Автодинный радиолокатор

союз советскихсоцидлистическиРЕСПУБЛИК 75696 А 1 13/О 5 ОБ Т 4,7;с;. Д. -;.:уВИДЕТЕЛЬСТВ КО К АВ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИПРИ ГКНТ СССР ОПИСАНИЕ(56) Авторское свидетельство СССРМ 1566941, кл. 6 01 Я 13/02, 1988.Авторское свидетельство СССРМ 1570502, кл. 6 01 Я 13/02, 1988. Изобретение относится к радиолокационным устройствам и может быть использовано при измерении радиальной скорости движения обьектов,Известны автодинные радиолокаторы, которые, благодаря отсутствию развязывающих элементов и совмещению в автодинном генераторе одновременно функций передатчика и приемника. обеспечивают простейшую конструкцию радиолокационного устройства,Наиболее близким по технической сущности, принципу действия и достигаемому положительному эффекту является автодинный радиолокатор, содержащий приемопередающую антенну, соединенную с резонатором, генераторный диод, помещенный в резонатор, и блоквыделения и обработки автодинного сигнала. Кроме того, известное устройство содержит соединенный с первым резонатором. через развязывающий вентиль второй резонатор, в который помещен второй генераторный диод, При этом к цепи питания второго генератора диода подключен блок выделения и обработки автодинного ги пала, содержа(54) АВТОДИННЫИ РАДИОЛОКАТОР (57) Сущность изобретения: радиолокатор содержит 1 двухчастотный сверхвысокочастотный генератор, содержащий 1 генераторный диод,2 резонатора и 1 блок питания, , 1 периемопередающую антенну и 1 блок выделения и обработки автодинного сигнала, содержащий 1 развязывающий широкополосный трансформатор, 1 усилитель промежуточной частоты, 1 частотный дискриминатор и 1 измеритель частоты.1 ил,щий последовательно соединенные развязывающий широкополосный трансформатор, усилитель промежуточной частоты, частотный дискриминатор и измеритель частоты, Первый и второй генераторные диоды, помещенные в одноименные резонаторы, образуют соответственно первый и второй СВЧ-генераторы. Выделение сигнала,доплеровской частоты и известном устройстве происходит за счет частотного детектирования автодинных изменений частоты автоколебаний первого СВЧ-генератора, находящегося под воздействием отраженного излучения, Второй СВЧ-генератор при этом осуществляет перенос спектра первого СВЧ-генератора на промежуточную частоту,Недостатками известного устройства являются следующие,Наличие второго СВЧ-генератора, вентиля и элементов связи между первым и вторым СВЧ-генераторами значительно усложняет и удорожает конструкцию и увеличивает вдвое расход электрической энергии автодинного радиолокатора-прототипа по сравнению с устройствами - аналогами, 1775696что ограничивает широкое использованиеих в экономичных устройствах массовогоприменения..Целью изобретения является упрощение конструкции и снижение энергопотребления.Поставленная цель достигается обьединением функций автодинного приемопередатчика (автодина) и преобразователянесущей частоты на промежуточную (автодинного преобразователя частоты) в одномфункциональном узле, выполненном на основе двухчастотного асинхронного генератора,содержащего всего один генераторный диод,Сущность изобретения состоит в том,что в автодинном радиолокаторе, содержащем приемопередающую антенну, соединенную с резонатором. генераторный диод,помещенный в резонатор, и блок выделенияи обработки автодинного сигнала, содержащий последовательно соединенные развязывающий широкополосный трансформатор,усилитель промежуточной частоты, частотный дискриминатор и измеритель частоты,для достижения поставленной цели введенсвязанный с генераторным диодом второйрезонатор, имеющий некратную частоту спервым, при этом блок выделения и обработки автодинного сигнала подключен к цепи питания генераторного.диода,На чертеже представлена структурнаяэлектрическая схема автодинного радиолокатора,Автодинный радиолокатор содержитдвухчастотный СВЧ-генератор 1, выполненный на основе генераторного диода 2 и связанных с ним первого и второго резонаторов3 и 4, приемопередающую антенну 6, подсоединенную к первому резонатору 3, и подключенный к цепи питания генераторногодиода 2 блока 7 выделения и обработки автодинного сигнала, состоящий из последовательно соединенных раэвязывающегоширокополосного трансформатора 8, усилителя 9 промежуточной частоты (ПЧ), частотного дискриминатора 10 (ЧД) иизмерителя частоты 11,Автодиниый радиолокатор работаетследующим образом.