determine geometrical parameters and directions diagram of the corrugated conical horn in millimeter rage of wave lengths for internal treatment of endometritis in cattle.

Текст научной работы на тему «Аналитический анализ гофрированного конического рупора для лечения эндометрита животных»

НТП И ЭФФЕКТИВНОСТЬ ПРОИЗВОДСТВА УДК 632.315

Думанский Александр Васильевич, ассистент кафедры механизации и электрофикации сельскохозяйственного производства

Подольский государственный аграрно- технический университет, ул. Шевченко, 13, г. Каменец- Подольский, Хмельницкая обл., Украина, 32300

АНАЛИТИЧЕСКИЙ АНАЛИЗ ГОФРИРОВАННОГО КОНИЧЕСКОГО РУПОРА ДЛЯ ЛЕЧЕНИЯ

ЭНДОМЕТРИТА ЖИВОТНЫХ

Проведены теоретические исследования по определению геометрических параметров и диаграммы направленности гофрированного конического рупора миллиметрового диапазона длин волн для внутриутробного лечения эндометрита животных крупного рогатого скота.

Ключевые слова: эндометрит, внутриутробное лечение, гофрированный конический рупор, электромагнитное излучение.

Думанський Олександр Васильович, асистент кафедры механізації і електрофікації сільскогоспорського виробнитства

Подільский державний аграрно-технічний університет, вул. Шевченко, 13, м. Кам‘янець-Подільский, Хмельницка обл., Україна, 32300

АНАЛІТИЧНИЙ АНАЛІЗ ГОФРОВАНОГО КОНІЧНОГО РУПОРА ДЛЯ ЛІКУВАННЯ

ЕНДОМЕТРІТА ТВАРИН

Проведені теоретичні дослідження з виявлення геометричних параметрів і діаграми напрямку гофрованого конічного рупора міліметрового діапазону довжини хвиль для внутрішнього лікування дорметіту великої рогатої худоби.

Ключові слова: ендометрит, внутрішньоутробне лікування, гофрований конічний рупор, електромагнітне випромінювання.

Dumanskiy Aleksandr Vasilevich, Assistant of the Chair of Agricultural Mechanization and Electrification Podolsk State Agrarian Technical University, , Shevchenko st. 13, Kamenets-Podolskiy, Khmelnitskaiy obl.,

Ukrain, 32300

ANALYTICAL ANALYSIS OF CORRUGATED CONICAL HORN FOR TREATMENT OF

ENDOMETRITIS IN ANIMALS

The paper presents a theoretical research to determine geometrical parameters and directions diagram of the corrugated conical horn in millimeter rage of wave lengths for internal treatment of endometritis in cattle.

Key words: endometritis, prenatal treatment, corrugated conical horn, electromagnetic radiation.

Введение

По данным литературных источников послеродовым эндометритом переболевают от 14 до 40 % растелившихся коров, а отдельных хозяйствах это заболевание может регистрироваться у 50-90 % коров. Заболевание коров эндометритом влечет за собой снижение оплодотворяемости коров на 17-40 %, увеличение от отела до плодотворного осеменения на 40...60 дней, уменьшения выхода приплода и молочной продуктивности на 12-18 % [1].

В современных условиях для лечения эндометрита животных используются антибиотики, гормоны и другие химические препараты. Антибиотики и другие медикаменты, попадая в организм человека через молоко и мясо коров, угнетают

иммунитет, поражают печень и другие органы, что приводит к различным заболеваниям. Поэтому возникла практическая необходимость изучить возможность применения микроволнового излучения для лечения патологий матки КРС.

Анализ предшествующих исследований

Апробированные, экологически чистые, безмедикаментозные методы лечения

гинекологических болезней с применением различных физических методов, в частности метода квантовой терапии [2], дают возможность сократить сроки лечения, снизить экономические затраты и избежать накопления в продуктах животноводства остаточных

66

№8 (126) 2014 ЭНЕРГОСБЕРЕЖЕНИЕ • ЭНЕРГЕТИКА • ЭНЕРГОАУДИТ

НТП И ЭФФЕКТИВНОСТЬ ПРОИЗВОДСТВА

количеств антибиотиков, представляющих опасность для здоровья людей.. Однако, учитывая длину волны лазерного излучения, и то, что сам излучающая система помещается в предохранительную оболочку при проведении обработки коровы, результаты обработки могут быть менее эффективны.

