Радиотехника и электроника, 2019, T. 64, № 9, стр. 930-931

ВВЕДЕНИЕ

Известны приемные устройства СВЧ, в которых детектор (чаще всего – диод с барьером Шоттки) непосредственно присоединен к антенне, поэтому их называют ректеннами. Как правило, используются микрополосковые конструкции антенн на диэлектрической подложке и диоды, не требующие постоянного напряжения смещения. Они нашли применение в СВЧ-устройствах для беспроводной передачи энергии [1] и в системах обнаружения объектов путем регистрации их собственного радиотеплового излучения или отраженной волны, возникающей при облучении объекта внешним источником [2]. Пространственное разрешение в таких устройствах определяется размером антенны и при надлежащем выборе длины волны излучения может обеспечивать возможность идентификации объекта по его форме. При этом реализуются основные преимущества, которые дает использование волн СВЧ-диапазона, а именно возможность обнаруживать предметы, прикрытые материалом, непрозрачным для волн оптического диапазона. Задача преобразования получаемого изображения в видимое обычно решается тем, что сигнал с детектора ректенны усиливается и отображается на экране монитора. Для установления формы предмета используют механическое сканирование или матрицы из большого числа ректенн [2, 3].

В данной работе решалась задача создания портативного индикатора интенсивности электромагнитного поля СВЧ с визуализацией превышения заданного порога с помощью светодиода. Для решения поставленной задачи микрополосковая антенна с диодом Шоттки в качестве детектора интегрируется с операционным усилителем и светодиодом. Диэлектрическая подложка, на которой сформирована микрополосковая антенна, является одновременно и механическим носителем, на котором монтируется усилитель и светодиод.

1. КОНСТРУКЦИЯ ИНДИКАТОРА

Схема устройства представлена на рис. 1. Основным элементом, определяющим пространственное разрешение (размер пиксела), является микрополосковая антенна на диэлектрической подложке. В качестве детектора использовался диод Шоттки с пониженным барьером, что позволяло обходиться без цепей смещения. Сигнал с детектора подавался на усилитель постоянного тока, который выдавал напряжение, обеспечивающее срабатывание светодиода. Более подробно конструкция устройства описана в [4, 5]. Минимальная плотность потока мощности, при котором она фиксировалась светодиодом, 7 мкВт/см² на частоте 10 ГГц. При использовании в качестве источника излучения СВЧ-генератора с амплитудной модуляцией на частоте 1 кГц и усилителя низкой частоты вместо усилителя постоянного тока пороговую чувствительность устройства удавалось значительно (почти на порядок) увеличить.

Рис. 1.

Устройство для визуализации интенсивности СВЧ-поля: а) вид сверху; б) вид сбоку; 1, 2 – микрополосковая антенна логопериодического типа на диэлектрической подложке; 3 – металлизация; 4 – детектор (диод Шоттки); 5 – усилитель в виде печатной платы; 6 – крепежные стойки; 7 – светодиод.

2. ОПРЕДЕЛЕНИЕ ФОРМЫ ИССЛЕДУЕМОГО ОБЪЕКТА

Для исследования возможности использования устройства в качестве индикатора интенсивности отраженного СВЧ-излучения объектом была выбрана металлическая пластина, которую перемещали по поверхности, не отражающей падающую волну. Результат регистрации отраженной волны показан на рис. 2. Как видно из рисунка, с повышением частоты облучающего СВЧ-поля форма изображения приближается к истиной.

Рис. 2.

Изображение металлической пластины в поле отраженной волны: на частоте 10 (а) и 30 ГГц (б). Пунктиром обозначен контур пластины.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Логопериодическая микрополосковая антенна на диэлектрической подложке с диодом Шоттки в качестве детектора, интегрированная с операционным усилителем и светодиодом, представляет собой портативный индикатор интенсивности СВЧ-поля. Для питания устройства достаточно электрической батареи типа “Крона”. Возможные применения – оценка электромагнитной обстановки в помещениях, в том числе определение формы диаграммы направленности излучения источников СВЧ-энергии, а также визуализация объектов (радиовидение), в том числе обнаружение объектов, покрытых материалами, непрозрачными в видимом диапазоне.

ФИНАНСИРОВАНИЕ РАБОТЫ

Работа выполнена при финансовой поддержке Российского фонда фундаментальных исследований (проект № 16-07-00095-а).