Щілинна антена радіолокаторів підповерхневого зондування

Щілинна антена для радіолокаторів підповерхневого зондування, що виконана у вигляді резонатора і утворена провідним коробом, що екранує, і провідною поверхнею, в якій є вісімкоподібна щілина, яка відрізняється тим, що у провідній поверхні є друга вісімкоподібна щілина, при цьому провідна поверхня має чотири однакових трикутних пелюстки, кінці яких відігнуті до центра короба, що екранує, і закріплені на ньому у вигляді чотирьох вхідних контактів антени. (19) (21) a201002660 (22) 10.03.2010 (24) 10.10.2011 (46) 10.10.2011, Бюл.№ 19, 2011 р. (72) СУГАК ВОЛОДИМИР ГРИГОРОВИЧ, ВАСИЛЬЄВА ОЛЕНА МИХАЙЛІВНА (73) ІНСТИТУТ РАДІОФІЗИКИ ТА ЕЛЕКТРОНІКИ ІМ. О.Я. УСИКОВА НАЦІОНАЛЬНОЇ АКАДЕМІЇ НАУК УКРАЇНИ (56) UA 200504437 C2; 15.12.2006; 20 сторінок RU 2258281 C1; 10.08.2005; 7 сторінок RU 2283519 C1; 10.06.2006; 13 сторінок US 5130711 A; 14.07.1992; 5 сторінок RU 2206942 C2; 20.06.2003; 10 сторінок RU 2380799 C1; 27.01.2010; 24 сторінки RU 2170997 C1; 20.07.2001; 12 сторінок 3 сигналів. Однак у цьому випадку потрібне істотне ускладнення приймальної системи радіолокатора й, як наслідок, це призводить до збільшення габаритних і вагових характеристик РПЗ і росту його енергоспоживання. Відомий антенний пристрій для георадара (Патент РФ №2206942 МПК HO 1Q1/04, 2001), що містить аналогічні передавальну й приймальну антени, кожна з яких має відповідно випромінюючий й приймальний елементи, засіб екранування у вигляді короба, що екранує, і резистивне навантаження. Випромінююча й приймальна антени виконані у вигляді провідних поверхонь, у кожній з яких є вісімкоподібна щілина. Вузькі центральні ділянки вісімкоподібної щілини утворюють пелюстки, що є частинами кожної із провідних пластин. Вхідний сигнал на антену подається (знімається) на край пелюстків у центрі вісімкоподібної щілини. Короб, що екранує, електрично з'єднаний по периметру із провідною пластиною антени. Така антена характеризується зниженим рівнем бічних пелюстків діаграми спрямованості уздовж земної поверхні й випромінювання у верхній півпростір, але для зміни поляризації вимагає механічного повороту на 90 градусів. Недоліком наведеного антенного пристрою є те, що фазові центри антен зміщені не менш, чим на довжину однієї антени, що робить проблематичним одержання достатньої поляризаційної селекції локальних несиметричних об'єктів, розташованих в підповерхневому просторі. Перспективним є задача вдосконалити антену РПЗ для забезпечення можливості її випромінювання (прийому) на ортогональних поляризаціях при сполучених фазових центрах обох антен. Це розширить функціональні можливості РПЗ, тому що зондування об'єкта проведене на двох ортогональних поляризаціях випромінювання та прийому при наявності того ж самого фазового центра, дозволить оцінювати форму об'єкта, що в деяких випадках (наприклад, при виявленні мін) є надзвичайно актуальним. Одержати перемикання поляризації випромінювання та прийому в антені найпростіше представляється при використанні щілинної магнітної антени. Найбільш близькою по своїй технічній суті й вибраною як прототип, є щілинна антена з квадратним екраном й вісімкоподібною щілиною (С.В. Дручинин. Анализ характеристик щелевых антенн георадара// Радиотехника и электроника, 1999, том 44, №6, с.696-704). Дана антена представлена на Фіг.1. Антена складається із провідної поверхні 2 з вісімкоподібною щілиною 1, прорізаною в поверхні, зверненої до ґрунту, і короба, що екранує. Для підключення живильного фідера служать контакти 3. Резонатор такої антени характеризується порівняно невисокою добротністю. Антену можна моделювати при розрахунках плоскою ідеально провідною пластиною, у якій прорізана щілина типу «метелик». Перевагою антени є істотно більше придушення випромінювання у верхню півсферу, ніж у неекранованого електричного вібратора. Антена зберігає свої параметри (вхідний імпеданс дорівнює 96208 4 хвильовому опору живильного фідера в широкій смузі частот, низький рівень бічних пелюстків