МОДУЛЬ ДОПЛЕРОВСКОГО РАДИОЛОКАТОРА Российский патент 1997 года по МПК G01S13/74 G01S13/75 

Изобретение относится к радиотехнике, а точнее к приборам обнаружения перемещения человека и различных предметов, и может быть использовано для охранной сигнализации в различных помещениях.

Известен модуль доплеровского радиолокатора, содержащий первую антенну, первую диэлектрическую область, блок активного элемента, который соединен с излучающими торцами антенны, расположенной на диэлектрическом слое (Microwave Plus Possiv Infrared Detector фирмы Electronics Line).

К недостаткам данного модуля можно отнести большую сложность, так как активный элемент выполняется отдельно от полосковой антенны, что вызывает необходимость в специальных целях смещения для генератора и смесителя.

Наиболее близок по техническому решению к предложенному и принятым за прототип модуль доплеровского радиолокатора, содержащий генератор, смесительный диод, первую антенну (Заявка Японии 56-100369, кл. G 01 S 13/50, 7/02, опубл. 1981).

Недостатком известного технического решения является его сложность, так как для передачи сигнала от генератора на излучающую антенну и с антенны на смесительный диод необходимы волновод сложной формы, резонатор, циркулятор. Для передачи части мощности с генератора на смесительный диод необходим направленный ответвитель.

Кроме того, для согласования генератора и смесительного диода с прямоугольным волноводом нужен волноводно-полосковый переход.

Другим недостатком известного модуля является ограниченная дальность действия, так как согласующие переходы расположены не в местах максимальной концентрации электрического поля СВЧ.

Цель изобретения упрощение модуля и повышение дальности его действия.

Цель достигается тем, что модуль доплеровского радиолокатора, включающий генератор, смесительный диод, первую антенну, дополнительно содержит проводящую подложку, первую и вторую диэлектрические области, расположенные на проводящей подложке, причем генератор состоит из транзистора и второй антенны прямоугольной формы, расположенной на второй диэлектрической области, база транзистора соединена с проводящей подложкой, эмиттер является первым входом смещения генератора, а коллектор подключен к первому излучающему торцу второй антенны, к первому неизлучающему торцу которой подключен второй вход смещения генератора, первая антенна выполнена прямоугольной формы и расположена на первой диэлектрической области, первый вывод смесительного диода подключен к проводящей подложке, а второй вывод соединен с первым излучающим торцом первой антенны, к первому неизлучающему торцу которой подключен выход модуля, первый, второй излучающие торцы первой антенны и первый, второй излучающие торцы второй антенны параллельны, а вторые излучающие торцы первой, второй антенны или вторые неизлучающие торцы первой, второй антенны расположены напротив друг друга.

Кроме того, для большего повышения дальности действия радиолокатора длина первого, второго излучающих торцов и первого, второго неизлучающих торцов второй антенны соотносится следующим образом:

где l_и длина первого и второго излучающих торцов второй антенны;
l_н.и длина первого и второго неизлучающих торцов второй антенны;
ε_д диэлектрическая проницаемость второго диэлектрического слоя.

Для повышения КПД модуля второй вход смещения генератора может быть подключен к середине первого неизлучающего торца второй антенны.

Для повышения КПД модуля выход модуля подключен к середине первого неизлучающего торца первой антенны.

Кроме того, для упрощения технологии изготовления модуля первая и вторая диэлектрические области расположены с примыканием друг к другу и образуют единый диэлектрический слой.

Предложенный модуль доплеровского радиолокатора имеет следующие новые признаки по сравнению с прототипом: наличие проводящей подложки, а также первой и второй диэлектрических областей, выполнение генератора на транзисторе и второй антенне, прямоугольная форма первой и второй антенн, их взаимное расположение, связи первой и второй антенн с транзистором и смесительным диодом.

