RU169537U1 - Радар-детектор - Google Patents

Abstract

Полезная модель относится к технике СВЧ, а конкретно к устройствам контроля СВЧ-излучения, например, для обнаружения излучения измерителей скорости автомашин, приема сигналов спутникового телевидения.Задачей предлагаемого технического решения является повышение чувствительности СВЧ радар-детектора.Указанная задача достигается тем, что радар-детектор, содержит рупорную антенну, подключенную к прямоугольному волноводному тракту, в котором на поперечной оси установлен детектор, и блок обработки сигнала, согласно полезной модели между рупорной антенной и прямоугольным волноводным трактом размещена диэлектрическая мезомасштабная частица, формирующая фотонную струю. При этом диэлектрическая мезомасштабная частица выполнена в виде кубика с размерами грани не менее 0.5λ, где λ длина волны используемого излучения, при этом показатель преломления материала диэлектрика частицы находится в интервале значений 1.2 … 1.7. 1 з.п. ф-лы, 3 ил.

Description

Полезная модель относится к технике СВЧ, а конкретно к устройствам контроля СВЧ-излучения, например, для обнаружения излучения измерителей скорости автомашин, приема сигналов спутникового телевидения.

Приемники СВЧ-излучения (антирадары) получили в настоящее время большое распространение для сигнализации излучения измерителей скорости автомашин. Однако уровень СВЧ-излучения один из важнейших экологических параметров среды, которому уделяется все большое внимание с развитием мощных радиолокационных систем и с применением СВЧ-излучения для технологических и бытовых нужд, нарушение режимов эксплуатации которых или их неисправность может привести к резкому возрастанию паразитного СВЧ-излучения и возникновению опасности для здоровья человека.

В настоящее время известны различные приемники СВЧ-излучения (антирадары), см., например, патент США №5784021, радар-детектор с функцией позиционирования, патент на полезную модель 101543, G01S 13/34), содержащие СВЧ антенну, волноводный СВЧ-тракт с детектором и устройство обработки сигнала. Из уровня техники широко известны устройства обнаружения излучений радарных установок, излучающих радиоимпульсы в направлении движущихся по участку дорожного полотна транспортных средств, см. В.А. Глебов и др., Обнаружитель сигналов радарных установок контроля скоростного движения на автотрассах, Журнал «Конверсия», №9, 1992, стр. 15. Устройство состоит из приемной антенны, СВЧ детектора и регулирующего устройства.

Недостатком этих устройств является то, что в них ограниченна дальность обнаружения полицейских радаров, предназначенных для контроля скорости автомобилей, обусловленная недостаточной чувствительностью СВЧ детектора.

Радары при определении скорости наземных транспортных средств (автомобилей) излучают зондирующий (поисково-измерительный) сигнал в одном из следующих диапазонов: X - на частоте 10,500~10,550 ГГц; К - на частоте 24,050~24,250 ГГц; Ка - на частоте 34,000~36,000 ГГц.

Радар-детекторы, предназначенные для предупреждения водителя об облучении его транспортного средства сигналами радара, имеют идентичные диапазоны частот. Каждый диапазон относится к своему, отличному от других, сегменту частотного спектра. Помимо микроволновой (или СВЧ) части спектра, уполномоченные структуры контроля скоростного режима наземных транспортных средств, используют оптический диапазон. Соответствующие лазерные (оптические) систем фиксации скорости известны в технической литературе как «лидары».

Одними из самых ранних и наиболее распространенных микроволновых устройств, не связанных с измерением скорости, являются системы автоматического открывания дверей, используемые во многих коммерческих зданиях, таких как супермаркеты, рестораны, торговые центры и другие. Большинство автоматических дверей функционирует в X-диапазоне и при этом они создают радиосигналы, фактически неотличимые от обычного радара фиксации скорости, например радара транспортной полиции (или ГИБДД) того же Х-диапазона.

Наиболее близким к полезной модели аналогом по конструктивному исполнению является Приемник СВЧ-излучения, описанном в патенте РФ №2054802, МПК Н04В 1/04, G08G1, G01R 29/08. Эта конструкция взята в качестве прототипа.

В данном устройстве, приемник СВЧ излучения, содержит антенну в виде прямоугольного рупора, подключенную к прямоугольному волноводному тракту, в котором на поперечной оси установлен детектор, и блок обработки сигнала. При этом прямоугольный волноводный тракт развернут относительно раскрыва прямоугольного рупора так, что угол между проекциями одноименных ребер их поперечных сечений равен 30-60°.

