РАДИОЛУЧЕВОЙ ИЗВЕЩАТЕЛЬ ОХРАНЫ, СПОСОБ ЕГО УСТАНОВКИ И УЗЕЛ КРЕПЛЕНИЯ СВЧ ДИОДА ДЛЯ НЕГО Российский патент 1998 года по МПК G08B13/18 G08B13/24 H01P1/00 

Изобретение относится к области охранной сигнализации и волноводной техники СВЧ, в частности, к устройствам и способам для формирования радиолучевой зоны между разнесенными в пространстве передатчиком и приемником СВЧ поля обнаружения человека, вторгающегося в эту зону.

Радиолучевые извещатели (системы, сенсоры, датчики) широко известны в технике охраны. Зону обнаружения формируют с помощью антенн, устанавливаемых на противоположных сторонах охраняемого рубежа и направляемых встречно максимумами диаграмм направленности. Способ формирования антенны на рубеже определяет пространственные размеры зоны. Если размеры излучающей апертуры антенны меньше 0,2-0,3 м, то при использовании устройства на протяженных рубежах охраны антенны устанавливают на высоте 1,0-1,5 м над грунтом. При этом имеет место следующий недостаток. Мелкие птицы и животные могут полностью перекрыть радиолуч и создать помеху, превышающую по амплитуде сигнал от человека. При выпадении на грунт слоя мокрого снега изменяется относительная высота установки антенны, что вызывает многократное изменение интенсивности принимаемого поля из-за интерференции прямого и отраженного от грунта радиолучей. От места установки антенны до места касания радиолучом грунта существует "мертвая зона" по обнаружению. Известный недостаток устраняют путем увеличения до 1,0-1,5 м вертикального размера апертуры антенн и установкой нижнего края апертуры над уровнем грунта. При этом многократно возрастает отношение полезный сигнал/помеха, исчезают "мертвые зоны". На коротких по протяженности, локальных рубежах охраны в условиях городской застройки и в помещениях перечисленные помеховые факторы отсутствуют. В целях маскировки и удобства размещения в этом применении наоборот уменьшают габариты антенн и устройства в целом, компенсируя ухудшение направленных свойств антенн выбором места установки антенн среди отражающих радиолучи стен и конструкций.

Таким образом, для расширения функциональных возможностей устройства по применению и на протяженных, и на локальных рубежах охраны необходимо решить проблему изменения размеров апертур антенн устройства в каждом из вариантов его применения.

Известно устройство "Система обнаружения вторжения" (патент США N 3877002, кл. G 08 В 13/24 1975).

Устройство предназначено для блокирования протяженных (до 300 м) рубежей охраны, содержит передатчик и приемник. В передатчике содержатся антенна, СВЧ генератор и передающий электронный блок. В передающем блоке размещены модулятор (мультивибратор) и стабилизатор амплитуды импульсов для управления генератором. Модулятор вырабатывает модуляционный импульсный сигнал в форме "квадратная волна" со скважностью два. Стабилизатор определяет режим работы СВЧ генератора по току и напряжению. Генератор содержит СВЧ активный генераторный элемент (лавинно-пролетный диод) и отдельный резонаторный корпус с волноводным выходом (соединителем), подключенным к волноводному входу антенны. Антенна содержит зеркальный отражатель в форме "параболоид вращения" и волноводный облучатель. Диаметр отражателя 0,3 м, длина волны λ = 0,03 м.

Облучатель содержит волноводный вход, питающий отрезок волновода и щелевой излучатель поля в форме концентрической щели, ориентированной по направлению излучения на зеркало антенны.

Питающий волновод служит несущей конструкцией для размещения излучателя в фокусе отражателя. Передающая антенна излучает непрерывную последовательность радиоимпульсов в форме "квадратная волна" с частотой модуляции, определяемой модулятором. Приемник содержит аналогичную антенну, СВЧ смеситель (детектор) и приемный электронный блок СВЧ смеситель содержит активный смесительный элемент (диод Шоттки), отдельный резонаторный корпус с волноводным входом (соединителем) и узлом крепления СВЧ элемента, через волноводный вход подключенный к входу антенны.

СВЧ смеситель детектирует принимаемый антенной СВЧ сигнал, выделяет сигнал на частоте модуляции. Огибающая амплитуды модуляционного сигнала содержит полезный сигнал. Приемный блок содержит последовательно соединенные: входной усилитель-фильтр частоты модуляции с регулируемым коэффициентом усиления, охваченный цепью АРУ, амплитудный детектор огибающей, фильтр полезного сигнала с полосой пропускания 0,05-10,0 Гц и порогово-исполнительную релейную схему.

