Воторопін с Д, Носков В Я м Томськ, Росія e-mail: votoropin @ mail tomsknet ru ** УГТУ-УПІ м Єкатеринбург, Росія e-mail: noskov@oko-ekru

Анотація – У доповіді дано опис трьох варіантів технічного рішення в Автодін радіолокаторі, що забезпечує можливість одночасно вимірювати швидкість руху обєктів і визначати напрямок їх відносного переміщення Радіолокатор включає в себе антену, підключену до Автодін Приймальнопередавальне модулю з перетворенням частоти, а також розвязують широкосмуговий трансформатор, підсилювач сигналів проміжної частоти, частотний дискримінатор, амплітудний детектор, фазовий компаратор і вимірювач частоти Напрямок відносного руху визначається завдяки фазовому зрушенню між Автодін змінами амплітуди і частоти коливань генератора, що знаходиться під впливом власної відбитого випромінювання

I                                       Введення

Автодін системи завдяки конструктивній простоті, малогабаритності і високої чутливості знаходять широке застосування для вирішення найрізноманітніших завдань ближньої радіолокації, контролю технологічних процесів та інших цілей [1] Принцип роботи зазначених систем заснований на Автодін ефект, що полягає у зміні параметрів автоколивань генератора під впливом відбитого електромагнітного випромінювання [2] Який виникає Автодін відгук реєструється у вигляді відповідних сигналів або в ланцюзі живлення генератора, або зовнішнім детектором, на який відгалужується частина його потужності Частота Автодін сигналів, рівна доплеровской, характеризує швидкість руху обєкту, а відносні фазові зрушення їх по зміні автосмещенія, амплітуди і частоти автоколивань забезпечують можливість визначати напрямку руху за допомогою фазового компаратора, який фіксує лише знак різниці фаз відповідних сигналів Нижче дано опис трьох варіантів технічного рішення, що реалізує зазначений принцип

II                              Основна частина

При подачі напруги від джерела живлення в Автодін приймач-2 з перетворенням частоти (див рис1) виникають СВЧ коливання на частотах ωι і ГО2 Коливання на частоті ωι надходять в антену 1 і випромінюються в простір Одночасно існуючі в Автодін приймач-

2 СВЧ коливання на частотах ωι і гог викликають зміни середнього значення струму на його виході з різницевої частотою Гор = | ωι – Го2 | Ці зміни струму виділяються і перетворюються в напругу сигналу проміжної частоти за допомогою розвязує широкосмугового трансформатора 3 Далі цей сигнал, з частотою гопч посилюється підсилювачем сигналів ПЧ 4 за умови гір Ξ Гопч

Рис 1

Fig 1

Відбите від рухомих обєктів електромагнітне випромінювання надходить через антену 1 в Автодін приймач 2, де взаємодіючи з його власними коливаннями, викликає в ньому Автодін ефект [2,3], що виявляється в Автодін змінах амплітуди ΔΑι (ί) і частоти ωι (ί) автоколебаний з доплеровской частотою [3]: ΔΑι (ί) = Г AoiKcos Ιβ + β), ωι (ί) = гою + Aroim sin (δ + ψ), де Г = (Pci / Poi) ^ коефіцієнт загасання (по амплітуді) випромінювання при його поширенні до відбиває обєкта і назад Pd, Ροι – потужності відбитого сигналу і випромінюваного коливання відповідно Αοι, ωοι – амплітуда і частота автономних коливань автодинного приемопередатчика 2 Ка – коефіцієнт автодинного посилення, що показує у скільки разів величина Автодін змін амплітуди ΔΑι (ί) автоколебаний більше амплітуди прийнятого сигналу [2] δ = ωι (τ) – набіг фази випромінювання при його поширенні за

час τ = 2ί (t) / с – час поширення випромінювання до відбиває обєкта, що знаходиться на відстані £ (t), і назад с – швидкість поширення радіохвиль β, ψ – фазові кути зміщення Автодін змін амплітуди і частоти коливань Аго1т = Г (гою / ОВН) – амплітуда (девіація) Автодін змін частоти коливань автодинного приемопередатчика 2 на частоті коливань ωι Qbhi – зовнішня добротність автодинного приемопередатчика 2 на частоті ωι

Рис 2 Fig 2

У результаті перетворення частоти ωι (ί) і гогв Автодін приймач-2 вихідний сигнал підсилювача ПЧ 4, що має смугу пропускання

