ПАССИВНЫЙ ПРИЕМОПЕРЕДАТЧИК Российский патент 2002 года по МПК G01S13/74 

Изобретение относится к радиолокации и предназначено для передачи сигналов опознавания объекта передачи и сообщений от внешних источников информации через активную РЛС к потребителю. Оно может быть использовано в системах управления воздушным движением, в системах охраны удаленных объектов и в других областях.

Из патента США 5247305 по фиг. 1 известен пассивный приемопередатчик, предназначенный для приема запросных сигналов и передачи ответных сигналов в системе опознавания подвижных объектов. Он содержит антенну, выпрямитель, модулятор и идентификационный кодогенератор. В пассивном приемопередатчике запросный сигнал от запросчика (активной РЛС) принимается антенной и подается на вход выпрямителя и на выход модулятора. Часть запросного сигнала поглощается выпрямителем и преобразуется им в постоянное напряжение. Постоянное напряжение с выхода выпрямителя подводится ко входу идентификационного кодогенератора. Идентификационный кодогенератор имеет память, в которой хранится идентификационная информация. При подаче на вход кодогенератора постоянного напряжения питания из его памяти считывается идентификационный код. Идентификационный код с выхода кодогенератора поступает на вход модулятора. Одновременно с идентификационным кодом на выход модулятора поступает другая часть запросного сигнала. В нем она модулируется идентификационным кодом так, что запросный сигнал преобразуется в ответный. Ответный сигнал включает идентификационную информацию. Модулятор отражает сигнал и возвращает его назад в антенну. Антенна излучает ответный сигнала в сторону запросчика.

Недостатком пассивного приемопередатчика, приведенного в патенте США 5247305 на фиг. 1, является то, что его питание осуществляется за счет преобразования выпрямителем части электромагнитной энергии запросного сигнала. Это приводит к нарушению работоспособности приемопередатчика при приеме сигналов малой мощности.

Из известных пассивных приемопередатчиков наиболее близким к заявляемому по технической сущности является пассивный приемопередатчик для приема запросных сигналов и передачи ответных сигналов в системе опознавания подвижных объектов, приведенный в патенте США 5247305 на фиг. 14 и описанный на странице 13. Он содержит антенну, детектор, решающее устройство, источник питания, идентификационный кодогенератор и модулятор, вход которого соединен с выходом идентификационного кодогенератора, а выход модулятора подключен к антенне и ко входу детектора, выход детектора соединен с первым входом решающего устройства, второй вход решающего устройства подключен к первому выходу источника питания, выход решающего устройства соединен с первым входом идентификационного кодогенератора, второй вход идентификационного кодогенератора подключен ко второму выходу источника питания.

Пассивный приемопередатчик работает следующим образом. Запросный сигнал от запросчика (активной РЛС) принимается антенной и подается на вход детектора и выход модулятора. Часть запросного сигнала, поступившая на детектор, поглощается и детектируется им. В результате на выходе детектора формируется напряжение огибающей запросного сигнала, которое подается на первый вход решающего устройства. Ко второму входу решающего устройства подводится напряжение питания с первого выхода источника питания. Решающее устройство осуществляет сравнение напряжения огибающей запросного сигнала с пороговым напряжением и на его основе вырабатывает сигналы управления идентификационным кодогенератором. С выхода решающего устройства сигналы управления подаются на первый вход идентификационного кодогенератора. Ко второму входу идентификационного кодогенератора подводится напряжение питания со второго выхода источника питания. Идентификационный кодогенератор содержит память для хранения идентификационной информации. При поступлении на его первый вход сигналов управления с выхода решающего устройства, кодогенератор включается и генерирует идентификационный код на основе информации, считываемой из памяти. Идентификационный код с выхода кодогенератора поступает на вход модулятора. Одновременно с идентификационным кодом к выходу модулятора подводится вторая часть запросного сигнала. Под действием идентификационного кода модулятор изменяет выходной импеданс так, что запросный сигнал преобразуется в ответный, ответный сигнал содержит идентификационную информацию. Модулятор отражает ответный сигнал и возвращает его назад в антенну. Антенна излучает ответный сигнал в сторону запросчика (активной РЛС).

Недостатком пассивного приемопередатчика, приведенного в патенте США 5247305 на фиг. 14, является то, что он обеспечивает передачу только идентификационной информации в пределах интервала опознавания, а вне этого интервала пассивный приемопередатчик остается незадействованным. Данное обстоятельство существенно сужает рамки его функциональных возможностей.

Целью изобретения является расширение функциональных возможностей пассивного приемопередатчика за счет передачи через него сообщений от внешних источников информации.

