Данное устройство относится к области пассивной радиолокации, а именно к технике построения обнаружителей радиолокационных сигналов. Устройство, выполненное в соответствии с предложенным техническим решением, может быть использовано для обнаружения сигналов радарных установок, применяемых для контроля и измерения скорости движения автомобилей на автотрассах, и служить устройством индивидуального пользования, предупреждающим водителя автомобиля о работе указанной радарной установки на данном участке автотрассы.
Для контроля скорости движения автомобилей на автотрассе органами автоинспекции широко используются радарные установки доплеровского типа. Рабочая частота такой радарной установки автоводителям априорно неизвестна, имеет значительный технологической разброс и может находиться в широком диапазоне возможных ее значений. Для предупреждения водителей о работе такой радарной установки используются автомобильные устройства обнаружения излучения радарных установок, являющиеся устройствами индивидуального пользования.
Радиоэлектронные устройства, обеспечивающие обнаружение сигналов радарных установок, в том числе и немодулированных сигналов радиолокаторов доплеровского типа, известны. Одним из известных устройств такого назначения является устройство, описанное в статье: В.А. Глебов, Ю.Н. Ерофеев. Обнаружитель сигналов радарных установок контроля скоростного движения на автотрассах. Журнал "Конверсия", вып. 9/92, 1992, стр. 15, рис.3. Устройство, рассмотренное в данной статье, далее будет рассматриваться в качестве устройства-аналога по отношению к предложенному.
Устройство-аналог состоит из приемной антенны, амплитудного модулятора, амплитудного детектора, генератора модулирующего напряжения, усилителя сигналов с частотой модулирующего напряжения, фазового детектора и регистрирующего устройства. Приемная антенна подключена к СВЧ-входу амплитудного модулятора, СВЧ-выход которого соединен с СВЧ-входом амплитудного детектора. Вход управления амплитудного модулятора соединен с выходом генератора модулирующего напряжения и со входом опорного напряжения фазового детектора. Выход амплитудного детектора соединен со входом усилителя сигналов с частотой модулирующего напряжения, выход которого соединен с сигнальным входом фазового детектора. Выход фазового детектора соединен со входом регистрирующего устройства.
Устройство-аналог работает следующим образом. СВЧ-зондирующий сигнал радарной установки принимается приемной антенной обнаружителя. Принятый СВЧ-сигнал поступает на вход амплитудного модулятора и в амплитудном модуляторе подвергается амплитудной модуляции (или манипуляции) с помощью сигнала генератора модулирующего напряжения, поступающего на вход управления амплитудного модулятора. В результате принятый немодулированный СВЧ-сигнал радарной установки получает "окраску" амплитудную модуляцию на известной частоте модуляции, определяемой генератором модулирующего напряжения. На выходе амплитудного модулятора вырабатывается "окрашенный" (амплитудно-модулированный) СВЧ-сигнал. Он с выхода амплитудного модулятора поступает на СВЧ-вход амплитудного детектора, в котором детектируется. В результате амплитудного детектирования на выходе амплитудного детектора вырабатывается сигнал огибающей, имеющий частоту модулирующего напряжения. Указанный сигнал огибающей усиливается по амплитуде усилителем сигналов с частотой модулирующего напряжения и с выхода этого усилителя поступает на сигнальный вход фазового детектора. На вход опорного напряжения фазового детектора поступает выходной сигнал генератора модулирующего напряжения. Так как выходной сигнал генератора модулирующего напряжения и выходной сигнал усилителя имеют одну и ту же фазу (сфазированы), то на выходе фазового детектора вырабатывается высокий уровень выходного напряжения. Если величина этого напряжения превышает порог срабатывания регистрирующего устройства, то на выходе последнего вырабатывается сигнал регистрации излучения (световой или звуковой).