2 Агопч ^ 2Аго1т, виявляється ПРОМОД-лированной по амплітуді і частоті: і ч (t) = Αοι К р до ПЧ [1 + I ~ KaC0S (Ωдt + β)] cos [ωροί + mi cos (Qflt + ψ) ], де К р, до ч – коефіцієнти перетворення Автодін змін амплітуди Автодін приемопередатчиком 2 і посилення підсилювача ПЧ 4 відповідно Од = 2roiV / c – до-плеровская частота Автодін змін V – радіальна швидкість руху обєкту, що відображає mi = Аго1т/Од – індекс частотної модуляції Корисний сигнал на вході ЧД 5, як правило, не залежить від змін амплітуди (для цього використовується амплітудний обмежувач на його вході) Тому сигнал на виході ЧД 5 має вигляд: ічд (1) = UmSin (Ωдt + ψ), де □ ш = Зчд Аго1т – амплітуда корисного сигналу на виході ЧД Зчд – крутизна характеристики ЧД 5 Доплеровский сигнал виходу ЧД 5 далі надходить в вимірювач частоти 6, який забезпечує вимірювання швидкості руху обєктів Амплітудний детектор

7 виділяє огибающую вихідного сигналу підсилювача ПЧ 4: ІДД (t) = Ua cos (Од1 + β), де Ua = Г Αοι Кд К р КПЧ Кд – амплітуда сигналу Кд – коефіцієнт передачі амплітудного детектора 7 Фазовий компаратор

8 визначає різницю фаз між сигналами ІАД (t) з виходу амплітудного детектора 7 і ічд (t) з виходу частотного дискримінатора 5 При русі відбиває обєкта до радіолокатори ця різниця фаз φ + = (β – Ψ) – 90 °, а при видаленні – φ_ = (β – ψ) – 90 ° Зміна різниці фаз на 180 ° викликає відповідну зміну вихідної напруги фазового компаратора 8, що вказує на знак радіальної швидкості відбиває обєкта

Автодін приймач 2 по першому варіанту технічного рішення (див рис 1а) працює таким чином При подачі напруги від джерела живлення в СВЧ генераторах 9 і 12 виникають СВЧ коливання на частотах ωι і иг, що визначаються налаштуванням резонаторів цих генераторів Коливання, порушувані першим СВЧ генератором

9 надходять а антену 1 і випромінюються в простір Одночасно частина генерується потужності надходить через елемент звязку 10, виконаний, наприклад, у вигляді отвору в резонаторі СВЧ генератора 9 і розвязують вентиль 11 (наприклад, феритовий вентиль-фланець) в резонансну систему другого СВЧ генератора 12, що працює в режимі автодинного перетворювача частоти Зміна середнього значення струму в ланцюзі живлення другого СВЧ генератора 12 (на виході автодинного приемопередатчика) відбуваються з різницевої частотою ωρ = | ωι – ω2 | Вплив відбитого від рухомого обєкту випромінювання на перший СВЧ генератор

9 призводить до змін амплітуди Ai (t) і частоти ωι (ί) коливань, які перетворюються далі згідно з описаним вище принципом

Автодін приймач 2 по другому варіанту еквівалентного технічного рішення (див рис 2) працює аналогічно розглянутому по першому варіанту Відмінність полягає лише в тому, що тут замість другого СВЧ генератора 12, що працює в режимі автодинного перетворювача частоти, використовується перетворювач частоти 16 на напівпровідникових діодах з окремим гетеродином (НВЧ генератором 17)

Автодін приймач 2 по третьому варіанту еквівалентного технічного рішення (див рісЗ) працює таким чином При подачі напруги живлення на асинхронний двохчастотний СВЧ генератор 2 виникають асинхронні коливання, прикладені до генераторного диоду 18, одночасно на частотах ωι і Ш2, що визначаються резонансними частотами першого і другого резонаторів 19 і 20 Коливання, що виділяються перший резонатором 19, надходять в антену 1 і випромінюються в простір Одночасне існування на нелінійності генераторного діода 18 коливань з частотами ωι і ω2 викликає зміну середнього значення струму через генераторний діод 18 з різницевої частотою ωρ = | ωι

– ω2 |, які виділяються в ланцюзі живлення діода 18 за допомогою широкосмугового трансформатора 3 Відбите від рухомих обєктів електромагнітне випромінювання, яке надходить через антену 1, взаємодіє з полем першого резонатора 19 і викликає ав-Тодіні зміна амплітуди ΔΑι (ί) і частоти ωι (ί) коливань, які далі перетворюються в ланцюг харчування генератора

Автодін радіолокатори по всіх варіантах технічних рішень автодинного приемопередатчика 2 з перетворенням частоти реалізовані в 8 – мм діапазоні довжин хвиль на многомезових діодах Ганна «Охра» (АА768В) з малим споживанням по ланцюгу харчування [7,8] Діаметр отвору звязку 10 і 14 в резонаторах генераторів підбирався експериментально і склав близько 0,5 мм Перетворювач частоти 16 виконаний на змішувальному діоді АА121А Антена – параболічна, ширина діаграми спрямованості 6,5 °

Рис 3

Fig 3

Автодін радіолокатор по третьому варіанту був виконаний на базі двухчастотного генератора відповідно до відомої конструкцією [3], в якій підбиралися довжини першого і другого (коаксіальних) резонаторів 19,20 такими, щоб забезпечити асинхронний режим коливань з різницею частот 100 МГц (при відсутності відбитого випромінювання)

