RU2282178C1 - Radio introscope - Google Patents
Radio introscope Download PDFInfo
- Publication number
- RU2282178C1 RU2282178C1 RU2005105057/09A RU2005105057A RU2282178C1 RU 2282178 C1 RU2282178 C1 RU 2282178C1 RU 2005105057/09 A RU2005105057/09 A RU 2005105057/09A RU 2005105057 A RU2005105057 A RU 2005105057A RU 2282178 C1 RU2282178 C1 RU 2282178C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- waveguide
- frequency
- receiver
- wall
- radio
- Prior art date
Links
Images
Abstract
Description
Изобретение относится к радиолокации, а именно к методам определения местоположения неоднородностей в различных средах при облучении их высокочастотным электромагнитным полем, и может быть использовано в радиоволновой технике измерения диэлектрических параметров материалов и в подземной геофизике.The invention relates to radar, and in particular to methods for determining the location of inhomogeneities in various environments when irradiated with a high-frequency electromagnetic field, and can be used in the radio wave technique for measuring the dielectric parameters of materials and in underground geophysics.
Известна радиолокационная задача поиска и обнаружения так называемых нелинейных рассеивателей (HP) - неоднородностей среды с нелинейными электромагнитными свойствами /1/. Известны радиолокационные устройства, либо непосредственно предназначенные для решения указанной задачи, либо которые очевидным образом можно применить для ее решения без внесения в них принципиальных изменений /2, 3, 4, 5/. В /2, 3/ используется способность HP преобразовывать в процессе переотражения частоту зондирующего сигнала в высшие гармоники, по интенсивности которых после их частотной селекции в приемниках принимается решение о наличии HP. В /4/ используется другой, менее информативный «энергетический» метод обнаружения HP, основанный на нелинейной зависимости мощности отраженного сигнала от мощности зондирующего, которая выявляется путем управляемой с помощью антенной системы вариации мощности облучающего HP сигнала. С помощью устройства /5/, в котором измеряется мощность кроссполяризационной составляющей отраженного сигнала, также можно обнаруживать HP, но только тех из них, которые обладают дополнительным свойством поворачивать плоскость поляризации отраженного сигнала относительно плоскости поляризации зондирующего сигнала. Важно отметить, что большинство HP искусственного происхождения, замаскированные в укрывающей поверхности, - радиоэлектронные схемы промышленного шпионажа (разнообразные «жучки»), электронные взрыватели и т.п., содержащие в своем составе полупроводниковые элементы - диоды, транзисторы и т.д., - обладают таким деполяризующим (анизотропным) свойством. В /5/ поляризационная селекция HP достигается взаимно ортогональным расположением передающего зонда, преобразующего электрический сигнал генератора высокой частоты в линейно поляризованную электромагнитную волну, и приемного зонда, преобразующего кроссполяризационную составляющую отраженной волны во входной сигнал приемника.Known radar search and detection of the so-called non-linear scatterers (HP) - inhomogeneities of the medium with non-linear electromagnetic properties / 1 /. Known radar devices, either directly designed to solve this problem, or which can obviously be used to solve it without making fundamental changes to them / 2, 3, 4, 5 /. B / 2, 3 / uses the ability of HP to convert the frequency of the probing signal into higher harmonics during re-reflection, the intensity of which, after their frequency selection in the receivers, a decision is made on the presence of HP. V / 4 /, another, less informative “energy” method for detecting HP is used, based on the nonlinear dependence of the power of the reflected signal on the power of the probe, which is detected by varying the power of the HP irradiating signal controlled by the antenna system. Using the device / 5 /, which measures the power of the cross-polarization component of the reflected signal, one can also detect HP, but only those that have the additional property of rotating the plane of polarization of the reflected signal relative to the plane of polarization of the probe signal. It is important to note that the majority of artificial HP disguised in a covering surface are electronic electronic industrial espionage schemes (various "bugs"), electronic fuses, etc. containing semiconductor elements - diodes, transistors, etc., - have such a depolarizing (anisotropic) property. In / 5 /, the polarization selection of HP is achieved by the mutually orthogonal arrangement of the transmitting probe that converts the electrical signal of the high-frequency generator into a linearly polarized electromagnetic wave, and the receiving probe that converts the cross-polarization component of the reflected wave into the input signal of the receiver.
