АНТЕННОЕ ШИРОКОПОЛОСНОЕ УСТРОЙСТВО НА ОСНОВЕ ИЗЛУЧАЮЩЕГО КОАКСИАЛЬНОГО КАБЕЛЯ
WIDEBAND ANTENNA DEVICE BASED ON RADIATING COAXIAL CABLE

Изобретение относится к области радиотехники, в частности к антеннам, и может быть использовано в приемо-передающих устройствах как антенное широкополосное устройство на основе излучающего коаксиального кабеля при радиоэлектронном подавлении и противодействии для защиты информации средств вычислительной техники (СВТ), автоматизированных рабочих мест (АРМ), от утечки информации в результате побочных электромагнитных излучений и наводок (ПЭМИН).
Из существующего уровня техники известна полосковая щелевая антенна, содержащая экранирующий корпус со щелью, изолятор в виде диэлектрического стержня с наружной винтовой канавкой, размещенный внутри экранирующего корпуса, проводник в виде цилиндрической спирали, размещенный на изоляторе. Замедляющая структура спиральной формы весьма выгодна для антенн с большим сектором сканирования (γ=±90°) при сравнительно небольшом диапазоне рабочих частот (менее 2% от основной частоты). Кроме того, несимметричная полосковая линия передачи со спиральным проводником обеспечивает наилучшее согласование, поскольку является однородной. В конструкции полосковой щелевой антенны количество излучающих элементов определяется шагом спирали и может составлять значительное количество (RU 2419928 C1, H01Q 13/00, опубликовано: 27.05.2011 г.).
Недостатками данного технического решения являются: небольшой диапазон рабочих частот (менее 2% от основной частоты), сравнительно узкая диаграмма направленности, сложная конструкция антенны.
Известна широкополосная микрополосковая антенна с трапецеидальным поперечным сечением, излучающий элемент микрополосковой антенны, содержащий прямоугольный излучатель, размещенный над экранирующей поверхностью с Н-образной щелью и возбуждаемый микрополосковой линией со шлейфом, изогнутым в направлении излучения микрополосковой антенны таким образом, что в поперечном сечении имеет трапецеидальную форму, симметрично относительно плоскости симметрии микрополосковой антенны, проходящей через оси симметрии прямоугольного металлического экрана с Н-образной щелью, прямоугольный излучающий элемент и возбуждающую микрополосковую линию (RU 2479080 C1, H01Q 1/38, опубликовано: 25.08.2011 г.).
Недостатками данного технического решения являются: небольшой диапазон рабочих частот (от 1 до 2,5 ГГц), узкая диаграмма направленности, сложная конструкция антенны, большие масса и габаритные размеры.
Известно устройство, содержащее излучающий коаксиальный кабель, состоящий из центрального проводника, размещенного соосно внутри экранной оболочки, с прямоугольными излучающими разрезами. В раскрыв каждого излучающего разреза установлен ленточный проводник и металлическая перемычка. На часть раскрыва излучающего разреза установлена металлическая пластина с диэлектрической подложкой. Независимая перестройка кабеля достигается перемещением вдоль оси металлической перемычки и металлической пластины с диэлектрической подложкой. Излучающий коаксиальный кабель состоит из центрального проводника радиусом r, расположенного соосно внутри экранной оболочки с внутренним радиусом R. Вдоль продольной оси излучающего коаксиального кабеля в экранной оболочке выполнены прямоугольные излучающие разрезы длиной Lp и шириной Bp. Продольные оси излучающего разреза ориентированы вдоль оси излучающего коаксиального кабеля. В раскрыв каждого излучающего разреза установлен ленточный проводник длиной Lp и шириной Bp и металлическая перемычка шириной dn. Металлическая перемычка ориентирована перпендикулярно к большим кромкам излучающего разреза и имеет с ним электрический контакт. Металлическая перемычка делит излучающий разрез на две части. Над частью излучающего разреза установлена металлическая пластина на диэлектрической подложке толщиной Δh, шириной Lпл и высотой Нпл. Металлическая пластина на диэлектрической подложке размещена полностью на одном конце излучающего разреза (Патент RU №2080708, кл. H01Q 13/22, 1997).
