Модулятор электромагнитных полей

Полезная модель относится к области радиочастотной идентификации и предназначена для модуляции электромагнитного излучения в радиочастотном диапазоне длин волн, проходящего через устройство и отраженного от него.
Известен модулятор электромагнитных полей, содержащий радиопрозрачную тонколистовую основу, на одной стороне которой параллельными рядами закреплены электропроводящие нитеобразные элементы, каждый из которых выполнен из проводников одинаковой и/или неодинаковой длины и соединяющих проводники между собой высокочастотных коммутаторов, в качестве коммутаторов применены высокочастотные pin-диоды, которые в параллельных рядах в смежно расположенных нитях установлены на общей мнимой линии, перпендикулярной направлению нитеобразных элементов, при этом электропроводящие нитеобразные элементы подсоединены к источнику питания, а на другой стороне основы закреплены ортогонально установленные электропроводящие нитеобразные элементы, каждый из которых выполнен из проводников одинаковой и/или неодинаковой длины и соединяющих проводники между собой высокочастотных коммутаторов в виде высокочастотных pin-диодов, установленных в параллельных рядах на общей мнимой линии, перпендикулярной направлению нитеобразных элементов, которые подсоединены к источнику питания (RU 2414027, H01Q 15/10, опубл. 10.03.2011 г.).
Недостаток данного известного решения заключается сложности монтажа радиокомплектующих при изготовлении развитых по площади экранов - модуляторов. Это объясняется тем, что сначала происходит монтаж электропроводящего контура на одной стороне радиопрозрачной тонколистовой основы, а затем эту основу переворачивают, выпрямляют полотно и проводят монтаж другого электропроводящего контура на стороне, обратной первой. Сам по себе такой процесс не сложен, но требует высокой аккуратности и опыта работы с полотнами значительной площади. Деформации полотна со смонтированным контуром может привести к разрыву цепи и непригодности изделия. Поэтому к монтажу элементов на другой стороне полотна переходят после полной полимеризации соединений на первой стороне этого же полотна. Из-за сложности проведения простых операций на большом полотне резко снижается долговечность изделия.
Кроме того, при двухстороннем монтаже расход радиокомплектующих увеличивается вдвое.
Технический результат заключается в уменьшении вдвое применяемых коммутационных элементов и упрощении монтажа - односторонний вместо двухстороннего.
Настоящая полезная модель направлена на достижение технического результата, заключающегося в упрощении конструкции для повышения ее долговечности.
Указанный технический результат достигается тем, что в модуляторе электромагнитных полей, содержащем радиопрозрачную тонколистовую основу, на которой закреплен первый контур из параллельных рядов электропроводящих нитеобразных элементов, каждый из которых выполнен из проводников и соединяющих эти проводники между собой высокочастотных коммутаторов, в качестве которых применены высокочастотные pin-диоды, второй контур из параллельных рядов электропроводящих нитеобразных элементов, каждый из которых выполнен из проводников и соединяющих эти проводники между собой высокочастотных коммутаторов, в качестве которых применены высокочастотные pin-диоды, при этом электропроводящие нитеобразные элементы каждого контура подсоединены к источнику модулирующего сигнала, а электропроводящие нитеобразные элементы одного контура расположены перпендикулярно электропроводящим нитеобразным элементам другого контура, все коммутаторы и электропроводящие нитеобразные элементы обоих контуров размещены на одной стороне радиопрозрачной тонколистовой основы, а в качестве коммутаторов использованы бескорпусные сдвоенные высокочастотные pin-диоды, относящиеся у типу несоединенной пары по конфигурации диодов, один из которых расположен в линии соединения смежно расположенных проводников электропроводящих нитеобразных элементов одного контура, а другой из которых расположен в линии соединения смежно расположенных проводников электропроводящих нитеобразных элементов другого контура.
Сдвоенные высокочастотные pin-диоды могут быть выполнены корпусными или бескорпусными.
Указанные признаки являются существенными и взаимосвязаны с образованием устойчивой совокупности существенных признаков, достаточной для получения требуемого технического результата.
Настоящая полезная модель поясняется конкретным примером исполнения, который, однако, не является единственно возможным, но наглядно демонстрирует возможность достижения требуемого технического результата.
На фиг. 1 изображена конструкция параметрического модулятора, осуществляющего широкодиапазонную модуляцию падающих на него электромагнитных волн.