й ін.) при наявності невеликого змінного зазору між антеною й ґрунтом, що полегшує переміщення антени уздовж поверхні землі. Антена має задовільні габаритні й вагові характеристики. Розглянута магнітна щілинна антена на основі відкритої резонаторної структури випромінює електромагнітне поле перпендикулярно щілині. Поляризація випромінювання, що відповідає напрямку вектора напруженості електричного поля Ё, при підключенні живильного фідера до клем 3, показана на Фіг. 1. Зміна поляризації випромінювання (прийому) антени, яка необхідна для одержання поляризаційної селекції підповерхневих об'єктів, здійснюється механічним поворотом антени на 90 °. В основувинаходу поставлено задачу вдосконалити щілинну антену РПЗ шляхом забезпечення можливості випромінювання (прийому) антени на ортогональних поляризаціях без механічного повороту антени, що дозволяє здійснювати поляризаційну селекцію підповерхневих об'єктів. Поставлена задача вирішується тим, що у щілинній антені для радіолокаторів підповерхневого зондування, що виконана у вигляді резонатора й утворена провідним коробом, що екранує, і провідною поверхнею, в якій є вісімкоподібна щілина, згідно з винаходом, у провідній поверхні є друга вісімкоподібна щілина, при цьому провідна поверхня має чотири однакових трикутних пелюстки, кінці яких відігнуті до центра короба, що екранує, і закріплені на ньому у вигляді чотирьох вхідних контактів антени. Введення другої вісімкоподібної щілини дозволяє проводити перемикання поляризації випромінювання (прийому) антени без її механічного повороту, і тим самим підвищує точність оцінки форми підповерхневих об'єктів, здійснюючи їх поляризаційну селекцію. Суть винаходу пояснюється ілюстраціями. На Фіг.2 наведена антена РПЗ, що заявляється, на Фіг.3 і Фіг. 4 - її електричні характеристики, на Фіг.5 - можлива реалізація перемикаючого пристрою антени. Щілинна антена для радіолокаторів підповерхневого зондування (Фіг.2), що заявляється, містить пелюстки (1-4), розташовані на нижній поверхні антени, попарне з'єднання пелюстків (1,2 й 3,4 або 3,2 й 1,4) утворюють дві взаємно перпендикулярні випромінюючі щілини 5-7 й 6-8, резонатор антени 9 утворений верхнім коробом, що екранує. Фідер 10 призначений для подачі на антену радіочастотного сигналу, з'єднання пелюстків забезпечує перемикаючий пристрій 11. На Фіг.2 показано напрямок вектора електричної складової Е електромагнітного поля (поляризація випромінювання ) при з'єднанні між собою пелюстків 1,2 й 3,4. У цьому випадку випромінюючою щілиною є щілина 5-7. Пропонована антена працює в такий спосіб. По команді зовнішній перемикаючий пристрій електрично з'єднує пелюстки 1,4 й 2,3 й випромінюючою щілиною стає щілина 6-8, змінюючи тим самим на 90 градусів поляризацію випромінювання антени. Вихідний фідер радіолокатора підповерх 5 невого зондування постійно залишається приєднаним до пелюстків 2 й 4 та прийнятий відбитий сигнал надходить у приймальний пристрій РПЗ й далі в блок цифрової обробки. У такий спосіб здійснюється вимір діагональних елементів поляризаційної матриці розсіювання компонент відбитого сигналу без механічного повороту антени й без зміни просторового розташування її фазового центра. При цьому не відбувається ускладнення приймального тракту РПЗ, тому що використовуються ті ж самі тракти прийому й випромінювання при роботі РПЗ з сигналами, які мають різні напрямки поляризації. 96208 6 Як приклад на Фіг.3 представлений експериментально обмірюваний коефіцієнт стоячої хвилі (КСХ), розгорнутої убік від ґрунту антени, що заявляється, у робочому діапазоні частот 500-900 МГц, а на Фіг.4 - ступінь придушення (розв'язка) поляризованої складової сигналу в робочому діапазоні частот. Зовнішній перемикаючий пристрій може бути реалізований на НВЧ електромагнітних реле, p-і-n діодах та ін. елементах. Можлива реалізація зовнішнього перемикаючого пристрою наведена на Фіг.5. 7 Комп’ютерна верстка Мацело В. 96208 8 Підписне Тираж 23 прим. Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601