Антенная система трехдиапазонного нелинейного радиолокатора

Полезная модель относится к радиотехнике и может быть использована в нелинейной радиолокации для дистанционного обнаружения приемопередающих устройств с полупроводниковыми элементами, несанкционированно установленными на контролируемом объекте. Антенная система содержит решетку из логопериодических вибраторных антенн, излучающих зондирующие сигналы в трех диапазонах частот и принимающих отраженные от контролируемого объекта с установленными на него приемопередающими устройствами с полупроводниковыми элементами сигналы на соответствующих частотах вторых гармоник зондирующих сигналов. В каждом диапазоне частот антенны размещены попарно так, что сверху находится антенна зондирующего сигнала, излучающая горизонтально поляризованную электромагнитную волну, а под ней на расстоянии половины длины волны зондирующего сигнала размещается приемная антенна сигналов вторых гармоник зондирующих сигналов с вертикальной поляризацией принимаемой электромагнитной волны. Антенная система содержит также азимутально-угломестное опорно-поворотное устройство, предназначенное для размещения антенной решетки и блока нелинейного радиолокатора, осуществления электромагнитного сканирования радиолокатором поверхности контролируемого объекта и ориентирования приемных антенн решетки в пространстве. В систему дополнительно введены основание, две боковые стойки, панель, выполненные из диэлектрического материала, защитный кожух и несущая платформа, которая установлена на поворотной платформе опорно-поворотного устройства. В опорно-поворотное устройство введен электромеханический привод с программным управлением от ПЭВМ и отображения на ее экране уровней принимаемых сигналов вторых гармоник. Антенная решетка снабжена лазерной указкой, имеющей выходное отверстие для луча лазера в центре панели, на которой установлены антенны решетки. Техническим результатом является повышение точности определения местоположения и увеличение дальности обнаружения электронных устройств с полупроводниковыми элементами.

Полезная модель относится к радиотехнике и может быть использована в нелинейной радиолокации для дистанционного обнаружения приемопередающих устройств₍с полупроводниковыми элементами, несанкционированно установленными на контролируемом объекте.

Известны двухчастотные приемо-передающие антенны для двухканальных систем, используемые, в частности, в нелинейных радиолокаторах и содержащие совмещенные антенны: спиральную, излучающую зондирующие сигналы на частоте 2,9 ГГц, и волноводно-диэлектрическую, принимающую сигналы третьей гармоники зондирующего сигнала на частоте 8,7 ГГц [1].

Недостатком известных двухчастотных антенн применительно к их использованию в нелинейных радиолокаторах для обнаружения электронных устройств с полупроводниковыми элементами являются то, что в режиме приема они работают с отраженными сигналами третьей гармоники зондирующего сигнала. Однако для распознавания электронных устройств, содержащих полупроводниковые элементы, в нелинейной радиолокации используются сигналы второй гармоники зондирующего сигнала, которые примерно на 20 дБ больше уровня рассеяния энергии устройством на частоте третьей гармоники зондирующего сигнала.

Среди известных решений наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату к заявленному устройству является антенная система по патенту Российской Федерации 2432583 C1 МПК G01S , опубликованному 27.10.2011 Бюл. 30.

Схема размещения и ориентации в пространстве антенн системы, используемой в трехдиапазонном нелинейном радиолокаторе, показана на фиг. 2 в описании изобретения к патенту.

Она содержит решетку, образованную логопериодическими вибраторными антеннами, излучающими зондирующие сигналы в трех диапазонах частот и принимающими соответствующие им отраженные сигналы вторых гармоник на взаимно ортогональных линейных поляризациях электромагнитных волн, формирующими в азимутальной плоскости диаграммы направленности секторного типа, причем в каждом диапазоне частот антенна зондирующих сигналов размещена над соответствующей приемной антенной сигналов второй гармоники так, что продольные оси антенн расположены в вертикальной плоскости параллельно друг другу, расстояние между ними выбрано равным половине длины волны зондирующего сигнала, а антенны попарно ориентированы на излучение горизонтально поляризованной электромагнитной волны и прием вертикально поляризованной электромагнитной волны, и азимутально-угломестное опорно-поворотное устройство, установленное на треногу и предназначенное для размещения антенной решетки, выполнения последовательного электромагнитного сканирования нелинейным радиолокатором поверхности контролируемого объекта и ориентирования приемных антенн решетки в пространстве. При создании полезной модели антенной системы трехдиапазонного нелинейного радиолокатора поставлена задача минимизации отражений электромагнитных волн в ближней зоне действия нелинейного радиолокатора, а также паразитных излучений на частотах зондирующих сигналов и их вторых гармоник.