Согласно заявленной полезной модели рассматривается устройство - управляемый параметрический модулятор для модуляции электромагнитных волн. Относится к области техники, связанной с созданием полуактивных маркеров, применяемых в радиочастотной идентификации для размещения на удаленных объектах. При этом система радиочастотной идентификации состоит из облучателя, формирующего облучающую немодулированную электромагнитную волну, приемника, регистрирующего модулированный сигнал, и маркера, размещенного на объекте, содержащего модулятор падающего радиосигнала по закону, позволяющему произвести идентификацию объекта. Конструкция таких маркеров должна обеспечивать удобство крепления маркера на объекте сложной формы, а также обеспечивать уверенную идентификацию объекта при ослаблении сигнала, в условиях помех и изменениях в путях прохождения электромагнитной волны в пространстве между облучателем и маркером, а также изменении их взаимного расположения. Такие изменения могут происходить из-за:
взаимного движения маркера и облучателя, вследствие чего в принимаемом сигнале возникает доплеровское смещение частоты;
взаимного вращения маркера и облучателя, вследствие чего попадающие на модулятор и приемник электромагнитные волны могут изменять плоскость поляризации;
изменения электромагнитной конфигурации среды между маркером и облучателем вследствие попадания между ними проводящих предметов.
Кроме того, при наличии сложной электромагнитной конфигурации среды между маркером и облучателем, вследствие интерференции может образоваться локальная «тень» в зоне нахождения маркера при облучении моночастотным сигналом. Для повышения устойчивости считывания информации с маркера в этом случае целесообразно применять многочастотный метод облучения в широком диапазоне облучающих частот.
С этой целью к свойствам модулятора предъявляются требования обеспечения:
максимальной эффективности модуляции как падающей, так и проходящей сквозь поверхность модулятора электромагнитной волны,
независимости модуляционных свойств в широком частотном диапазоне, независимости модуляционных свойств от поляризации падающего сигнала,
возможность криволинейности и гибкости поверхности модулятора.
Устройство - управляемый параметрический модулятор для модуляции электромагнитных волн (предназначен для модуляции переизлученного радиосигнала, падающего на поверхность изделия) представляет собой листовую структуру произвольной формы, содержащую «решетку», состоящую из параллельных «нитей», с управляемой проводимостью. Проводимость нитей изменяется по заданному закону под действием управляющего электрического тока, поступающего из генератора управляющего сигнала.
Устройство (фиг. 1) содержит тонколистовую радиопрозрачную основу 1 (например, полиимидная пленка, гибкий материал тканой основы, негибкая пластина их текстолита и т.д.), на которой или в которой в плоскости основы на одной ее стороне закреплены два электропроводящих контура.
Каждый контур состоит из электропроводящих нитеобразных элементов 2, каждый нитеобразный элемент выполнен из проводников 3 одинаковой или неодинаковой длины и высокочастотных коммутаторов 4 между концами каждых двух смежно расположенных проводников 3.
На основе 1 электропроводящие нитеобразные элементы расположены параллельно друг другу (параллельными рядами). Коммутаторы 4 в соседних рядах расположены на минимальном расстоянии друг от друга, вдоль воображаемых линий разреза проводников 3, перпендикулярных нитям.
При этом электропроводящие нитеобразные элементы каждого контура подсоединены к источнику питания или источнику модулирующего сигнала 5, а электропроводящие нитеобразные элементы одного контура расположены перпендикулярно электропроводящим нитеобразным элементам другого контура. Особенностью заявленной полезной модели является то, что все коммутаторы и электропроводящие нитеобразные элементы обоих контуров размещены на одной стороне радиопрозрачной тонколистовой основы 1. Обратная сторона основы 1 не используется для монтажа радиоэлементов.
Учитывая такую особенность монтажа радиокомплектующих, применены сдвоенные коммутаторы. В качестве такого коммутатора 4 использованы сдвоенные высокочастотные pin-диоды, относящиеся у типу несоединенной пары по конфигурации диодов. Один сдвоенный высокочастотный pin-диод используются одновременно для соединяемых проводников двух контуров. В одном контуре каждый один диод 6 из сдвоенного высокочастотного pin-диода расположен в линии соединения смежно расположенных проводников электропроводящих нитеобразных элементов этого контура, а другой диод 7 из которых расположен в линии соединения смежно расположенных проводников электропроводящих нитеобразных элементов другого контура.
