CZ301885B6

CZ301885B6 - Anténní matice pro merení rozložení intenzity elektromagnetického pole

Info

Publication number: CZ301885B6
Application number: CZ20070806A
Authority: CZ
Inventors: Hoffmann@Karel; Hudec@Premysl; Zela@Jan
Original assignee: Ceské vysoké ucení technické - Fakulta elektrotechnická
Priority date: 2007-11-19
Filing date: 2007-11-19
Publication date: 2010-07-21
Also published as: CZ2007806A3

Abstract

Anténní matice je tvorena individuálními anténami (9), které mají malý fyzický rozmer ve srovnání s vlnovou délkou. Každá individuální anténa (9) je složena ze dvou shodných malých antének (5) typu SMD, které jsou usporádány souose proti sobe jako dipól a jsou upevneny na subnosné desce (4). Vývody antének (5) jsou pripojeny ke ctvrtvlnnému impedancnímu transformátoru (2) pripojenému k symetrickému vysokofrekvencnímu páskovému vedení (3). Ctvrtvlnný impedancní transformátor (2) a symetrické vysokofrekvencní páskové vedení (3) jsou vytvoreny jako vedení typu parallel plate. Impedance Z.sub.T .n.ctvrtvlnného impedancního transformátoru (2) je dána druhou odmocninou soucinu Z.sub.A .n.x 50, kde Z.sub.A .n.je impedance individuální antény (9). Symetrické vysokofrekvencní páskové vedení (3) je pripojeno k vysokofrekvencnímu konektoru (8) a všechny konektory (8) takto vytvorených individuálních antén (9) jsou uchyceny k hlavní nosné desce (10) anténní matice. Mezi individuálními anténami (9) a hlavní nosnou deskou (10) je s výhodou vložen absorbér elektromagnetických vln (12).

Description

Anténní matice pro měření rozložení intenzity elektromagnetického pole

Oblast techniky

Předkládané řešení se týká nového konstrukčního řešení, které je určeno k měření rozložení intenzity elektromagnetického pole ve volném prostoru.

Dosavadní stav techniky

Rozložení intenzity elektromagnetického pole lze změřit sondou, jejíž poloha se v daném prostoru mění a zaznamenává hodnoty intenzity elektromagnetického pole v jednotlivých bodech. Dalším řešením je použití anténní matice, která má v určitém prostoru rozmístěné individuální antény. Významným omezením anténních matic je rozměr individuální antény, který určuje minimální vzdálenost mezi sousedními individuálními anténami a definuje tak rozlišení anténní matice. V americkém patentu „Antenna Array for the Measurement of Complex Electromagnetic Fields“ US 6 762 726 bylo dosaženo vzdálenosti mezi sousedními individuálními anténami 0.3λ použitím elektrických a magnetických dipólů s elektrickými i fyzickými rozměry podstatně krat20 šími než je vlnová délka měřeného elektromagnetického pole ve vzduchu. Nevýhodou elektricky krátkých antén je u krátkého elektrického dipólu extrémně vysoká resp. u magnetického dipólu extrémně nízká impedance, kterou lze jen obtížně impedančně přizpůsobit k standardní impedanci - 50 Ω měřicích přístrojů.

Podstata vynálezu

Výše uvedené nevýhody odstraňuje anténní matice pro měření rozložení intenzity elektromagnetického pole, tvořená sadou n x m individuálních antén upevněných na hlavní nosné desce, podle

3ΰ předkládaného vynálezu. Jeho podstatou je, že každá individuální anténa je složena ze dvou shodných malých antének typu SMD vytvořených na keramickém substrátu s vysokou relativní permitivitou. Vysoká relativní permítivita substrátu umožňuje, že anténky jsou fyzicky podstatně kratší než je vlnová délka měřeného elektromagnetického pole při zachování jejich elektrické délky přibližně rovné polovině vlnové délky měřeného elektromagnetického pole. Elektrická délka přibližně rovná polovině vlnové délky měřeného elektromagnetického pole pak umožňuje jejich snadné impedanční přizpůsobení. Tyto malé anténky jsou uspořádány souose proti sobě jako dipól a jsou upevněny na jedné straně subnosné desky. Subnosná deska má v sobě vytvořeny dva prokovené otvory pro průchod vývodů malých antén. Tyto vývody jsou na druhé straně subnosné desky připojeny ke čtvrtvlnnému impedančnímu transformátoru transformujícímu impedanci antény na impedanci Zo = 50 Ω symetrického vysokofrekvenčního páskového vedení. Tento čtvrtvlnný impedanční transformátor a symetrické vysokofrekvenční páskové vedení jsou vytvořeny jako vedení typu parallel plate na protilehlých stranách nosné dielektrícké desky individuální antény. Impedance Z_T čtvrtvlnného impedančního transformátoru je čistě reálná a je dána vztahem Zt = VŽ750 ’ kde Z_A je impedance individuální antény. Symetrické vysokofrekvenčního páskové vedení je připojeno k vysokofrekvenčnímu konektoru tak, že střední vodič konektoru je připevněn kjednomu pásku symetrického vysokofrekvenčního páskového vedení a k druhému pásku symetrického vysokofrekvenčního páskového vedení je připevněn vnější vodič, tedy plášť, konektoru. Všechny konektory takto vytvořených individuálních antén jsou pak uchyceny k hlavní nosné desce anténní matice.