Выполнение антенн прямоугольной формы и их расположение на диэлектрических областях являются признаками, известными из других технических решений (Microwave Plus Passiv Infrared Detector фирмы Electronics Line (EL) Ltd).

Наличие второй антенны и транзистора и соответствующие связи между ними позволяют совместить этими элементами функции генерации и излучения СВЧ-сигнала, что приводит к упрощению модуля.

Расположение обеих антенн на одной подложке так, чтобы их излучающие торцы были параллельны, позволяет передавать часть мощности излучения от передающей второй антенны к приемной первой антенне без выполнения волновода и направленного ответвителя. Это приводит к упрощению модуля.

Соединение базы транзистора с подложкой, эмиттера транзистора с первым входом смещения генератора, а первого неизлучающего торца второй антенны со вторым входом смещения генератора предназначен для смещения транзистора генератора. Соединение первого вывода смесительного диода с проводящей подложкой, второго вывода с первым излучающим торцом первой антенны, к первому неизлучающему торцу которой подключен выход модуля, предназначено для смещения смесительного диода и вывода информации. Осуществление связей описанным методом исключает необходимость специальных согласующих волноводно-полосковых переходов и волноводов, что позволяет также упростить модуль и повысить дальность его действия, так как на согласующих переходах не теряется мощность СВЧ-излучения.

Выполнение второй антенны с соотношением длин излучающих и неизлучающих торцов, указанным выше, позволяет еще более увеличить дальность действия модуля, так как при этом генератор работает в резонансе.

Присоединение второго входа смещения генератора и выхода модуля к серединам первых неизлучающих торцов второй и первой антенн соответственно позволяет повысить КПД модуля, так как при этом второй вход смещения генератора и выход модуля присоединяются к точкам антенны, в которых расположен виртуальный нуль потенциала. Расположение контактов в других точках первых неизлучающих торцов закорачивает на землю часть СВЧ-токов, что снижает КПД.

Перечисленные признаки не были обнаружены в доступной патентной и технической литературе, где бы они проявляли те же свойства, которые они проявляют в предложенном устройстве, поэтому, по мнению авторов, предложенный модуль соответствует критериям изобретения "неочевидность" и "новизна".

На фиг.1 представлен модуль при расположении вторых неизлучающих торцов первой и второй антенн напротив друг друга; на фиг.2 показана электрическая схема модуля при расположении вторых излучающих торцов первой и второй антенн напротив друг друга.

Модуль доплеровского радиолокатора содержит проводящую подложку 1, первую и вторую диэлектрические области 2, первую антенну 3, вторую антенну 4, транзистор 5, смесительный диод 6, первый вход смещения 7, второй вход смещения 8, выход 9 модуля. Кроме того, на фиг.1 показаны соединительные проводники 10 и плата 11, на которой крепится модуль.

Модуль доплеровского радиолокатора представляет собой доплеровскую систему гетеродинного типа, в которой часть мощности генератора, выполненного на второй антенне 4 и транзисторе 5, принимается в качестве гетеродинной первой антенны 3.

Генерируемые колебания излучаются второй антенной 4 в пространство на частоте f₀. Энергия колебаний, отраженная от движущегося объекта, принимается приемной первой антенной 3 на частоте и преобразуется в смесителе, выполненном на диоде 6, в напряжение на выходе 9 модуля на частоте:

где V скорость перемещения объекта;
λ_o длина волны, излучаемой второй антенной 4;
f₀ частота волны, излучаемой второй антенной 4;
f_д доплеровская частота.

Генератор модуля представляет собой автогенератор, выполненный на транзисторе 5, включенном по схеме с общей базой. Коллекторная нагрузка представляет собой резонатор микрополосковую вторую антенну 4. Настройка автогенератора осуществляется изменением длины первого и второго неизлучающих торцов второй антенны 4:

где ε_д относительная диэлектрическая проницаемость второго диэлектрического слоя 2.

Коллектор транзистора 5 непосредственно подключен к первому излучающему торцу второй антенны 4.

