PL242144B1

PL242144B1 - Flat panel antenna prototyping device

Info

Publication number: PL242144B1
Application number: PL433629A
Authority: PL
Inventors: Jarosław Zygarlicki; Małgorzata Zygarlicka
Original assignee: Politechnika Opolska
Priority date: 2020-04-21
Filing date: 2020-04-21
Publication date: 2023-01-23
Also published as: PL433629A1

Abstract

Urządzenie do prototypowania anten płaskich charakteryzuje się tym, że posiada dwie komory: ekranującą (Ke) i optyczną (Kc), które połączone są ze sobą jedną wspólną ścianką (Ws) z otworem (Ot). Projektor obrazu (P) usytuowany jest wewnątrz komory ekranującej (Ke) tak, że jego wyjście optyczne skierowane jest w stronę otworu (Ot), a płytka selenowa (Se) i lustro (Lu) usytuowane są wewnątrz komory optycznej (Kc). Płytka selenowa (Se) usytuowana jest prostopadle do ścianki (Ws) z otworem (Ot). Lustro (Lu) umieszczone jest nad otworem (Ot) tak, że wiązka światła z wyjścia optycznego projektora obrazu (P) przechodząc przez otwór (Ot) pada na powierzchnię lutra (Lu), a odbijając się od lustra (Lu) oświetla całą powierzchnię płytki selenowej (Se).The device for prototyping flat antennas is characterized by the fact that it has two chambers: shielding (Ke) and optical (Kc), which are connected with one common wall (Ws) with an opening (Ot). The image projector (P) is located inside the shielding chamber (Ke) so that its optical output is directed towards the hole (Ot), and the selenium plate (Se) and the mirror (Lu) are located inside the optical chamber (Kc). The selenium plate (Se) is perpendicular to the wall (Ws) with the hole (Ot). The mirror (Lu) is placed above the hole (Ot) so that the light beam from the optical output of the image projector (P) passing through the hole (Ot) falls on the surface of the mirror (Lu), and reflecting off the mirror (Lu) illuminates the entire surface of the plate selenium (Se).

Description

Opis wynalazkuDescription of the invention

Przedmiotem wynalazku jest urządzenie do prototypowania anten płaskich przeznaczone do stosowania w laboratoriach wykonujących badania w obszarze konstrukcji nowych anten.The subject of the invention is a device for prototyping flat antennas intended for use in laboratories conducting research in the field of construction of new antennas.

Znane jest z publikacji internetowej: „The Standard for Rapid PCB Prototyping LPKF ProtoMat S64 Circut Board Plotter”: LPKF Laser & Electronics AG, https://www.lpkf.com/fileadmin/mediafiles/user_upload/products/pdf/DQ/flyer_lpkf_protomat_s64_en.pdf, luty 2020, urządzenie do prototypowania płytek PCB. Urządzenie składa się z zamykanej komory, w której na prostokątnej płycie blatu roboczego zamontowana jest płytka PCB. Nad blatem roboczym umieszczona jest ruchomo w trzech osiach XYZ głowica frezująca, której położenie względem płytki PCB jest sterowane za pomocą układu mikroprocesorowego. Program komputerowy poprzez układ mikroprocesorowy steruje położeniem głowicy frezującej, która po zbliżeniu do płytki PCB, frezując ją usuwa, według wykonanego wcześniej projektu, wybrane fragmenty powierzchni przewodzących, pozostawiając odsłonięty dielektryk. W ten sposób projekt anteny płaskiej wykonany wcześniej w programie komputerowym jest odwzorowywany na powierzchni płytki PCB, umożliwiając prototypowanie anteny płaskiej.It is known from the Internet publication: "The Standard for Rapid PCB Prototyping LPKF ProtoMat S64 Circut Board Plotter": LPKF Laser & Electronics AG, https://www.lpkf.com/fileadmin/mediafiles/user_upload/products/pdf/DQ/flyer_lpkf_protomat_s64_en .pdf, February 2020, PCB prototyping device. The device consists of a lockable chamber in which a PCB is mounted on a rectangular worktop. Above the worktop, there is a milling head movable in three XYZ axes, whose position relative to the PCB is controlled by a microprocessor system. The computer program, through a microprocessor system, controls the position of the milling head, which, after approaching the PCB, removes selected fragments of the conductive surfaces by milling it, according to the previously prepared design, leaving the dielectric exposed. In this way, the design of a flat antenna made earlier in a computer program is mapped on the surface of a PCB, enabling prototyping of a flat antenna.

