Касіменко В. Б., копус В. Н., Гордєєв А. Н. Московський державний авіаційний інститут (технічний університет) Мінський НДІ приладобудування вул. Я. Коласа, 73, Мінськ – 220113, Білорусь тел.: 017-2622771, e-mail: mnipi@mail.belpak.by

Анотація – Надано результати проектування вимірювальної антени в діапазоні частот 0,85 –

17,44 Ггц. Вона призначена для створення еталонного електромагнітного поля при проведенні вимірювання спільно з джерелом сигналу і для дослідження електромагнітних полів, моніторингу електромагнітної обстановки, вимірювання параметрів антен і малих рівнів потужності спільно з приймальними пристроями. Широкий діапазон частот, високі технічні характеристики і можливість роботи в жорстких кліматичних умовах (- 50 ° С – + 50 ° С) ставить дану антену в число кращих антенних пристроїв в своєму класі. Їй присвоєно тип П6-23М.

I. Вступ

В останнє десятиліття йде інтенсивне освоєння не тільки засобами космічного зв’язку, а й наземного зв’язку діапазону частот 1-18 ГГц. Що стали вже традиційними космічні засоби передачі інформації в діапазоні 10,7-13,5 ГГц поповнилися малогабаритними радіорелейними станціями, системою зв’язку, інтегрованими системами телекомунікацій. У цьому ж діапазоні триває активна робота зі створення і вдосконаленню радіотехнічних систем різного призначення. Все це вимагає створення сучасної широкодіапазонний апаратури для вимірювання потужних і спектральних характеристик сигналів і, в першу чергу, вимірювальних антен і приймальних пристроїв. В останні роки провідними фірмами в світі створені аналізатори спектру з такими характеристиками [1]. Це дозволяє істотно скоротити застосування складного і дорого радіоелектронного обладнання при проведенні широко поширеного радіочастотного моніторингу сигналів і навколишнього електромагнітної обстановки, але для цього потрібні настільки ж сучасні вимірювальні антени. Рішення однієї з таких завдань зі створення вимірювальної антени з можливо більш широким діапазоном робочих частот представлені в даній роботі.

II. Проектування

Створення антенних пристроїв, в такому широкому діапазоні частот, потребує вирішення низки суперечливих вимог. Традиційні пристрої на коаксіальному тракті значно погіршують свої характеристики в діапазоні вище 10 ГГц. Використання хвилеводних конструкцій обмежує діапазон частот і веде до істотного збільшення габаритів та складності конструктивних рішень. Була спроектована рупорно-коаксіальна антена, що представляє рупор, виконаний як одне ціле зі складним діапазонним волноводнокоаксіальним переходом. Вихід антени – стандартний коаксіал з хвильовим опором 50 Ом, переходить в лінію, з ексцентрично розташованим внутрішнім стрижнем, що з’єднуються з коньковим, поступово переходить у Н-подібний хвилевід і рупор. Невисокий коефіцієнт відбиття для такого широкого діапазону частот забезпечений тим, що структури електромагнітного поля в місцях стикування коаксіальних і хвилеводних ділянок переходу підібрані так, що вони мало розрізняються. Розміри конькового хвилеводу при з’єднанні з фідером вибрані так, що поперечне хвильовий опір хвилеводу близько до хвильовому опору вільного простору. В цьому випадку хвильовий опір хвилеводу практично не залежить від частоти [2]. Для корекції фазових спотворень та забезпечення форми діаграми спрямованості в Е і Н-площинах в розкриві вимірювальної антени розроблена діелектрична лінза.

Розроблено опорно-поворотні пристрої (ОПП), що дозволяють зміна висоти розташування антени і повороти по азимуту, куту місця і поляризації.

III. Виконання

Вимірювальна антена має два виконання: П6-23М – власне антена;

П6-23М / 1 – антена з ОПУ;

Поворот антени: по азимуту +180 °; по куту місця від -10 ° до +80 °; поворот площини поляризації від 0 ° до 90 °;

Маса антени, не більше 6,8 кг.

IV-Технічні характеристики

Діапазон частот П6-23М 0,85-17,.

Коефіцієнт посилення, не менше 9 дБ (0,85 ГГц) і 28 дБ (17,), визначається за графіком надавало до антени.

КСВ антени, не більше 1,7.

Межа допустимого значення похибки коефіцієнта посилення, не більше +20%.

Рівень бічних пелюсток діаграми спрямованості, не більше мінус 10 дБ.

Хвильовий опір виходу антени 50 Ом, канал 7 * 3,05.

Кліматичні умови експлуатації від – 50 ° С до + 50 ° С.

I. Висновок

На думку авторів, створення вимірювальної антени з двадцятикратним перекриттям по частоті на кордоні дециметрового і сантиметрового діапазонів довжин хвиль представляє досить складну задачу. При цьому вдалося отримати основні технічні характеристики антен, властиві вимірювальним антен для більш вузьких стандартних діапазонів частот (ефективна площа антен від 600 см2 на 0,85 ГГц до 150 см2 на 15 ГГц, похибка вимірювання не більше + 20%, КСВ – не більше 1,7). Будучи універсальним вимірювальним пристроєм, вона дозволяє виконувати роботу з різними видами приймальних пристроїв (при вимірюванні параметрів антен, вирішенні задач електромагнітної сумісності радіотехнічних пристроїв, проектуванні засобів зв’язку в діапазоні частот

85.17,). Знаходить широке практичне застосування при моніторингу сигналів радіотехнічних систем, засобів зв’язку, телебачення та визначенні допустимих рівнів сигналів і перешкод. Антена П6-23М показала хороші результати при роботі із сучасними аналізаторами фірми Agilent Technologi (США), перекриваючи практично весь високочастотний діапазон цієї широкодіапазонний апаратури.

II. Список літератури

1. Agilent Technology Catalog, 2003 .

2. Технічні умови на антену 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.

Джерело: Матеріали Міжнародної Кримської конференції «СВЧ-техніка і телекомунікаційні технології»