Поставленная цель достигается тем, что в известный пассивный приемопередатчик, содержащий последовательно соединенные антенну 1, детектор 2 и решающее устройство 3, источник питания 4, последовательно подключенные идентификационный кодогенератор 5 и модулятор 6, выход которого соединен с антенной 1 и входом детектора 2, первый выход источника питания 4 подключен ко второму входу решающего устройства 3, а второй выход источника питания 4 соединен со вторым входом идентификационного кодогенератора 5, введены синхронизатор 7, линии передачи синхронизирующих импульсов на внешние источники информации 8 и линии передачи сообщений от внешних источников информации 9. Первый вход синхронизатора 7 подключен к выходу решающего устройства 3, а второй его вход соединен со вторым выходом источника питания 4. Первая группа выходов синхронизатора 7 подключена к первой группе входов идентификационного кодогенератора 5, а вторая группа его выходов соединена с линиями передачи синхронизирующих импульсов на внешние источники информация 8. Линии передачи сообщений от внешних источников информации 9 подключены к выходу идентификационного кодогенератора 5 и входу модулятора 6.

На фиг. 1 представлена структурная схема пассивного приемопередатчика.

На фиг. 2 показаны принципиальные электрические схемы детектора, модулятора и схема их подключения к антенне пассивного приемопередатчика.

На фиг. 3 приведена схема синхронизатора пассивного приемопередатчика.

На фиг. 4 представлены эпюры напряжений, иллюстрирующие принцип действия пассивного приемопередатчика.

Пассивный приемопередатчик для передачи сигналов опознавания объекта передачи и сообщений от внешних источников информации через активную РЛС к потребителю содержит (см. фиг. 1): антенну 1, детектор 2, решающее устройство 3, источник питания 4, идентификационный кодогенератор 5, модулятор 6, синхронизатор 7, линии передачи синхронизирующих импульсов СИ1, СИ2, . . . , СИК на внешние источники информации 8, линии передачи сообщений ИС1, ИС2, . . . , ИСК от внешних источников информации 9.

Антенна 1 (см. фиг. 1, 2) пассивного приемопередатчика представляет собой прямоугольную микрополосковую приемопередающую антенну. Ее конструкция и принцип действия описаны, например, в [2] на с. 81-89. Антенна 1 соединена со входом детектора микрополосковой линии передачи. Для согласования антенны 1 и входа детектора 2 микрополосковая линия передачи содержит распределенную индуктивность L (см. в [3] с. 59-60). В качестве детектора 2 в пассивном приемопередатчике используется амплитудный детектор. Он содержит (см. фиг. 2) СВЧ диод VD1 и параллельно соединенные резистор R1 и конденсатор С1. Анод диода VD1 подключен через микрополосковую линию передачи ко входу антенны 1, а его катод является выходом детектора 2. Резистор R1 и конденсатор С1 включены между катодом диода VD1 и корпусной шиной пассивного приемопередатчика. Они образуют низкочастотный фильтр. Выход детектора 2 соединен с первым входом решающего устройства 3 (см. фиг. 1). Решающее устройство 3 выполнено по схеме триггера Шмитта на компараторе. Его устройство и принцип действия описаны, например, в [4] на с. 223. Второй вход решающего устройства 3 подключен к первому выходу источника питания 4. В качестве источника питания 4 в пассивном приемопередатчике используются, например, аккумуляторы. Отрицательные выводы источника питания 4 соединены с корпусной шиной пассивного приемопередатчика. Выход решающего устройства 3 подключен к первому входу синхронизатора 7 (см. фиг. 1). Синхронизатор 7 представляет собой распределитель импульсов. Он содержит (см. фиг. 3) логический элемент "НЕ" DD1, двоичный счетчик DD2, логический элемент "НЕ" DD3, логические элементы "И - НЕ" DD4 и "И" DD5, дешифратор DD6. Первый вход синхронизатора 7 соединен со входом логического элемента DD1 и, одновременно, со счетным входом С счетчика DD2. Счетчик DD2 запускается отрицательным фронтом.