Недостатками известного устройства являются: узкая полоса частот, устройство работает только на двух частотах, излучающие элементы имеют ярко выраженные резонансы на частотах излучения.
Наиболее близким к заявленному техническому решению является коаксиальная антенна с утечками, содержащая внутренний проводник, диэлектрик вокруг внутреннего проводника и первый экранирующий проводник, расположенный вокруг диэлектрика, первый экранирующий проводник имеет отверстия, распределенные в продольном направлении внутреннего проводника и приспособленные так, что электромагнитная энергия проходит через отверстия. Второй экранирующий проводник размещается вокруг или под первым экранирующим проводом, второй экранирующий проводник приспособлен так, чтобы мог покрывать или маскировать по меньшей мере ряд отверстий первого экранирующего проводника в экранированной секции. Второй экранирующий проводник размещен прерывисто в продольном направлении антенны, задавая непокрытые или немаскированные части первого экранирующего проводника в продольном направлении антенны, которые приспособлены так, что электромагнитная энергия проходит через непокрытые части (RU 2378747 C1, H01Q 13/20, опубликовано: 10.01.2010 г.).
Недостатками известного устройства являются: сложная конструкция антенны, большие линейные размеры, сравнительно узкая полоса частот (от 400 МГц до 6 ГГц).
Задачей, на решение которой направлено заявляемое изобретение, является: расширение диапазона рабочих частот, улучшение диаграммы направленности, упрощение конструкции антенны, уменьшение размеров антенны.
Данная задача решается за счет того, что заявленное антенное широкополосное устройство на основе излучающего коаксиального кабеля для формирования маскирующей электромагнитной шумовой помехи, состоящее из высокочастотного соединителя, излучающего коаксиального кабеля, оплетки из металлических проводников, металлического кольца, двух резисторов нагрузки, центрального проводника, размещенного соосно внутри оплетки излучающего коаксиального кабеля, защитной изолирующей оболочки, обеспечивающее электромагнитное широкополосное шумовое излучение в широком диапазоне частот, характеризуется тем, что в устройстве используют излучающий коаксиальный кабель, в качестве экранной оболочки которого используют оплетку, изготовленную плетением металлических проводников, уложенных с увеличивающимся шагом укладки, причем расширение диапазона частот обеспечивают тем, что в начале плетения оплетки кабеля образующиеся ромбовидные отверстия имеют диагональ L1, в конце плетения - диагональ L2=4L1, и равномерным распределением ромбовидных отверстий по всей длине излучающего коаксиального кабеля, улучшение диаграммы направленности обеспечивают равномерной укладкой оплетки по цилиндрической поверхности изоляции излучающего коаксиального кабеля, упрощение конструкции обеспечивают тем, что все элементы излучающих антенн имеют ромбовидные отверстия, образованные плетением металлических проводников, уменьшение размеров антенны обеспечивают использованием полиэтиленовых материалов внутренней изоляции и защитной изолирующей оболочки излучающего коаксиального кабеля.
Антенное широкополосное устройство на основе излучающего коаксиального кабеля может иметь различные материалы внутренней изоляции излучающего коаксиального кабеля.
Антенное широкополосное устройство на основе излучающего коаксиального кабеля может иметь различную длину и диаметр излучающего коаксиального кабеля.
Техническим результатом, обеспечиваемым приведенной совокупностью признаков, является расширение диапазона рабочих частот (от 20 МГц до 10,5 ГГц), улучшение диаграммы направленности, упрощение конструкции антенны, уменьшение размеров антенны.
Сущность изобретения поясняется чертежами, на которых изображено следующее.
На фиг. 1 - Антенное широкополосное устройство без защитной изолирующей оболочки излучающего коаксиального кабеля.
На фиг. 2 - Антенное широкополосное устройство с защитной изолирующей оболочкой излучающего коаксиального кабеля.
На фиг. 3 - Вид разреза излучающего коаксиального кабеля.
На фиг. 4 - Амплитудно-частотная характеристика.
