Спосіб розв`язки між передавальним і приймальним модулями антенної системи

Спосіб розв'язки між передавальним і приймальним модулями антенної системи, який включає передачу й приймання електромагнітних сигналів, у тому числі одночасно, за паралельними напрямками, з однаковою поляризацією та ідентичними спектрами, розташованими поруч передавальним і приймальним модулями антенної системи, на виході приймального модуля антенної системи (вихідних клемах приймальної антени) зменшують амплітуду відгуку, обумовленого безпосереднім впливом поля передавального модуля антенної системи, який відрізняється тим, що синхронно збуджують електричними сигналами, рівними за абсолютною величиною і взаємно про U 2 (19) 1 3 14933 4 Відомий спосіб забезпечення розв'язки між лизу його передавальної антени не існує області передавальним і приймальним модулями антенної простору, в якій у процесі випромінювання електсистеми, який полягає в тому, що передають і ромагнітного поля передавальною антеною наприймають електромагнітні сигнали, у тому числі пруженість поля, що збігається за поляризацією і одночасно, за паралельними напрямками, з однасмугою частот з випромінюваним полем, дорівнюковою поляризацією та ідентичними спектрами, на вала б нулю. Це пов'язано з тим, що при збудженні виході приймальної антени (вихідних клемах) змеодиночного випромінювача в оточуючому його ншують амплітуду відгуку, обумовленого безпосепросторі напруженість електромагнітного поля реднім впливом поля передавального модуля, змінюється неперервно від максимального знашляхом віддалення передавальної антени від чення (в області збудження випромінювача) до приймальної в просторі [наприклад, Пат. США, величини, обумовленої ослабленням, що зале№5896102, МКИ G01S13/18, 1999.]. При цьому жить від умов поширення, але ніколи не рівної очевидно, що чим більша поділяюча антени відснулю. тань, тим більш глибока розв'язка може бути досяВ основу корисної моделі поставлено задачу в гнута. Причиною, що перешкоджає застосуванню способі розв'язки між передавальним і приймальцього способу досягнення розв'язки в радіосистеним модулями антенної системи шляхом застосумах, є вимога компактності радіосистеми. Для равання принципу повної взаємної компенсації комдіосистем ближнього радіуса дії рознесення антен понент електромагнітного поля, що можуть на велику відстань одна від іншої може призводиіндукувати струм у приймальній антені при збути до погіршення їхніх технічних характеристик дженні передавальної антени, забезпечити відсут[Копылов Ю.А., Орленко А.А. Особенности опреність відгуку у вигляді електричного сигналу, безделения координат локальних приповерхностных посередньо індукованого передавальною антеною объектов бистатическим георадаром // Вісн. ХНУ в приймальній антені (тобто забезпечити глибоку ім. В.Н.Каразіна. Радіофізика та електроніка. частотно-незалежну розв'язку) у тому числі і за 2002. -№544. вип.1, X, С.206-211.]. умов збігу випромінюваних і прийнятих сигналів за Найбільш близьким до способу, що заявляєтьполяризацією, напрямком, смугою частот і часом ся, є спосіб розв'язки, реалізований у парі широкоіснування, а також у випадку використання надшисмугових антен з малим взаємним зв'язком [Пат. рокосмугових імпульсних сигналів, за полярністю США, №6031504, МКИ Н01Q13/02, 2000.], що поприйнятого сигналу забезпечити можливість вилягає в тому, що передають і приймають електрозначення, з якої саме із півсфер прийшов сигнал у магнітні сигнали, у тому числі одночасно, за параприймальну антену. лельними напрямками, з