Розвязуючий трансформатор 3 виконаний за схемою з трансформаторно-місткості контурів в ланцюзі ПЧ [5] Трехкаскадний підсилювач-ограни-читель сигналів ПЧ 4 з центральною частотою 100 МГц, що має смугу пропускання близько 30 МГц, і частотний детектор 5 виконані на мікросхемі МС13155 фірми Motorola Вихід RSSI вимірювання рівня цієї мікросхеми використовувався замість амплітудного детектора Фазовий компаратор 8 був виконаний на D-тригері

III                                  Висновок

в лабораторних умовах перевірка функціонування макетів Автодін радіолокаторів проводилася за допомогою імітатора доплерівського сигналу [6] Натурні випробування Автодін радіолокаторів показали, що дальність дії їх по вимірюванню швидкості руху автомобіля марки «FORD EXPLORER» становить близько 400 м, тобто пропоновані пристрої не поступаються по даному технічному показнику доплеровским измерителям швидкості, що застосовуються у службах забезпечення безпеки руху Однак, на відміну від відомих приладів, пропоновані пристрої визначають також напрямок руху обєктів Дана функція особливо важлива при створенні засобів вимірювань для автоматизованих систем керування рухом автотранспорту, (наприклад, виявлення порушників режиму одностороннього руху), вагонів на сортувальній гірці (Осаджування вагонів на підгіркових шляхи формування поїздів) та інших цілей

IV Список літератури

[1] Бузикін В Т, Носков В Я Автодін Області застосування і перспективи розвитку / / Радіотехнічні системи міліметрового і субміліметрового діапазонів хвиль Збірник наукових праць – Харків, 1991, с38-47

1982                   Гершензон Е М, Туманов Б Н, Бузикін В Т та ін Загальні характеристики та особливості автодинного ефекту а автогенераторах / / Радіотехніка та електроніка -Т27, № 1-0104-112

1983 Гершензон Е М, Левіт Б І, Носков В Я, Туманов Б Н Автодін ефект в двочастотних генераторах / / Електронна техніка Сер Електроніка НВЧ – № 11-С11-16

[2] Бузикін В Т, Носков В Я, Туманов Б Н Стабілізований бігармонічним генератор на діод Ганна / / ПТЕ – 1988 – № 2-С96-97

[3] Костильов С А, Гончаров В В, Соколовський І І, Че-лядін А В Напівпровідники з обємною негативною провідністю в свч полях: електронні процеси і функціональні можливості – Київ: Наук Думка – 1987 – 144 С.

[4] АС № 1659933 СРСР МКІ G01S 7/40 Імітатор доплерівського сигналу / Бузикін В Т, Воторопін С Д, Красильников Ю Л, Носков В Я (СРСР) – 4424241/09 Оголошене 150588 Опубл Б І № лютого 1991 р – Зс: іл1

[5] Патент РФ № 2064718, МКІ Н01 L 47/02 Діод Ганна / Воторопін С Д, Юрченко В І, Кожемякін А М (РФ) 5046020/25 Оголошене 040692 Зарег 27 0796, БІ

№ 21-СЗ

[6] Напівпровідникові прилади Надвисокочастотні діоди Довідник / Наливайко Б А – Томськ: МДП «РАСКО», 1992-223 с: Ил

AUTODYNE RADAR DETECTING THE MOTION DIRECTION OF REFLECTING OBJECTS

Votoropin s D*, Noskov V Ya**

*Tomsk, Russia e-mail: votoropin@mailtomsknetru **USTU Ekaterinburg, Russia e-mail: noskov@oko-ek ru

Presented in this paper are three versions of technical decision for autodyne radar, which provide the opportunity to measure simultaneously the velocity of objects motion and to detect the direction of their relative movement The radar includes combined antenna connected to autodyne transmit-receive module with frequency conversion and decoupling wideband transformer, IF signal amplifier, frequency discriminator, amplitude detector, phase comparator and frequency counter The direction of relative motion can be defined with the aid of phase shift between autodyne amplitude changes and frequency changes in the oscillator being influenced by the reflected reradiated signal

The testing of laboratory versions of autodyne radar has been fulfilled using Doppler signal simulator [6] Actual tests of autodyne radar have shown that their activity range in the sense of velocity measurement of standard car «FORD EXPLORER» is about 400 m, I e the devices offered do not yield in this technical parameter to Doppler velocity indicators used in police stations Nevertheless, compared to known indicators, the devices offered ensure the determination of motion direction This feature is especially important at development of measuring facilities for automated control systems of moving transport (e g detection of single-direction running infringers), cars at hump (cars upset forging on hump-yards for trains forming), heavily-loaded motor transport parking, etc

Джерело: Матеріали Міжнародної Кримської конференції «СВЧ-техніка і телекомунікаційні технології», 2006р