44 ГГц

April 5, 2012 by admin Комментировать »

Касименко В. Б., Копусов В. Н., Гордеев А. Н. Московский государственный авиационный институт (технический университет) Минский НИИ приборостроения ул. Я. Коласа, 73, Минск – 220113, Беларусь тел.: 017-2622771, e-mail: mnipi@mail.belpak.by

Аннотация – Предоставлены результаты проектирования измерительной антенны в диапазоне частот 0,85 –

17,44  ГГц. Она предназначена для создания эталонного электромагнитного поля при проведении измерения совместно с источником сигнала и для исследования электромагнитных полей, мониторинга электромагнитной обстановки, измерения параметров антенн и малых уровней мощности совместно с приёмными устройствами. Широкий диапазон частот, высокие технические характеристики и возможность работы в жёстких климатических условиях (- 50° С – + 50° С) ставит данную антенну в число лучших антенных устройств в своём классе. Ей присвоен тип П6-23М.

I.  Введение

В последнее десятилетие идёт интенсивное освоение не только средствами космической связи, но и наземной связи диапазона частот 1-18 ГГц. Ставшие уже традиционными космические средства передачи информации в диапазоне 10,7-13,5 ГГц пополнились малогабаритными радиорелейными станциями, системой связи, интегрированными системами телекоммуникаций. В этом же диапазоне продолжается активная работа по созданию и совершенствованию радиотехнических систем различного назначения. Всё это требует создания современной широкодиапазонной аппаратуры для измерения мощностных и спектральных характеристик сигналов и, в первую очередь, измерительных антенн и приёмных устройств. В последние годы ведущими фирмами в мире созданы анализаторы спектра с такими характеристиками [1]. Это позволяет существенно сократить применение сложного и дорого радиоэлектронного оборудования при проведении широко распространённого радиочастотного мониторинга сигналов и окружающей электромагнитной обстановки, но для этого нужны столь же современные измерительные антенны. Решение одной из таких задач по созданию измерительной антенны с возможно более широким диапазоном рабочих частот представлены в данной работе.

II.  Проектирование

Создание антенных устройств, в столь широком диапазоне частот, требует решения ряда противоречивых требований. Традиционные устройства на коаксиальном тракте значительно ухудшают свои характеристики в диапазоне выше 10 ГГц. Использование волноводных конструкций ограничивает диапазон частот и ведёт к существенному увеличению габаритов и сложности конструктивных решений. Была спроектирована рупорно-коаксиальная антенна, представляющая рупор, выполненный как одно целое со сложным диапазонным волноводнокоаксиальным переходом. Выход антенны – стандартный коаксиал с волновым сопротивлением 50 Ом, переходит в линию, с эксцентрически расположенным внутренним стержнем, соединяющимся с коньковым, постепенно переходящим в Н-образный волновод и рупор. Невысокий коэффициент отражения для столь широкого диапазона частот обеспечен тем, что структуры электромагнитного поля в местах стыковки коаксиальных и волноводных участков перехода подобраны так, что они мало различаются. Размеры конькового волновода при соединении с фидером выбраны так, что поперечное волновое сопротивление волновода близко к волновому сопротивлению свободного пространства. В этом случае волновое сопротивление волновода практически не зависит от частоты [2]. Для коррекции фазовых искажений и обеспечения формы диаграммы направленности в Е и Н-плоскостях в раскрыве измерительной антенны разработана диэлектрическая линза.

Разработаны опорно-поворотные устройства (ОПУ), позволяющие изменение высоты расположения антенны и повороты по азимуту, углу места и поляризации.

III.  Исполнение

Измерительная антенна имеет два исполнения: П6-23М – собственно антенна;

П6-23М/1 – антенна с ОПУ;

Поворот антенны: по азимуту +180°; по углу места от -10° до +80°; поворот плоскости поляризации от 0° до 90°;

Масса антенны, не более 6,8 кг.

IV-Технические характеристики

Диапазон частот П6-23М 0,85-17,.

Коэффициент усиления, не менее 9 дБ (0,85 ГГц) и 28 дБ (17,), определяется по графику придаваемому к антенне.

КСВ антенны, не более 1,7.

Предел допускаемого значения погрешности коэффициента усиления, не более +20%.

Уровень боковых лепестков диаграммы направленности, не более минус 10 дБ.

Волновое сопротивление выхода антенны 50 Ом, канал 7*3,05.

Климатические условия эксплуатации от – 50° С до + 50° С.

I.    Заключение

По мнению авторов, создание измерительной антенны с двадцатикратным перекрытием по частоте на границе дециметрового и сантиметрового диапазонов длин волн представляет достаточно сложную задачу. При этом удалось получить основные технические характеристики антенн, присущие измерительным антеннам для более узких стандартных диапазонов частот (эффективная площадь антенн от 600 см2 на 0,85 ГГц до 150 см2 на 15 ГГц, погрешность измерения не более + 20%, КСВ – не более 1,7). Являясь универсальным измерительным устройством, она позволяет выполнять работу с различными видами приёмных устройств (при измерении параметров антенн, решении задач электромагнитной совместимости радиотехнических устройств, проектировании средств связи в диапазоне частот

0.                   85.17,44            ГГц). Находит широкое практическое применение при мониторинге сигналов радиотехнических систем, средств связи, телевидения и определении допустимых уровней сигналов и помех. Антенна П6-23М показала хорошие результаты при работе с современными анализаторами фирмы Agilent Technologi (США), перекрывая практически весь высокочастотный диапазон этой широкодиапазонной аппаратуры.