однаковою поляризацією Поставлена задача вирішується тим, що у віта ідентичними спектрами, розташованими поруч домому способі розв'язки між передавальним і передавальною і приймальною антенами, на виприймальним модулями антенної системи, який ході приймальної антени (вихідних клемах) зменполягає в тому, що передають і приймають електшують амплітуду відгуку, обумовленого безпосеромагнітні сигнали, у тому числі одночасно, за реднім впливом поля передавального модуля, за паралельними напрямками, з однаковою поляридопомогою поділяючих антени вставок, що екразацією та ідентичними спектрами, розташованими нують електромагнітне поле. Запропоновано викопоруч передавальним і приймальним модулями ристовувати розміщені поруч широкосмугові рупоантенної системи, на виході приймального модуля рні антени, що водночас випромінюють і антенної системи (вихідних клемах приймальної приймають сигнали в одній і тій самій смузі частот антени) зменшують амплітуду відгуку, обумовлеу тому самому секторі кутів з однаковоюполяриного безпосереднім впливом поля передавального зацією, як передавальну і приймальну антени. До модуля антенної системи, відповідно до корисної антен додані клиноподібні поглинаючі стінки й екмоделі синхронно збуджують електричними сигнарани, розташовані між передавальним і приймалами, рівними за абсолютною величиною і взаємльним рупорами. Це має забезпечити малий зв'яно протилежними за полярністю у будь-який мозок між антенами. Шляхом введених екранів і мент часу, пару або більше однієї пари антен, які поглинаючих стінок автору вдалося послабити утворюють передавальний модуль антенної сисвплив ближнього електромагнітного поля антени, теми і розташовані симетрично щодо однієї і тієї ж що випромінює, на елементи конструкції приймаплощини, причому конструкція однієї з антен кожльного модуля і забезпечити послаблення прямого ної пари дзеркально симетрична конструкції іншої зв'язку між антенами до - 55дБ у смузі частот від антени з цієї ж пари й амплітудно-частотні і фазо5,5ГГц до 6,1ГГц. частотні характеристики однієї з антен кожної пари Причиною, що перешкоджає застосуванню такі ж, як в іншої антени з цієї ж пари, у площині цього способу досягнення розв'язки, є погіршення симетрії передавального модуля антенної систеекранування при зменшенні нижньої частоти в ми, представленого цими парами антен, незалежспектрі сигналу. Щоб забезпечити розв'язку і на но від ширини частотного спектру сигналу компеннизьких частотах, потрібно збільшувати габарити сують напруженість поля, сформованого однією з антени. Це обмежує область застосування даного антен кожної пари, напруженістю поля іншої антеспособу. Крім того, при дуже великих рівнях потуни з цієї ж пари, приймають сигнал за допомогою жності сигналу, що збуджує передавальну антену, однієї або більше приймальних антен плоскоможливі перегрів і погіршення властивостей погсиметричної конструкції, які утворюють приймальлинаючих стінок, що екранують, а також виникненний модуль антенної системи і розташовані так, ня нелінійних перекручувань сигналу. щоб їхні площини симетрії, що проходять через Недоліки прототипу обумовлені тим, що побвихідні клеми кожної з приймальних антен, збіга 5 14933 6 лися з площиною симетрії передавального мотени S1 ЕРС, наведена електромагнітним полем, дуля. випроміненим антенами передавального модуля, Суть корисної моделі пояснюється ілюстратакож дорівнює нулю, навіть якщо приймальну ціями. антену орієнтувати уздовж напрямку OZ і розмісНа Фіг.1 схематично зображено антенну систити поблизу передавальних антен G1 і G2. тему. Відстань 2h між парціальними антенами переНа Фіг.2 зображено тривимірну діаграму спрядавального модуля визначає діаграму спрямовамованості парного передавального модуля. ності передавальної антени і її ефективність виНа Фіг.3 зображено тривимірну діаграму спряпромінювання [наприклад, (Драбкин А.