Недостатком аналогов является низкая эффективность решения ими задачи обнаружения HP вследствие следующих причин:The disadvantage of analogues is the low efficiency of solving the HP detection problem due to the following reasons:
- для /2, 3/ - это малая пригодность их антенных систем для решения интересующей нас задачи радиоинтроскопии - поиска и локализации находящихся в укрывающей поверхности HP с расстояний, соизмеримых с длиной волны зондирующего сигнала, когда обследуемая поверхность располагается в ближней зоне перемещающейся вдоль нее антенной системы;- for / 2, 3 / —this is the small suitability of their antenna systems for solving the radiointroscopy problem of interest to us — the search and localization of HP located in the covering surface at distances comparable with the wavelength of the probe signal when the surface being examined is located in the near zone of the antenna moving along it systems;
- для /4/ - это относительно высокий уровень помеховых сигналов от укрывающей поверхности при отсутствии возможности обнаружения HP по тонкой структуре отраженного сигнала, а именно с помощью частотной - в смысле кратных гармоник, - селекции изотропных HP или поляризационной селекции анизотропных HP;- for / 4 / - this is a relatively high level of interference signals from the covering surface in the absence of the possibility of detecting HP by the fine structure of the reflected signal, namely using the frequency - in the sense of multiple harmonics - selection of isotropic HP or polarization selection of anisotropic HP;
- для /5/ - это недостаточная развязка по полю между приемным и передающим зондами, несмотря на их оптимальную взаимно ортогональную ориентацию в пространстве, в результате чего зондирующий сигнал проникает в приемник и снижает тем самым контрастность наблюдения HP.- for / 5 / - this is insufficient isolation across the field between the receiving and transmitting probes, despite their optimal mutually orthogonal orientation in space, as a result of which the probing signal penetrates the receiver and thereby reduces the contrast of the HP observation.
Наиболее близким к предлагаемому является радиоинтроскоп, реализующий «Способ контроля анизотропии диэлектрической проницаемости диэлектриков» /6/, в котором измеряется уровень кроссполяризационной составляющей отраженного сигнала. Поляризационная обработка в /6/ производится с помощью простого антенного датчика в виде отрезка волновода прямоугольного сечения с двумя взаимно ортогональными - передающим и приемным зондами, открытый конец (раскрыв) которого располагается параллельно обследуемой поверхности и излучает волну типа Н10. В предположении наличия HP с анизотропными свойствами принимаемый раскрывом сигнал содержит кроссполяризационную составляющую, воспринимаемую волноводом как волна типа H01.Closest to the proposed one is a radio introscope that implements a "Method for controlling the dielectric constant anisotropy of dielectrics" / 6 /, in which the level of the cross-polarization component of the reflected signal is measured. Polarization processing in / 6 / is performed using a simple antenna sensor in the form of a segment of a waveguide of rectangular cross section with two mutually orthogonal - transmitting and receiving probes, the open end (opening) of which is parallel to the surface being examined and emits a wave of type H 10 . Assuming the presence of HP with anisotropic properties, the signal received by the opening contains a cross-polarization component, which is perceived by the waveguide as a wave of the type H 01 .
Недостаток прототипа состоит в его низкой чувствительности при обнаружении HP вследствие недостаточной развязки по полю между приемным и передающим зондами.The disadvantage of the prototype is its low sensitivity when detecting HP due to insufficient isolation on the field between the receiving and transmitting probes.
Целью изобретения является повышение чувствительности радиоинтроскопа при поиске нелинейных анизотропных неоднородностей среды.The aim of the invention is to increase the sensitivity of the radio introscope when searching for nonlinear anisotropic inhomogeneities of the medium.