Развязка транзистора 5 от источников питания эмиттерной и коллекторной цепей по высокой частоте обеспечивается с помощью дросселей (не показано) известным образом (Элементы радиоэлектронной аппаратуры. Радио и связь.М. 1985, вып. 48, с.20, рис.1.15).

Микрополосковая вторая антенна 4 представляет собой простейший излучатель, состоящий из металлической прямоугольной пластины с размером излучающих торцов l_и.= 0,5λ_o. Диэлектрическая область 2 имеет диэлектрическую проницаемость ε_д 2,5 10,0 и тангенс угла потерь tg≈10^-4 - 10^-3. Толщина области 2 может составлять (0,1 0,01)λ_o.
Условие резонанса такой антенны осуществляется, если

Входное сопротивление на первом излучающем торце составляет несколько сотен Ом.

Приемник СВЧ выполнен на резонансной первой антенне 3 с длиной неизлучающих торцов , к первому излучающему торцу которой непосредственно подключен смесительный диод 6.

Основным преимуществом предложенного технического решения по сравнению с прототипом является его простота, так как не требуется волноводов, циркулятора, специального направленного ответвителя, волноводно-полосковых переходов. Предложенный модуль имеет также большую дальность действия по сравнению с прототипом.

Изобретение относится к радиотехнике, а точнее к приборам обнаружения перемещения человека и различных предметов, и может быть использовано для охранной сигнализации в различных помещениях. Цель изобретения - упрощение модуля и повышение его дальности действия. Поставленная цель достигается тем, что модуль дополнительно содержит проводящую подложку, первый и второй диэлектрические слои. При этом функции генератора излучения выполняют транзистор и вторая антенна, а функцию направленного ответвителя - первая и вторая антенны. В результате в устройстве не требуется наличие волноводов, циркулятора, направленного ответвителя, волноводно-полосковых переходов. Отсутствие волноводно-полосковых переходов, кроме того, позволяет повысить дальность действия модуля, так как не происходит потери мощности СВЧ-сигнала. 4 з.п. ф-лы, 2 ил.

1. Модуль доплеровского радиолокатора, содержащий генератор, смесительный диод, первую полосковую антенну прямоугольной формы, расположенную на первой диэлектрической пластине, которая установлена на проводящем основании, отличающийся тем, что генератор выполнен на транзисторе и второй полосковой антенне прямоугольной формы, расположенной на второй диэлектрической пластине, которая укреплена на проводящем основании, с которым соединена база транзистора, коллектор которого подключен к первому излучающему торцу второй антенны, а эмиттер является первым входом цепи смещения транзистора, второй вход которой подсоединен к первому неизлучающему торцу второй антенны, первый вывод смесительного диода подключен к проводящему основанию, а второй соединен с первым излучающим торцом первой антенны, к первому неизлучающему торцу которой подключен выход модуля, при этом первый и второй излучающие торцы первой антенны, и первый и второй излучающие торцы второй антенны параллельны, а вторые излучающие торцы первой и второй антенн или вторые неизлучающие торцы первой и второй антенн расположены напротив друг друга. 2. Модуль по п. 1, отличающийся тем, что длина l_и излучающего торца и длина l_н . и неизлучающего торца второй полосковой антенны выбраны из соотношения где ε_д диэлектрическая проницаемость материала диэлектрической пластины, на которой расположена вторая полосковая антенна. 3. Модуль по п.1 или 2, отличающийся тем, что второй вход цепи смещения генератора подключен к середине первого неизлучающего торца второй полосковой антенны. 4. Модуль по п. 1, или 2, или 3, отличающийся тем, что выход модуля подключен к середине первого неизлучающего торца первой полосковой антенны. 5. Модуль по п.1, или 2, или 3, или 4, отличающийся тем, что первая и вторая диэлектрические пластины расположены с примыканием друг к другу и образуют единую диэлектрическую подложку.