W znanym urządzeniu do prototypowania anten płaskich, badania nad nowymi konstrukcjami anten, wymagają wcześniejszego przygotowania i fizycznego wykonania przewodzących powierzchni na płycie dielektryka, demontażu starej konstrukcji oraz montażu nowej anteny, co jest zajęciem żmudnym i znacząco wydłużającym proces badawczy.In the known device for prototyping flat antennas, research on new antenna designs requires prior preparation and physical execution of conductive surfaces on the dielectric plate, disassembly of the old structure and assembly of the new antenna, which is a tedious task and significantly extends the research process.

Istota urządzenia do prototypowania anten płaskich polega na tym, że posiada dwie komory: ekranującą i optyczną, które połączone są ze sobą jedną wspólną ścianką z otworem. Projektor obrazu usytuowany jest wewnątrz komory ekranującej tak, że jego wyjście optyczne skierowane jest w stronę otworu, a płytka selenowa i lustro usytuowane są wewnątrz komory optycznej.The essence of the device for prototyping flat antennas is that it has two chambers: shielding and optical, which are connected with one common wall with an opening. The image projector is located inside the shielding chamber such that its optical output faces the opening, and the selenium plate and the mirror are located inside the optical chamber.

Płytka selenowa usytuowana jest prostopadle do ścianki z otworem. Lustro umieszczone jest nad otworem tak, że wiązka światła z wyjścia optycznego projektora obrazu, przechodząc przez otwór, pada na powierzchnię lustra, a odbijając się od lustra oświetla całą powierzchnię płytki selenowej. Wejściem sygnałowym projektora obrazu jest wejście pierwsze, a dolna krawędź płytki selenowej połączona jest z końcówką drugą przewodu antenowego połączonego z wejściem drugim. Korzystnie jest, gdy ścianki komory ekranującej oraz ścianka wspólna z komorą optyczną wykonane są z posrebrzanej blachy stalowej. Korzystnie jest, gdy ścianki komory optycznej poza ścianką wspólną z komorą ekranującą, wykonane są z niemagnetycznego, nieprzeźroczystego dielektryka.The selenium plate is perpendicular to the wall with the hole. The mirror is placed over the hole in such a way that the beam of light from the optical output of the image projector, passing through the hole, falls on the mirror surface and, reflecting from the mirror, illuminates the entire surface of the selenium plate. The signal input of the image projector is the first input, and the lower edge of the selenium plate is connected to the second end of the antenna cable connected to the second input. Preferably, the walls of the shielding chamber and the common wall with the optical chamber are made of silver-plated steel sheet. It is advantageous when the walls of the optical chamber, apart from the common wall with the shielding chamber, are made of a non-magnetic, non-transparent dielectric.

Urządzenie do prototypowania anten płaskich według wynalazku umożliwia szybkie prototypowanie nowych konstrukcji anten płaskich. Dzięki zastosowaniu projektora obrazu wyświetlanego na selenowej płytce możliwe jest bardzo szybkie i wygodne modyfikowanie kształtu testowanej anteny, przekształcając ją cyfrowo w oprogramowaniu komputera, którego wyjście graficzne jest połączone z wejściem projektora obrazu. Dzięki temu parametry nowych anten, zarówno nadawczych, jak i odbiorczych, mogą być modyfikowane w czasie rzeczywistym, co w połączeniu z ciągłą analizą otoczenia elektromagnetycznego anten stwarza projektantom i konstruktorom anten niespotykane do tej pory możliwości prototypowania.The flat antenna prototyping device according to the invention enables quick prototyping of new flat antenna designs. Thanks to the use of an image projector displayed on a selenium plate, it is possible to modify the shape of the tested antenna very quickly and conveniently, transforming it digitally in the computer software whose graphic output is connected to the input of the image projector. Thanks to this, the parameters of new antennas, both transmitting and receiving, can be modified in real time, which, combined with the continuous analysis of the electromagnetic environment of the antennas, creates unprecedented prototyping opportunities for antenna designers and constructors.