Технический результат, который может быть получен при использовании предлагаемой полезной модели, заключается в повышении точности определения местоположения и увеличения дальности обнаружения электронных устройств с полупроводниковыми элементами.

Для решения поставленной задачи с достижением указанного технического результата в известной антенной системе трехдиапазонного нелинейного радиолокатора, содержащей решетку, образованную логопериодическими вибраторными антеннами, излучающими зондирующие сигналы в трех диапазонах частот и принимающими соответствующие им отраженные сигналы вторых гармоник на взаимно ортогональных линейных поляризациях электромагнитных волн, формирующими в азимутальной плоскости диаграммы направленности секторного типа, причем в каждом диапазоне частот антенна зондирующих сигналов размещена над соответствующей приемной антенной сигналов второй гармоники так, что продольные оси антенн, расположены в вертикальной плоскости параллельно друг другу, расстояние между ними выбрано равным половине длины волны зондирующего сигнала, а антенны попарно ориентированы на излучение горизонтально поляризованной электромагнитной волны и прием вертикально поляризованной электромагнитной волны, и азимутально-угломестное опорно-поворотное устройство, установленное на треногу и предназначенное для размещения антенной решетки, выполнения последовательного электромагнитного сканирования нелинейным радиолокатором поверхности контролируемого объекта и ориентирования приемных антенн решетки в пространстве, согласно полезной модели в систему дополнительно введены основание, на котором установлены и скреплены друг с другом боковые стойки, панель, выполненные из конструкционного диэлектрического материала, защитный кожух и несущая платформа, на панели закреплены упомянутые антенны радиолокатора, в местах крепления антенн на панели и в нижней части защитного кожуха выполнены отверстия, через которые выведены фидера питания антенн для подключения их к блоку нелинейного радиолокатора, на несущей платформе закреплено основание, а также блок нелинейного радиолокатора, несущая платформа установлена на поворотной платформе опорно-поворотного устройства, в которое введен электромеханический привод, позволяющий выполнять по программе с помощью ПЭВМ последовательное электромагнитное сканирование нелинейным радиолокатором поверхности контролируемого объекта и ориентирование в пространстве приемных антенн решетки.

Возможен дополнительный вариант выполнения антенной системы трехдиапазонного нелинейного радиолокатора, в котором целесообразно, чтобы антенная решетка была снабжена лазерной указкой, расположенной в защитном кожухе за панелью, имеющей в месте пересечения ее осей выходное отверстие для лазерного луча указки. На фиг.1 представлено конструктивное выполнение заявленной антенной системы трехдиапазонного нелинейного радиолокатора, на фиг.2 показана диэлектрическая панель с закрепленными на ней логопериодическими вибраторными антеннами, на фиг.3 показан вид сверху на предлагаемую антенную систему.

