Міхньов В А, Палто А А Інститут прикладної фізики НАН Білорусі Ул Академічна, 16, Мінськ, 220072, Білорусь тел: +375 (17) 2842433, http://iaphbas-netby/ ~ lab4 /, e-mail: mikhnev@iaphbas-netby

Рис1 Вихідний сигнал баласного змішувача, і «Ц Fig1 IVIixer output signal, і« Ц

Анотація – Запропоновано методику збільшення динамічного діапазону радарів із ступінчастою перебудовою частоти Проведені експериментальні дослідження показали можливість збільшення динамічного діапазону вхідних ланцюгів радара більш ніж на 10 дБ

I                                       Введення

Рис2 Вихідний сигнал балансного змішувача, LosU Fig2 Mixer output signal, LosLc

Розвиток радарів із ступінчастою перебудовою частоти (РСПЧ) було сильно ускладнено більшою складністю їх конструкції в порівнянні з імпульсним аналогом і, відповідно, високою ціною Однак в останні роки бурхливий прогрес в техніці мобільного і бездротового звязку привів до розробки нових технологій і зниження ціни широкосмугових СВЧ компонентів на порядок і більше З появою дешевих інтегральних СВЧ пристроїв, стало можливим створення портативних радарів із ступінчастою перебудовою частоти на основі гомодинного або гетеродинної схеми [1,2] Зявилося безліч варіантів РСПЧ, що розрізняються як в частині технічної реалізації, так і практичної реалізації – від міношукачів та діагностики будівельних конструкцій до археології та пошуку корисних копалин [3,4,5]

Основний недолік РСПЧ в порівнянні з імпульсним радаром – маскування слабкого сигналу від віддаленого обєкта в середовищі сильним звязком між антенами і віддзеркаленням від поверхні досліджуваного середовища Одним з способів боротьби з цим недоліком є ​​розширення динамічного діапазону приймального тракту

II                               Основна частина

Основними елементами РСПЧ є синтезатор частоти, що генерує сигнал із ступінчастою залежністю частоти від часу, дільник потужності і балансний змішувач Частина випромінюваного сигналу подається на гетеродинний вхід змішувача безпосередньо з дільника потужності (опорний канал), інша частина випромінюється в середу і через приймальню антену надходить на сигнальний вхід змішувача (вимірювальний канал) Вихідний сигнал балансного змішувача має вигляд (рис1) [6]:

де fi – частота сигналу Uo – величина сигналу в опорному каналі довжини Lo] Uc v \ U – те ж для вимірювального каналу с – швидкість світла Λφ – власна різниця фаз, що вноситься елементами радара (дільником і змішувачем)

При великій різниці довжин вимірювального U і опорного каналів Lo вихідний сигнал змішувача являє собою швидко осцилюючих функцію (рис1), що не дозволяє використовувати великий динамічний діапазон біля піків Якщо ж довжини каналів рівні, то вихідний сигнал є гладкою функцією:

Компенсувавши постійну складову і посиливши сигнал, ми можемо ефективніше використовувати наявний динамічний діапазон вимірювального пристрою

У реальних системах довжина вимірювального каналу залежить в основному від відстані між апертурою антен і обєктом з найбільшою відображає Це відстань, як правило, не відомо, тому виконати умову суворого рівності Ьо = і не можливо Однак, коли різниця довжин каналів мала (тобто Lo = U), частотна характеристика буде гладкою функцією по украй мірі на декількох частотних ділянках Тому весь сканований частотний діапазон можна розбити на ділянки Внесенням зміни у власну різницю фаз Λφ можна мінімізувати розмах сигналу на кожному з них Кількість і довжина відрізків розбиття залежить від нерівномірності частотної характеристики сигналу

Були проведені експериментальні дослідження на будівельних конструкціях в частотному діапазоні 1-25 ГГц В якості РСПЧ для проведення досліджень використовувався векторний аналізатор ланцюгів Е5071В з можливістю зміни тимчасової затримки між опорним і вимірювальними каналами Для випромінювання і прийому використовувалися антени П6-23А Досліджувана смуга частот була розбита на 11 відрізків Отримана кусочнонепреривная характеристика сигналу на виході змішувача показана на рис2 З малюнка видно, що розмах сигналу в 10 разів менше у порівнянні з початковим сигналом (рис1) Надалі зазначений сигнал можна підсилити і відповідно збільшити динамічний діапазон системи

III                                   Висновок

в статті запропоновано один із способів збільшення динамічного діапазону радарів із ступінчастою перебудовою частоти Він заснований на розбитті частотного діапазону сканування на ділянки з подальшим регулюванням довжини опорного каналу шляхом зміни часу затримки Спосіб дозволяє розширити динамічний діапазон радара на 10 – 20 дБ за рахунок збільшення часу сканування