Для достижения поставленной цели в радиоинтроскоп, содержащий волновод прямоугольного сечения с вертикально расположенной узкой стенкой размером b и широкой стенкой размером а=η b, соединенный с генератором высокой частоты передающий зонд и соединенный с первым входом приемника первый приемный зонд, размещенный в узкой стенке первого волновода, дополнительно введены второй, соосный с первым, волновод прямоугольного сечения с горизонтально расположенной узкой стенкой размером b*=а и широкой стенкой размером а*=η b*, соединенный с первым путем плавного перехода широкой стенки первого волновода в узкую стенку второго волновода и узкой стенки первого волновода - в широкую стенку второго волновода, второй приемный зонд, соединенный со вторым входом приемника и размещенный в широкой стенке первого волновода, причем передающий зонд размещается в широкой стенки второго волновода, частота F генератора высокой частоты выбирается из условияTo achieve this goal, a radio introscope containing a rectangular waveguide with a vertically arranged narrow wall of size b and a wide wall of size a = η b, a transmitting probe connected to a high-frequency generator and a first receiving probe connected to the first input of the receiver, located in the narrow wall of the first waveguide additionally introduced a second, coaxial with the first, waveguide of rectangular cross section with a horizontally located narrow wall of size b * = a and a wide wall of size a * = η b * , connected to the first m by smoothly transitioning the wide wall of the first waveguide into the narrow wall of the second waveguide and the narrow wall of the first waveguide into the wide wall of the second waveguide, the second receiving probe connected to the second input of the receiver and placed in the wide wall of the first waveguide, the transmitting probe being placed in the wide wall of the second waveguide, the frequency F of the high-frequency generator is selected from the condition
где f10 - минимальная критическая частота первого волновода, а приемник выполняет функцию фильтра второй гармоники 2F в сигналах, принимаемых первым и вторым приемными зондами.where f 10 is the minimum critical frequency of the first waveguide, and the receiver performs the function of a second
На фиг.1, 2 проиллюстрированы1, 2 are illustrated
- схема устройства (фиг.1), где помимо антенного датчика в виде двух плавно соединенных первого и второго волноводов изображены подключенные к нему генератор высокой частоты 1 и приемник 2;- diagram of the device (figure 1), where in addition to the antenna sensor in the form of two smoothly connected first and second waveguides, a high-frequency generator 1 and a receiver 2 are connected to it;
- взаимное расположение частоты F генератора высокой частоты, второй гармоники 2F и критических частот волноводов на оси частот (фиг.2).- the relative position of the frequency F of the high frequency generator, the second harmonic 2F and the critical frequencies of the waveguides on the frequency axis (figure 2).
Перейдем к рассмотрению работы радиоинтроскопа фиг.1, используя следующие обозначения:We proceed to consider the operation of the radio introscope of figure 1, using the following notation:
- Н10, H01 - типы волн первого волновода с соответствующими им критическими частотами f10 и f01;- H 10 , H 01 - types of waves of the first waveguide with the corresponding critical frequencies f 10 and f 01 ;
- Н* 10, H* 01 - типы волн второго волновода с соответствующими им критическими частотами f* 10 и f* 01.- H * 10 , H * 01 - wave types of the second waveguide with the corresponding critical frequencies f * 10 and f * 01 .
В дальнейшем для удобства и без потери общности будем предполагать, что излучаемый сигнал имеет горизонтальную поляризацию. Применительно к рассматриваемой пространственной ориентации антенного датчика (фиг.1) волны Н10 и H* 01 имеют вертикальную, а волны H01 и Н* 10 - горизонтальную поляризацию.In the future, for convenience and without loss of generality, we assume that the radiated signal has horizontal polarization. In relation to the spatial orientation of the antenna sensor (Fig. 1), the waves H 10 and H * 01 are vertical, and the waves H 01 and H * 10 have horizontal polarization.