Наиболее существенным недостатком устройства-аналога являются значительные габариты СВЧ-части устройства, а значит, и обнаружителя в целом. Данный недостаток вызван последовательным соединением важнейших функциональных узлов обнаружителя в СВЧ-тракте устройства-аналога приемной антенны, амплитудного модулятора и амплитудного детектора. При выполнении амплитудного модулятора и амплитудного детектора в виде функционально-законченных, отдельных СВЧ-узлов (например, с фланцевыми соединениями) данный недостаток проявляется наиболее остро, размеры волноводных фланцевых соединителей велики и за счет этого резко возрастают габариты и масса СВЧ-тракта. Однако и при бесфланцевом исполнении, при монтировании элементов амплитудного модулятора и амплитудного детектора последовательно в едином отрезке волновода данный недостаток остается существенным: из-за последовательного соединения элементов длина волноводного тракта остается значительной, а следовательно, велики занимаемый им объем и его масса.
Более совершенным устройством является обнаружитель, описанный в статье "Антирадар", газета "Авторевю", N 5, 1991, июнь. Данное устройство далее будет рассматриваться в качестве устройства-прототипа по отношению к предложенному.
Устройство-прототип предназначено также для обнаружения сигналов радарных установок контроля скорости движения автомобилей. Оно содержит входной приемный СВЧ-элемент, генератор модулирующего напряжения, усилитель сигналов с частотой модулирующего напряжения, фазовый (синхронный) детектор и пороговый элемент. Входной приемный СВЧ-элемент представляет собой рупорную антенну, переходящую в волновод прямоугольного сечения, закороченный на конце металлической (проводящей) задней стенкой, в котором установлены модулирующий СВЧ-диод, анод которого является входом управления амплитудного СВЧ-модулятора, и детектирующий СВЧ-диод, анод которого является выходом амплитудного детектора, причем геометрические оси обоих диодов параллельны узким стенкам волновода прямоугольного сечения, а их анодные выводы проходят через отверстия в одной из широких стенок волновода прямоугольного сечения и изолированы от указанной стенки.
В устройстве-прототипе выход генератора модулирующего напряжения соединен со входом опорного напряжения фазового (синхронного) детектора и с анодом модулирующего СВЧ-диода. Анод детектирующего СВЧ-диода соединен со входом усилителя сигналов с частотой модулирующего напряжения, выход которого соединен с сигнальным входом фазового (синхронного) детектора. Выход синхронного детектора соединен со входом порогового элемента.
Полупроводниковый модулирующий СВЧ-диод размещен на расстоянии в четверть средней длины волны диапазона СВЧ-сигналов радара от закарачивающей задней стенки волновода.
Устройство-прототип работает следующим образом. Зондирующий СВЧ-сигнал радара контроля скорости движения принимается рупорной антенной входного приемного СВЧ-элемента и далее проходит через волновод прямоугольного сечения, являющийся естественным продолжением рупорной антенны. Здесь СВЧ-сигнал подвергается амплитудной модуляции, осуществляемой с помощью сигнала генератора модулирующего напряжения, поступающего на анод модулирующего СВЧ-диода. Из-за наличия в волноводе закорачивающей металлической задней стенки в волноводе устанавливается стоячая волна с пучностями поля. В такой пучности оказывается расположенным и модулирующий СВЧ-диод. Из-за амплитудной модуляции (или манипуляции) СВЧ-сигнала в волноводе прямоугольного сечения СВЧ-сигнал, воздействующий на детектирующий СВЧ-диод, также оказывается амплитудно-модулированным, т.е. "окрашенным", при известной частоте амплитудной модуляции "окраски". На выходе амплитудного СВЧ-детектора будет выделяться сигнал огибающей, т.е. сигнал на частоте "окраски". Этот сигнал усиливается усилителем сигналов с частотой модулирующего напряжения. Выходной сигнал усилителя сигналов с частотой модулирующего напряжения поступает на сигнальный вход фазового (синхронного) детектора. Т.к. полезная составляющая сигнала на выходе усилителя сигналов с частотой модуляции (в отличие от шумовых компонент) имеет ту же фазу, что и сигнал на входе опорного напряжения фазового детектора, то на выходе фазового детектора будет выработан высокий уровень выходного сигнала. Если выходное напряжение фазового детектора превысит порог срабатывания порогового устройства, на выходе последнего выработается сигнал, используемый для индикации наличия СВЧ-излучения радара.
Устройство-прототип, как и устройство-аналог, является беспоисковым по частоте, т.е. имеет малое время определения наличия (или отсутствия) зондирующих сигналов радара. Кроме того, устройство-прототип имеет агрегатизированные в единый входной СВЧ-элемент приемную антенну, СЧ-модулятор и амплитудный СВЧ-детектор, что позволяет существенно снизить массу и габариты обнаружителя.
