Одной из задач обеспечения безопасности является обнаружение и идентификация электронных устройств, содержащих нелинейные радиоэлементы, при проходе потока людей в охраняемое помещение. К таким устройствам можно отнести средства связи - рации и сотовые телефоны, приборы скрытого видеонаблюдения и прослушивания, устройства дистанционного управления.
Использование имеющихся на рынке нелинейных локаторов затруднено их высокой стоимостью и сложностью встраивания в уже имеющиеся охранные системы. Предполагается, что создание недорого нелинейного локатора позволит дополнить магнитные рамки, уже ставшими привычными при входе на вокзалы, метро и торговые центры, дополнительным средством обнаружения и определения устройств, содержащих радиоэлементы.
Нелинейная локация основана на воздействии мощным радиосигналом частотой f0 на полупроводниковые элементы и регистрации гармоник зондирующего сигнала 2f0, 3f0, 4f0, возникающих за счет нелинейности. При облучении нелинейных элементов мощным импульсным генератором одновременно на двух частотах f1 и f2 в спектре сигнала образуются продукты нелинейности, кратныеf1 иf2, а также их комбинации. Нелинейности второго порядка соответствует частотаf3 = 2f+f2, а третьего порядка - частота f4 = 3/2-/1. Уровни сигнала на этих частотах и их соотношение позволяют определить тип нелинейного элемента.
В нелинейном локаторе, основанном на выделении комбинационных частот, важной частью является приемная антенна, которая должна обладать выраженными частотно-селективными характеристиками, чтобы выделять указанные комбинационные частоты и являться заградительным фильтром для частот fi и f2. Отклик нелинейной цепи на комбинационных частотах ожидается очень слабый, поэтому следует так выбрать частоты fi и f2, чтобы существующие сигналы в эфире в условиях города не мешали регистрировать отклик нелинейной цепи. При f1 = 500 МГц и f2 = 600 МГц, значения комбинационных частот равны f3 = 1.3 ГГц и f4 = 1.6 ГГц и находятся в относительно свободных участках частотного диапазона, свободного от мощных вещательных или связных сигналов.
Нелинейный локатор будет расположен внутри корпуса рамки металлоискателя, пример которой изображен на рисунке 1. Стенки имеющейся в распоряжении рамки металлоискателя изготовлены из пластика с внутренними пустотами, а снаружи ламинированы декоративной пленкой. Разрабатываемая антенная система радиолокатора будет крепиться на внутреннюю часть стенки (рисунок 2), через которую будет проходить электромагнитное излучение. Таким образом, влияние конструктивных элементов корпуса рамки металлоискателя должны быть учтены при разработке антенной системы. Перед излучателем будет находиться оргстекло, толщиной 2 мм и диэлектрической проницаемостью sr = 2.8, которое является элементом корпуса, выполняющее защитную функцию. Для этого нужен мобильный и сравнительно небольшой локатор.
Поставленная задача по разработке антенны для нелинейного локатора, работающего на комбинационных частотах выполнена. Рабочие частоты для антенны 1.3 ГГц и 1.6 ГГц. Взяв за основу прототип антенны из [2], она была создана новая микрополосковая антенна с несколькими слоями диэлектрика вблизи излучателя. В программном продукте CST Studio Suite было проведено численное моделирование нескольких вариантов антенны с различным диэлектрическим заполнением. Первая антенна была с размещением излучателя фольгой вверх, а другая фольгой вниз. В результате численного моделирования определена оптимальная геометрия электродов антенны, при которой антенна хорошо согласована с питающим фидером на частотах 1.3 ГГц и 1.6 ГГц, а ДН имеет овальную форму без провалов и малым уровнем боковых лепестков. На основе численных моделей изготовлено и измерено два макета антенн на |511| и ДН. Экспериментальные данные сравнивались с расчетными. При сравнении выявлено малое отличие измеренных данных от расчетных. Разработанные макеты антенн пригодны для использования в качестве приемных в нелинейном локаторе, работающем на комбинационных частотах.
Существующие прототипы антенн имели большие размеры для встраивания в рамку металлодетектора. Возникла необходимость модернизации по уменьшению геометрических размеров антенны и расстояние от земляной пластины до излучающего элемента. Было создано две численные модели модернизированного прототипа «Антенна А1»: антенна с диэлектриком вблизи излучающего элемента и антенна с диэлектрической подложкой. Для наилучшей работы антенн в составе рамки металодетектора были в расчете были учтены поставленые перед излучателем две преграды: первая имитирует корпус антенны, а вторая - корпус портала безопасности арочного типа. В результате численного моделирования были определены размеры антенн, при которых они хорошо согласовывались с фидером на рабочих частотах 1300 МГц и 1600 МГц и у них были стабильные ДН без провалов ниже 3 дБ и малым уровнем боковых лепестков. Численное моделирование проводилось в лицензионной программе CST Studio Suite. Используя данные численных моделей, изготовлен макет антенны с диэлектриком вблизи излучающего элемента и создано два макета антенны с диэлектрической подложкой двойной преградой. Каждый из макетов измерен на |5'11| и ДН. Экспериментальные данные сравнивались с расчетными. При сравнение расчетных и экспериментальных данных было выявлено, что измерения близки к расчету, а уменьшенные геометрические параметры антенн позволяют их встраивать ее в рамку безопасности.