IV                             Список літератури

[1] S Koppenjan and М Bashforth, «The Department of Energys Ground Penetrating Radar (GPR), an FIVI-CW system,» SPIE, vol 1942, pp 44-55, 1993

[2]  Alan Langman, Simon DImalo, Brian Bums, and M R Inggs, «Development of a Low Cost SFCW Ground Penetrating Radar,» in Proceedings ofthe IEEE 1996 Geo-science and Remote Sensing Symposium, 5 1996, vol IV, pp 2020-2022

[3]  G Farquharson, A Langman and M R Inggs A 50- 800MHZ Stepped Frequency Continuous Wave Ground Penetrating Radar, if Proceeding ofthe 1998 South African Symposium on Communication and Signal Processing, 1998(COMSIG’98) – 1998 – p 455-460

[4]  Goodman N, Leuschen C, Plumb R And Allen C «Subsurface imaging using ground-penetrating radar measurement» if Proceeding ofthe Geosciences and Remote Sensing Symposium- 1996 Vol4 – p 2036-2037

[5]  MillotP, Bureau J C, Borderies P Et Al «Experimental study of near surface radar imaging of buried objects using ultra- wide band antennas// Proceedings ofthe European Microwave Conference – Workshop on Microwave Imaging Methods and Techniques EuMW2000, Paris, 2-6 October 2000

[6] БудурісЖ, Шенееье П «Ланцюги надвисоких частот» Переклад з франц / Під ред А Л Зіновєва – М,: Сов Радіо, 1979-288 с /

DYNAMIC RANGE EXTENSION OF THE STEPPED-FREQUENCY RADAR

Mikhnev V A, Palto A A

Institute of Applied Physics of NAS of Belarus 16, Akademicheskaya str, Minsk, 220072, Belarus Ph: +375(17) 2842433, http://iaphbas-netby/4ab4/

Abstract – The new method ofthe dynamic range extension for stepped-frequency radar has been proposed Experimental researches demonstrate the possibility of increasing the dynamic range ofthe radar by more than 10 dB

I                                         Introduction

During the last years, the tempestuous technology progress in mobile and wireless communication has led to decrease of the cost of wideband radio frequency (RF) components by ten times or more This made possible the development ofthe portable stepped frequency radar (SFR) employing the homodyne or the heterodyne schemes [1,2] There are many different versions of SFR depending on practical applications [3-5]

The main drawback of SFR in comparison to the pulsed radar is masking of the weak signal from the buried target in the medium by strong coupling between the transmitting and receiving antennas and the reflection from the surface One ofthe ways to overcome this problem is to extend the dynamic range ofthe receiver

II                                        Main Part

The simplified SFR consists of the following basic elements: the frequency synthesiser, the power divider and the balanced mixer A part ofthe radiated signal drives the heterodyne input of the mixer directly from the power divider, and another part is radiated by the transmitting antenna The signal from the receiving antenna enters the signal input ofthe mixer (the measuring channel) The typical output signal of the balanced mixer shown in Fig1, can be represented by (1), where f, is the signal frequency Uoand Loare the signal value in the reference channel and its length, respectively similar values of Uoand Lc correspond to the measuring channel з is the light velocity Δφ is the phase difference of the lumped RF components (coupler and mixer) If the difference ofthe lengths is high (Fig 1), the output signal ofthe mixer is rapidly oscillating preventing one from achieving the large dynamic range in the vicinity of peaks If the lengths of the reference and measuring channels are nearly equal, the output signal of the mixer versus frequency is rather smooth, at least in several parts ofthe frequency band Then, it can be shifted close to 0 by a reference voltage that allows increasing the dynamic range by using additional amplifiers

The effective length of the measuring channel depends mainly on the distance between the antennas and the target with the highest reflectivity, e g ground surface This distance is not known exactly, so attaining the equality Lo = Lo is generally not possible However, one can adjust the difference between the channel lengths by an electronic delay line installed in the reference channel so that in some frequency ranges the condition above By tuning the delay, one can collect signals over all the frequencies in the range of operation at high output Different pieces of the collected frequency response can be subsequently united using mathematical code

The network analyzer E5071B with the possibility of tuning time delay in the reference channel was used as the SFR The antennas P6-23A in frequency band 1 – 25 GHz were used The frequency band had been divided into 11 parts with the time delay being separately adjusted in each of them The entire measured signal is shown on Fig 2 One can see that the signal amplitude is about 10 times smaller than in the initial signal (Fig 1) Obviously, additional amplifier can be included in the receiving channel ofthe radar enhancing the dynamic range and ability ofthe SFR to detect deeply buried targets

III                                       Conclusion

In this paper, one possible way to increase the dynamic range of the stepped-frequency radar has been proposed The method is based on dividing the frequency band of operation in several sub-ranges and adjusting the length of the reference channel e g by electronically controlled delay line This allows increasing the dynamic range ofthe radar system by 10-20 dB at the expense of additional time required for the data acquisition

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