Гадецкий Н П, Магда І І, Мухін В С, Чупіков П Т Національний науковий центр «Харківський фізико-технічний інститут» вул Академічна, 1, м Харків, 61108, Україна тел: +38-057-751-2669, e-mail: imagda@onlinekharkivcom

Анотація – Обговорюються результати дослідження параметрів понадширокосмугових (Сніп) імпульсних антен, заснованого на застосуванні генератора електричних сигналів надкоротких тривалості (СКД), що використовує пьезоеффект

I                                       Введення

Практика дослідження Сніп імпульсних антен (ІА) стикається з необхідністю проведення ряду рутинних процедур, доступних в реальному масштабі часу: зняття імпульсної характеристики, рефлектометрія антенно-фідерного тракту (АФТ), вимірювання параметрів передавальної і приймальної антен та ін Всі вони засновані на застосуванні генератора імпульсних сигналів СКД з длительностями імпульсу tp І переднього фронту ίκ, що не перевищують СОТНІ пикосекунд При цьому бажано, щоб параметр широкополосности Kf = fH / fL, де / ї, l (ГГц) = 035Як, р (не), всіх елементів тестової апаратури, включаючи ЛІНІЇ передачі та узгоджені навантаження, досягав декількох десятків, і максимальна частота – кількох ГГц Вимірювання далекої зони полів випромінювання ІА в умовах полігонів висувають додаткові вимоги до генератора СКД, зокрема, збільшення амплітуди вихідного сигналу до сотень вольт-кіловольт Поширення І впровадження імпульсних технологій СКД, а також реалізація описаних вище процедур стримується досить високою вартістю таких приладів, що випускаються поки малими серіями

Нижче обговорюються деякі методики вимірювань параметрів Сніп фідерних пристроїв та ІА, засновані на застосуванні нескладного у виготовленні автономного високовольтного генератора субнаносе-кундного діапазону, заснованого на пєзоефекті

II Імпульсні характеристики АФТ

Експериментальні дослідження засновані на декількох варіантах компоновки стенду імпульсних вимірювань реального часу, які включали: генератор пікосекундних сигналів (ГПС), коаксіальний фідерний тракт (КФ) з імпедансом 75 Ом І ємнісний дільник напруги (ED) При проведенні рефлектометрії в тракт додатково включався коаксіальний трійник, Рис1, а В якості вимірювального засобу використовувався цифровий осцилограф Agilent 54846 (^ н = 225 ГГц)

Генератор пікосекундних сигналів виконаний на основі циліндричного активного елементу (пєзокераміка ЦТС 19) діаметром і висотою 8 мм Пєзоелемент (ПЕ) щільно встановлений у картриджі ІЗ діелектричного матеріалу, що містить мініатюрний взводимой пружинний ударний механізм Стабільність роботи ударного механізму забезпечує високу повторюваність деформації пьезокристалла І генерування на обкладках ПЕ імпульсної різниці потенціалів до 25 кВ Зєднання ПЕ з нізкоімпедансной навантаженням – коаксіальним кабелем зменшує результуючу амплітудою

ду сигналу на виході ГПС Типовий сигнал на виході ГПС І його спектр наведені на Рис1, б

Рис 1 Схема стенду (а), сигнал ГПС, 1нс/дел і його спектр, 10 дБ / справ, 04 ГГИ / справ (б)

Fig 1 Schematics of test-bed (а), PSG signal, 1 ns / div, and its spectrum, 10 dB / div, 04 GFIz / div, (6)

Рефлектометрія АФТ ГПС, зєднаний з 75 0м кабелем (РК75-11/9) і трійником, підключався до досліджуваного АФУ, Рис1, а Довжина кабелю / могла змінюватися в межах 05-35 м Збільшення ДОВЖИНИ КФ призводить до помітного збільшення тривалості фронту імпульсу Наприклад, при довжині кабелю 8м це збільшення стає порівнянним з ВИХІДНОЇ тривалістю фронту імпульсу

Використання імпульсу з Ir = 100 пс забезпечує просторову точність ~ 2-3 см Цього цілком достатньо для рефлектометричним вимірювань елементів АФУ, наприклад, коефіцієнта відображення переходу КФ-ІА або вузла навантаження ІА, по амплітудах прямого U + і відбитого 0 сигналів, Kr = UJU + На Рис2 наведено результати рефлектометрії АФТ з переходом 50-75 Ом () Та узгодженої навантаження 75 Ом (Рис2, а), а також переходу 50-75 Ом () І ІА (II), замісної узгоджене навантаження (Рис2, б)

Рис 2 Сигнали рефлектометрії КФ з согласованHoij навантаження ^ (А) і з ІА (б), 1 нс / справ

Fig 2 Signals of reflectometry of CF with matched load (a), and CF with lA (6), 1 ns/div

Вимірювання параметрів імпульсної антени У

Як тестируемой ІА обрана імпульсна рефлекторна антена (ІРА) [1] Конструктивно ІРА представляла половину кругового параболоїда обертання, встановленого на провідної поверхні, що є фокальній площиною параболоїда В області фокуса ІРА (D = 06 м, F / D = OA) розташовувався висновок коаксіального фідера, до якого підключався збудник ІРА – дві неоднорідні полоськовиє лінії Геометричні параметри ліній, що визначають їх імпеданс (сумарний імпеданс ліній дорівнює импедансу фідера 75 Ом), вибиралися відповідно до [1] Для реєстрації поля випромінювання ІРА використовувалася калібрована по полю полоськовая Сніп антена, встановлена ​​на відстані 8-11 м від ІРА [2] Обидві антени розміщувалися або в приміщенні, обладнаному Сніп РИМ типу «Бамбук», або на відкритому полігоні Сигнали випромінювання ІРА, виміряні в цих умовах наведені на РісЗ