Достоинством устройства является повышение его чувствительности при работе с излучениями различной поляризации и тем самым повышения дальности обнаружения излучения радара транспортной полиции.

Недостатком устройства является недостаточная чувствительность радар-детектора.

Задачей предлагаемого технического решения является повышение чувствительности СВЧ радар-детектора.

Указанная задача достигается тем, что радар-детектор, содержащий рупорную антенну, подключенную к прямоугольному волноводному тракту, в котором на поперечной оси установлен детектор, и блок обработки сигнала, а между рупорной антенной и прямоугольным волноводным трактом размещена диэлектрическая мезомасштабная частица, формирующая фотонную струю. При этом диэлектрическая мезомасштабная частица выполнена в виде кубика с размерами грани не менее 0.5λ, где λ длина волны используемого излучения, при этом показатель преломления материала диэлектрика частицы находится в интервале значений 1.2 … 1.7.

Повышение чувствительности радар-детектора достигается за счет более эффективного взаимодействия электромагнитного поля в волноводе с детекторным СВЧ диодом. Это достигается за счет локализации электромагнитного поля в поперечном размере порядка λ/3 и длиной (3-4)λ и размещении детектора непосредственно в области формирования фотонной струи.

Диэлектрические мезомасштабные частицы различной формы (сфера, кубик, пирамида, конус, правильный шестиугольник и т.д.) формирующие фотонную струю, ранее использовались, например, для фокусировки излучения в субволновую область [Minin I V, Minin О V Diffractive optics and nanophotonics: Resolution below the diffraction limit \\ Springer, 2016 75p. ISBN: 978 3 319 24251 4], в устройствах наноструктурирования поверхности диэлектрической подложки с помощью ближнепольной литографии (Патент РФ 2557677), в малогабаритном спектрометрическом датчике излучения [патент РФ 153680], малогабаритном интегрированном датчике террагерцового излучения [патент РФ 153471], субволновом датчике волнового фронта [патент РФ 160810,], оптическом микродатчике на основе фотонных струй терагерцовых ИК или оптических волн [патент РФ 161592], в устройстве для формирования оптической ловушки в форме фотонного крюка [патент РФ 161207], в устройстве субволновой оптической ловушки в поле стоячей волны [патент РФ 160834], в многоэлементном малогабаритном эмиттере генератора террагерцового излучения [патент РФ 160986].

Однако в радар-детекторе указанные элементы ранее не применялись.

Фотонная струя это область повышенной концентрации электромагнитной энергии, возникающая непосредственно у границы диэлектрической мезомасштабной частицы с поперечными размерами порядка λ/3-λ/4 и протяженностью от 2λ до 10λ [Minin I V, Minin О V Diffractive optics and nanophotonics: Resolution below the diffraction limit \\ Springer, 2016 75p. ISBN: 978 3 319 24251 4], где λ длина волны излучения в свободном пространстве. При этом размер частиц составляет не менее λ/2, а показатель преломления материала диэлектрика частицы находится в интервале значений 1.2 … 1.7..

Сущность полезной модели поясняется нижеследующими чертежами.

На Фиг. 1 показана схема радар-детектора.

На Фиг. 2 приведены результаты экспериментальных исследований макета радар-детектора.

На Фиг. 3 приведено результаты математического моделирования по формированию фотонной струи мезомасштабной частицей в форме кубика с размером грани λ/2 в двух плоскостях.

Обозначены: 1 - падающее электромагнитное излучение, 2 - рупорная антенна, 3 - волноводный тракт, 4 - диэлектрическая мезомасштабная частица, 5 - СВЧ детектор, 6 - фотонная струя, 7 - волноводный СВЧ тракт, 8 - блок обработки сигнала.

Заявляемое устройство работает следующим образом.

Падающее электромагнитное СВЧ излучение 1 попадает на СВЧ антенну - рупор 2 и далее распространяется в волноводном тракте 3. Это СВЧ излучение освещает мезомасштабную диэлектрическую частицу 4, в результате дифракции электромагнитной волны в его материале формируется система сходящихся волн, которые интерферируют между собой и формируют «фотонную струю» 6, которая фокусирует излучение на СВЧ диод 5, расположенного в волноводном тракте 7. Сигнал с СВЧ диода 5 поступает в блок обработки сигнала 8.

