МОДУЛЬ ДОПЛЕРОВСКОГО РАДИОЛОКАТОРА (ВАРИАНТЫ) Российский патент 1997 года по МПК G01S7/00 G01S13/04 

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 генерирующий элемент, полосковую приемную антенну, блок обработки доплеровского сигнала (см. Mikrowave Plus Passive Ingrared Detector MICRO-X фирмы Electronics Sine (FL) Sitd.).

К недостаткам данного модуля можно отнести большую сложность, так как блок обработки доплеровского сигнала выполняется отдельно от полосковых антенн генерирующего элемента и приемной секции, что вызывает необходимость в специальных цепях согласования.

Наиболее близким техническим решением к предложенному и принятым за прототип является модуль доплеровского радиолокатора, содержащий генерирующий элемент, приемную антенну, элемент связи (волновод), смесительный диод, первый вывод которого является входом смещения модуля, а второй вывод соединен с первым выводом элемента связи, второй вывод которого соединен с торцом приемной антенны (см. заявку Японии 56-100369, кл. G 01 S 13/50, 7/02, опубл. 1981, фиг.4).

Недостатком известного модуля является низкая помехоустойчивость, так как известное устройство работает в непрерывном режиме и любой сигнал шума, проходящий с приемной секции на смесительный диод, перемножается с полезным сигналом, и после его невозможно отфильтровать от полезного сигнала, так как они имеют одинаковую несущую частоту.

Цель изобретения повышение помехоустойчивости модуля доплеровского радиолокатора.

В устройстве по первому варианту поставленная цель достигается тем, что модуль доплеровского радиолокатора, содержащий генерирующий элемент, приемную антенну, элемент связи, смесительный диод, первый вывод которого является входом смещения модуля, а второй вывод соединен с первым выводом элемента связи, второй вывод которого соединен с торцом приемной антенны, дополнительно содержит фильтрующий элемент, резистор, дроссель, конденсатор, первые выводы объединены и являются выходом модуля, второй вывод фильтрующего элемента соединен с вторым выводом смесительного диода, первый вывод которого соединен с вторыми выводами резистора, дросселя и конденсатора, а приемная антенна является полосковой антенной прямоугольной формы.

В устройстве по второму варианту поставленная цель достигается тем, что модуль доплеровского радиолокатора, содержащий генерирующий элемент, приемную антенну, смесительный диод, первый вывод которого является выходом модуля, дополнительно содержит резистор, дроссель и конденсатор, причем второй вывод смесительного диода соединен с первым торцом приемной антенны, которая является микрополосковой антенной прямоугольной формы, второй торец приемной антенны, смежный с первым торцом, соединен с первыми выводами резистора и дросселя, вторые выводы которых соединены с вторыми выводами конденсатора и смесительного диода и являются выходом модуля, а первый вывод конденсатора является входом смещения модуля, а второй или третий торец приемной антенны подключен к входу постоянного потенциала.

Предложенные варианты модуля доплеровского радиолокатора имеют следующие новые признаки по сравнению с прототипом: наличие резистора, фильтрующего элемента, а также дросселя и конденсатора с соответствующими связями.

Резистор предназначен для обеспечения нулевого или обратного смещения смесительного диода в отсутствие сигналов, принимаемых антенной.

Дроссель и конденсатор предназначены для фильтрации сигналов помех.

Применение RL и RC фильтров известно из других технических решений для фильтрации сигналов. Однако в данной совокупности признаков не является очевидным включение резистора, дросселя и конденсатора, обеспечивающее достижение указанного положительного эффекта.

Фильтрующий элемент, использующийся в модуле по первому варианту, предназначен для выхода модуля. Представляя собой значительное сопротивление для СВЧ сигнала, фильтрующий элемент обеспечивает связь по постоянному току первого вывода резистора и второго вывода смесительного диода.

Таким образом, перечисленная совокупность отличительных признаков не была обнаружена автором в доступной патентной и технической литературе, где бы она проявляла такие же свойства, что и в предложенном техническом решении. Поэтому, по мнению автора, предложенный модуль доплеровского радиолокатора соответствует критериям изобретения "новизна" и "неочевидность".

На фиг.1 представлена схема модуля доплеровского радиолокатора по первому варианту, на фиг.2 по второму.

Модуль доплеровского радиолокатора по первому варианту содержит генерирующий элемент 1, приемную полосковую антенну 2, смесительный диод 3, резистор 4, конденсатор 5, дроссель 6, фильтрующий элемент 7, вход 8 смещения, выход 9, элемент 10 связи с соответствующими связями.

Модуль доплеровского радиолокатора по второму варианту содержит генерирующий элемент 1, приемную полосковую антенну 2, смесительный диод 3, резистор 4, конденсатор 5, дроссель 6, выход 9, вход 11 постоянного потенциала с соответствующими связями.

Оба варианта модуля имеют одинаковый принцип работы и представляют собой доплеровскую систему гетеродинного типа.

Элемент 1 генерации генерирует и излучает в пространство СВЧ энергию с частотой f_o. Энергия колебаний, отраженная от движущего объекта, принимается антенной 2 на частоте где v скорость перемещения объекта; λ_o длина волны, излучаемая элементом 1.

Часть излученной элементом 1 мощности передается непосредственно на антенну 2. Элемент 10 связан свободно пропускает СВЧ колебания на смесительный диод 3. В качестве элемента 10 связи может быть использован волновод, СВЧ конденсатор или другой элемент, пропускающий СВЧ колебания.