Л., Зузенко мованості приймальної антені. В.Л., Кислов А.Г. Антенно-фидерные устройства. На Фіг.4 схематично зображено ряд приймаМ.: Сов. радио, 1974. -536с.)]. На Фіг.2 зображена льних антен і пару передавальних антен. розрахована діаграма спрямованості передавальНа Фіг.5 схематично зображено дві приймальні ної антени для випадку, коли 2h= /2, де - довжиантени і три пари передавальних антен. на хвилі випромінюваного поля (несучої). Оскільки На Фіг.6 схематично зображено розташування парціальні антени збуджуються протифазно, при векторів поляризації диполів передавального мообраному значенні 2h максимуми діаграми спрядуля і точки спостереження в площині симетрії мованості знаходяться в напрямках, паралельних передавального модуля. осі ОХ. При 2h /2 діаграма перпендикулярного площині симетрії передавальспрямованості стає багатопелюстковою. При виного модуля, для різних моментів часу. промінюванні НШС імпульсного електромагнітного На Фіг.8 зображено розподіли сумарної наполя варто зіставляти 2h із просторовою триваліспруженості електричного поля в площині, яка вмітю випромінюваного імпульсу - с , де с - швидщує диполі передавального модуля і перпендикукість світла, - тривалість імпульсу. Максимальну лярна площині симетрії передавального модуля, напруженість поля така передавальна антена видля різних моментів часу. промінює в напрямках, паралельних осі ОХ при На Фіг.9 зображено розподіли сумарної на2h с . У площині YOZ завжди буде мати місце пруженості електричного поля в площині, яка пернульове значення амплітуди випромененого поля. пендикулярна диполям передавального модуля і Діаграма спрямованості приймальної антени перпендикулярна площині симетрії передавальновідповідає діаграмі диполя (Фіг.3). Така всеспряго модуля, для різних моментів часу. мована в площині XOY діаграма приймальної анЩоб забезпечити глибоку розв'язку між перетени забезпечує прийом сигналів не тільки з надавальним і приймальним модулями антенної сиспрямку передачі, що може бути використане в теми, передавальний модуль антенної системи деяких зв'язних системах. складають із двох однакових парціальних антен, Відсутність зв'язку між передавальною і прийнаприклад, двох електричних диполів G1 і G2 мальною антенами означає, що можна нарощува(Фіг.1). У прямокутній системі координат OXYZ ти потужність сигналу, що збуджує, без ризику подовжні осі диполів G1 і G2 орієнтують, напрививести з ладу чуттєві вхідні ланцюги приймача. клад, уздовж напрямку OZ. Диполі розташовують Таким чином, застосовуючи запропонований спона відстані 2h один від іншого дзеркально симетсіб, збільшують енергетичний потенціал радіосисрично щодо координатної площини YOZ, що відстеми при будь-яких параметрах випромінюваних і тоїть на відстані h від осей обох парціальних анприйнятих сигналів. тен. Глибока частотно-незалежна розв'язка між пеЗабезпечують синхронне збудження парціальредавальною і приймальною антенами зберених антен передавального модуля, що знаходятьжеться в антенній системі, якщо як приймальну ся по різні боки від площини симетрії, електричниантену використовувати не одиночний диполь S1 ми сигналами, рівними за абсолютною величиною (як показано на Фіг.1), а кілька диполів, розташов будь-який