При подаче напряжения от источникапитания (не показан) в двухчастотном СВЧгенераторе 1 возникают асинхронные колебания, приложенные к генераторномудиоду 2, одновременно на частотах в 1 и вг,определяемых резонансными частотамипервого и второго резонаторов 3 и 4. Колебания, выделяемые первым резонатором 3,поступают в приемопередающую антенну 610 и излучаются в пространство. Одновременное существование на нелинейности генераторного диода 2 колебаний с частотами о 11 и аг вызывает изменения среднего эначения тока через генераторный диод 2 сразностной частотой ер = в 1 - ой, которые выделяются в цепи питания диода 2 спомощью развязывающего широкополосного трансформатора 8 в виде сигнала промежуточной частоты, усиливаемого далее усилителем 9 ПЧ оЪ, при условии вр = аЪЧ Отраженное от движущихся обьектовэлектромагнитное излучение поступает через приемопередающую антенну 6 о двухчастотный СВЧ-генератор 1, где, взаимодействуя с полем первого резонатора 3, изменяет режим работы генераторного диода 2, что проявляется в автодинных изменениях амплитуды ЛА 1(т) и частоты и)1 (т) автоколебаний пер ваго резонатора 3 с доплеровской частотой ДА 1 (1) = Гдо 1 кд сов(д+,О), о)1 (т =в 1 о+ДИ 1 п,зп (д+ф), где Г 1 Рс 1/Ро 1 - коэффициент затухания (по амплитуде) излучения при его распространении до отражающего объекта и обратно; Рс 1, Ро 1 - мощности отраженного сигнала и излучаемого колебания соответственно Ао 1, и 1 о-.амплитуда и частота автономных колебаний в первом резонаторе 3; Кд - коэффициент автодинногоусиления, показывающий во сколько раэ величина автодинного изменения амплитуда ДА 1(т) автоколебаний больше амплитуды принимаемого сигнала; д = в 1 (1) г - набег фазы излучения при его распространении за время т до отражающего объекта и обратно; т(1)с; 1(т) - расстояние до движущегося отражающего обьекта;,с - скорость распространения ра диоволн; р, ф - фазовые углы смещения автодинных изменений амплитуды и частоты; Ди 11 П = Г (в 1 о/Овн.151) - амплитуда (девиация) автодинных изменений частоты колебаний первого резонатора 3; Овн,1 45 внешняя добротность первого резонатора3; 31 - фактор стабилизации частоты, который для асинхронного режима равен единице.Вследствие неизохронности генератораизменения амплитуды колебаний ДА 1(т) первого резонатора 3 вызывают также автодинные изменения амплитуды ДАг(1) и частоты Ига колебаний второго резонатора 4: ЬАЩ =ДА 1(Ф х г 1, са(т) =иио+Двъаг 1 зп(д+ф," где аго - частота автономных колебаний второ 1 о резонатора 4; Кг 1 - коэффициент переноса автодинных изменений амплитуды колебаний с первого парциального резонатора 3 на второй 4; аг 1 - фактор автодинных изменений частоты колебаний10 20 25 30 35 40 45 500 - 600 м, т. е. предлагаемое устройство не уступает по данному техническому показателю доплеравскаму измерителю скорости (ДИС) "ФАРА" (ГМ 1,000.002 ТО), применяемому в ГАИ,По сравнению с прототипом использование предлагаемого изобретения позволяет разработать автадинныс радиолокационные устройства с более простой конструкцией, 55 уменьшенным энергопотреблением и улучшенной температурной стабильностью хаоактеаистик, что особенно важна при второго резонатора 4 при воздействии отраженного излучения на первый резонатор 3.Однако изменениями режима автоколебаний второго резонатора 4 в рассматриваемом случае можно пренебречь, поскольку 12 1 (иэ-за асинхронности колебаний),В результате преобразования колебанийпервого и второю резонаторов 3 и 4 на нелинейности генераторного диода 2 выходной.сигнал усилителя 9 ПЧ, имеющий полосу пропускания 2 Ьи2 Ьвл, промодулирован по частоте: вр= вр, + Ьвь з 1 п (д + ф).где вро = в 1 о - и 2 о - разностная промежуточная частота при отсутствии отраженного излучения; знак перед Ьвъл зависит от знака разности частот в 1 о и в 2 о. Полагая, что отражающий объект движется с радиальной скоростью ч, выходной сигнал цпч усилителя 9 ПЧ в пренебрежении начальной фазой колебаний описывается выражением Ипч(т)=Опч(т)созиро+ п 1 зал Д + ф, где Опч(т) - амплитуда; гп = Ьв 1 лЩ- индекс частотной модуляции; Цц = 2 и Ч/с - доплеровская частота. После амплитудного ограничения в усилителе 9 ПЧ или в ЧД 10 (если он выполнен в виде дробного детектора), зависимость амплитуды колебаний вызванной автодинной модуляцией исключается: Опч =- Опч. Полезный сигнал на выходе ЧД 9. на выходе которого, как правило, предусмотрен фильтр нижних частот (ФНЧ), имеющий граничную частоту Я.