Антенное широкополосное устройство на основе излучающего коаксиального кабеля для формирования маскирующей электромагнитной шумовой помехи фиг. 1 состоит из высокочастотного соединителя 1, излучающего коаксиального кабеля 2, оплетки из металлических проводников 3, металлического кольца 4, двух резисторов нагрузки 5, центрального проводника 6, размещенного соосно внутри оплетки излучающего коаксиального кабеля, защитной изолирующей оболочки 7. Устройство содержит отрезок излучающего коаксиального кабеля, специально изготовленного плетением металлической оплетки, имеющей увеличивающийся по длине шаг плетения на цилиндрической основе излучающего кабеля и соответственно множество ромбообразных отверстий, образованных этой оплеткой, образующих нерезонансные волноводные элементы антенны, вызывающие излучение вдоль пути распространения направленной волны.
Антенное широкополосное устройство на основе излучающего коаксиального кабеля реализуется следующим образом.
к
При подключении высокочастотного соединителя антенного устройства к выходу генератора шумового сигнала внутри излучающего коаксиального кабеля возбуждается Т-волна. При этом в каждом ромбообразном элементе, образованном плетением оплетки излучающего коаксиального кабеля, возникают нерезонансные электромагнитные излучения. Излучающий коаксиальный кабель имеет множество ромбообразных элементов, которые отличаются геометрическими размерами, причем элементы размещены таким образом, что в начале кабеля от высокочастотного соединителя располагаются излучающие элементы с меньшими размерами с последующим равномерным увеличением линейных размеров излучающих элементов к концу кабеля. Излучающие элементы не имеют прямоугольных форм и расположены по всей длине кабеля круглого сечения. Такая конструкция антенного широкополосного устройство на основе излучающего коаксиального кабеля позволяет получить широкополосное равномерное электромагнитное излучение, которое может быть использовано для зашумления информативных побочных электромагнитных излучений и наводок, возникающих при обработке информации средствами вычислительной техники. Следует отметить, что длина волны в кабеле λ связана с длиной волны в свободном пространстве λ следующим соотношением:
к
λ=λ/√ε,
к
где ε - диэлектрическая постоянная (проницаемость) материала внутренней изоляции кабеля. Выражение К=1/√ε называется коэффициентом укорочения волны в кабеле. Например, для кабеля с диэлектриком из полиэтилена К=0,66 и λ=0,66λ.
Элементом настройки в данном случае является сопротивление нагрузки, которое находится в пределах 50 Ом±10%. Подбором сопротивления нагрузки в указанном диапазоне обеспечивают полное согласование выходного сопротивления генератора и нагрузки. В этом случае обеспечивается оптимальное распределение тока и напряжения вдоль линии передачи направленной волны широкополосного шумового сигнала. Амплитудно-частотная характеристика антенного широкополосного устройства на основе излучающего коаксиального кабеля, измеренная анализатором цепей серии PNA-X N5242A компании Agilent Technologies, представлена на фиг. 4. Измерения проведены в диапазоне частот от 20,0 МГц до 10,5 ГГц с маркерными точками от 1 до 9 (частоты от 118 МГц до 10,13 ГГц), значение уровней указанных частот приведены в таблице фиг. 4.
Таким образом, используя антенное широкополосное устройство на основе излучающего коаксиального кабеля для формирования маскирующей электромагнитной шумовой помехи при защите информации средств вычислительной техники, автоматизированных рабочих мест, от утечки информации в результате электромагнитных излучений и наводок, побочные информативные электромагнитные излучения и наводки системы обработки информации зашумляются сформированным шумовым сигналом в широком диапазоне частот.
Антенные широкополосные устройства на основе излучающего коаксиального кабеля для формирования маскирующей электромагнитной шумовой помехи были установлены на два выходных канала генератора шумовых сигналов, работающих в диапазоне частот от 125 МГц до 7 ГГц, с разделением частот в каждом канале.
Опытные образцы были выполнены в четырех конструкторских исполнениях, отличающихся разным использованием внутренней изоляции излучающего кабеля и разной длиной кабеля, в данном случае равной 0,85 м и 1,25 м. Все варианты исполнения дали положительный результат.
Промышленная осуществимость изобретений вытекает из описания антенного широкополосного устройства на основе излучающего коаксиального кабеля для формирования маскирующей электромагнитной шумовой помехи в статике и динамике и подтверждается фактом изготовления и успешного испытания опытных образцов с достижением указанного технического результата.