Основным элементом конструкции антенны является излучатель, который должен сформировать необходимую диаграмму направленности и обеспечить достаточный уровень мощности на поверхности матки коровы для эффективного лечения.

На сегодняшний день в миллиметровом диапазоне длин волн широко применяются различные типы антенн: рупорные, зеркальные, диэлектрические, фазированные антенные решетки, антенны поверхностных волн [3]. Учитывая, что основная частота на которой проводится облучение матки животного составляет 30 ГГц и условия, в которых такой излучатель будет применяться, то естественно возникает необходимость остановить выбор на гофрированной конической системе.

Цель статьи. Теоретическое обоснование параметров и диаграммы направленности гофрированной конической антенной системы для внутриутробного лечения эндометрита животных .

Изложение основного материала

Схема конструкции гофрированного конического рупора приведена на рис.1.

Такого типа облучатели обеспечивают осесимметричную и узкую диаграмму направленности . При проведении всех расчетов мы считаем, что в излучающем раскрыве распространяется гибридная сферическая волна НЕп (см. рис. 1). Кроме того, распределение поля этой волны в раскрыве круглого гофрированного облучателя должно быть синфазным. Как показано в работе [4], оптимальная длина круглого раскрыва, соответствующая фазовым искажениям на краю порядка 0,2^, находится из выражения

R=(2a f /3Л0 . (1)

С учетом результатов работы [5] выбираем диаметр раскрыва 2а =25 мм. Тогда из уравнения (1) получим, что оптимальная длина рассматриваемого излучателя R (см. рис.1)

№8 (126) 2014 ЭНЕРГОСБЕРЕЖЕНИЕ • ЭНЕРГЕТИКА • ЭНЕРГОАУДИТ

67

НТП И ЭФФЕКТИВНОСТЬ ПРОИЗВОДСТВА

от фазового центра до апертуры равна ~21 мм. Следовательно, угол раскрыва облучателя

можем определить как 201 — arctg(12,5^21)— 61,6 . В этом случае (15 < 2в1 < 70°), как

показано в работе [6], для анализа гофрированного конического облучателя необходимо использовать предложенную методику.

В сферической системе координат для основной гибридной сферической волны типа НЕ11 составляющие электрического поля Ев и Eр в дальней зоне гофрированного

конического облучателя диаметром 2а определяются выражениями [6]

Ев — {Fr (0,)+jF (e')}cos(p'), (2)

E¥—~{Fr (в’> jF, (0)}sin (р). (3)

Параметры Fr (в) и F (в) , входящие в соотношения (2), (3), имеют вид

Fr (в)— І ^(врг (0,0)0

(4)

F , (в')— І fl (вр, (в,в'рв.

(5)

В свою очередь, параметры, входящие в уравнения (4) и (5), определяются выражениями [6]

f 1 (в) — pv (cos в)+dpy (cos в)

sin в

йв

(6)

f 1 (в) Py (cos в) _ dPу (cos в)

f"=(в)——йв ’

(7)

Gr (в,в) — { + cos{ + cos 0')sin в cos(a cos в)/0 (j3 sin в)}-

-{(1 - cos0)(1 - cos( в)sin в cos(a cos в/2 (3 sin в)}- (8)

- {2 sin в' sin2 в sin (a cos в)/1 (/3 sin в)},

G . (в, в') — {(1 + cos в)(1 + cos в'] )sin в sin (a cos в)/0 (3 sin в)}-

- {(1 - cos в)(1 - cos в' ) sin в sin (a cos в)/2 (3 sin в)}- (9)

+ ^тв'sin2 в cos(a cos в)/ (j3 sin в)}.