Использующийся в первом варианте устройства фильтрующий элемент 7 представляет собой значительное сопротивление для СВЧ колебаний, поэтому он предотвращает утечку СВЧ энергии из антенны 2 через выход 9 модуля, фильтрующий элемент 7 может представлять собой дроссель такой индуктивности или для более высоких частот отрезок проводника.

В то же время элемент 7 обеспечивает гальваническую связь первого вывода резистора 4 и второго вывода диода 3.

Мощность излучения, принимаемая антенной 2, должна обеспечивать отпирание диода 3 без дополнительной подпитки его током. В этом случае на выходе 9 модуля выделяется напряжение
U=U_{пр.макс}-U^*,
где U_{пр.макс} максимальное напряжение на первом торце антенны 2; U^* прямое падение напряжения на диоде 3.

Так как большую часть периода колебаний напряжение на первом торце антенны 2 ниже максимального, то все это время на диоде 3 напряжение менее U^*, т. е. диод 3 заперт. В результате входное сопротивление диода 3 резко возрастает по сравнению с прототипом.

Кроме того, появляющееся смещение на диоде 3 является оптимальным с точки зрения его использования как смесителя (см. М.К.Белкин и др. Справочник по учебному проектированию приемно -усилительных устройств. -Киев: Высшая школа, 1988, с. 199).

В те моменты, когда напряжение на первом торце антенны имеет максимальное значение, диод 3 открывается и перемножает сигнал, принятый антенной 2 непосредственно от элемента 1, и отраженный от объекта сигнал с частотой
В результате на выходе модуля 9 напряжение имеет частоту

где f_д доплеровская частота.

В устройстве по второму варианту гальваническая связь первого вывода резистора 4 и второго вывода диода 3 обеспечивается непосредственно антенной 2. Утечки СВЧ энергии из антенны 2 в этом случае не произойдет, так как второй торец антенны 2 не является активным, и на нем имеет место виртуальный нуль потенциала для СВЧ сигнала. (Активными являются первый торец антенны 2, к которому подключен диод 3, и противоположный к нему торец; торцы, смежные с активными, активными не являются).

Резистор 4 предназначен для задания нулевого смещения на диоде 3, что обеспечивает запертое состояние диода 3 большую часть периода колебаний частотой f_o.

Генерирующий элемент 1 работает в импульсном режиме, т.е. частота f_o излучается в пространство не непрерывно, а только в короткие промежутки времени с частотой ≈ 1 кГц. Огибающая амплитуды импульсов на выходе 9 модуля и является доплеровским сигналом.

Дроссель 6 и конденсатор 5 предназначены для отфильтровывания помех от полезного сигнала на выходе 9 и замыкания помех на постоянный потенциал входа 8 смещения. Через конденсатор 5 замыкаются на вход 8 все сигналы помех с высокой частотой. Для этого значение параметра RC выбирается равным T_и/5, где T_и длительность импульса включения генератора 1.

Для фильтрации помех с низкой частотой, значение индуктивности дросселя выбирается из соотношения L/R 1-3T_и.

При выполнении приведенных выше соотношений искажается форма импульсов, но их амплитуда, несущая информацию об огибающей, практически не изменяется.

Кроме того, для исключения генерации в RLC колебательном контуре, необходимо выполнение условия

Изобретение относится к радиотехнике, а точнее к приборам обнаружения перемещения человека и различных предметов, и может быть использовано для охранной сигнализации в различных помещениях. Целью изобретения является повышение помехоустойчивости модуля. Поставленная цель достигается тем, что модуль содержит резистор 4, концентратор 5, дроссель 6. Резистор 4 обеспечивает нулевое смещение на смесительном диоде 3. Генератор 1 работает в импульсном режиме. Вследствие этого появляется возможность отфильтровывать с помощью конденсатора 5 и дросселя 6 все сигналы помех, параметры которых отличаются от параметров полезных импульсных сигналов. 2 с.п. ф-лы, 2 ил.

1. Модуль доплеровского радиолокатора, содержащий генерирующий элемент, полосковую приемную антенну, соединенную через элемент связи с первым выводом смесительного диода, фильтрующий элемент, резистор, первые выводы которых объединены, конденсатор, первый вывод которого является выходом модуля, отличающийся тем, что введен дроссель, первый вывод которого соединен с первыми выводами фильтрующего элемента, резистора и конденсатора, а второй вывод с вторыми выводами смесительного диода, резистора и конденсатора и является входом смещения, второй вывод фильтрующего элемента соединен с первым выводом смесительного диода, а полосковая антенна выполнена прямоугольной формы. 2. Модуль доплеровского радиолокатора, содержащий генерирующий элемент, полосковую приемную антенну, первый торец которой соединен с первым выводом смесительного диода, резистор, конденсатор, первый вывод которого является первым входом постоянного потенциала, а второй вывод выходом модуля, отличающийся тем, что введен дроссель, первый вывод которого соединен с первым выводом резистора и вторыми выводами смесительного диода и конденсатора, полосковая антенна имеет прямоугольную форму, а ее второй торец, смежный с первым, соединен с вторыми выводами дросселя и резистора, второй или третий торцы приемной антенны подключены к второму входу постоянного потенциала, причем третий торец полосковой антенны является смежным с ее первым торцом.