Нижняя граница полосы пропускания фильтра полезного сигнала определена постоянной времени цепи АРУ. Выход исполнительной схемы (контакты реле) является выходом блока и устройства в целом, подключается к внешним аппаратам охраны, регистрирующим факт сигнала тревоги.

Сходные технические признаки с признаками заявляемого изобретения: антенна, облучатель, питающий волновод, зеркальный отражатель, СВЧ генераторный и смесительный активные элементы, модулятор, стабилизатор импульсов, передающий и приемный электронные блоки, входной усилитель-фильтр модуляционных сигналов с управляемым цепью АРУ коэффициентом усиления,амплитудный детектор огибающей модулированного сигнала, фильтр полезного сигнала, порогово-исполнительная релейная схема.

Устройство и способ его установки обладают известным недостатком: установка антенн на высоте 1,5 м над поверхностью грунта обуславливает низкую помехоустойчивость, вблизи антенн существуют "мертвые зоны" по обнаружению. Другими существенными недостатками устройства являются: ограниченные функциональные возможности по применению на локальных рубежах охраны, сложность конструкции, низкая экономичность по потреблению энергии от источников питания и повышенный уровень мощности радиоизлучения.

Ограничение функций определено тем, что устройство представляет собой цельную конструкцию при больших габаритах параболического отражателя. При снятом отражателе облучатель антенны нельзя использовать в качестве малогабаритной самостоятельной антенны для блокирования локальных рубежей охраны, так как элементы конструкции электронного блока оказываются размещенными в створе диаграммы направленности облучателя. Сложность обусловлена наличием в конструкции волноводных соединений отдельных технологически сложных корпусов СВЧ генератора и смесителя. Низкая экономичность и повышенный уровень радиоизлучения определены режимом излучения СВЧ генератора при скважности два. В устройстве отсутствуют технические признаки, позволяющие увеличить скважность импульсного излучения и этим снизить среднюю потребляемую и излучаемую СВЧ генератором энергию.

Наиболее близким к предлагаемому является устройство (патент США N 4079361, Кл. G 08 В 13/18, 1978). Ранее упомянутый известный недостаток устранен тем, что в устройство введена антенна с увеличенным до 1,5 м вертикальным размером апертуры, устанавливаемая нижней стороной на уровне грунта. Устройство содержит передатчик и приемник. В передатчике содержатся: СВЧ антенна, СВЧ генератор и передающий электронный блок, в котором размещены модулятор (симметричный мультивибратор), вырабатывающий импульсы модуляции "квадратная волна" и стабилизатор амплитуды импульсов. СВЧ генератор содержит СВЧ генераторный активный элемент (диод Гана), резонаторный корпус, узел крепления СВЧ элемента, волноводный выход (соединитель). Выход стабилизатора подключен к СВЧ элементу. В приемнике содержится СВЧ детектор (диод Шоттки) и приемный электронный блок, в котором размещены последовательно включенные: предусилитель частоты модуляции, резонансный усилитель частоты модуляции, амплитудный детектор огибающей модуляционных колебаний, фильтр полезного сигнала, пороговая схема и исполнительно релейная схема. Предусилитель и резонансный усилитель с регулируемым коэффициентом усиления можно представить одним функциональным элементом "входной усилитель-фильтр модуляционной частоты с регулируемым коэффициентом усиления". Между выходом фильтра полезного сигнала и вторым входом усилителя-фильтра включена цепь АРУ. Выход исполнительной схемы является выходом блока и устройства в целом.

СВЧ антенна содержит облучатель и зеркальный отражатель, выполненный в форме "удлиненный параболический цилиндр", с прямоугольной апертурой 1,5 х 0,3 м. Антенну устанавливают на грунт таким способом, чтобы большая сторона апертуры была вертикальна к поверхности грунта. Облучатель содержит линейный отрезок волновода прямоугольного сечения и размещенную вдоль волновода группу из N элементарных излучателей поля, представляющих в своей пространственной совокупности фазированную линейную решетку излучателей. Жесткие стенки волновода выполняют роль несущей решетку излучателей конструкции. Излучатели выполнены в форме щелей в стенке волновода. Питающий волновод и решетка разделены на две симметричные части, для питания каждой из которых в центре встроен волноводный вход (соединитель), к которому подключается волноводный вход СВЧ генератора или СВЧ смесителя, соответственно, в приемнике или в передатчике. У каждого из двух концов питающего волновода размещены согласованные СВЧ нагрузки.

Известный способ применения устройства состоит в следующем. Линейную фазированную решетку вместе с волноводом размещают вдоль фокальной оси отражателя, большую сторону апертуры размещают вертикально к поверхности грунта, диаграммы антенн направляют встречно по максимумам направленного излучения.