Существенными недостатками устройства-прототипа являются, однако, недостаточно высокая чувствительность и неравномерность пороговой чувствительности в полосе возможных несущих частот радара. Данный недостаток объясняется следующими причинами. При описанном размещении СВЧ-диодов в пучности электрического поля оказывается только модулирующий СВЧ-диод. Детектирующий СВЧ-диод оказывается вне пучности электрического поля, что приводит к уменьшению полезного сигнала на выходе амплитудного СВЧ-детектора, образованного детектирующим СВЧ-диодом, и изменению этого напряжения в диапазоне рабочих частот.
Задача, которая решается с помощью предложенного устройства, состоит в повышении пороговой чувствительности устройства и малых изменений пороговой чувствительности в рабочем диапазоне СВЧ-колебаний при обеспечении малых габаритов и массы устройства.
При построении автомобильных устройств обнаружения сигналов радарных установок решение данной задачи имеет первостепенное значение, по условиям размещения приемной антенны для установки автомобильного устройства обнаружения приходится использовать места в пределах радиопрозрачности, т.е. по существу в пределах лобового стекла перед водителем, например прикреплять устройство обнаружения к солнцезащитному щитку перед сидением водителя. При такой установке обнаружитель со значительной массой будет создавать недопустимые силовые (весовые) нагрузки на солнцезащитный щиток, а устройство с большими габаритами закрывать значительную часть лобового стекла, т.е. мешать наблюдению за проезжей частью автотрассы. И то, и другое недопустимо, и при практическом построении устройств обнаружения отдается предпочтение тем техническим решениям, которые обеспечивают наименьшие массу и габариты устройства обнаружения.
Сущность предложенного технического решения состоит в следующем: из всех возможных вариантов построения амплитудного модулятора выбирают вариант, обеспечивающий наименьшие габариты, а именно вариант построения на полупроводниковых СВЧ-диодах; далее в этом классе СВЧ-полупроводниковых модуляторов для сокращения габаритов выбирают простейший с использованием единственного модулирующего СВЧ-диода (как и в устройстве-прототипе). Такое построение модулятора определяет дополнительные требования к размещению модулирующего СВЧ-диода (диода "окраски"), он должен размещаться в окрестности пучности электрического поля электромагнитной волны в волноводе, что достигается размещением модулирующего диода на расстоянии в четверть средней длины волны рабочего диапазона от задней металлической стенки волновода опять таки, как и в устройстве-прототипе. Однако предлагаемое размещение модулирующего и детектирующего диодов в предложенном варианте - следующее: они размещаются не последовательно, а в одной плоскости поперечного сечения волновода, на расстоянии в четверть средней длины волны рабочего диапазона от задней стенки. При таком размещении диодов обеспечивается не только эффективная "окраска" принятого СВЧ-колебания, т.е. значительная амплитуда огибающей СВЧ-сигнала, обусловленная его эффективной амплитудной модуляцией (манипуляцией), но и существенное сокращение габаритов устройства, вместо связи амплитудного СВЧ-модулятора и амплитудного СВЧ-детектора путем их последовательного соединения и использования последовательного прохождения СВЧ-колебания по волноводному СВЧ-тракту в предложенном устройстве используется связь между модулирующим СВЧ-диодом и детектирующим СВЧ-диодом через единое, общее поле в поперечном сечении волновода. Последовательное включение СВЧ-диодов заменено на их включение в одном поперечном сечении волновода, благодаря чему общая длина СВЧ-фидерного тракта уменьшается, а значит, уменьшаются габариты и масса устройства в целом.