Przedmiot wynalazku, w przykładzie wykonania, uwidoczniony jest na rysunku przedstawiającym schemat budowy urządzenia do prototypowania anten płaskich.The subject of the invention, in an embodiment, is shown in the drawing showing a diagram of the construction of a device for prototyping flat antennas.

Urządzenie do prototypowania anten płaskich według wynalazku posiada dwie komory: ekranującą Ke i optyczną Kc, które połączone są ze sobą jedną wspólną ścianką Ws zawierającą otwór Ot. Projektor obrazu P umieszczony jest wewnątrz komory ekranującej Ke, tak że jego wyjście optyczne skierowane jest w stronę otworu Ot. Płytka selenowa Se umieszona jest wewnątrz komory optycznej Kc prostopadle do jej ścianki zawierającej otwór Ot. Lustro Lu umieszczone jest wewnątrz komory optycznej Kc nad otworem Ot tak, że wiązka światła z wyjścia optycznego projektora obrazu P, przechodząc przez otwór Ot, pada na powierzchnię lustra Lu, a odbijając się od niego oświetla całą powierzchnię płytki selenowej Se. Wejście pierwsze urządzenia do prototypowania anten płaskich według wynalazku We1 stanowi wejście sygnałowe projektora obrazu P. Wejście drugie urządzenia do prototypowania anten płaskich według wynalazku We2 połączone jest z końcówką pierwszą przewodu antenowego An, którego końcówka druga połączona jest z dolną krawędzią płytki selenowej Se. Ścianki komory ekranującej Ke oraz ścianka wspólna Ws z komorą optyczną. Kc wykonane są z posrebrzanej blachy stalowej, a ścianki komory optycznej Kc poza ścianką wspólną Ws z komorą ekranującą Ke, wykonane są z niemagnetycznego, nieprzeźroczystego dielektryka.The device for prototyping flat antennas according to the invention has two chambers: the shielding chamber Ke and the optical chamber Kc, which are connected with one common wall Ws containing an opening Ot. The image projector P is placed inside the shielding chamber Ke so that its optical output faces the opening Ot. The selenium plate Se is placed inside the optical chamber Kc perpendicularly to its wall containing the hole Ot. The mirror Lu is placed inside the optical chamber Kc above the hole Ot so that the light beam from the optical output of the image projector P, passing through the hole Ot, falls on the surface of the mirror Lu and, reflecting from it, illuminates the entire surface of the selenium plate Se. The first input of the device for prototyping flat antennas according to the invention We1 is the signal input of the image projector P. The second input of the device for prototyping flat antennas according to the invention We2 is connected to the first end of the antenna cable An, whose second end is connected to the lower edge of the selenium plate Se. The walls of the shielding chamber Ke and the common wall Ws with the optical chamber. Kc are made of silver-plated steel sheet, and the walls of the optical chamber Kc, apart from the common wall Ws with the shielding chamber Ke, are made of non-magnetic, non-transparent dielectric.