В выражениях (6) и (7) PУ (cos в) - присоединенная функция Лежандра первого рода. При этом, как показано в работе [6], при изменении угла раскрыва конического

68

№8 (126) 2014 ЭНЕРГОСБЕРЕЖЕНИЕ • ЭНЕРГЕТИКА • ЭНЕРГОАУДИТ

НТП И ЭФФЕКТИВНОСТЬ ПРОИЗВОДСТВА

гофрированного облучателя в диапазоне 7 ° < °1 < 82° параметр V можно найти из выражения

V = 2,45 - 0,012°,. (10)

sin 0,

Входящие в уравнения (8) и (9) параметры О и Р определяются из соотношений

а = kacosO', Р =kasinO’. (11)

Здесь необходимо отметить, что угол °1 - это угол раскрыва конического гофрированного облучателя (см. рис. 1), который изменяется от -30,8° до 30,8°. Угол 0' изменяется от — ж/2 до ж/2 . Если теперь положим р' = 0, то уравнение, определяющее

диаграмму направленности конического гофрированного облучателя в плоскости вектора H гибридной сферической волны НЕп будет иметь вид

E = ex E° cos °'+ey Еф —ez E° sin °. (12)

Если угол p' = ж 12, то можно построить диаграмму направленности конического

гофрированного облучателя в плоскости вектора E гибридной сферической волны НЕц. В этом случае уравнение, определяющее диаграмму направленности, имеет вид

E=—ex Ep +ey Е° cos °'-ez E° sin O'. (13)

После подстановки выражений (2)^(11) в соотношения (12) и (13) мы получим в окончательном виде уравнения, описывающие диаграмму направленности конического гофрированного облучателя. Поскольку эти выражения получаются очень громоздкими, мы их здесь не приводим. Результаты расчета с помощью выражений (12) и (13) для облучателя диаметром 25 мм представлены на рис. 2.

Из приведенного рисунка видно, что по уровню -3 дБ при расстоянии от раскрыва, равном, как и во всех предыдущих случаях, 180 мм ширина диаграммы направленности равна ~ 30 мм в плоскости х0z (^-плоскость) и ~ 33 мм в плоскости y0z (Е-плоскость).

Таким образом, в случае конического гофрированного облучателя мы получили аксиальносимметричную диаграмму направленности. При этом ее ширина стала почти в два раза уже диаграммы направленности круглого гофрированного раскрыва.

Здесь необходимо отметить, что дальняя зона для облучателя диаметром 25 мм начинается с расстояния от раскрыва, равного 125 мм. В этом случае для рассматриваемого облучателя ширина диаграммы направленности по уровню -3 дБ составляет ~ 21 мм в

плоскости х0 z (Н-плоскость) и ~ 23 мм в плоскости y0z (Е-плоскость). Полученные

значения ширины диаграммы направленности в двух взаимно перпендикулярных плоскостях являются приемлемыми для использования конического гофрированного облучателя в качестве излучающего конического рупора для внутриутробного лечения послеродовых эндометритов у коров.

Теперь определим основные параметры гофры (см. рис. 2). Как показано в работе [7], условия оптимального возбуждения в коническом гофрированном облучателе гибридной сферической волны НЕ11 обеспечиваются при условиях

h>^/4, c>4/8, b>4/8. (14)

С учетом того, что 4) =10 мм, из (14) получим основные геометрические параметры

гофры: h=2,5 мм, С=1,25 мм, b=1,25 мм (см. рис. 1). Наш гофрированный конический

№8 (126) 2014 ЭНЕРГОСБЕРЕЖЕНИЕ • ЭНЕРГЕТИКА • ЭНЕРГОАУДИТ

69

НТП И ЭФФЕКТИВНОСТЬ ПРОИЗВОДСТВА

облучатель запитывается круглым волноводом, который должен быть одномодовым, и в котором распространяется основная волна ТЕ11. Поэтому будем исходить из следующих

соображений.

Рис. 2. Диаграммы направленности конического гофрированного облучателя, построенные в плоскостях векторов H и E гибридной сферической волны НЕ11 для гофрированного конического облучателя при диаметре раскрыва, равном 25 мм

Критическая длина волны ТЕ11 равна 3,41<Гі [8], где - радиус подводящего круглого

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.