Рис 3 Сигнали випромінювання ІРА, виміряні в приміщенні, обладнаному Сніп РПМ (а), і на полігоні (б)

Fig 3 Signals of IRA measured in the room with anechoic material (a), and at open poligon (6)

Вимірювання прийнятого сигналу дозволяють визначити фактор якості і діючу вьюоту досліджуваної ІРА [3]:

а також оцінити спектральні характеристики ІРА Порівняння результатів вимірювань усередині приміщення з поглиначем і на полігоні демонструє відмінності не тільки у значеннях F = 15, 17 та / / \ = 154 см, 162 см, відповідно, але і в характері виміряного сигналу Останнє видно зі спектрів прийнятих сигналів Відмінності експериментальних умов, мабуть, повязані з великою кількістю віддзеркалень всередині приміщення від навколишніх предметів і стін, які не вдається прибрати за допомогою РПМ Крім того, очевидно вплив поглинаючого матеріалу і на випромінювання ІРА, що йде під малими кутами

III                                   Висновок

Описана методика застосування генератора електричних сигналів надкоротких тривалості (СКД) на основі пьезоеффекга, а також результати вимірювання параметрів Сніп фідерних та антенних систем Застосування компактного автономного джерела сигналів СКД істотно спрощує проведення натурних випробувань та атестації імпульсних антен в умовах відкритого простору, вільного від предметів, які ускладнюють оцінку їх параметрів

IV                            Список літератури

[1] Giri DV, Tesche F М, Classification of intentional electromagnetic environments, IEEE Trans EMC, 2004, 46, p323

[2] Подосенов С A, Потапов AA, Соколов AA, Імпульсна електродинаміка широкосмугових радіосистем і поля повязаних структур М: «Радіотехніка», 2003, 720 с

[3] Giri D У, LacknerH, Smith ID, Morton DW,

Baum 0 E, MarekJ R, Prather \N D, Scholfield, D \N, Design, fabrication, and testing of a paraboloidal reflector antenna and pulser system for impulselike waveforms,»

IEEE Trans Plasma Sci, 1997, 25, p318

PIEZOELECTRIC GENERATOR FOR TREATMENT AND METROLOGY OF IMPULSE UWB ANTENNA

N P Gadetski, I I Magda, V S Muhin, P N Chupikov National Science Center «Institute of Physics and Technology»

1 Academicheskaya Str, Kharkov, 61108, Ukraine e-mail: imagda@online kharkiv com

Abstract – Parametrical study of ultrawide-band (UWB) impulse antenna with the help of generator of electric ultashort pulses (USP), based on piezoeffect, is considered

I                                         Introduction

study the UWB impulse antennas (lA) faces the necessity of carrying out some routine procedures accessible in real time: measurement of impulse characteristics, reflectometry of an- tenna-feeding tract (AFT), measurement of parameters of transmitting and reception antennas, etc All these are based on the use of generator of ultrashort pulses (USP) with duration tp and rise-time tp, not exceeding hundred picoseconds Technology for measurement the parameters of UWB feeding units and lA, based on the use of simple in manufacture autonomous high-voltage generator of subnanosecond pulse range based on piezoeffect are discussed

II                     Impulse Characteristics of AFT

Experimental study is based on several configurations of the stand for impulse real time measurements which includes: picosecond impulse generator (PSG), coaxial feeder (CF) with impedance of 75 Ohm and capacitive voltage divider (ED) PSG is manufactured on the basis of cylindrical active element (pie- zoceramics CTS 19) For providing reflectometry CF additionally includes a coaxial tee, Fig1, a Typical PSG output signal and its spectrum are shown in Fig1, 6

Reflectometry of AFT A pulse with ίκ = 100 ps used for reflectometry provides spatial accuracy of ~2-3cm It is quite enough for investigation of AFT elements: the reflection factor of the transition unit CF-IA or the load unit of lA, by means of measurement the direct U+ and the reflected U signal amplitudes, Kr = UyU+ Fig2 demonstrates the results of the AFT reflectometry of the transition unit 50-75 Ohm (I), and the matched load 75 Ohm (Fig2, a), and also the transition unit 50- 75 Ohm (I), and lA (I) replacing the matched load (Fig2, 6)

Measurement the characteristics of impulse antenna An impulse reflector antenna (IRA) [1] was used as tested lA The IRA is composed of one half of circular paraboloid (D=06 m, F/D=04), set on conducting metal surface, and of two non- uniform strip lines used as inductors Comparison of IRA tests produced indoors with the use of an UWB absorber and at open polygon (Fig 3) shows distinctions not only in values ​​of the factor of quality F = 15, 17 and effective antenna height Ьд = 154 cm, 162 cm [3], accordingly, but also in character of measured signals The last is obvious from the spectra of received signals Distinctions of experimental conditions, apparently, are caused by numerous reflections from laboratory indoor surrounding and walls which could not be removed with help of an absorbing material Besides, the influence of the absorbing material to radiation of IRA under small angles is obvious

III                                       Conclusion

A technology of application of the generator of electric USP based on piezoeffect, together with results of measurement the characteristics of UWB feeding and antenna units are described Compactness and autonomous of the generator of USP signals essentially simplifies carrying out live tests and certification of impulse antennas at open polygon, free from objects which complicate estimating their characteristics

Джерело: Матеріали Міжнародної Кримської конференції «СВЧ-техніка і телекомунікаційні технології», 2006р