Sygnał cyfrowy reprezentujący obraz zaprojektowanych połączeń i elementów przewodzących anteny podany jest na wejście pierwsze urządzenia do prototypowania anten płaskich według wynalazku We1, z którego przesyłany jest do wejścia sygnałowego projektora obrazu P. Sygnał cyfrowy w projektorze obrazu P przekształcany jest w nim na wiązkę światła, która wychodząc z wyjścia optycznego projektora obrazu P przechodzi przez otwór Ot i oświetla powierzchnię lustra Lu. Oświetlona powierzchnia lustra Lu odbija wiązkę światła z wyjścia optycznego projektora obrazu P, w kierunku powierzchni płytki selenowej Se, powodując jej oświetlenie, które odwzorowuje obraz zaprojektowanych połączeń i elementów przewodzących anteny na powierzchni płytki selenowej Se. Oświetlone powierzchnie płytki selenowej Se obrazem zaprojektowanych połączeń i elementów przewodzących anteny, zaczynają przewodzić prąd elektryczny, a powierzchnie nieoświetlone pozostają w stanie wysokiej impedancji.The digital signal representing the image of the designed connections and conductive elements of the antenna is fed to the first input of the device for prototyping flat antennas according to the invention We1, from which it is sent to the signal input of the image projector P. The digital signal in the image projector P is converted into a beam of light, which coming from the optical output of the image projector P passes through the hole Ot and illuminates the mirror surface Lu. The illuminated mirror surface Lu reflects the light beam from the optical output of the image projector P towards the surface of the selenium plate Se, causing its illumination, which reproduces the image of the designed connections and conductive elements of the antenna on the surface of the selenium plate Se. Illuminated surfaces of the selenium plate Se, with the image of the designed connections and conductive elements of the antenna, begin to conduct electricity, and the non-illuminated surfaces remain in a high impedance state.

W fazie pierwszej działania urządzenia do prototypowania anten płaskich według wynalazku prototypowana antena służy do emitowania fal radiowych. Sygnał radiowy w postaci zmiennego prądu elektrycznego z wejścia drugiego We2, przewodem antenowym An podawany jest do dolnej krawędzi płytki selenowej Se, z której poprzez oświetlone, przewodzące powierzchnie podawany jest do wszystkich oświetlonych powierzchni. Zasilone oświetlone powierzchnie płytki selenowej Se emitują do otoczenia fale radiowe.In the first phase of operation of the device for prototyping flat antennas according to the invention, the prototype antenna is used to emit radio waves. The radio signal in the form of an alternating electric current from the second input We2, through the antenna wire An, is fed to the lower edge of the selenium plate Se, from which it is fed through the illuminated conductive surfaces to all illuminated surfaces. The energized illuminated surfaces of the Se selenium wafer emit radio waves to the environment.

W fazie drugiej działania urządzenia do prototypowania anten płaskich według wynalazku, prototypowana antena służy do odbierania fal radiowych. Fale radiowe otaczające prototypowaną antenę powodują indukowanie się zmiennego napięcia w oświetlonych obszarach płytki selenowej Se. Zmienne napięcie z oświetlonych obszarów płytki selenowej Se podawane jest do dolnej krawędzi płytki selenowej Se i dalej przewodem antenowym An do wejścia drugiego We2 urządzenia do prototypowania anten płaskich według wynalazku.In the second phase of operation of the device for prototyping flat antennas according to the invention, the prototype antenna is used to receive radio waves. Radio waves surrounding the prototype antenna induce a variable voltage in the illuminated areas of the selenium plate Se. The alternating voltage from the illuminated areas of the selenium plate Se is fed to the lower edge of the selenium plate Se and then through the antenna wire An to the input of the second We2 device for prototyping flat antennas according to the invention.

Claims

Patent claims

1. A device for prototyping flat antennas, characterized in that it has two chambers: shielding (Ke) and optical (Kc), which are connected with one common wall (Ws) with an opening (Ot), the image projector (P) is located inside the shielding chamber (Ke) so that its optical output is directed towards the hole (Ot), and the selenium plate (Se) and the mirror (Lu) are located inside the optical chamber (Kc), while the selenium plate (Se) is located perpendicular to the wall (Ws) with the hole (Ot), the mirror (Lu) is placed above the hole (Ot) so that the light beam from the optical output of the image projector (P), passing through the hole (Ot), falls on the surface of the mirror (Lu ), and reflecting from the mirror (Lu) illuminates the entire surface of the selenium plate (Se), the signal input of the image projector (P) is the first input (We1), and the lower edge of the selenium plate (Se) is connected to the second end of the antenna cable ( An) connected to the second entrance (In2).

2. A device according to claim 1, characterized in that the walls of the shielding chamber (Ke) and the common wall (Ws) with the optical chamber (Kc) are made of silver-plated steel sheet.

3. A device according to claim 1, characterized in that the walls of the optical chamber (Kc), apart from the common wall (Ws) with the shielding chamber (Ke), are made of a non-magnetic, non-transparent dielectric.