р, соответствующую максимальной доплеровской частоте: Яр = Ц имеет вид: Очд(с) = Оасоз(Ц 1+ф), где О = Ячд Ьв 1 л,- амплитуда полезного сигнала на выходе ЧД; Ячд - крутизна характеристики ЧД. Доплеровский сигнал с выхода ЧД 9 далее поступает в измеритель частоты 11, который обеспечивает измерение скорости движущихся обьектов.Перенос спектра колебаний первого резонатора 3, содержащих в спектре низкочастотные доплеровские составляющие, в область ПЧ (от десятков до сотен мегагерц), фильтрация и частотное детектирование полученного сигнала с индексом частотной модуляции п 11 )1 поскольку Ьвл, )Ц, обеспечивают так же как и в прототипе подавление низкочастотных фликкерных флуктуаций колебаний СВЧ-генератора 1, высокое значение энергетического потенциала и соответственно увеличенную дальность действия автодионного радиолокатора по отношению к устройствам-аналогам. Отсутствие второго СВЧ-генератора, развязывающега вентиля.,и элементов связи позволило чпоастить кон-. струкцию и снизить энергопотребление автодинного радиолокатора по отношению к прототипу при сохранении тех же функций и характеристик, Использование общего для первого и второго резонаторов 3 и 4 генераторного диода 2 уменьшило температурный уход разностной (промежуточной) частоты колебаний в цепи питания диода 2 благодаря идентичности законов изменения собственных частот колеба, ий резанаторов 3 и 4, что обеспечило дополнительное преимущество предлагаемого устройства относительно прототипа в более высокой стабильности параметров в диапазоне температур.Автодинный радиолокатор реализован в 3-см диапазоне длин волн на диоде Ганна типа АА 715 Е, Двухчастатный генератор 1 выполнен в соответствии с известной конструкцией генератора, в которой подбирались длины первого и второго (коаксиальных) резонаторов 3 и 4 такими, чтобы обеспечить асинхронный режим колебаний с разностью частот 60 МГц (при отсутствии отраженного излучения). Широкополосный развязывающий трансформатор 7 выполнен по схеме с трансформатарно-емкостнай связью контура в цепи ПЧ.Усилитель 8 ПЧ с центральной частотой 60 МГц и полосой пропускания 10 МГц собран на интегральных схемах серии К 175, выход которого подключен к ЧД 9, выполненному по схеме "дробного детектора", выходной сигнал которого зависит только от отклонения частоты и практически не зависит от изменений амплитуды, вызванных действием помех, шумов и автодинной модуляцией. Энергетический потенциал радиолокатора в полосе даплеравских частот 100 Гц - 20 кГц при отношении сигнал/шум= = 2 составил 100 - 110 дБ в зависимости от экземпляра диода Ганна. Натурные испытания автодинного радиолокатора с рупарной антенной, имеющей ширину диаграммы направленности 15 х 15, показали, что дальность действия по измерению скорости движения автомобиля РАФсоставляет каздании миниатюрных, эклнл лрных и чув 1 ствительных радиолокационных системмассового примененияф1775696 Иванов хред М.Морге нтал Корректор Т.Пал Редакт3 каз 4033 ВНИИПИ Го Тираж Подписноевенного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ ССС 113035, Москва, Ж-Э 5, Раушская йаб., 4/5 роизводственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, у рина, 1 Формула изобретения Автодинный радиолокатор, содержащий приемопередающую антенну и блок выделения и обработки автодинного сигнала, содержащий последовательно соединенные развязывающий широкополосный трансформатор, усилитель промежуточной частоты, частотный дискриминатор и измерительчастоты, отл ича ю щийс я тем, что, с целью упрощения и снижения энергопотребления, введен двухчастотный асинхронный сверхвысокочастотный генератор, вход и выход которого соединены соответственно с приемопередающей антенной и входом блока выделения и обработки автодинного сигнала, при этом двухчастотный асинхронный сверхвысокочастотный гене ратор содержит источник питания, генераторный диод и первый и второй резонаторы, соединенные с первым выходом генератор- ного диода, второй вывод которого соединен с источником питания, а входом и 10 выходом двухчастотного асинхронногосверхвысокочастотного генератора соответственно являются вход первого резонатора и второй вывод генераторного диода.