Сходными техническими признаками изобретения с признаками известного устройства являются: активные СВЧ генераторный и смесительный элементы, передающий электронный блок, модулятор, стабилизатор амплитуды импульсов, приемный электронный блок, входной усилитель-фильтр модуляционного сигнала с регулируемым коэффициентом усиления, амплитудный детектор, фильтр полезного сигнала, порогово-исполнительная релейная схема, схема АРУ, СВЧ антенна, содержащая отражатель и облучатель, выполненный в форме отрезка линейного питающего волновода, вдоль которого размещена группа из N элементарных излучателей в своей совокупности представляющая фазированную линейную антенную решетку излучателей, у одного из концов волновода размещена поглощающая СВЧ нагрузка, жесткие стенки волновода выполняют роль несущей излучатели конструкции. Отражатель выполнен в форме "параболический цилиндр" с прямоугольной апертурой, одна сторона которой много больше другой стороны. Большую сторону апертуры устанавливают вертикально по отношению к поверхности грунта. Линейную фазированную антенную решетку и питающий волновод облучателя размещают вдоль фокальной оси отражателя, направляют максимумы диаграмм направленности антенн приемника и передатчика навстречу друг другу. Существенными недостатками устройства и способа его установки являются: ограниченные возможности по применению на локальных рубежах охраны, сложность конструкции, низкая экономичность по потреблению энергии от источников питания, повышенный уровень мощности радиоизлучения.

Ограничение функций определено тем, что при выбранной в устройстве геометрии и способе применения системы длина облучателя равна длине увеличенной до 1,5 м вертикальной стороне апертуры. Это исключает возможность использования облучателя в качестве самостоятельной малогабаритной антенны для блокирования локальных рубежей охраны.

Сложность конструкции обусловлена тем, что при длине облучателя 1,5 м и длине волны λ = 1,5 м электрическая длина фазированной решетки достигает ста длин волн. Высокие требования к геометрической точности выполнения элементов решетки усложняют ее изготовление. В длинной решетке нецелесообразно использовать дешевые металлодиэлектрические и полосковые волноводы из-за больши диэлектрических потерь СВЧ энергии в диэлектрике.

Устройство содержит волноводные соединители, отдельные корпуса СВЧ генератора и смесителя, дополнительно усложняющие конструкцию. Низкая экономичность и повышенный уровень радиоизлучения определены режимом импульсного излучения СВЧ генератора при скважности два. В устройстве отсутствуют технические признаки, позволяющие многократно увеличить скважность импульсного радиоизлучения и снизить потребляемую и излучаемую мощность СВЧ генератора.

Известно устройство СВЧ узел настройки (авт.св. СССР N 1228164, кл. Н 01 Р 1/00, 1986, Бюл. N 16), позволяющее упростить конструкцию извещателя, удалив из нее отдельные корпуса генератора и волноводные входы (соединители), если активный СВЧ элемент установлен непосредственно в питающем волноводе облучателя. Устройство содержит отрезок прямоугольного волновода, на одной из широких стенок которого своим первым электродом закреплен корпус СВЧ диода патронного типа, к другому электроду диода присоединен резонаторный металлический диск, размещенный параллельно широким стенкам, на кромке диска установлено металлическое кольцо с возможностью перемещения кольца относительно диска перпендикулярно широкой стенке. Ось диода размещена на расстоянии четверти длины волны от короткозамкнутого конца отрезка волновода.

Настоящее изобретение содержит следующие сходные технические признаки с признаками известного узла: отрезок прямоугольного волновода, СВЧ диод патронного типа, помещенный внутрь волновода, первый электрод диода закреплен на одной из широких стенок внутри волновода, к второму электроду диода присоединен металлический диск, конец отрезка волновода, у которого размещен СВЧ элемент, короткозамкнут.

Недостатками известного узла являются: низкая стабильность и обуженные пределы диапазона настраиваемых частот. Низкая стабильность частоты обусловлена тем, что при температурных колебаниях и вибрациях может изменяться положение точки электрического контакта между первым электродом диода и широкой стенкой волновода, что вызывает изменение частоты. Узкий диапазон настройки частот обусловлен наличием металлического кольца при отсутствии возможности перемещать корпус диода перпендикулярно широкой стенке без разборки конструкции.

Целями изобретения являются: расширение функциональных возможностей устройства по применению, упрощение конструкции, повышение экономичности по энергопотреблению и снижение среднего уровня мощности радиоизлучения.