Технически поставленная задача решается за счет того, что в автомобильном устройстве обнаружения сигналов радарных установок контроля скорости движения на автотрассах, содержащем входной приемный СВЧ-элемент, включающий в свой состав приемную рупорную антенну, переходящую в волновод прямоугольного сечения с коротко замкнутой металлической задней стенкой на конце, в котором установлены модуляторный и детектирующий СВЧ-диоды, геометрические оси которых параллельны узким и перпендикулярны широким стенкам волновода, причем модуляторный СВЧ-диод расположен на расстоянии в четверть средней длины волны рабочего СВЧ-диапазона от коротко замкнутой металлической задней стенки волновода, катодные выводы модуляторного и детектирующего СВЧ-диодов соединены с одной из широких стенок волновода, а анодные выводы пропущены через отверстия в противоположной широкой стенке волновода и изолированы от нее, а также содержащем генератор модулирующего напряжения, усилитель-ограничитель сигналов на частоте модуляции, вход которого соединен с анодным выводом детектирующего диода, фазовый детектор, сигнальный вход которого соединен с выходом усилителя-ограничителя сигналов на частоте модуляции, а вход опорного напряжения с выходом генератора модулирующего напряжения и с анодным выводом модуляторного СВЧ-диода, и пороговый элемент, вход которого соединен с выходом фазового детектора, модуляторный и детектирующий СВЧ-диоды установлены в одной плоскости поперечного сечения волновода на одинаковом расстоянии от его продольной оси, а одноименные выводы этих диодов расположены на противоположных широких стенках волновода.
Существенными признаками предложенного устройства являются
наличие в нем входного приемного СВЧ-элемента, состоящего из приемной рупорной антенны, переходящей в волновод прямоугольного сечения с коротко-замкнутой металлической стенкой на конце, модуляторного и детектирующего СВЧ-диодов; генератора модулирующего напряжения; усилителя-ограничителя сигналов на частоте модуляции; фазового детектора; порогового элемента;
установка геометрических осей модуляторного и детектирующего СВЧ-диодов параллельно узким и перпендикулярно широким стенкам волновода прямоугольного сечения;
соединение катодного вывода модуляторного и катодного вывода детектирующего СВЧ-диодов с одной из широких стенок волновода прямоугольного сечения;
прохождение анодных выводов модуляторного и детектирующего СВЧ-диодов через отверстия в противолежащей широкой стенке волновода прямоугольного сечения с изоляцией указанных анодных выводов от этой широкой стенки;
соединение выхода генератора модулирующего напряжения с анодным выводом модуляторного СВЧ-диода и со входом опорного напряжения фазового детектора; анодного вывода детектирующего СВЧ-диода со входом усилителя-ограничителя сигналов на частоте модуляции; выхода усилителя-ограничителя сигналов на частоте модуляции с сигнальным входом фазового детектора; выхода фазового детектора со входом порогового элемента;
размещение оси модуляторного СВЧ-диода на расстоянии, равном четверти средней длины волны рабочего СВЧ-диапазона от задней стенки волновода с прямоугольным сечением;
установка модуляторного и детектирующего СВЧ-диодов в одной плоскости поперечного сечения волновода на одинаковом расстоянии от его продольной оси;
расположение одноименных выводов этих СВЧ-диодов (т.е. анодов и катодов) на противолежащих широких стенках волновода.
Признаками, общими с устройством-прототипом, являются
наличие входного приемного СВЧ-элемента, состоящего из приемной рупорной антенны, переходящей в волновод прямоугольного сечения с коротко-замкнутой металлической задней стенкой на конце, модуляторного и детектирующего СВЧ-диодов; генератора модулирующего напряжения; усилителя-ограничителя сигналов на частоте модуляции; фазового детектора; порогового элемента;
установка геометрических осей модуляторного и детектирующего СВЧ-диодов параллельно узким и перпендикулярно широким стенкам волновода прямоугольного сечения;
размещение оси модуляторного СВЧ-диода на расстоянии, равном четверти средней длины волны рабочего СВЧ-диапазона от задней стенки волновода прямоугольного сечения;
соединение катодного вывода модуляторного и катодного вывода детектирующего СВЧ-диодов с одной из широких стенок волновода прямоугольного сечения;
прохождение анодных выводов модуляторного и детектирующего СВЧ-диодов через отверстия в противолежащей широкой стенке волновода прямоугольного сечения с изоляцией указанных анодных выводов от этой широкой стенки;
соединение выхода генератора модулирующего напряжения с анодным выводом модулирующего СВЧ-диода и со входом опорного напряжения фазового детектора; анодного вывода детектирующего СВЧ-диода со входом усилителя-ограничителя сигналов на частоте модуляции; выхода усилителя-ограничителя сигналов на частоте модуляции с сигнальным входом фазового детектора; выхода фазового детектора со входом порогового элемента.