Ve výhodném provedení je mezi individuálními anténami a hlavní nosnou deskou vložen absorbér elektromagnetických vin opatřený otvory, kterými procházejí nosné dielektrícké desky individuálních antén, přičemž délka I₂ symetrického vysokofrekvenčního páskového vedení je taková, aby individuální antény vystupovaly nad absorbér. Použití absorbéru zajišťuje potlačení odrazů elektromagnetického pole od hlavní nosné desky anténní matice a nedochází tak k ovlivňování

- 1 CZ 301885 B6 měřené intenzity elektromagnetického pole přítomností vlastní měřicí anténní matice. Absorbér dále zajišťuje symetrizaci symetrického vysokofrekvenčního páskového vedení napájeného z nesymetrického koaxiálního vysokofrekvenčního konektoru.

Výhodou uvedeného řešení je použití velmi malých antének typu SMD (Surface Mounted Device), což jsou anténky pro povrchovou montáž, kdy z nich vytvořený dipól individuální antény má fyzický rozměr mnohem menší než je vlnová délka měřeného elektromagnetického pole. Tyto individuální antény pak mohou být umístěny ve vzájemné vzdálenosti i menší než 0.3 vlnové délky měřeného elektromagnetického pole.

io

Při konstrukci individuálních antén je nutné brát v úvahu tedy skutečnost, že anténky SMD jsou obvykle určeny pro práci v blízkosti rozlehlých zemních rovin. Pro použití v předmětné anténní matici musí být použity pro konstrukci každé individuální antény dvě anténky SMD tvořící dipól a musí být použito symetrizaČní vysokofrekvenční vedení. Toto symetrizační vysokofrekvenční vedení je tvořeno čtvrtvlnným impedančním transformátorem vytvořeným pomocí vysokofrekvenčního symetrického páskového vedení technologií tištěných spojů. Další novou významnou skutečností je to, že individuální antény jsou nainstalovány na hlavní nosné desce anténní matice pokryté absorbérem elektromagnetických vln. Výsledná anténní matice pak minimálně odráží elektromagnetické vlny a nedochází k ovlivnění měřené intenzity elektromagnetického pole přítomností vlastní měřicí anténní matice.

Přehled obrázků na výkresech

Na obr. 1 je znázorněna nosná dielektrická deska individuální antény s vysokofrekvenčním vedením napájejícím individuální anténu a se čtvrtvlnným impedančním transformátorem. Na obr. 2 je znázorněna sestava individuální antény. Obr. 3 znázorňuje rozložení individuálních antén v anténní matici. Obr, 4 znázorňuje montáž individuálních antén a absorbéru elektromagnetických vln na hlavní nosnou desku anténní matice.

Příklady provedení vynálezu

Mezi základní prvky anténní matice pro měření rozložení intenzity elektromagnetického pole patří sada n x m individuálních antén 9 umístěných na hlavní nosné desce, viz obr. 3. Každá individuální anténa 9 je tvořena dvěma malými anténkami 5 typu SMD. Tyto SMD anténky 5 jsou z důvodu mechanické stability připájeny na subnosné desce 4, jak ukazuje obr. 2. Vývody obou antének 5 procházejí pres prokovené otvory 6 na druhou stranu subnosné desky 4, kde jsou připájeny k Čtvrtvlnnému impedančnímu transformátoru 2. Nosná dielektrická deska 1 indivi40 duální antény 9, viz obr. 1, je vytvořena technologií tištěných spojů a obsahuje symetrické vysokofrekvenční páskové vedení 3 a Čtvrtvlnný impedanční transformátor 2. Čtvrtvlnný impedanční transformátor 2 transformuje impedanci SMD antének 5 na standardní impedanci systémových vedení Z₍₎ = 50 Ω. Symetrické vysokofrekvenční páskové vedení 3 je typu „parallel plate“ s impedancí Zo - 50 Ω. Čtvrtvlný impedanční transformátor 2 je také tvořen vedením typu „parallel plate“. Impedance Z_T transformátoru 2 je dána vztahem -50. je impedance individuální antény 9.