Выходы счетчика DD2 Q0-QК подключены к соответствующим входам D0-DK дешифратора DD6 и к первой группе выходов синхронизатора 7. Выходы счетчика DD2 с номерами Q(K+1)-Q(N-l) соединены с одноименными выводами первой группы выходов синхронизатора 7. Выход счетчика DD2 QN подключен ко второму входу логического элемента DD5 и, одновременно, ко входу логического элемента DD3. Первый вход логического элемента DD5 соединен с выходом логическою элемента DD1 и первым входом логического элемента DD4. Выход логического элемента DD5 соединен со стробирующим входом С дешифратора DD6. Выходы дешифратора DD6 с номерами 0-(К-1) образуют вторую группу выходов синхронизатора 7, а выход с номером К соединен со входом обнуления R счетчика DD2. Выход логическою элемента DD3 подключен ко второму входу логического элемента DD4. Выход логического элемента DD4 соединен с выводом под номером N первой группы выходов синхронизатора 7. В качестве логических элементов DD1, DD3, DD4 и DD5 в синхронизаторе применяются, например, микросхемы серии 1533. Счетчик DD2 и дешифратор DD6 выполнены на основе микросхем КР1533ИЕ5 и КР1533ИД3. Причем, выходы КР1533ИД3 соединяются с выходами DD6 через инвертирующие буферные усилители серии 1533. Микросхемы DD1-DD6 по питанию подключены ко второму входу синхронизатора 7 (на фиг. 3 соединения не показаны). Второй вход синхронизатора 7 соединен со вторым выходом источника питания 4 (см. фиг. 1). Первая группа выходов синхронизатора 7 подключена к одноименной группе входов идентификационного кодогенератора 5 (см. фиг. 1), а вторая группа выходов синхронизатора 7 соединена с линиями передачи синхронизирующих импульсов СИ1, СИ2, . . . , СИК на внешние источники информации 8. В качестве линий передачи синхронизирующих импульсов на внешний источники информации в пассивном приемопередатчике используются, например, коаксиальные кабели. Идентификационный кодогенератор 5 представляет собой постоянное запоминающее устройство, например, микросхему КМ1608РТ1. В нем хранится идентификационная информация. Первая группа входов идентификационного кодогенератора 5 с номерами 0-(N-1) соединена с соответствующими адресными входами постоянного запоминающего устройства. Вход идентификационного кодогенератора 5 с номером N подключен ко входу разрешения выходных данных постоянного запоминающего устройства. Одним из выводов постоянного запоминающего устройства одновременно является выходом идентификационного кодогенератора 5. Второй вход идентификационного кодогенератора 5 соединен со вторым выходом источника питания 4. Выход идентификационного кодогенератора 5 подключен ко входу модулятора 6 и к линиям передачи сообщений ИС1, ИС2, . . . , ИСК от внешних источников информации 9 (см. фиг. 1). В качестве линий передачи сообщений от внешних источников информации в пассивном приемопередатчике используются, например, коаксиальные кабели. Модулятор 6 выполнен по схеме, например, p-i-n диодного переключателя. Он содержит (см. фиг. 2) p-i-n диод VD2, разделительный конденсатор С2 и ограничительный резистор R2. Анод диода VD2 через резистор R2 соединен со входом модулятора 6 и через конденсатор С2 с выходом модулятора 6. Катод диода VD2 подключен к корпусной шине пассивного приемопередатчика. Выход модулятора 6 соединен со входом антенны 1 (см. фиг. 1, 2).

Внешними источниками информации для пассивного приемопередатчика являются, например, оптико-электронные обнаружители излучения объектов (см. в [5] с. 530), контактные датчики систем охранной сигнализации (см. в [6] с. 273), датчики систем контроля технического состояния бортовой аппаратуры и т. д. Ко входу каждого датчика, нормально замкнутого или нормально разомкнутого контакта реле, кнопки с самовозвратом и т. д. , подключается одноименная линия передачи синхронизирующих импульсов, а выход каждого из них соединяется линией передачи сообщений со входом модулятора 6 пассивного приемопередатчика.