Для реализации этих целей в изобретении поставлены следующие технические задачи:
1) изменить геометрию антенной системы и, сохранив возможность использования в устройстве крупногабаритного отражателя (1,5 х 0,3 м), многократно уменьшить длину фазированной антенной решетки облучателя, создать условия, при которых малогабаритный облучатель при удаленном отражателе может выполнять функции малогабаритной самостоятельной антенны для блокирования коротких, локальных рубежей охраны;
2) исключить из конструкции трудоемкие в изготовлении отдельные корпуса СВЧ генератора, СВЧ смесителя, волноводные соединители;
3) увеличить скважинность импульсного радиоизлучения.

Упомянутая техническая задача 1) в настоящем изобретении решена тем, что в известный радиолучевой извещатель и способ его установки, содержащий разнесенные в пространстве и корреспондирующие между собой по направленному СВЧ полю антенны, передающий электронный блок, в котором размещены последовательно соединенные модулятор и стабилизатор импульсов, активный СВЧ генераторный элемент; приемный электронный блок, содержащий последовательно включенные активный СВЧ смесительный элемент, входной усилитель - фильтр частоты модуляции с регулируемым по второму входу коэффициентом усиления, амплитудный детектор огибающей модулированных сигналов, фильтр полезного сигнала, порогово-исполнительная релейная схема, схема АРУ, подключенная между выходом фильтра полезного сигнала и вторым входом усилителя-фильтра, выход исполнительной схемы, являющийся выходом блока и устройства в целом; упомянутая антенна, содержащая линейный волноводный облучатель и зеркальный отражатель, выполненный в форме "параболический цилиндр", одна сторона апертуры отражателя много больше ее другой стороны; облучатель, содержащий линейный отрезок СВЧ волновода и закрепленную вдоль волновода группу из N элементарных излучателей СВЧ поля, представляющую в своей совокупности фазированную антенную решетку излучателей, у первого конца волновода размещена СВЧ поглощающая нагрузка, на блокируемом рубеже большую сторону апертуры антенны устанавливают вертикально к поверхности грунта, короткую нижнюю сторону апертуры устанавливают на уровне грунта, линейный облучатель устанавливают вдоль фокальной оси отражателя, согласно настоящему изобретению введены следующие усовершенствования: отражатель выполнен в форме "укороченный параболический цилиндр", с параллельной короткой стороне апертуры фокальной осью, в волновод облучателя у его второго конца встроен узел крепления СВЧ активного СВЧ элемента, нижний конец волновода жестко закреплен на корпусе электронного блока, совокупность элементов конструкции: облучатель, электронный блок и узел крепления выделены в отдельную конструктивную сборку - "антенный модуль", все составляющие элементы модуля вынесены за пределы углов раствора диаграммы направленности линейной антенной решетки излучателей; на модуле и отражателе закреплены части разъемного механического соединения; на протяженных рубежах охраны устанавливают систему "отражатель-антенный модуль", на локальных рубежах охраны отделяют отражатель и устанавливают только антенный модуль.

Упомянутая техническая задача 2) решена тем, что в известный СВЧ узел крепления СВЧ диода патронного типа, содержащий отрезок прямоугольного питающего волновода, внутри которого на одной из широких стенок закреплен первый электрод диода, к второму электроду диода присоединен металлический диск, размещенный параллельно широким стенкам волновода, - введены следующие усовершенствования: крепление первого электрода осуществлено через цилиндрическую металлическую втулку, закрепленную резьбовым соединением в выполненном в широкой стенке отверстии, глубина погружения нижней части втулки в волновод ограничена контргайкой, закрепленной на верхней части втулки, первый электрод диода закреплен в глухом отверстии, выполненном соосно со стороны нижнего конца втулки с обеспечением возможности перемещения диода вдоль оси втулки, во втулке выполнено второе сквозное отверстие, ось которого смещена по диаметру параллельно оси втулки, в сквозное отверстие установлена вторая диэлектрическая втулка, через которую в волновод введен металлический стержневой вывод, длина которого превышает совокупную длину металлической втулки и диода, нижний конец вывода закреплен на металлическом диске, а верхний выступающий конец вывода является электрическим выходом СВЧ узла.

Упомянутая техническая задача 3) в настоящем изобретении решена тем, что в радиолучевом извещателе, усовершенствованном по задаче 1) модулятор выполнен в виде генератора пачек периодически повторяющихся импульсов; в приемнике между амплитудным детектором огибающей и фильтром полезного сигнала последовательно включены усилитель видеоимпульсов и амплитудный детектор видеоимпульсов.