Отличительными признаками предложенного устройства от устройства-прототипа являются
установка модуляторного и детектирующего СВЧ-диодов в одной плоскости поперечного сечения волновода на одинаковом расстоянии от его продольной оси;
расположение одноименных выводов (т.е. анода и катода) модуляторного и детектирующего СВЧ-диодов на противолежащих широких стенках волновода, т.е. например, анода модуляторного СВЧ-диода на одной широкой стенке, а анода детектирующего СВЧ-диода на другой, противолежащей широкой стенке.
Основной технический эффект от использования предложенного технического решения состоит в уменьшении массы и габаритов устройства обнаружения сигналов радарных установок.
Дополнительный технический эффект от использования предложенного технического решения состоит в том, что при уменьшении массы и габаритов устройства обеспечены
повышенная пороговая чувствительность устройства обнаружения, а следовательно, и большая дальность обнаружения радара, достаточная для принятия водителем ответных действий (своевременного снижения скорости движения);
несущественные изменения пороговой чувствительности в пределах заданного рабочего диапазона несущих частот СВЧ-сигнала радара.
Основной и дополнительный технические эффекты получены за счет использования единых, одних и тех же технических приемов и особенностей устройства. Основной технический эффект (снижение массы и габаритов устройства обнаружения) достигнут за счет размещения модуляторного и детектирующего СВЧ-диодов в одной плоскости поперечного сечения волновода, что позволяет сократить линейный размер волновода и приемного СВЧ-элемента по длине. Дополнительный технический эффект (обеспечение повышенной пороговой чувствительности) достигнут также
за счет размещения модуляторного и детектирующего СВЧ-диодов в одной плоскости поперечного сечения волновода, находящейся на расстоянии в четверть средней длины волны рабочего диапазона СВЧ-сигналов, поскольку в этом случае детектирующий СВЧ-диод, связанный с модуляторным СВЧ-диодом за счет общего поля в сечении, также оказывается в пучности электрического поля, что позволяет повысить амплитуду выделенной огибающей промодулированного СВЧ-сигнала;
за счет размещения выводов анодов детектирующего и модулирующего СВЧ-диодов на противолежащих широких стенках волновода, поскольку в этом случае удается при малой длине волновода сохранить значительное расстояние между выводами диодов и уменьшить паразитное прохождение прямого модулирующего сигнала на вход усилителя-ограничителя сигналов с частотой модуляции.
Можно установить следующую причинно-следственную связь между примененными техническими приемами и достигнутым техническим эффектом:
масса и габариты устройства будут снижены, если уменьшить общий линейный размер по длине волновода с прямоугольным сечением, а уменьшение длины можно обеспечить, если модулированный и детектирующий СВЧ-диоды располагать не один за другим по длине, а установить в одном поперечном сечении волновода, а именно в том, где находится пучность электрического поля, т.е. находящемся на расстоянии в четверть средней рабочей длины волны от закорачивающей металлической задней стенки волновода;
пороговая чувствительность устройства будет повышена, если обеспечить при прочих равных условиях наибольшую амплитуду выделенной огибающей амплитудно-модулированного ("окрашенного") СВЧ-сигнала и уменьшить прямое прохождение паразитной составляющей модулирующего сигнала на вход усилителя-ограничителя, а это, в свою очередь, удастся обеспечить, если детектирующий диод разместить в той же плоскости поперечного сечения волновода так, чтобы геометрические оси диодов были симметричны и находились на одинаковом расстоянии от продольной оси волновода, а анодные выводы модулирующего и детектирующего СВЧ-диодов выводить через отверстия в противолежащих широких стенках волновода. В этом случае при малом размере по длине волновода удастся сохранить значительный линейный размер между анодными выводами диодов и уменьшить паразитную емкость между анодными выводами СВЧ-диодов.
На фиг.1 приведена функциональная схема предложенного устройства.
Нф фиг. 2 графики напряжений в характерных точках предложенного устройства.
На фиг. 3 графики изменения напряженности электрического поля E в волноводе прямоугольного сечения входного приемного СВЧ-элемента.