Пассивный приемопередатчик работает следующим образом. Антенна 1 пассивного приемопередатчика принимает запросный сигнал от запросчика. Запросный сигнал имеет вид, как показано на фиг. 4, а (высокочастное заполнение не показано). Здесь 1, 2, . . . , (N-1) - номера импульсов в структуре запросного сигнала, выделенные для опроса идентификационного кодогенератора 5; (N+1), (N+2), . . . , (N+K-l) - номера импульсов в структуре запросного сигнала, выделенные для опроса внешних источников информации; (N+K) - номер импульса в структуре запросного сигнала, выделенный для установки в исходное состояние счетчика DD2 синхронизатора 7 (сигнал окончания цикла опроса пассивного приемопередатчика); N - номер импульса в структуре запросного сигнала, обеспечивающий прекращение oпроса идентификационного кодогенератора 5. Со входа антенны 1 через микрополосковую линию передачи запросный сигнал поступает на вход детектора 2 и, одновременно, на выход модулятора 6 (см. фиг. 1, 2). В момент поступления импульса запросного сигнала на вход детектора 2 (момент времени t₁ на фиг. 4, a) p-i-n диод VD2 модулятора 6 находится в выключенном состоянии. По этой причине большая часть мощности импульса запросного сигнала будет поглощаться детектором 2, а его меньшая часть отражается антенной 1 в сторону запросчика. Детектор 2 выделяет огибающую импульса запросного сигнала и подводит напряжение огибающей к первому входу решающего устройства 3. Эпюры напряжений на выходе детектора 2 приведены на фиг. 4, б. Решающее устройство 3 (триггер Шмитта на компараторе) обладает двумя порогами сравнения U_пор.1 и U_пор.2 (см. фиг. 4, б). При превышении напряжением огибающей величины U_пор.1 триггер Шмитта в момент времени, например, t₂ = t₁+ Δt (интервал Δt обусловлен быстродействием компаратора) переводится из состояния логической единицы по своему выходу в состояние логического нуля. Эпюры напряжений на выходе решающего устройства 3 иллюстрирует фиг. 4, в. Состояние логическою нуля на выходе решающего устройства 3 сохраняется до тех пор, пока напряжение огибающей импульса запросного сигнала превышает напряжение U_пор.2 триггера Шмитта (например, до момента времени t₃ на фиг. 4, в). С выхода решающего устройства логические сигналы поступают на первый вход синхронизатора 7 (см. фиг. 1, 3). Счетчик DD2 синхронизатора 7 запускается отрицательными перепадами логических сигналов с выхода решающего устройства 3 и осуществляет формирование двоичного кода. Двоичный код с выходов Q0-Q(N-l) счетчика DD2 подается на соответствующие выводы первой группы выходов синхронизатора 7 и входы дешифратора DD6 с номерами 0-(К-1) (см. фиг. 3). Логические элементы DD1, DD3 и DD4 (см. фиг. 3) формируют из выходного логического сигнала решающего устройства 3 сигналы разрешения выходных данных идентификационного кодогенератора 5.

Эпюры напряжений, поясняющие принцип формирования сигналов разрешении выходных данных идентификационного кодогенератора 5, показан на фиг. 4, г. Сигналы разрешения - логические нули вырабатываются элементами DD1, DD3 и DD4 до момента появления на выходе счетчика DD2 с номером QN логической единицы. Эти сигналы подводятся к выводу с номером N первой группы выходов синхронизатора 7. С момента появления на выходе счетчика DD2 под номером QN логической единицы элементы DD1 и DD5 начинают формировать сигналы стробирования выходов дешифратора DD6. Сигналы стробирования разрешают прохождение на выход дешифратора DD6 преобразованного в синхронизирующие импульсы СИ1, СИ2, . . . , СИК двоичного кода счетчика DD2. Синхронизирующие импульсы СИ1, СИ2, . . . , СИК подаются на одноименные выводы второй группы выходов синхронизатора 7 и, далее, через линии передачи синхронизирующих импульсов 8 передаются на входы датчиков внешних источников информации. Эпюры напряжений на второй группе выходов синхронизатора 7 приведены на фиг. 4, д, е, ж. Цикл работы синхронизатора 7, а следовательно, и цикл передачи информации пассивным приемопередатчиком заканчивается в момент появления на выходе дешифратора DD6 под номером К логической единицы. Эта единица поступает на вход обнуления R счетчика DD2 и устанавливает его в исходное состояние. Двоичный код с первой группы выходов синхронизатора 7 подается на соответствующие выводы первой группы входов идентификационного кодогенератора 5 (см. фиг. 1). В идентификационном кодогенераторе 5 двоичный код преобразуется в идентификационный код в соответствии с информацией, хранящейся в памяти. При наличии сигналов разрешения на выводе с номером N первой группы входов идентификационного кодогенератора 5 идентификационный код выдается на выход кодогенератора 5. Эпюры сигналов, поясняющие принцип работы идентификационного кодогенератора, приведены на фиг. 4, з. Идентификационный код с выхода идентификационного кодогенератора 5 подводится ко входу модулятора 6 (см. фиг. 1, 3). Модулятор 6 может находиться в двух состояниях: выключенном, когда p-i-n диод VD2 выключен, и включенном, если р-i-n диод VD2 включен. При подаче на его вход импульса с амплитудой логической единицы p-i-n диод VD2 включается и закорачивает вход антенны 1. Это приводит к тому, что большая часть мощности запросного сигнала отражается антенной 1 в сторону запросчика, а меньшая его часть просачивается на вход детектора 2 (см. на фиг. 4, б, например, временной интервал t₅-t₆). Вид отраженного антенной 1 ответного сигнала показан на фиг. 4, м (высокочастотное заполнение не показано). Если на входе модулятора 6 амплитуда импульса соответствует логическому нулю, то p-i-n диод VD2 находится в выключенном состоянии и большая часть мощности запросного сигнала поглощается детектором 2 (см. на фиг. 4, м, например, интервал времени t₁-t₃). Аналогичным образом осуществляется формирование информационных сообщений от внешних источников информации. При этом импульс с амплитудой логической единицы на выходе внешнего источника информации и, следовательно, на входе модулятора 6 получается, когда контакт его реле или датчика находится в замкнутом состоянии, а логический нуль - в случае, если они разомкнуты.

