СПОСОБ ФУНКЦИОНАЛЬНОГО ПОРАЖЕНИЯ ПОЛУПРОВОДНИКОВЫХ РАДИОЭЛЕКТРОННЫХ СРЕДСТВ Российский патент 2000 года по МПК G01S13/00 G01S7/38 

Предлагаемое изобретение относится к технике борьбы с радиоэлектронными средствами различного назначения и предназначено для поиска и вывода из строя объектов, содержащих полупроводниковые радиоэлементы, в частности, может быть использовано для вывода из строя функциональных электронных цепей объектов, используемых террористами.

Известен способ [см. Кузнецов А.С., Кутин Г.И. Методы исследования эффекта нелинейного рассеяния электромагнитных волн. Зарубежная радиоэлектроника, 1985, 4, стр. 41-53] дистанционного обнаружения объектов, основанный на явлении, связанном с тем, что при облучении объектов, имеющих слабые нелинейные элементы, каковыми являются полупроводниковые приборы, в переотраженном сигнале появляются частотные составляющие, отсутствующие в спектре возбуждающего поля. Избирательный прием и анализ гармонических составляющих лежит в основе такого способа локации объектов, обладающих нелинейностью.

Известно, что если в облучаемом объекте имеются механические контакты металл-металл, то в переотраженном сигнале наибольшую интенсивность имеют нечетные гармоники несущей частоты - продукт нелинейного преобразования на переходе металл-окисел-металл. При отражении сигналов от объектов с элементами, имеющими полупроводниковые переходы, в основном появляются четные гармоники. Этот эффект, например, используют для обнаружения человека под снегом, когда в его одежду вшита дипольная антенна, нагруженная на полупроводниковый диод [см. Исследование объектов с помощью пикосекундных импульсов. Под ред. Г.В. Глебовича. М.: Радио и связь, 1984, стр. 134].

Избирательный прием гармонических составляющих от объекта переизлучения позволяет избавиться от сильных фоновых отражений, которые в ряде случаев делают невозможным использование обычных радиолокационных методов поиска и обнаружения объекта. Такой способ позволяет только обнаружить объект поиска, но не нарушает его функционирование.

Известен способ, выбранный за прототип [см. работу Панова В.В., Саркисьяна А. П. Некоторые аспекты проблемы создания СВЧ-средств функционального поражения. Зарубежная радиоэлектроника, 1993, 10, 11, 12, стр. 3-10]. Способ предназначен для функционального подавления радиоэлектронных средств и основан на использовании сверхмощного СВЧ-излучения для выведения из строя чувствительных к электромагнитным полям радиоэлементов на расстояниях до десятков и сотен километров. При воздействии СВЧ-излучения на различные полупроводниковые радиоэлементы возможны три пути развития ситуации: снижение качества функционирования объекта на время действия СВЧ-импульса; временная потеря работоспособности; необратимый выход из строя полупроводниковых радиоэлементов за счет их перегрева или полевого пробоя.

Для надежного функционального поражения радиоэлектронных схем с полупроводниковыми приборами по этому способу необходим заведомо высокий уровень плотности мощности СВЧ-облучения, вплоть до сотен кВт/см², хотя известно, что некоторые полупроводниковые приборы теряют работоспособность уже при уровнях мощности СВЧ-излучения от единиц до сотен ватт при воздействии единичным СВЧ-импульсом и от десятков милливатт до десятков ватт при воздействии импульсных последовательностей [см. Антипин В.В., Годовицын В.А., Громов Д. В. , Кожевников А. С., Раваев А.А. Влияние мощных импульсных микроволновых помех на полупроводниковые приборы, интегральные микросхемы. Зарубежная радиоэлектроника, 1995, 1, стр. 37-53].

Таким образом, задача надежного функционального поражения полупроводниковых элементов с меньшими энергетическими затратами остается по-прежнему не решенной. В предлагаемом изобретении эта задача решается за счет нового технического результата - непрерывного контроля за состоянием радиоэлектронных схем объекта.

Указанный технический результат достигается тем, что, как и в известном способе функционального подавления радиоэлектронных средств, объект облучают потоком мощного СВЧ-излучения частотой f₁. В отличие от прототипа до и во время облучения объект зондируют дополнительно СВЧ-сигналом частотой f₀ такой, что f₁≠2f₀, 4f₀, 6f₀..., плавно повышают плотность потока мощности СВЧ-излучения частотой f₁, непрерывно регистрируют отклик зондирующего сигнала от объекта на частотах 2f₀, 4f₀, 6f₀... и при изменении параметров гармонических откликов от объекта и прекращают облучение мощным СВЧ-излучением.

Осуществление способа рассмотрим на примере работы устройства, схематически изображенного на чертеже, где цифрами обозначены: 1 - передатчик зондирующих сигналов, 2 - передающая антенна передатчика зондирующих сигналов, 3 - объект, 4 - приемная антенна системы регистрации гармонических откликов от объекта, 5 - система регистрации гармонических откликов от объекта, 6 - мощный СВЧ-генератор, 7 - антенная система для облучения объекта.