При совпадении размера b* узкой стенки второго волновода с размером а широкой стенки первого волновода получаем совпадение критических частот If the size b * of the narrow wall of the second waveguide coincides with the size a of the wide wall of the first waveguide, we obtain the coincidence of critical frequencies
Генератор высокой частоты 1 с помощью передающего зонда возбуждает во втором волноводе зондирующий сигнал - горизонтально поляризованную волну типа H* 10, причем на частоте F, превышающей критическую частоту f* 10, но не превышающей критическую частоту f* 01 The high-frequency generator 1, using a transmitting probe, excites a probe signal in the second waveguide - a horizontally polarized wave of type H * 10 , and at a frequency F exceeding the critical frequency f * 10 , but not exceeding the critical frequency f * 01
В результате облучения зондирующим сигналом изотропной поверхности с анизотропными HP на раскрыв второго волновода со стороны обследуемой поверхности возвращается отраженный сигнал, имеющий горизонтально поляризованную составляющую частоты F от изотропной поверхности, горизонтально и вертикально поляризованные составляющие частоты 2F - от анизотропных HP. Зондирующий сигнал и составляющие отраженного сигнала частоты F не проникают в первый волновод ввиду закритичности частоты F для всех типов его волн. Отраженный HP сигнал на второй гармонике 2F с любой поляризацией может распространяться от раскрыва до приемного зонда с малыми потерями, если частота 2F превышает критическую частоту f01:As a result of the irradiation of an isotropic surface with anisotropic HP by the probe signal, the reflected signal having a horizontally polarized frequency component F from the isotropic surface, horizontally and vertically polarized
которая является максимальной среди всех рассматриваемых критических частот. Система неравенств (2), (3) определяет условие для выбора частоты F. Для решения этой системы введем предположение о совпадении коэффициента пропорциональности η (1<η) между размером широкой и узкой стенок для обоих волноводовwhich is the maximum among all considered critical frequencies. The system of inequalities (2), (3) determines the condition for choosing the frequency F. To solve this system, we introduce the assumption that the proportionality coefficient η (1 <η) coincides between the size of the wide and narrow walls for both waveguides
откуда вытекает взаимосвязь критических частот f10 и f01, а также f*10 и f*01 /7/:from which the relationship of the critical frequencies f 10 and f 01 follows, as well as f * 10 and f * 01/7 /:
Решая систему неравенств (2), (3) с учетом (1) и (5), получим ограничения на выбор зондирующей частоты:Solving the system of inequalities (2), (3) taking into account (1) and (5), we obtain restrictions on the choice of the probing frequency:
Таким образом, положительный эффект достигается частотно-поляризационным разделением сигналов в антенном датчике, в результате которого обеспечивается, во-первых, развязка передатчика и приемника на частоте зондирующего сигнала и, во-вторых, прохождение сигнала, отраженного нелинейным анизотропным рассеивателем, на вход приемника.Thus, a positive effect is achieved by frequency-polarization separation of signals in the antenna sensor, as a result of which, firstly, the isolation of the transmitter and receiver at the frequency of the probing signal and, secondly, the passage of the signal reflected by the nonlinear anisotropic scatterer to the receiver input is ensured.
Обнаружение HP осуществляется традиционным путем:HP discovery is done in the traditional way:
- фильтрацией и детектированием сигналов двойной частоты 2F в двух каналах приемника, связанных с первым и вторым приемными зондами соответственно;- filtering and detecting signals of
- суммированием их выходных сигналов с последующим отображением с помощью индикаторного устройства для возможности наблюдения результатов суммирования оператором, принимающим решение о наличии HP.- summing their output signals with subsequent display using an indicator device to be able to observe the results of the summation by the operator deciding on the availability of HP.
Приемные и передающий зонды емкостного типа в виде погруженных в волноводы штырей размещены в серединах соответствующих стенок и соединены с генератором высокой частоты и приемником внутренним проводником соответствующей коаксиальной линии. Расстояние между приемными зондами и задней (глухой) стенкой первого волновода составляет четверть длины волны полезного сигнала частоты 2F. Длины каждого из волноводов и переходной секции между ними, имеющей вид секториального рупора, выбираются достаточно большими, чтобы обеспечить плавное изменение волнового сопротивления, формирование волн типа Н10, H01 (в первом волноводе) и Н* 10, H* 01 (во втором волноводе) и затухание волн высших типов.The receiving and transmitting probes of a capacitive type in the form of pins immersed in the waveguides are located in the middle of the corresponding walls and are connected to the high-frequency generator and the receiver by an internal conductor of the corresponding coaxial line. The distance between the receiving probes and the rear (blank) wall of the first waveguide is a quarter of the wavelength of the useful signal of
Источники информацииInformation sources
1. Мусабеков П.М., Панычев С.Н. Нелинейная радиолокация: методы, техника и область применения. Зарубежная радиоэлектроника. Успехи современной радиоэлектроники, 2000 г., №5, с.54-61.1. Musabekov P.M., Panychev S.N. Non-linear radar: methods, techniques and scope. Foreign electronics. Successes of modern radio electronics, 2000, No. 5, p. 54-61.