момент часу, але взаємно протилежваних у площині YOZ. На Фіг.4 зображено варіант ними за знаком. Наприклад, збудження парціальпропонованого способу, у якому елементами них антен передавального модуля електричними приймально-передавальної антенної системи є сигналами може здійснюватися від загального плоскі широкосмугові диполі. G1 і G2 - є передаваджерела сигналів G із симетричним виходом 1-2 льними антенами. Диполі S1, S2, ... Sn утворюють за допомогою симетричної фідерної лінії. приймальну антенну решітку, де n - кількість прийПри такому способі збудження антен G1 і G2 мальних антен. При цьому енергетичний потенціал передавального модуля напруженість компонент радіосистеми може бути збільшений у n1/2 разів, і електричного поля, що належать площині YOZ, приймальна антена має властивість прийому, який дорівнює нулю в будь-який момент часу при збує селективним за напрямком. дження сигналами з будь-якою часовою залежКрім того, незалежно від того, чи збільшена кіністю. лькість приймальних антен, запропонований споПлоскосиметричну приймальну антену S1 (дисіб припускає також і можливість збільшення кільполь) розміщують у площині YOZ і підключають кості передавальних антен (Фіг.5). Диполі S1, S2 вихідними клемами 3 і 4 до вхідних ланцюгів утворюють приймальну антенну решітку, а пари приймача S (Фіг.1). Через рівність нулю компонент диполів G1 і G2, G3 і G4, G5 і G6 - передавальну вектора напруженості електричного поля в цій антенну решітку. Щоб зберегти глибоку розв'язку площині на вихідних клемах 3 і 4 приймальної анміж передавальною і приймальною антенами в 7 14933 8  передавальний модуль випромінюючі антени доR1 R2 де t'1 t , t'2 t , R1 - вектор з початдають парами і розташовують дзеркально симетc c рично щодо площини YOZ, у якій знаходяться ком у точці o1(h,0,0) і кінцем у точці спостереження приймальні антени. Передавальні антени, які зна ( x h)2 y 2 z 2 ; R 2 - векo(x,y,z) довжиною R1 ходяться по різні сторони від площини симетрії, збуджують електричними сигналами, рівними за тор з початком у точці o2(-h,0,0) і кінцем у точці абсолютною величиною в будь-який момент часу, спостереження о(х, у, z) довжиною але взаємно протилежними за знаком. При цьому 2 2 2 R2 ( x h) y z . При одержуємо t'1 t'2 енергетичний потенціал радіосистеми може бути   збільшений у m разів, де m - кількість пар передаR1 R2 . вальних антен. Результат інтерференції полів таких диполів:       Заявлену корисну модель реалізують таким E E1 E2 i H H1 H2 одержуємо, використочином. Нехай електричний диполь Герца (Фіг.6), вуючи (2) і (3) розташований у точці з координатами кінця векто  ра r0 , із зарядами, що коливаються в напрямку, 3 p( t'1 ) 3 dp( t'1 ) 1 d2p( t'1 )     який задається вектором s , характеризується вектором електричної поляризації      P( r , t ) p( t ) r r0 s (1)  3 p 3 R3 0 2 c R0 p 1 R3 0 2 c R0  H 1 c 2 2 R0 dp dt dp dt dp dt d2p 1 c 2 R0 c d2p c R0 dt 2   s n (3) (x x0 )2 ( y y0 )2 (z z0 )2 модуль радіус-вектора; x0, y0, z0 - координати  центра диполя, n  R0 R0 p( t'2 ) 1 R3 2 c R2 2   r2 h i . Припустимо, що зміна зарядів у часі від бувається синхронно, тобто p1(t)=p2(t). Вектори s1 і  s 2 , що визначають напрямок поляризації кожного  з диполів, зв'яжемо співвідношеннями s1 k і  s2 k . Тоді з (1) випливає:     P1(r, t'1 ) p( t'1 ) ( r r1 ) k     P2 (r, t' 2 ) p( t' 2 ) ( r r2 ) ( k ) (4) d2p( t'1 ) dt 2 dt 2 1 d2p( t'2 ) c 2 R2 dt 2 (5)    k n2 n2 d2p( t'2 ) c 2 R2  k 1 c 2 R1   k n1 d 2 p( t'1 ) dt 2 (6) 1   k n2 d 2 p( t' 2 ) c 2 R2 dp( t' 2 ) dt 1  k 1 dp( t'1 ) dt 2 c 2 R1 dt 2   Розглянемо структуру полів E і H в площині YOZ. У цій площині x=0, і, отже, R1=R2=Ryz, де Ryz h2 y2 t'1 t'2 t' yz   [k n1]   [k n2 ] t z2 . Крім того, у площині YOZ також R yz   (k n1) , c   (k n2 ) z , R yz 2 h  j . Отже, вирази (5) і (6) можеR yz мо записати у вигляді 3 p( t' yz ) - одиничний вектор; С швидкість світла, система СГСМ. Розглянемо найпростішу модель антенної системи, складеної з диполів Герца. Для цього вибе ремо прямокутну систему координат з ортами i ,   j , k , що мають одиничну довжину і спрямовані уздовж осей ОХ , OY і OZ відповідно. З обох сторін від початку координат на осі ОХ розмістимо два диполі так, щоб відстані від початку координат до диполів дорівнювали h (Фіг.6). Відповідні радіус  вектори положень центрів диполів r1 h i , 1 dp( t'2 ) dt 1 k n1 n1 dt 2 c 2 R1 dp( t'1 ) dt dp( t'2 ) dt c R2 2 R3 2  H c 2 R1 dt 3 c 2 R2 2  де R 0 - радіус-вектор з початком у точці роз ташування диполя ( r0 ) і кінцем у точці спостере ження о(х, у, z); R0 1 2 c R1 3 p( t'2 )  s R0 dt 2 1 2    s n n 2 c R1 3 R1 (2) d2p 1 2 dt 2 3 R1 p( t'1 )  де p(t) - функція часу; r r0 - дельта функція Дірака. Найбільш загальний вираз для електромагнітного поля, випромененого диполем Герца, наведений в роботі (Борн M., Вольф Э. Основи опти ки. М.: Наука, 1976. - 856 с.). Електрична E і  магнітна H компоненти поля, випромененого диполем Герца, представляються виразами  E E 3 dp( t' yz ) R3 yz c R2 yz dt  E yz 2 1 d p( t' yz ) c 2 R yz (7) dt 2 1  H 2 z h  i R2 yz 2 c 2 R1 1 dp( t'1 ) dt 2 d p( t'1 ) c 2 R1 dt 2 2 h  j R yz (8) Вирази (7) і (8) показують, що два протифазно збуджувані диполі, розташовані симетрично щодо площини YOZ (фіг.6), створюють у площині YOZ поле, електрична компонента якого має тільки Еx складову, а магнітна - тільки Ну складову. Це означає, що в будь-якому плоскому провіднику, розташованому в площині YOZ, розглянута пара диполів не може індукувати струм, а внаслідок цього, розміщена в площині YOZ приймальна антена не буде приймати поле, що виходить з антен передавального модуля. По суті, у будь-який момент часу 9 14933 10 відбувається взаємна і повна компенсація електтангенціальної складовий електричного поля в ричних складових тангенціальних до площини YOZ площині YOZ ілюструють також Фіг.8 і Фіг.9, які електромагнітних полів, створюваних елементами показують розподіли напруженості електричних передавального модуля. полів у площинах YOX і ZOX в різні моменти часу По формулі (5) розраховані залежності напрупри збудженні передавального модуля гаусовим імпульсом. женостей електричного поля Е на осі ОХ для різТеоретично запропонований спосіб розв'язки них моментів часу при збудженні передавального між передавальним і приймальним модулями анмодуля гаусовим імпульсом (Фіг.7). Імпульси поля, тенної системи дозволяє одержати повну частотно випромінювані в протилежних напрямках, мають -незалежну розв'язку. Практично глибину розв'язки взаємно протилежну полярність. Завдяки взаємній визначає точність симетрії конструкції антенної компенсації полів у площині симетрії антенної сиссистеми в цілому, у тому числі, з урахуванням ситеми, побудованої з використанням пропонованого метричності фідерних ланцюгів і елементів кріпспособу, при x=0 амплітуда імпульсу поля завжди лення. дорівнює нулю. Наявність нульової напруженості 11 Комп’ютерна верстка Н. Лисенко 14933 Підписне 12 Тираж 26 прим. Міністерство освіти і науки України Державний департамент інтелектуальної власності, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601