Устройство для визуализации объектов путем облучения электромагнитным полем СВЧ диапазона

Предложенное устройство относится к технике СВЧ и может быть использовано в качестве базового элемента приемников электромагнитного излучения.
Известны приемные устройства СВЧ, в которых детектор (чаще всего - диод с барьером Шоттки) непосредственно присоединен к антенне, поэтому их называют ректеннами [J. Zbitou, М. Latrach, S. Toutain, Hybrid Rectenna and Monolithic Integrated Zero-Bias Microwave Rectifier, IEEE Transactions on Microwave Theory and Techniques, 54, 147-152, 2006]. Как правило, используют микрополосковые конструкции, в которых антенна представляет собой тонкую металлическую пленку заданной формы (прямоугольная, сектор, круг, спираль и др.) на диэлектрической подложке. В качестве диэлектрика используют различные материалы - керамику, полимеры, стекла, а также высокоомные (слабо проводящие) полупроводники (кремний, арсенид галлия).
Наиболее близким по технической сущности к заявляемому устройству является устройство, описанное в работе: Л.В. Волков, В.Е. Любченко, С.А. Тихомиров. Двумерные матрицы антенно-связанных диодов с барьером Шоттки для формирования изображений в миллиметровом диапазоне волн. Радиотехника и электроника, 1995, т. 40, №2, с. 322-324. Устройство состоит из матрицы микрополосковых антенн логопериодического типа, выполненных в виде металлического покрытия, расположенного на поверхности диэлектрической подложки, противолежащая поверхность которой металлизирована, детекторов, выполненных в виде микрочипов, расположенных на той же подложке и электрически связанных с антеннами, блока коммутации, усилителя напряжения и индикаторного устройства, электрически связанного с усилителем.
Недостатком известного устройства является то, что напряжение, возникающее на детекторе, подается на усилитель и аналого-цифровой преобразователь, после чего отображается на мониторе персонального компьютера. В результате устройство оказывается сложным и пригодно лишь для лабораторных исследований.
Технической задачей предлагаемой полезной модели является создание малогабаритного портативного индикатора интенсивности электромагнитного поля с целью обнаружения и идентификации объектов при облучении их электромагнитным полем в СВЧ и КВЧ диапазонах волн.
Поставленная техническая задача решается тем, что микрополосковая антенна с диодом Шоттки в качестве детектора интегрируется с микросхемой операционного усилителя и светодиодом. Диэлектрическая подложка, на которой сформирована микрополосковая антенна, является механическим носителем, на котором монтируется микросхема операционного усилителя и светодиод. Таким образом, устройство представляет собой гибридную интегральную схему, размеры которой определяются размерами антенны. Данная схема при использовании автономного источника постоянного напряжения (аккумуляторной батареи) может использоваться в качестве портативного индикатора интенсивности СВЧ поля в приборах обнаружения и идентификации объектов (радиовидение), а также и в других радиоизмерительных приборах.
Схема предлагаемого устройства представлена на фиг. 1. Устройство содержит микрополосковую антенну 1 логопериодического типа, выполненную в виде металлического покрытия, расположенного на поверхности диэлектрической подложки 2, противолежащая поверхность которой покрыта металлической пленкой 3, детектора 4, выполненного в виде микрочипа, расположенного на той же подложке и электрически связанного с антенной, усилителя напряжения 5, который монтируется в виде микросхемы на металлизированной стороне диэлектрической подложки 2 с помощью стоек 6, и светодиода 7, электрически связанного с усилителем 5.
Для упрощения схемы в качестве детектора 4 используется диод Шоттки с пониженной высотой потенциального барьера, обеспечивающий максимальную чувствительность при нулевом напряжении смещения. Толщина диэлектрической пластины 2 составляет четверть длины волны в диэлектрике, что обеспечивает максимальную чувствительность детектора. В качестве усилителя напряжения 5 используется операционный усилитель с предельно низким значением напряжения сдвига (например, AD8538AUJZ).
Устройство работает следующим образом. Напряжение с детектора 4 подается на операционный усилитель 5, который обеспечивает напряжение на выходе, достаточное для питания светодиода 7. Наличие СВЧ излучения устанавливается по появлению видимого излучения светодиода, а форма объекта устанавливается путем механического сканирования на некотором расстоянии от его поверхности. Использование светодиодов с различным спектром (цветом) излучения, которые отличаются по величине напряжения, необходимого для срабатывания светодиода, позволяет оценить абсолютную величину интенсивности СВЧ излучения, в том числе ее распределение по пространству.