На фиг. 1 представлено устройство и антенный модуль для него; на фиг. 2 - схема установки устройства на открытых протяженных рубежах охраны; на фиг. 3 - схема установки антенных модулей устройства на локальных рубежах охраны; на фиг. 4 - упрощенный пример конструкции антенного модуля; на фиг. 5 - упрощенная конструкция узла крепления СВЧ диода патронного типа в прямоугольном металлическом волноводе; на фиг. 6 - функциональная электрическая схема устройства; на фиг. 7 - пример функциональной схемы модулятора.

Устройство содержит передатчик и приемник, выполненные в одинаковых конструктивах, далее по тексту "конструкция устройства" (фиг.1). Конструкция устройства разделена на две отдельные самостоятельные части: антенный модулятор 1 и зеркальный отражатель 2. Отражатель 2 выполнен в форме "укороченный параболический цилиндр" с прямоугольной излучающей апертурой 3. Апертуру 3 устанавливают вертикально по отношению к подстилающей поверхности грунта 4. Вертикальный размер апертуры (до 1,5 м) много больше ее горизонтального размера (до 0,3 м). Нижний край апертуры располагают у поверхности грунта. Фокальная ось ff' отражателя параллельна короткой стороне апертуры. Антенный модуль 1 содержит линейную фазированную решетку 5 излучателей. Модуль 1 и отражатель 2 взаимно располагают таким образом, чтобы линейная решетка 5 находилась вдоль фокальной оси ff' отражателя. Диаграмма направленного излучения решетки 5 определена углами раствора θ1 в плоскости продольной оси решетки, и θ2 в поперечной плоскости к оси решетки. Угол θ1 определен электрической длиной решетки. Угол θ2 приближается к 180^o с плавным спадением интенсивности излучаемого поля на предельных углах, и поэтому отражатель 2 может быть выполнен в короткофокусном варианте.

Длина волны излучаемого поля выбрана из условия L ≤ 2H/λ = 300 м и составляет величину λ≤ 0,015 м. Н = 1,5 м. При этом условии отражатель 2 формирует вдоль рубежа почти параллельный поток Е радиолучей. Многолучевое распространение поля приводит к снижению уровня интерференционных помех. Теория компенсации интерференционных помех путем использования антенных систем с большим вертикальным размером апертуры изложена в упомянутом патенте США N 4079381. Установка антенного модуля 1 на протяженном рубеже может быть осуществлена, например, с помощью поворотного кронштейна 6 на опорной стойке 7. Крепление отражателя 2 к модулю 1 осуществлено разъемным соединением 8, в данном примере болтовым, с использованием дополнительных жестких стенок 9, скрепленных с отражателем (показано пунктиром). Если боковые стенки 9 выполнены из металла, то рассматриваемая антенная система может быть отнесена к известному типу антенн "пил-бокс". Зона обнаружения 10, формируемая антеннами с большим вертикальным размером на протяженных рубежах охраны представлена на фиг. 2. Приемная 11 и передающая 12 антенны установлены на противоположных сторонах рубежа. Цель 13 (человек) и помеха 14 (мелкое животное) в потоке параллельных лучей создают отличающиеся по амплитуде сигналы, что позволяет отличить полезный сигнал от помех.

При блокировании локальных рубежей охраны отсоединяют и удаляют отражатель 2 с помощью разъемного соединения 8. Локальная зона обнаружения 17 формируется антенными решетками передающего и приемного антенных модулей 15,16. "Мертвые зоны" 18 вблизи места установки модулей не препятствуют использованию устройства по назначению (блокирование окон и дверей).

Антенный модуль (фиг. 4) содержит следующие составные части: линейный облучатель 19, корпус 20 электронного блока, плату 21 с размещенными на ней компонентами электронной схемы. Облучатель и плата жестко закреплены на корпусе блока. Облучатель 19 содержит в рассматриваемом варианте отрезок металлического волновода 22 прямоугольного сечения, узел крепления 23 активного СВЧ элемента и соединитель 24. В верхней части I волновода у его первого конца размещены: согласованная СВЧ нагрузка 25 и группа 26 из N излучателей СВЧ поля, представляющих в своей совокупности линейную антенную фазированную решетку излучателей. В приведенном примере излучатели выполнены в форме щелей, прорезанных в узкой стенке волновода через кратные четверти длины волны расстояния друг от друга. В других конструктивных исполнениях волновод, решетка и узел крепления могут быть выполнены, например, в полосковом, металлодиэлектрическом исполнении.