II.    Список литературы

1. Agilent Technology Catalog, 2003 .

2.  Технические условия на антенну П6-23М.

DESIGN OF THE ULTRAWIDEBAND 0,85 – 17,44 GHz TEST ANTENNA

Kasimenko V. B., Kopusov V. N., Gordeev A. N.

Moscow State Aviation Institute (technical university), MNIPI, 73, Kolas str, Minsk-220113, Belarus phone: (017) 2622124 e-mail: mnipi@mail.belpak.by

Abstract -The results of the design the measuring antenna for 0.85 to 17.44 GHz frequency band are presented. Antenna gain was measured to be at least 9 dB at 0.85 GHz and 28 dB at 17.44 GHz. The antenna is intended to generate the reference electromagnetic field during measurements with appropriate signal source and for electromagnetic field analysis, for electromagnetic environment monitoring, measurements of antenna parameters and small levels of electromagnetic power together with appropriate receivers. Wide frequency band, high technical performance and operational possibility within harsh climatic environment of – 50° С – + 50° С nominate this antenna as the best one inside the corresponding class of antennas. The antenna type is named as the П6-23М.

I.  Introduction

Very intensive development of 1-18 GHz frequency band technology occurs last ten years by both the space and ground- based communication technologies. Being already traditional the space media technology within 10,7 – 13,5 GHz frequency band are supplemented now with radio relay stations, GSM communication systems and integrated telecommunication systems. These technologies require new wideband instrumentation to measure power and spectral signal characteristics and first of all measuring antennas and receivers. During last years the leading world famous firms manufactured spectrum analyzer with appropriate performance [1]. This essentially reduces application of complex equipment for RF and environment monitoring, but also requires perfect measuring antennas. The solution of the latter problem on manufacturing of measuring antenna with as wide as possible operation frequency band is presented in the paper.

II.  Design

Manufacturing of antennas operating in so wide frequency band requires the solution of several trade-offs. Conventional coaxial devices considerably worsen their performances in frequency band higher than 10 GHz. Metallic waveguides limit the operational frequency band and make the devices heavier and bulky. As a solution, the horn-coaxial antenna is designed, which is the conventional horn united with complex wideband waveguide-coaxial junction. Output antenna port is the standard coax with 50 Ohm impedance which is gradually converted into the link with the off-center internal rod connected with ridged waveguide which is in turn gradually converted into the H waveguide horn.

Low reflectivity within so wide frequency band is due to careful matching of the electromagnetic field structures at the interfaces of coaxial and metallic waveguide parts of junctions. Ridge waveguide geometry at the waveguide/feeder interface is chosen so that waveguide impedance is close to that of free space. As a result the waveguide impedance is practically frequency independent [2].

To make phase error corrections and to provide the given far field pattern in E- and H-planes the dielectric lens is developed and installed inside the measuring antenna aperture.

The measuring antenna is also equipped with special sup- port-rotating positioners, providing the change of antenna height, antenna azimuth-angle and elevation-angle turns and polarization variations.

III.  Antenna realizations

The measuring antenna is manufactured in two practical realizations: 1) Antenna itself, named as П6-23. 2) Antenna with special support-rotating positioners named as П6-23М/1.

Azimuthal rotation range: ±180°

Elevation rotation range: -10° to + 80°

Rotation range of polarization plane: 0° to 90°

Weight, kg, max 6.8

IV. Technical performance

Frequency band of П6-23М modification: (0,85-17,44) GHz.

Gain no less than 9 dB(0.85 GHz) and 28 dB (17.44 GHz).

(Could be determined by appropriate diagram, attached to

the antenna).

Gain measurement error ± 20%.

Antenna input impedance 50 Ohm

VSWR, max                        1.7

Side lobe level, max -10 dB

Environmental operation conditions: (- 50 to + 50)° C.

V.  Conclusion

The principal technical performance of an antenna designed correspond to that for measuring antennas operating within narrower standard frequency bands (with effective aperture area 600 cm2 at 0.85GHz to 150 cm2 at 15GHz, measurement errors no more than ±20%, VSWR<1.7) Being the universal measuring device the antenna proposed and manufactured operates with different receivers (to measure the antenna parameters, to provide the electromagnetic compatibility of RF devices, design of communication systems operating in 0.85-

17,44  GHz frequency band).

The П6-23М antenna showed nice results when operated with modern Agilent Technology spectrum analyzer covering practically the entire frequency range of this wideband instrument.

Источник: Материалы Международной Крымской конференции «СВЧ-техника и телекоммуникационные технологии»

Оставить комментарий

микросхемы мощности Устройство импульсов питания пример приемника провода витков генератора выходе напряжение напряжения нагрузки радоэлектроника работы сигнал сигнала сигналов управления сопротивление усилитель усилителя усиления устройства схема теория транзистора транзисторов частоты