2. Патент RU 2079856 С1.2. Patent RU 2079856 C1.
3. Патент RU 2166769 C1.3. Patent RU 2166769 C1.
4. Патент RU 2205429 C2.4. Patent RU 2205429 C2.
5. Патент RU 2121671 C1.5. Patent RU 2121671 C1.
6. Патент SU 1737366 A1.6. Patent SU 1737366 A1.
7. Никольский В.В. Электродинамика и распространение радиоволн. Москва, 1978 г.7. Nikolsky V.V. Electrodynamics and radio wave propagation. Moscow, 1978
Claims (1)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2005105057/09A RU2282178C1 (en) | 2005-02-25 | 2005-02-25 | Radio introscope |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2005105057/09A RU2282178C1 (en) | 2005-02-25 | 2005-02-25 | Radio introscope |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2282178C1 true RU2282178C1 (en) | 2006-08-20 |
Family
ID=37060687
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2005105057/09A RU2282178C1 (en) | 2005-02-25 | 2005-02-25 | Radio introscope |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2282178C1 (en) |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2460099C1 (en) * | 2011-04-28 | 2012-08-27 | Индивидуальный предприниматель Разевиг Владимир Всеволодович | Apparatus for probing condensed media |
US10330618B2 (en) | 2015-04-30 | 2019-06-25 | Schlumberger Technology Corporation | Method to estimate water saturation in electromagnetic measurements |
-
2005
- 2005-02-25 RU RU2005105057/09A patent/RU2282178C1/en not_active IP Right Cessation
Non-Patent Citations (1)
Title |
---|
(56) * |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2460099C1 (en) * | 2011-04-28 | 2012-08-27 | Индивидуальный предприниматель Разевиг Владимир Всеволодович | Apparatus for probing condensed media |
US10330618B2 (en) | 2015-04-30 | 2019-06-25 | Schlumberger Technology Corporation | Method to estimate water saturation in electromagnetic measurements |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
RU2496127C2 (en) | Electromagnetic logging apparatus | |
Ebihara et al. | $\hbox {HE} _ {11} $ Mode Effect on Direct Wave in Single-Hole Borehole Radar | |
US10983209B2 (en) | Accurate signal compensations for UWB radar imaging in dispersive medium | |
CN106405661A (en) | Hand-held safety-check device and safety-check method | |
CN104914115B (en) | Soil moisture content analyzer and assay method thereof | |
CN102736116B (en) | Electromagnetic wave detection method and device based on medium frequency dispersion difference | |
Zhang et al. | Cross‐Vivaldi antenna for breast tumor detection | |
RU2282178C1 (en) | Radio introscope | |
CN111812726A (en) | Deep geological dielectric resonance detection device and detection method thereof | |
RU2308734C1 (en) | Method for remote detection of a substance | |
Orfeo et al. | Bistatic antenna configurations for air-launched ground penetrating radar | |
Pochanin et al. | GPR for pavement monitoring | |
Pieraccini et al. | Joint time-frequency analysis for investigation of layered masonry structures using penetrating radar | |
CN209132203U (en) | Concrete mix moisture percentage measuring device based on TDT with phase bit comparison | |
Torabi et al. | Ocean Surface Wave Parameter Estimation using Periodogram Method | |
Wang et al. | A dielectric logging tool with insulated collar for formation fluid detection around borehole | |
De et al. | Ultrabroadband Electromagnetic Well Logging: A Potential Future Technology | |
Ebihara et al. | Experiments with a dipole array and loop antenna in a cylindrical water layer | |
Khuut | Application of Polarimetric GPR to detection of subsurface objects | |
Farid et al. | Perspectives of Water Level Measurement in Plastic Pipes Using Wideband Horn Antenna. | |
Tauqeer et al. | Short range continuous wave radar for target detection in various mediums | |
Abdelgwad et al. | Investigation of Utilizing L-band Horn Antenna in Landmine Detection | |
Badic et al. | A new direct method for SE dB determination | |
Baum et al. | Matching Fast Electromagnetic Pulses into Dielectric Targets | |
Ebihara et al. | S11 measurement of dipole antenna in a borehole |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20070226 |