Предлагаемая антенная система содержит решетку из шести логопериодических вибраторных антенн, закрепленных попарно на диэлектрической панели 1. Каждая пара содержит антенну зондирующего сигнала и приемную антенну отраженного сигнала второй гармоники зондирующего сигнала. Зондирующие сигналы излучаются на трех частотах в порядке возрастания частоты F1, F2 и F3. Отраженные сигналы вторых гармоник принимаются соответственно на частотах 2F1, 2F2 и 2F3. По фиг.2 антенны зондирующих сигналов 2, 3, 4 расположены в верхнем ряду решетки и имеют горизонтальную поляризацию электромагнитной волны (векторы EF1, EF2, EF3), соответствующие им приемные антенны сигналов вторых гармоник 5, 6 и 7 расположены под ними на расстояниях hF1, hF2 и hF3, равных половине длины волны зондирующих сигналов, и ориентированы в пространстве на прием вертикально поляризованной электромагнитной волны (векторы E2F1, E2F2, E2F3). Для установки антенной системы на опорно-поворотном устройстве 19 в конструкцию дополнительно введены несущая платформа 8, основание 9 и две боковые стойки 10. Основание 9, боковые стойки 10 и панель 1 скреплены друг с другом и образуют жесткий каркас, который устанавливается и закрепляется на несущей платформе 8. Все элементы каркаса выполнены из радиопрозрачного диэлектрического материала, например листового стеклотекстолита. Это уменьшает отражения электромагнитных волн от конструкции и тем самым повышает точность определения местоположения искомого устройства. На корпусах антенн со стороны выхода коаксиальных фидеров питания антенн установлены узлы 11 крепления антенн на опорной стойке 12, выполненные в виде пары винт-гайка. Такое расположение узла 11, вынесенное из области возбуждения логопериодической структуры, позволяет минимизировать отражение электромагнитных волн и повысить за счет этого точность определения местоположения электронного устройства.

Опорные стойки 12 вместе с закрепленными на них антеннами 2, 3, 4 и 5, 6, 7 установлены на панели с соблюдением ориентации векторов поляризации Е поля электромагнитной волны, показанной на фиг.2. В панели 1 в местах крепления антенн выполнены отверстия 13, через которые выведены шесть фидеров 14 питания антенн (три зондирующих и три приемных) для подключения их к блоку нелинейного локатора 23.

Для экранировки устройств радиолокатора от электромагнитных излучений антенн и электромагнитных откликов нелинейного объекта в конструкцию введен кожух 16, закрепленный за панелью 1 на основании 9. В нем в нижней части выполнены два отверстия 17 для вывода фидеров питания 14 антенн 2, 3, 4 зондирующих сигналов и приемных антенн 5, 6, 7 сигналов вторых гармоник.

Такая компоновка и выполнение выводов фидерного тракта позволяет за счет уменьшения потерь в СВЧ тракте и паразитных излучений фидеров повысить точность определения местоположения искомого электронного устройства и увеличить дальность его обнаружения.

Несущая платформа 8 установлена и закреплена на поворотной шарнирно закрепленной платформе 18 азимутально-угломестного опорно-поворотного устройства 19. В опорно-поворотное устройство 19 введен электромеханический привод 20 с электродвигателем 21, позволяющий выполнять но программе с помощью ПЭВМ 22 операции автоматического ориентирования приемных антенн решетки на контролируемый объект и последовательного электромагнитного сканирования объекта нелинейным радиолокатором 23. Опорно-поворотное устройство 19 и электромеханический привод 20 установлены на треногу 24. Антенная решетка снабжена лазерной указкой 25, расположенной в защитном кожухе 16 за панелью 1, имеющей в месте пересечения ее осей 26 выходное отверстие 27 для лазерного луча указки 25. Введение электромеханического привода с программным управлением от ПЭВМ позволяет повысить точность определения местоположения и увеличить дальность обнаружения электронных устройств с полупроводниковыми элементами. Это дополняется использованием в антенной решетке лазерной указки.

Для дистанционного обнаружения электронных устройств с полупроводниковыми элементами, несанкционированно установленными на контролируемых объектах, используется метод нелинейной радиолокации. Этот метод заключается в последовательном сканировании поверхности контролируемого объекта нелинейным радиолокатором и приема электромагнитных откликов от поверхности на второй гармонике зондирующего сигнала [2].

В трехдиапазонном нелинейном радиолокаторе предлагаемая антенная система работает следующим образом. Электромагнитное сканирование осуществляется электромеханическим способом, при котором антенная решетка перемещается в азимутальной плоскости и облучает обследуемую поверхность контролируемого объекта электромагнитным полем монохроматического сигнала, частоту которого изменяют поочередно в пределах трех диапазонов частот F1, F2 и F3 путем переключения на антенны 2, 3 и 4 соответствующих выходов блока нелинейного радиолокатора 23.