Жесткие стенки волновода выполняют роль несущей излучатели конструкции. Узел крепления 23 встроен в нижнюю часть II волновода, в узле установлен активный СВЧ элемент, расстояние между короткозамкнутым вторым концом волновода и местом установки элемента равно четверти длины в волноводе. Длина нижней части II волновода 22 выбрана так, чтобы все конструктивные элементы антенного модуля оказались вынесенными за пределы углов раствора диаграммы направленности θ1 и θ2 (фиг.1) антенной решетки 5.

Для крепления разъемным болтовым соединением 8 антенного модуля 1 к отражателю в настоящем примере предусмотрен фланец 27, выполненный на корпусе 20. Для автономного использования антенного модуля на открытом воздухе в состав модуля может быть дополнительно введен защитный радиопрозрачный обтекатель 28, закрепляемый на корпусе 20 над облучателем.

Узел крепления СВЧ диода патронного типа, например, генераторного СВЧ диода ЗА 118 (диод Гана), представлен в разрезе на фиг.5. В нижней части отрезка упомянутого прямоугольного волновода 22 в резьбовом отверстии на широкой стенке закреплена цилиндрическая металлическая втулка 29. Глубина погружения нижней части втулки в волновод ограничена контргайкой 30, закрепленной на верхней части втулки, первый электрод диода 31 патронного типа закреплен пайкой в глухом отверстии, выполненном соосно со стороны нижнего конца втулки с обеспечением возможности перемещения диода вдоль оси втулки при установке в отверстии. К второму электроду диода 31 пайкой присоединен металлический диод 32, размещенный параллельно широким стенкам волновода 22. Во втулке выполнено второе сквозное отверстие, ось которого смещена по диаметру параллельно оси втулки. В сквозном отверстии установлена на клею вторая диэлектрическая втулка 33, через которую в волновод введен металлический стержневой вывод 34, длина которого превышает совокупную длину втулки и диода, нижний конец вывода 34 закреплен пайкой на металлической диске 32, а верхний выступающий конец вывода 34 и корпусной вывод 35 являются электрическим выходом узла. Данная конструкция позволила исключить из узла разъемные контактные соединения диода. Грубая настройка на требуемую резонансную частоту осуществляется выбором расстояния А между диском 32 и нижним торцевым концом втулки 29, выбором диаметра Б и толщины В диска 32, выбором расстояния между осями втулки 29 и вывода 34. Точная настройка узла на генерируемую частоту и уровень мощности СВЧ поля осуществляется перемещением в резьбовом отверстии волновода втулки 29, выбором угла поворота втулки 29 относительно оси волновода, и перемещением короткозамыкающего волновод прямоугольного поршня 36, который после настройки опаивается по контуру. Конструкция рассчитана на эксплуатацию в условиях от минус 50 до 50^oС, при мощности излучения в импульсе до 0,2 Вт, скважности импульсного излучения - не менее 50.

Принцип действия устройства поясняется функциональными схемами (фиг. 6,7). На передающей стороне размещен передающий электронный блок 37, в котором последовательно подключены: модулятор 38, стабилизатор импульсов 39, активный генераторный СВЧ элемент 40 (диод Гана), размещенный в волноводе облучателя 41. В верхней части облучателя встроена линейная фазированная антенная решетка 42 из N излучателей и поглощающая СВЧ нагрузка 43. Модулятор 38 формирует "пачки" низкочастотных импульсов в форме "квадратная волна". Частота следования импульсов в пачке равна модуляционной частоте устройства. Удвоенное отношение периода повторения пачек к длительности пачки равно скважности импульсной последовательности. Стабилизированные по напряжению (или току) управляющие импульсы поступают на СВЧ элемент 40, который в момент прохождения импульса управления генерирует импульс СВЧ поля. Энергопотребление СВЧ элемента 40 и средняя мощность радиоизлучения определены скважностью импульсной последовательности и с увеличением скважности уменьшаются. В приведенном примере выбраны следующие параметры излучения. Количество импульсов в пачке 16, длительность импульса 5 мкс, скважность 100, средняя потребляемая мощность от источников питания 0,2 Вт, средняя мощность излучения 0.0015 Вт, СВЧ поле излучается через N излучателей решетки 42, СВЧ нагрузка 43 обеспечивает распространение СВЧ поля в волноводе облучателя в режиме "бегущая волна". Составные позиции 37-43 входят в состав "передающего антенного модуля".