Предложенное устройство содержит
входной приемный СВЧ-элемент 1, состоящий из рупорной антенны 2, переходящей в отрезок волновода 3 прямоугольного сечения с металлической закорачивающей задней стенкой 4, который имеет отверстие в нижней широкой стенке 5 и отверстие в противолежащей верхней широкой стенке 6, модулирующего СВЧ-диода 7 и детектирующего СВЧ-диода 8;
генератор модулирующего напряжения ("сигнала окраски") 9, имеющий выход 10;
усилитель-ограничитель сигналов на частоте модуляции ("окраски") 11, имеющий вход 12 и выход 13;
фазовый детектор 14, имеющий сигнальный вход 15, вход опорного напряжения 16 и выход 17;
пороговый элемент 18, имеющий вход 19 и выход 20.
Геометрическая вертикальная ось модулирующего СВЧ-диода 7 находится в плоскости поперечного сечения волновода 3, отстоящей на расстоянии a от его закорачивающей металлической задней стенки 4, проходит параллельно узкой стенке волновода прямоугольного сечения и перпендикулярно его широкой стенке, проходит через центр отверстия 5 в нижней широкой стенке и находится на расстоянии b/2 от вертикальной оси, проходящей через центр указанного поперечного сечения волновода. Геометрическая вертикальная ось детектирующего СВЧ-диода 8 также находится в той же плоскости поперечного сечения волновода 3, отстоящей на расстоянии a от его закорачивающей металлической задней стенки 4, симметрична оси модулирующего СВЧ-диода 7 относительно вертикальной оси, проходящей через центр указанного поперечного сечения, находится на расстоянии b/2 от этой вертикальной оси и проходит через центр отверстия 6 в верхней широкой стенке волновода. Таким образом, расстояние между геометрическими вертикальными осями модулирующего СВЧ-диода 7 и детектирующего СВЧ-диода 8 равно b. Расстояние a от закорачивающей металлической задней стенки волновода до рассматриваемой плоскости поперечного сечения, в которой находятся геометрические оси СВЧ-диодов, определяется средней длиной волны рабочего СВЧ-диапазона: a=λср/4. Расстояние b между осями СВЧ-диодов мало; оно выбирается минимально возможным, исходя из того, чтобы модулирующий сигнал, поступающий на модуляторный СВЧ-диод, еще не создавал существенной "прямой" паразитной составляющей на детектирующем СВЧ-диоде за счет прохождения через паразитную емкость между СВЧ-диодами. Можно считать, что оси СВЧ-диодов находятся в непосредственной близости от вертикальной оси, проходящей через середину рассматриваемого поперечного сечения.
Вывод катода модуляторного СВЧ-диода 7 соединен с верхней широкой стенкой волновода 3. Вывод анода модуляторного СВЧ-диода 7 проходит через отверстие 5 в нижней широкой стенке волновода 3, изолирован от нее и соединен с выходом 10 генератора модулирующего напряжения 9 и со входом опорного напряжения 16 фазового детектора 14. Вывод катода детектирующего СВЧ-диода 8 соединен с нижней широкой стенкой волновода 3. Вывод анода детектирующего СВЧ-диода 8 проходит через отверстия 6 в верхней широкой стенке волновода 3, изолирован от нее и соединен со входом 12 усилителя-ограничителя 11 сигналов на частоте модуляции, выход 13 которого соединен с сигнальным входом 15 фазового детектора 14. Выход 17 фазового детектора 14 соединен со входом 19 порогового элемента 18.
При оговоренном расположении геометрических осей СВЧ-диодов указанные диоды будут находиться в пучности электрического поля E (как в плоскости поперечного сечения, так и по координате l, соответствующей длине волновода). Действительно, на задней закорачивающей металлической стенке 4 волновода 3 всегда будет нуль электрического поля E, а максимум этой напряженности будет находиться (см. фиг.3) на расстоянии a=λср/4 от задней закорачивающей металлической стенки 4, т.е. в той плоскости поперечного сечения волновода 3, в которой расположены геометрические вертикальные оси СВЧ-диодов. В указанной плоскости поперечного сечения нуль напряженности электрического поля E находится в точках, принадлежащих узким стенкам волновода, т.е. на границах рассматриваемого поперечного сечения, а максимум напряженности будет находиться в середине широкой стенки (на расстоянии C/2 от края сечения, где C ширина широкой стенки волновода 3). Таким образом, в рабочем диапазоне частот СВЧ-сигналов максимум напряженности электрического поля E всегда будет находиться в окрестности места расположения СВЧ-диодов. Это обеспечивает высокую пороговую чувствительность предложенного устройства к зондирующим СВЧ-сигналам радара и равномерность пороговой чувствительности в пределах рабочего диапазона СВЧ-сигналов.