При этом в каждом диапазоне частот синхронно с облучением выполняется прием электромагнитных откликов от поверхности контролируемого объекта с установленным на ней электронным устройством на антенны соответственно 5, 6 и 7 вторых гармоник облучающих сигналов. При поступлении электромагнитных откликов выполняется ориентирование антенной решетки относительно поверхности контролируемого объекта, при котором уровни сигналов вторых гармоник 2F1, 2F2 и 2F3, принимаемых радиолокатором 23, максимальны. Уровни принимаемых сигналов вторых гармоник измеряются радиолокатором 23 и отображаются на экране ПЭВМ 22. Электромагнитное сканирование и ориентирование антенной решетки осуществляется путем поворота несущей платформы 8 опорно-поворотного устройства 19 с установленными на ней антеннами 2, 3, 4 и 5, 6, 7 в двух плоскостях, выполняемого по командам, поступающим от ПЭВМ 22 на электродвигатель 21 электромеханического привода 20 опорно-поворотного устройства 19. По направлению луча лазерной указки 25, при котором фиксируется максимальный уровень сигналов второй гармоники, точно определяется местонахождение электронного устройства с полупроводниковыми элементами.

Таким образом, введение в антенную систему основания и панели, образующих вместе с боковыми стойками жесткий каркас, выполненный из радиопрозрачного диэлектрического материала, и несущей платформы, необходимых для установки, закрепления и ориентирования в пространстве антенной системы, защитного кожуха, выполненного из металла и закрепленного за панелью на основании, выполнение выводов фидерного тракта питания антенн из защитного кожуха, введение в опорно-поворотное устройство электромеханического привода с программным управлением от ПЭВМ, а также использование в антенной решетке лазерной указки позволяет повысить точность определения местоположения и увеличить дальность обнаружения электронных устройств с полупроводниковыми элементами.

Литература

1. Беляев В.В., Богданов Ю.Н., Маюнов А.Т. Антенна спиральная двухчастотная. Положительное решение о выдаче патента Российской Федерации на изобретение по заявке 2001118423 от 3.07.2002 г.

2. Патент Российской Федерации 2257012 С1 МКП НО4М 1/68, G01S 13/2, публ. 20.07.2005 г.

1. Антенная система трехдиапазонного нелинейного радиолокатора, содержащая решетку, образованную логопериодическими вибраторными антеннами, излучающими зондирующие сигналы в трех диапазонах частот и принимающими соответствующие им отраженные сигналы вторых гармоник на взаимно ортогональных линейных поляризациях электромагнитных волн, формирующими в азимутальной плоскости диаграммы направленности секторного типа, причем в каждом диапазоне частот антенна зондирующих сигналов размещена над соответствующей приемной антенной сигналов второй гармоники так, что продольные оси антенн расположены в вертикальной плоскости параллельно друг другу, расстояние между ними выбрано равным половине длины волны зондирующего сигнала, а антенны попарно ориентированы на излучение горизонтально поляризованной электромагнитной волны и прием вертикально поляризованной электромагнитной волны, и азимутально-угломестное опорно-поворотное устройство, установленное на треногу и предназначенное для размещения антенной решетки, выполнения последовательного электромагнитного сканирования нелинейным радиолокатором поверхности контролируемого объекта и ориентирования приемных антенн решетки в пространстве, отличающаяся тем, что в систему дополнительно введены основание, на котором установлены и скреплены друг с другом боковые стойки, панель, выполненные из конструкционного диэлектрического материала, защитный кожух и несущая платформа, на панели закреплены упомянутые антенны радиолокатора, в местах крепления антенн на панели и в нижней части защитного кожуха выполнены отверстия, через которые выведены фидера питания антенн для подключения их к блоку нелинейного радиолокатора, на несущей платформе закреплено основание, а также блок нелинейного радиолокатора, несущая платформа установлена на поворотной платформе опорно-поворотного устройства, в которое введен электромеханический привод, позволяющий выполнять по программе с помощью ПЭВМ последовательное электромагнитное сканирование нелинейным радиолокатором поверхности контролируемого объекта и ориентирование в пространстве приемных антенн решетки.

2. Антенная система по п. 1, отличающаяся тем, что антенная решетка снабжена лазерной указкой, расположенной в защитном кожухе за панелью, имеющей в месте пересечения её осей выходное отверстие для лазерного луча указки.