Сдвоенные высокочастотные pin-диоды могут быть выполнены как корпусными, так и бескорпусными (В.Резников и Л.Губырин "Высокочастотные и СВЧ p-i-n диоды", выложенная в режиме он-лайн доступа на сайте "Сайт радиолюбителей Волгограда RA4A. Справочная" в сети Интернет по адресу: http://ra4a.narod.ru/Spravka3/s48.htm).
Рабочий диапазон частот изделия определяется частотой среза коммутатора, а также геометрическими параметрами решетки:
длиной нити, т.е. количеством периодических элементов, умноженных на длину элемента, определяет нижнюю граничную частоту рабочего диапазона;
длиной единичного элемента определяют верхнюю граничную частоту рабочего диапазона.
Регулировка проводимости радиосигнала pin-диодами в нитях осуществляется путем изменения тока, проходящего через них. Величина тока, проходящего через каждую нить, определяется величиной сопротивления резисторов, включенных последовательно с нитями, и величиной подаваемого на нить напряжения.
Электропроводящие нитеобразные элементы соединены по концам с шинами 8, пропущенными вдоль краев основы 1 и подключенными к источнику модулирующего сигнала 5, связанного с источником питания контуров.
Эффективность модуляционных свойств изделия определяется площадью решетки, т.е. количеством нитей, умноженных на длину одной нити.
Принцип действия заключается в одновременном изменении пропускающих и отражающих свойств изделия, путем согласованного управления проводящими свойствами коммутаторов, в соответствии с требуемым законом модуляции.
Особенностью заявленной полезной модели является то, что изменение пропускающих и отражающих свойств изделия определяется наличием контуров, а не их местом расположения на основе. Это позволило уйти от двухстороннего монтажа и перейти к монтажу двух контуров на одной стороне основы. Это обеспечило высокий уровень сборки, контроля за соединением деталей и исключило фактор случайной деформации проводников или паек или поломки изделия от манипуляций по переворачиванию большого по площади полотна основы.
Такая модификация устройства, состоящего из двух ортогональных решеток (контуров), обеспечивает независимость эффективности модуляционных свойств изделия от поляризации падающей волны. Обе решетки могут питаться от общих шин, но могут иметь автономное подключение через свои шины к отдельным источникам управляющего сигнала.
Шины и проводники выполняются на основе токопроводящих проводников, внедренных в структуру материала основы или полученных травлением на поверхности стороны основы или наложенных клеевым способом на основу. Высокочастотные pin-диоды припаиваются к краям проводников. При использовании двух совмещенных ортогональных решеток контуров для обеспечения поляризационной независимости и широкополосности устройства необходимо совмещать решетки таким образом, чтобы pin-диоды в совмещаемых решетках находились строго в узлах воображаемой квадратной сетки. Это условие выполняется за счет применения сдвоенных pin-диоды.
Выполнение решетки в форме гибкого листа изменяемой формы достигается сервисное свойство - удобство размещения параметрического модулятора на объекте сложной формы.
Устройство работает следующим образом, так же как и прототип. Под действием управляющего (модулирующего) сигнала изменяется способность коммутаторов в нитях проводить токи высокой частоты, индуцируемые в нитях падающей электромагнитной волной. Вследствие этого изменяется величина переизлученной электромагнитной волны с поверхности модулятора и величина проходящей сквозь модулятор электромагнитной волны. Таким образом, переизлученная и проходящая волны оказываются промодулированы по закону изменения управляющего сигнала. В случае содержания в управляющем сигнале идентификационной информации в аналоговой или цифровой форме, в переизлученном и проходящем сквозь модулятор радиосигналах формируется модуляционная компонента, несущая идентификационную информацию об объекте.
Настоящее изобретение промышленно применимо, позволяет простыми средствами повысить эксплуатационную надежность устройства радиочастотной идентификации удаленных объектов путем применения модулятора, состоящего из электропроводящих нитеобразных элементов, выполненных из проводников одинаковой длины и сдвоенных pin-диодов. Устройство может применяться также в любых областях техники, где целесообразно обеспечивать параметрическую модуляцию электромагнитных полей в широком диапазоне частот, например таких как связь, радиолокация, защита информации и др. При этом устройство просто в изготовлении и обладает высокой долговечностью за счет надежной технической и монтажной проработки электротехнической компонентной базы на одной стороне основы экрана.