На приемной стороне соответственно размещен "приемный антенный модуль", содержащий волноводный облучатель 44, аналогичный по конструкции облучателю 41, и приемный электронный блок 45. В приемном блоке последовательно соединены: входной усилитель-фильтр модуляционного сигнала 49, амплитудный детектор огибающей 50 модуляционного сигнала, видеоусилитель 51, детектор видеоимпульсов 52, фильтр 53 полезного сигнала порогового-исполнительная релейная схема 54. Принимаемое приемной фазированной антенной решеткой 46 СВЧ поле поступает на СВЧ детекторный элемент 47 (диод Шоттки), выделяющий радиоимпульсы, длительность которых равна длительности "пачки" с заполнением на частоте модуляции. СВЧ нагрузка 48 обеспечивает в волноводе режим "бегущей волны". Элементы функциональной приемной схемы размещены в приемном электронном корпусе 45. Радиоимпульсы последовательно усиливаются усилителем-фильтром 49 модуляционной частоты с управляемым по второму входу коэффициентом усиления. В приведенном примере усилитель-фильтр содержит резонансную цепь, настроенную на частоту модуляции, с постоянной времени, равной шестнадцати периодам частоты модуляции. Поэтому усилитель-фильтр выполняет роль интегратора радиоимпульса, отделяющего случайные и помеховые сигналы с другими частотами модуляции. С выхода усилителя-фильтра радиоимпульсы детектируются детектором 50 амплитуды огибающей, затем видеоимпульсы усиливаются видеоусилителями 51, огибающая амплитуды видеоимпульсов выделяется на выходе детектора 52 видеоимпульсов и поступает на фильтр полезных сигналов 53. Фильтр 53 представлен фильтром нижних частот с верхней частотой среза около 10,0 Гц. Выходной сигнал с фильтра 53 поступает на порогово-исполнительную схему 54 и схему АРУ 55, управляющую по второму входу коэффициентом усиления усилителя-фильтра 49. Постоянная времени цепи АРУ выбрана так, чтобы нижняя полоса пропускания приемного усилительного тракта ограничивалась по минимуму частотой 0,01-0,03 Гц. Таким образом, полоса пропускания полезного сигнала, поступающего на вход схемы 54, ограничена пределами 0,03-10 Гц. Это соответствует максимальной и минимальной частотам спектра полезного сигнала при движении человека в зоне обнаружения с максимальной и минимальной скоростями. Амплитуда полезного сигнала сравнивается с заданным пороговым уровнем, выставляемым в порогово-исполнительной схеме. При превышении амплитудой полезного сигнала порогового уровня порогово-исполнительная схема 54 выдает сигнал тревоги. В данном примере сигнал тревоги выдается переключателем контактов реле, подключаемых к внешним сигнализационным аппаратам охраны. На локальных рубежах охраны локальная зона обнаружения 56 формируется фазированными решетками 42 и 46 соответственно приемного и передающего антенных модулей. На протяженных рубежах решетки 42,46 устанавливаются вдоль фокальных осей крупногабаритных зеркальных отражателей 57 и 58, формирующих протяженную зону обнаружения 59.

В приведенном примере модулятор 38 (фиг.7) содержит симметричный мультивибратор 60, ассиметрический мультивибратор 61, счетчик импульсов 62 и схему И 63.

Мультивибратор 60 вырабатывает периодическую последовательность импульсов с частотой повторения, равной частоте модуляции в форме "квадратная волна". Импульсы поступают на счетный вход счетчика 62 и на первый вход схемы И 63. Ассиметричный мультивибратор вырабатывает импульсы запуска с периодом повторения "пачек" импульсов и управляет запуском счетчика 62. Счетчик 62 начинает счет и обнуляется после своего заполнения сигналом своего второго выхода, подаваемого на третий вход счетчика. На первом выходе счетчика 62 формируется импульс, длительность которого равна заданному количеству импульсов модуляционной частоты. Этот сигнал подается на второй вход схемы И 63, на выходе которой формируется пачка импульсов, управляющая стабилизатором импульсов 39. Составные позиции 47-55 входят в состав "приемного антенного модуля".

Устройство и способ обеспечивают сигнальное блокирование охраняемых объектов при вторжении посторонних лиц на протяженных участках периметра до 500 м открытой местности и в условиях городской застройки, протяженностью до 100 м. Устройство регистрирует создаваемые телом человека возмущения электромагнитного микроволнового поля, посылаемого направленными антеннами от передатчика к приемнику. На протяженных участках открытой местности, длиной свыше 100 м, в антеннах устанавливается съемное зеркало с вертикальным размером апертуры до 0,75-1,5 м, что позволяет сформировать практически плоскую зону обнаружения заборного типа и многократно ослабить помеховое влияние подстилающей поверхности, мелких птиц и животных. Способ установки зеркала на местности и взаимного размещения облучателя и зеркала позволяет использовать в конструкции укороченную линейную фазированную решетку излучателя длиной не более 0,2-0,3 м, конструктивно объединенную с корпусами передатчика и приемника в портативные антенные соответственно приемный и передающий модули. На участках городской застройки (ограждения, здания, входные порталы, объем помещений) крупногабаритные зеркала удаляются, а антеннами служат облучатели антенных модулей. Узел крепления генераторного диода в волноводе облучателя обеспечивает повышенную надежность электрических контактов и простоту настройки. В блок-схему устройства введены генератор пачек импульсов, видеоусилитель и видеодетектор, что позволяет снизить потребляемую и излучаемую энергию. Укороченная линейная решетка позволяет использовать устройство в диапазоне частот до 50-70 ГГц. 2 с. и 2 з.п.ф-лы, 7 ил.