Предложенное устройство работает следующим образом.
СВЧ-сигнал радара контроля за скоростью движения автомобилей на автотрассе принимается приемной антенной 2 предложенного устройства и распространяется по волноводу 3, в котором устанавливается стоячая волна СВЧ-поля с максимумом в окрестности точек установки СВЧ-диодов 7 и 8. Генератор напряжения модуляции вырабатывает низкочастотное (например, меандровое) модулирующее напряжение ("сигнал окраски") с априорно известной нам частотой. Этот сигнал подается на вход опорного напряжения 16 фазового детектора 14 и на анод модуляторного СВЧ-диода 7. За счет воздействия модулирующего напряжения на модуляторный СВЧ-диод 7 изменяется напряженность электрического поля: СВЧ-сигнал получает амплитудную модуляцию (или амплитудную манипуляцию) при частоте модуляции, равной частоте модулирующего напряжения. Такое же электромагнитное СВЧ-поле, которое существует в окрестности модуляторного СВЧ-диода 7, будет существовать и окрестности детектирующего СВЧ-диода 8. Поэтому, если зондирующий СВЧ-сигнал радара был принят, он окажется промодулирован по амплитуде, и на детектирующий СВЧ-диод 8 будет воздействовать амплитудно-модулированный СВЧ-сигнал. Детектирующий СВЧ-диод 8 выделит огибающую амплитудно-манипулированного СВЧ-сигнала, воздействующего на этот диод, и на входе 12 усилителя-ограничителя 11 появится переменное напряжение с частотой модуляции. Усилитель-ограничитель 11 имеет полосу пропускания, в которую попадает частота амплитудной модуляции. Поэтому переменный входной сигнал, поступивший на вход 12 усилителя-ограничителя 11, будет им усиливаться. Усиленный сигнал, имеющий частоту и фазу сигнала, выработанного генератором модулирующего напряжения, с выхода 13 усилителя-ограничителя 11 поступает на сигнальный вход 15 фазового детектора 14. На входе опорного напряжения 16 указанного фазового детектора 14 действует выходное напряжение генератора модулирующего напряжения 9. Так как напряжение на сигнальном входе 15 и входе опорного напряжения 16 фазового детектора 14 совпадают по частоте и фазе, то на выходе 17 фазового детектора вырабатывается высокий уровень выходного напряжения. Выходное напряжение фазового детектора воздействует на вход 19 порогового элемента 18. Если это напряжение превысило порог срабатывания порогового элемента 18, то на выходе 20 порогового элемента 18 вырабатывается сигнал, указывающий на наличие СВЧ-зондирующих сигналов радара контроля скорости.
Другие возможные компоненты выходного сигнала усилителя-ограничителя 11 (к таким компонентам относятся, например, составляющие шума в приемном тракте) не совпадают с опорным напряжением фазового детектора по фазе и даже по частоте. Они не могут вызвать появления высокого уровня напряжения на выходе 17 фазового детектора. Благодаря применению фазового детектора обеспечивается узкополосность выходной цепи обработки сигнала в предложенном устройстве и создание системы ШОУ, позволяющей выделить полезный сигнал при значительном уровне шумов.
Благодаря априорно известной и постоянной частоте модулирующего напряжения ("окраски") и использованию фазового детектора с опорным сигналом той же частоты удается обеспечить узкую полосу выходного тракта обработки и повышенную чувствительность автомобильного устройства обнаружения сигналов радарных установок.
Предложенное расположение диодов в плоскости поперечного сечения волновода, в который переходит рупорная антенна, позволяет повысить пороговую чувствительность устройства (и, как следствие, дальность обнаружения), а также обеспечить малые изменения указанной пороговой чувствительности в рабочем диапазоне несущих частот зондирующих сигналов радара.