Диэлектрическая мезомасштабная частица 4, формирующая фотонную струю 6, может быть выполнена в виде субволновых диэлектрическихчастиц различной формы, например, в виде кубика с размерами грани не менее 0.5λ, а показатель преломления материала диэлектрика частицы находится в интервале значений 1.2 … 1.7, где λ длина волны используемого излучения или сфер [Гейнц Ю.Э., Земляков А.А., Панина Е.К. Сравнительный анализ пространственных форм фотонных струй от сферических диэлектрических микрочастиц // Оптика атмосферы и океана. 2012. т. 25. №5. с. 417-424; V. Pacheco-Pena, М. Beruete, I.V. Minin, O.V. Minin. Terajets p roduced by 3D dielectric cuboids // Appl. Phys. Lett. 105, 084102 (2014); http://dx.doi.Org/10.1063/1/4894243): I.V. Minin and O.V. Minin. Diffractive optics and nanophotonics: Resolution below the diffraction limit, Springer, 2016, http://www.springer.com/us/book/9783319242514#aboutBook].

Достоинством устройства 4 является возможность фокусировки электромагнитного излучения на приемное устройство 5 с размерами порядка λ/3 непосредственно за устройством формирующего фотонную струю.

Выполнение радар-детектора с расположенной диэлектрической частицей, формирующей и направляющей «фотонные струи» на СВЧ диод между рупорной антенной и СВЧ приемником, обеспечивает технический результат в виде увеличения чувствительности детектора по сравнению с известными радар-детекторами и тем самым увеличить дальность обнаружения облучающего радара транспортной полиции.

В результате проведенных исследований было установлено, что локализация поля типа «фотонная струя» у кубика начинается с размера грани 0.5 длины волны используемого излучения, фиг. 2. В то время как у сферы при таком диаметре на одной поляризации локализация поля еще не выделена. При этом максимальная интенсивность поля на оси у кубика выше, чем у сферы в 1.4 раза.

Для характерных размеров кубика и сферы менее λ/2 «фотонная струя» не формируется.

На фиг. 3 показаны результаты экспериментального исследования макета радар-детектора и распределения интенсивности поля на выходе диэлектрической частицы на частоте 125 ГГц для двух поляризаций с и без устройства формирования фотонной струи. Получено увеличение сигнала на СВЧ диоде в 8.5 раз. При этом повышается дальность обнаружения в 8.5^0.5 раз или 2.9 раза по сравнению с прототипом, за счет оптимальной концентрации электромагнитного поля в волноводном тракте непосредственно перед детектором и без изменения габаритов рупорной антенны. Применение мезомасштабной диэлектрической частицы в виде кубика позволяет наиболее просто сочленить фланцы волноводных секций рупора и приемника с диэлектрической частицей.

Исследования проводились для характерных размеров устройства формирования фотонной струи равным длине волны используемого излучения и коэффициента преломления материала устройства равного 1.46.

Аналогичные результаты были получены и для кремниевого точечного диода типа Д-407, ТУ 3.360.033 на частоте 75 ГГц и для диода типа Д-402 на частоте 35 ГГц.

Устройства формирования фотонных струй в виде мезомасштабных диэлектрических частиц могут изготавливаться из диэлектриков с коэффициентом преломления лежащего в диапазоне от 1.2 до примерно 1.7 (I.V. Minin, O.V. Minin. Diffractive optics and nanophotonics: Resolution below the diffraction limit, Springer, 2016. http://www.springer.com/us/book/9783319242514#aboutBook), таких как, например: полистирол, акрил, полиэтилен, полипропилен, поли-4-метилпентен, фторопласт, плавленый кварц, лавсан (О.V. Minin, I.V. Minin. Diffractional Optics of Millimetre Waves - IoP, Bristol and Philadelphia, 2004, 396p., pp. 369-373) и других материалов.

Вышеупомянутые варианты осуществления полезной модели не являются исчерпывающими и приведены только с целью пояснения полезной модели и подтверждения ее промышленной применимости и специалисты в данной области техники способны создавать альтернативные варианты ее осуществления без отрыва от объема приложенной формулы, но в пределах сущности полезной модели, отраженной в описании.

Claims (2)

1. Радар-детектор, содержащий рупорную антенну, подключенную к прямоугольному волноводному тракту, в котором на поперечной оси установлен детектор, и блок обработки сигнала, отличающийся тем, что между рупорной антенной и прямоугольным волноводным трактом размещена диэлектрическая мезомасштабная частица, формирующая фотонную струю.

2. Радар-детектор по п. 1, отличающийся тем, что диэлектрическая мезомасштабная частица выполнена в виде кубика с размерами грани не менее 0.5λ, где λ длина волны используемого излучения, при этом показатель преломления материала диэлектрика частицы находится в интервале значений 1.2…1.7.

Images