1. Радиолучевой извещатель охраны, содержащий разнесенные в пространстве и корректирующие между собой по направленному СВЧ-полю антенны, передающий электронный блок, в котором размещены электрически последовательно соединенные модулятор и стабилизатор импульсов, активный СВЧ-генераторный элемент, приемный электронный блок, содержащий последовательно включенные активный СВЧ-смесительный элемент, входной усилитель-фильтр частоты модуляции с регулируемым по второму входу коэффициентом усиления, амплитудный детектор огибающей модулированных сигналов, фильтр полезного сигнала, порогово-исполнительную релейную схему, схему автоматической регулировки усиления, подключенную между выходом фильтра полезного сигнала и вторым входом усилителя фильтра, выходом устройства является выход порогово-исполнительной релейной схемы, при этом каждый активный СВЧ-элемент связан с соответствующей антенной, включающей зеркальный отражатель, одна сторона апертуры которого много больше его другой стороны, и облучатель в виде отрезка СВЧ-волновода с расположенными на его оси элементарными излучателями СВЧ-поля, образующими фазированную антенную решетку, и с размещенной на первом его конце СВЧ-поглощающей нагрузкой, отличающийся тем, что каждый зеркальный отражатель выполнен в виде сегмента укороченного параболического цилиндра с параллельной короткой стороне его апертуры фокальной осью, в СВЧ-волновод у второго его конца встроен узел крепления активного СВЧ-элемента, второй конец СВЧ-волновода жестко закреплен на корпусе соответствующего электронного блока, облучатель, электронный блок и узел крепления СВЧ-элемента выделены в отдельную конструктивную сборку и вынесены за пределы раствора диаграммы направленности антенной решетки излучателей, а зеркальный отражатель выполнен с возможностью отделения посредством разъемного механического соединения. 2. Извещатель по п.1, отличающийся тем, что модулятор в передающем электронном блоке выполнен в виде генератора пачек периодически повторяющихся импульсов, в приемном электронном блоке между амплитудным детектором огибающей и фильтром полезного сигнала последовательно включены усилитель видеоимпульсов и амплитудный детектор видеоимпульсов. 3. Способ установки радиолучевого извещателя охраны, заключающийся в том, что на протяженных рубежах охраны длиной свыше 100 м большую сторону прямоугольной апертуры зеркального отражателя соответственно приемной и передающей антенн устанавливают вертикально к поверхности грунта, линейный облучатель антенного модуля размещают вдоль фокальной оси отражателя, диаграмму направленности облучателя направляют на отражатель, диаграммы направленности отражателей юстируют встречно по максимумам направленности, отличающийся тем, что при блокировании локальных рубежей охраны протяженностью до 100 м зеркальные отражатели удаляют с помощью разъемного соединения на корпусе антенного модуля, а диаграммы направленности антенных решеток облучателей юстируют встречно по максимумам направленности. 4. Узел крепления СВЧ-диода патронного типа, содержащий отрезок прямоугольного питающего волновода, внутри которого перпендикулярно к широким стенкам установлен СВЧ-диод, к второму электроду диода параллельно широким стенкам волновода присоединен плоский металлический диск, отличающийся тем, что крепление первого электрода СВЧ-диода осуществлено через цилиндрическую металлическую втулку, закрепленную резьбовым соединением с широкой стенкой волновода через отверстие в широкой стенке, глубина погружения нижней части втулки в волновод ограничена контргайкой, закрепленной на верхней части втулки, первый электрод диода закреплен в первом глухом отверстии, выполненном соосно со стороны нижнего конца втулки с обеспечением возможности перемещения диода вдоль оси втулки при закреплении, в металлической втулке выполнено сквозное второе отверстие, ось которого смещена по диаметру параллельно оси втулки, во втором отверстии установлена диэлектрическая втулка, через которую в волновод введен металлический стержневой вывод, длина которого превышает совокупную длину металлической втулки и диода, нижний конец стержневого вывода закреплен на металлическом диске, верхний конец вывода является электрическим выходом узла.