волновода. Начиная с длины волны Л = 2,62^ [8] в волноводе одновременно с волной ТЕ11

будет существовать первая высшая волна круглого волновода ТМ01. Поэтому, чтобы по рассматриваемому круглому волноводу распространялась только основная волноводная волна ТЕ11, его радиус надо выбирать из условия

2,62 а1 <Л< 3,41 а1. (15)

Для выбранной нами частоты f = 30 ГГц (Л = 10 мм) радиус круглого волновода определяется следующим неравенством

2,93 мм <а1 <3,81 мм. (16)

При дальнейшем анализе на основании сказанного выбираем а=3,5 мм, т.е. диаметр круглого волновода равен 7 мм.

Выводы

Для внутриутробного лечения эндометрита животных КРС следует использовать круглую коническую гофрированную антенну с диаметром 25мм на частоте 30ГГц.

Список литературы

1. Нагорный И. С. Лечение болезни матки у коров/ И. С . Нагорный // Ветеринария - 1979. -

№ 4. - С.5 3-54.

70

№8 (126) 2014 ЭНЕРГОСБЕРЕЖЕНИЕ • ЭНЕРГЕТИКА • ЭНЕРГОАУДИТ

НТП И ЭФФЕКТИВНОСТЬ ПРОИЗВОДСТВА

2. Казеев Г. В. Квантовая терапия послеродовых эндометритов у коров с помощью специализированного гинекологического излучающего терминала-насадки / Г. В. Казеев, А. В. Старченкова, Г. В. Ильина, В .Н. Христофоров / Сборник трудов по ветеринарии. -

3. Кюн Р. Микроволновые антенны / Р. Кюн; пер. с нем. под ред. М. П. Долуханова. - Л. : Судостроение, 1967. - 520 с.

4. Справочник по специальным функциям с формулами, графиками и математическими таблицами / Под

ред. М. Абрамовица и И. Стигана. Пер. 5. 5. Сазонов Д. М. Антенны и устройства СВЧ / Д. М. Сазонов. - М.:

Высшая школа, 1988. - 432 с.

6. Вольман В. И. Техническая электродинамика / В. И. Вольман, Ю. В. Пименов; под ред. Б. З.

Айзенберга. - М.: Связь, 1971. - 488.

7. Драбкин А. Л. Антенно-фидерные устройства / А. Л. Драбкин, В. Л. Зузенко, А. Г. Кислов. - М.: Сов. радио, 1974. - 536 с.

8. Фрадин А. З. Антенны сверхвысоких частот / А. З. Фрадин. - М.: Сов. радио, 1957. - 646 с.

References

1. Nagornyy, I.S. (1979), "Treatment of womb disease in cows" ["Lechenie bolezni matki u korov"], Veterinariya, No. 4, P. 53-54.

2. Kazeev, G.V. "Quantum therapy of puerperal endometritis in cows using specialized gynecological radiating head terminal", Collection of works in Veterinary ["Kvantovaya terapiya poslerodovykh endometritov u korov s pomoshyu spetsializirovannogo ginekologicheskogo izluchayushchego terminala-nasadki", Sbornik trudov po veterinarii].

3. Kyun, R., Dolukhanov, M.P. (ed) (1967), Microwave antennas. Transl. from German [Mikrovolnovye antenny. per. s nem.], Sudostroenie, Leningrad, 520 p.

4. Abramovits M. (ed), Stigan, I. (ed), Reference book on special functions with charts and mathematical tables [Spravochnykpo spetsialnym funktsiyam s formulami, grafikami i matematicheskimi tablitsami], per. 5.

5. Sazonov, D.M. (1988), Antennas and SHF devices [Antenny i ustroystva SVCh], Vysshaya Shkola, Moscow,

432 p.

7. Drabkin, A.L., Zuzenko, V.L., Kislov, A.G. (1974), Antenna and feeder devices[Antenno-fidernye ustroystva], Sov. radio, Moscow, 536 p.

8. Fradin A.Z. (1957), Super high frequency antennas [Antenny sverkhvysokikh chastot], Sov. radio, Moscow,

646 p.

Поступила в редакцию 18.06 2014 г.

№8 (126) 2014 ЭНЕРГОСБЕРЕЖЕНИЕ • ЭНЕРГЕТИКА • ЭНЕРГОАУДИТ

71

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.