Šířka W2 symetrického vysokofrekvenčního páskového vedení 3 musí být tedy taková, aby při dané tloušťce a relativní permitivitě nosné dielektrické desky 1 byla jeho impedance Z_o - 50 Ω,

Šířka wj. čtvrtvlnného impedančního transformátoru 2 musí být taková, aby při dané tloušťce substrátu tištěného spoje a relativní permitivitě jeho dielektrika byla impedance vedení Z_T. Délka b symetrického vysokofrekvenčního páskového vedení 3 je taková, aby individuální antény 9 vystupovaly nad absorbér JJ. elektromagnetických vln. Symetrické vysokofrekvenční páskové vedení 3 je pripájeno k vysokofrekvenčnímu konektoru 8, a to tak, že střední vodič konektoru 8

-2CZ 301885 B6 je připájen k jednomu pásku symetrického vysokofrekvenčního páskového vedení 3 a k druhému pásku symetrického vysokofrekvenčního páskového vedení 3 je připájen vnější vodič z konektoru 8, tedy jeho plášť.

Individuální antény 9 jsou uspořádány do anténní matice n x m, viz obr. 3. Na obr. 4 je uveden boční pohled na anténní matici. Individuální antény 9 jsou uchyceny pomocí vysokofrekvenčních konektorů 8 přes montážní matice vysokofrekvenčních konektorů 8 k hlavní nosné desce 10 anténní matice. Mezi individuálními anténami 9 a hlavní nosnou deskou 10 je vložen absorbér H elektromagnetických vln. Nosné dielektrické desky 1 individuálních antén 9 procházejí otvory

12.

Průmyslová využitelnost

Anténní matici pro měření rozložení intenzity elektromagnetického pole lze využít zejména pro měření rozložení intenzity interferenčních elektromagnetických polí, kde na vzdálenosti jedné vlnové délky může mít průběh intenzity elektromagnetické pole velmi odlišné hodnoty a k jeho přesnému změření je třeba větší počet měřicích individuálních antén. Anténní matici je možné použít ve stavebnictví, k testování antén, v lokačních systémech a dalších aplikacích.

Claims

PATENTOVÉ NÁROKY

1. Anténní matice pro měření rozložení intenzity elektromagnetického pole, tvořená sadou n x m individuálních antén upevněných na hlavní nosné desce, vyznačující se tím, že každá individuální anténa (9) je složena ze dvou shodných malých antének (5) typu SMD vytvořených na keramickém substrátu s vysokou relativní permitivitou, které jsou uspořádány souose proti sobě jako dipól a jsou upevněny na jedné straně subnosné desky (4) opatřené dvěma prokovenými otvory (6) pro průchod vývodů antének (5), kde tyto vývody jsou na druhé straně subnosné desky (4) připojeny ke čtvrtvlnnému impedančnímu transformátoru (2) připojenému k symetrickému vysokofrekvenčnímu páskovému vedení (3), kde tento čtvrtvlnný impedanční transformátor (2) a symetrické vysokofrekvenční páskové vedení (3) jsou vytvořeny jako vedení typu parallel plate na protilehlých stranách nosné dielektrické desky (1) individuální antény (9), přičemž impedance Z_T Čtvrtvlnného impedančního transformátoru (2) je dána vztahem

5θ· kde Z_A je impedance individuální antény (9) a kde symetrické vysokofrekvenční páskové vedení (3) je připojeno k vysokofrekvenčnímu konektoru (8), a to tak, že střední vodič konektoru (8) je připevněn k jednomu pásku symetrického vysokofrekvenčního páskového vedení (3) a k druhému pásku symetrického vysokofrekvenčního páskového vedení (3) je připevněn vnější vodič (7) konektoru (8) a všechny konektory (8) takto vytvořených individuálních antén (9) jsou uchyceny k hlavní nosné desce (10) anténní matice.

2, Anténní matice podle nároku 1, vyznačující se tím, že mezi individuálními anténami (9) a hlavní nosnou deskou (10) je vložen absorbér (11) elektromagnetických vln opatřený otvory (12), kterými procházejí nosné dielektrické desky (1) individuální antény (9), přičemž délka symetrického vysokofrekvenčního páskového vedení (3) 1₂ je taková, aby individuální antény (9) vystupovaly nad absorbér (11) elektromagnetických vln.