Эпюры напряжений, поясняющие принцип формирования информационных сигналов от внешних источников информации, приведены на фиг. 4, и, к, л, м. На основании изложенного, нетрудно заметить, что передача пассивным приемопередатчиком ответного сигнала, содержащего идентификационный код, и сигналов, содержащих сообщения от внешних источников информации, осуществляется за счет изменения коэффициента отражения электромагнитных волн запросного сигнала антенной 1 в сторону запросчика.

Таким образом, введение в пассивный приемопередатчик синхронизатора, линий передачи синхронизирующих импульсов на внешние источники информации и линий передачи сообщений от внешних источников информации существенно расширяют его возможности по количеству источников информации, участвующих в передаче. При этом, штатный режим опознавания объекта передачи остается неизменным.

Источники информации
1. Патент США 5247305, МКИ⁵ G 01 S 13/74.

2. Панченко Б. А. , Нефедов Е. И. Микрополосные антенны. - М. : Радио и связь, 1986.

3. Малорацкий Л. Г. Микроминиатюризация элементов и устройств СВЧ. - М. : Советское радио, 1976.

4. Гутников B. C. Интегральная электроника в измерительных устройствах. - Л. : Энергоатомиздат, 1988.

5. Мирошников М. М. Теоретические основы оптико-электронных приборов. - Л. : Машиностроение, 1983.

6. Справочная книга радиолюбителя-конструктора: в 2-х книгах. Кн. 1. А. А. Бокуняев, Н. М. Борисов, Е. Б. Гумеля и др. ; Под ред. Н. И. Чистякова, М. : Радио и связь, 1993.

Изобретение относится к радиолокации и предназначено для передачи сигналов опознавания объекта передачи и сообщений от внешних источников информации через активную РЛС к потребителю. Оно может быть использовано в системах управления воздушным движением, в системах охраны удаленных объектов и в других областях. Достигаемым техническим результатом изобретения является расширение функциональных возможностей пассивного приемопередатчика за счет передачи через него сообщений от внешних источников информации. Поставленная цель достигается тем, что в известный пассивный приемопередатчик, содержащий последовательно соединенные антенну, детектор и решающее устройство, источник питания, последовательно подключенные идентификационный кодогенератор и модулятор, выход которого соединен с антенной и входом детектора, первый выход источника питания подключен ко второму входу решающего устройства, а второй выход источника питания соединен со вторым входом идентификационного кодогенератора, введены синхронизатор, линии передачи синхронизирующих импульсов на внешние источники информации и линии передачи синхронизирующих импульсов на внешние источники информации и линии передачи сообщений от внешних источников информации. Первый вход синхронизатора подключен к выходу решающего устройства, а второй его вход соединен со вторым выходом источника питания. Первая группа выходов синхронизатора подключена к первой группе входов идентификационного кодогенератора, а вторая группа его выходов соединена с линиями передачи синхронизирующих импульсов на внешние источники информации. Линии передачи сообщений от внешних источников информации подключены к выходу идентификационного кодогенератора и входу модулятора. 4 ил.

Пассивный приемопередатчик, содержащий последовательно соединенные антенну, детектор и решающее устройство, второй вход которого подключен к первому выходу источника питания, соединенного вторым выходом со вторым входом идентификационного кодогенератора, к выходу которого подключен модулятор, соединенный выходом с антенной и входом детектора, отличающийся тем, что в него введены синхронизатор, первый вход которого соединен с выходом решающего устройства, а второй вход - со вторым выходом источника питания, линии передачи синхронизирующих импульсов на внешние источники информации, подключенные ко второй группе выходов синхронизатора, и линии передачи сообщений от внешних источников информации, соединенные со входом модулятора и выходом идентификационного кодогенератора, первая группа входов которого подключена к первой группе выходов синхронизатора.