Предложенное устройство было проверено экспериментально. При эксперименте был создан лабораторный образец, работающий в диапазонах рабочих частот СВЧ-сигналов: 10 oC 12 ГГц и 23 oC 25 ГГц. Данный образец имел пороговую чувствительность: на несущей частоте 10,525 ГГц не хуже 100 дБ/Вт, на несущей частоте 24,15 ГГц не хуже 95 дБ/Вт. Разработанный образец питался от аккумуляторной батареи автомобиля, имел габариты 110х95х23 мм (т.е. мог быть размещен на светозащитном щитке водителя в салоне автомобиля) и массу не более 200 г. Полученные значения пороговой чувствительности позволяли обнаружить радар на расстоянии не менее 1,5 км от радара до автомобиля, т.е. ранее, чем радар мог определить скорость движения автомобиля, и позволяли водителю своевременно принять предупредительные меры снизить до разрешенных значений скорость движения. Эксперимент, таким образом, подтвердил реализуемость предложенного устройства и получение оговоренного в материалах заявки положительного эффекта.
Использование: для обнаружения сигналов радарных установок контроля скорости движения на автотрассах. Сущность изобретения: устройство содержит приемную рупорную антенну, соединенную с волноводом прямоугольного сечения с короткозамкнутой металлической стенкой, в котором установлены модуляторный и детектирующий СВЧ-диоды перпендикулярно широким стенкам волновода на расстоянии в четверть средней длины волны рабочего СВЧ-диапазона от короткозамкнутой металлической стенки волновода. Катодные выводы модуляторного детектирующего СВЧ-диодов соединены с одной из широких стенок волновода, а анодные выводы пропущены через отверстия в противолежащей широкой стенке и изолированы от нее. Модуляторный и детектирующий СВЧ-диоды установлены в одной плоскости поперечного сечения волновода на одинаковом расстоянии от его продольной оси, а одноименные их выводы расположены на противолежащих широких стенках волновода. Устройство также содержит генератор модулирующего напряжения и усилитель-ограничитель сигналов, вход которого соединен с анодным выводом детектирующего СВЧ-диода. Сигнальный вход фазового детектора соединен с выходом усилителя-ограничителя сигналов, а вход опорного напряжения - с выходом генератора модулирующего напряжения и с анодным выводом модулирующего СВЧ-диода. Вход порогового элемента соединен с выходом фазового детектора. 3 ил.
Автомобильное устройство обнаружения сигналов радарных установок контроля скорости движения на автотрассах, содержащее входной приемный СВЧ-элемент, включающий в свой состав приемную рупорную антенну, переходящую в волновод прямоугольного сечения с короткозамкнутой металлической задней стенкой на конце, в котором установлены модуляторный и детектирующий СВЧ-диоды, герметические оси которых параллельны узким и перпендикулярны широким стенкам волновода, причем модуляторный СВЧ-диод расположен на расстоянии в четверть средней длины волны рабочего СВЧ-диапазона от короткозамкнутой металлической задней стенки волновода, катодные выводы модуляторного и детектирующего СВЧ-диодов соединены с одной из широких стенок волновода, а анодные выводы пропущены через отверстия в противолежащей широкой стенке и изолированы от нее, а также генератор модулирующего напряжения, усилитель-ограничитель сигналов на частоте модуляции, вход которого соединен с анодным выводом детектирующего СВЧ-диода, фазовый детектор, сигнальный вход которого соединен с выходом усилителя-ограничителя сигналов на частоте модуляции, а вход опорного напряжения с выходом генератора модулирующего напряжения и с анодным выводом модулирующего СВЧ-диода, и пороговый элемент, вход которого соединен с выходом фазового детектора, отличающееся тем, что модуляторный и детектирующий СВЧ-диоды установлены в одной плоскости поперечного сечения волновода на одинаковом расстоянии от его продольной оси, а одноименные выводы этих СВЧ-диодов расположены на противолежащих широких стенках волновода.
| Газета "Авторевю", 1991 | |||
| Кипятильник для воды | 1921 |
|
SU5A1 |