Выход передатчика зондирующих сигналов 1, работающего на частоте f₀, подключен к передающей антенне 2. Частота излучения соответствует, например, дециметровому диапазону длин волн, исходя из следующих соображений. При облучении объектов, скрытых листвой, травой, снегом и т.п., глубина проникновения электромагнитного излучения зависит от длины волн колебаний. Излучение дециметрового диапазона длин волн имеет большую глубину проникновения в среду, чем излучение более коротковолновых диапазонов СВЧ или излучение светового диапазона. В спектре сигнала отклика от объекта 3 в случае облучения потоком электромагнитной энергии одной частоты f₀ будут присутствовать составляющие f₀, 2f₀, 3f₀, где 2f₀ - частота второй гармоники, 3f₀ - частота третьей гармоники и т.д. Приемная антенна 4 соединена с системой регистрации 5 и настроена, например, на частоту второй гармоники 2f₀. Если сигнал на этой гармонике будет четко регистрироваться, то это будет говорить о том, что в объекте имеются полупроводниковые нелинейные элементы. После идентификации и определения координат объекта 3 включается мощный СВЧ-генератор 6 и его антенная система 7 наводится на объект 3. Частота излучения f₁ мощного СВЧ-генератора 6 должна быть отличной от частоты сигнала, принимаемого антенной 4, чтобы не нарушать работу системы регистрации в процессе облучения, но она может быть такой же, как у передатчика зондирующих импульсов f₀, но лучше, если она будет более высокая, например, находиться в трехсантиметровом диапазоне длин волн. В этом случае легче обеспечить с помощью антенной системы 7 более высокую плотность потока мощности, так как с увеличением частоты при приемлемых размерах антенны угол расхождения луча электромагнитного излучения уменьшается. Кроме того, более высокочастотные волны легче проникают внутрь объекта через щели, разъемы и другие конструкционные элементы. С повышением мощности СВЧ-генератора 6 фиксируют изменение сигнала второй гармоники 2f₀ в системе регистрации 5. Под воздействием мощного потока СВЧ-излучения происходят изменения в переходном слое полупроводниковых элементов [см., например, работу Антипина В.В., Годовицына В.А., Громова Д.В., Кожевникова А.С., Раваева А.А. Влияние мощных импульсных микроволновых помех на полупроводниковые приборы и интегральные микросхемы. Зарубежная радиоэлектроника, 1995, N 1, с. 37-53]. Резкое уменьшение амплитуды сигнала второй гармоники 2f₀ будет указывать на то, что схема управления объекта вышла из строя. Срыв амплитуды переизлученного сигнала от объекта на второй гармонике связан с изменением прямой и обратной проводимости, например, полупроводникового диода под действием мощного СВЧ-излучения. Объясняется это тем, что электромагнитное поле высокой частоты и достаточной мощности, прикладываемое к p-n-переходу диода, разрушает его за счет малоизученных эффектов, возможно за счет тепловыделения и микропробоев, что приводит к изменению нелинейной вольт-амперной характеристики диода и происходит соответствующее изменение переизлученного сигнала.

Таким образом, вышеизложенное показывает, что заявляемый способ позволяет проводить поиск, обнаружение и вывод из строя объектов, содержащих нелинейные полупроводниковые элементы. Способ осуществим, когда объект окружен посторонними предметами, замаскирован или находится в условиях повышенного содержания пыли в атмосфере.

Измерение более высоких четных гармоник 4f₀, 6f₀... или комбинационных составляющих позволяет более точно и надежно установить работоспособность нелинейных элементов и схем, в которые они включены.

При реализации способа передатчик зондирующих сигналов 1 и мощный СВЧ-генератор 6 могут быть совмещены. В этом случае мощный СВЧ-генератор 6 должен работать на частоте f₀ и в нем должна быть осуществлена отсечка собственных гармоник излучения на частотах 2f₀, 4f₀, 6f₀..., чтобы не создавать помех для системы регистрации 5 гармонических откликов от объекта зондирования.

Способ функционального поражения полупроводниковых радиоэлектронных средств, по которому объект облучают потоком мощного СВЧ-излучения частотой f₁, до и во время облучения зондируют объект СВЧ-сигналом частотой f₀ такой, что f₁ ≠ 2f₀, 4f₀, 6f₀, плавно повышают плотность потока мощности СВЧ-излучения частотой f₁, непрерывно регистрируют отклики от зондирующего СВЧ-сигнала на частотах 2f₀, 4f₀, 6f₀... и при изменении параметров гармонических откликов прекращают облучение мощным СВЧ-излучением. Технический результат заключается в непрерывном контроле за состоянием радиоэлектронных схем объекта. 1 ил.

Способ функционального поражения полупроводниковых радиоэлектронных средств, по которому объект облучают потоком мощного СВЧ-излучения частотой f₁, отличающийся тем, что дополнительно до и во время облучения зондируют объект СВЧ-сигналом частотой f₀ такой, что f₁ ≠ 2f₀, 4f₀, 6f₀, плавно повышают плотность потока мощности СВЧ-излучения частотой f₁, непрерывно регистрируют отклики от зондирующего СВЧ-сигнала на частотах 2f₀, 4f₀, 6f₀... и при изменении параметров гармонических откликов прекращают облучение мощным СВЧ-излучением.