НЕЛИНЕЙНЫЙ ПАССИВНЫЙ МАРКЕР - ПАРАМЕТРИЧЕСКИЙ РАССЕИВАТЕЛЬ Российский патент 2008 года по МПК G01S13/74 

Изобретение относится к пассивным маркерам-ответчикам, являющимся вторичными источниками электромагнитного излучения.

Известен по [Бабанов Н.Ю., Горбачев А.А., Ларцов С.В., С.П.Тараканков, Чигин Е.П. Об использовании эффекта нелинейного рассеяния радиоволн при поиске терпящих бедствие на воде // Радиотехника и электроника, 2000, т.45, N6, с.676] нелинейный пассивный маркер в виде нелинейного рассеивателя для размещения на спасательном жилете. Нелинейный рассеиватель представляет собой антенну, нагруженную на нелинейную нагрузку (диод или диодный мост), в которой происходит искажение зондирующего сигнала. В результате нелинейный рассеиватель переизлучает в пространство сигнал на частоте второй гармоники зондирующего сигнала. Использование сигнала, рассеянного на частоте второй гармоники зондирующего сигнала, в качестве информативного признака позволяет селектироваться от отражений границы вода-воздух, не генерирующих гармоники при их облучении. Таким образом, поисковая система, располагаясь на подвижном носителе, излучает в пространство зондирующий сигнал, очищенный от собственных гармоник, а принимает сигнал на частоте второй гармоники зондирующего сигнала. Факт регистрации приемником сигнала на частоте второй гармоники зондирующего сигнала говорит о нахождении в области облучения нелинейного пассивного маркера.

Нелинейный пассивный маркер в виде нелинейного рассеивателя обладает целым рядом преимуществ: может быть очень легким и дешевым, не содержит элемента питания, не требует обслуживания, хорошо подходит для размещения на спасательных жилетах, в том числе уже имеющихся. На спасательном жилете всегда можно разместить несколько нелинейных рассеивателей, так чтобы хотя бы один находился над поверхностью воды. Для устранения влияния тела человека в [Агрба Д.Ш., Бабанов Н.Ю., Бычков О.Н., Васенкова Л.В., Горбачев А.А., Ларцов С.В., Тараканков С.П., Чигин Е.П. Нелинейные рассеиватели как средства маркировки // Радиотехника, 1998, N10, с.96] предложено использовать для нелинейного пассивного маркера в виде нелинейного рассеивателя антенны с рефлектором, обращенным к телу человека. На нелинейный элемент тело человека влияния не оказывает, так как он является сосредоточенным полупроводниковым прибором.

В то же время нелинейные рассеиватели обладают существенным недостатком, а именно малым коэффициентом преобразования мощности зондирующего сигнала в мощность рассеянного сигнала на частоте гармоники. Кроме того, электронные блоки поисковой системы и другие электронные приборы, расположенные на носителе, создают помехи на частоте гармоник и ограничивают чувствительность приемника поисковой системы.

Известен по [Горбачев П.А. Формирование сигналов системой пассивных субгармонтческих рассеивателей // Радиотехника и электроника, 1995, т. 40, N11, с. 1606-1610] нелинейный пассивный маркер - параметрический рассеиватель в виде диполя, с длиной плеч, равной половине длины волны зондирующего сигнала, нагруженный на параметрический контур, настроенный на частоту субгармоники зондирующего сигнала и состоящий из переменной емкости, в качестве которой использовался полупроводниковый диод, и проволочной индуктивности (см. фиг.1). В данной конструкции параметрический контур является открытым колебательным контуром со сосредоточенной переменной емкостью. Принцип работы нелинейного пассивного маркера - параметрического рассеивателя основан на возникновении параметрической генерации в параметрическом контуре на частоте половинной субгармоники и переизлучении этого сигнала в пространство. При этом зондирующий сигнал является сигналом накачки.

Нелинейный пассивный маркер - параметрический рассеиватель по сравнению с нелинейным пассивным маркером в виде нелинейного рассеивателя отличает большая помехозащищенность, поскольку, как правило, бытовая и специальная электроника не будет рассеивать сигналы на частотах субгармоник, так как маловероятно ожидать наличие условий параметрической генерации в электронных узлах этих приборов. Кроме того, для нелинейных пассивных маркеров - параметрических рассеивателей характерна большая (на один - два порядка]) эффективность по сравнению с нелинейными пассивными маркерами в виде нелинейного рассеивателя.

Аналогичное техническое решение рассмотрено в [Ларцов С.В. Зондирующий сигнал для обнаружения параметрических рассеивателей // «Радиотехника», 2000, N5, с.8-12], где предложено использовать нелинейный пассивный маркер - параметрический рассеиватель в виде антенны, нагруженной на параметрический генератор, который может быть одноконтурным, в виде параметрического контура, состоящего из индуктивности и нелинейной емкости и настроенного на половинную частоту зондирующего сигнала, или двухконтурным, состоящим из нелинейной емкости и подключенных к ней параллельно двух соединенных последовательно электрических контуров, настроенных на разные частоты, при этом сумма или разность этих частот равна частоте зондирующего сигнала. Указанные свойства нелинейных пассивных маркеров - параметрических рассеивателей указывают на перспективность их использования для маркировки. Данное техническое решение выбрано в качестве прототипа.

Однако известная по [Горбачев П.А. Формирование синалов системой пассивных субгармонтческих рассеивателей // Радиотехника и электроника, 1995, т. 40, N11, с. 1606-1610, Ларцов С.В. Зондирующий сигнал для обнаружения параметрических рассеивателей // «Радиотехника», 2000, N5, с.8-12] конструкция параметрического генератора не приспособлена для размещения на индивидуальном средстве спасения терпящих бедствие на воде. Это связано с подверженностью предложенной конструкции влиянию тела человека и воды. Указанное влияние связано с тем, что индуктивность в виде открытого колебательного контура, примененная в прототипе, изменяет свои электрические параметры, если близко к ней поднести проводник или диэлектрик с большим значением диэлектрической проницаемости. В результате изменятся частоты, на которые настроены параметрический или электические контуры, и параметрический генератор возбуждаться не будет, так как частота параметрического контура не будет равна частоте субгармоники на половинной частоте зондирующего сигнала или сумма или разность частот, на которые настроены электрические контуры, не будет равна частоте зондирующего сигнала.

В изобретении поставлена задача обеспечения возбуждения параметрической генерации нелинейного пассивного маркера - параметрического рассеивателя в случае его применения для размещения на спасательных жилетах лиц, подверженных опасности стать жертвой кораблекрушения.

Решение поставленной задачи достигается за счет того, что предлагается техническое решение в виде нелинейного пассивного маркера - параметрического рассеивателя в виде антенны, нагруженной на параметрический генератор, который может быть одноконтурным, в виде параметрического контура, состоящего из индуктивности и нелинейной емкости и настроенного на половинную частоту зондирующего сигнала, или двухконтурным, состоящим из нелинейной емкости и подключенных к ней параллельно двух соединенных последовательно электрических контуров, настроенных на разные частоты, при этом сумма или разность этих частот равна частоте зондирующего сигнала, а индуктивности или электрические контуры параметрического генератора изготавливаются в виде закрытого или полузакрытого резонатора.

Суть изобретения заключается в том, что у нелинейного пассивного маркера - параметрического рассеивателя индуктивности или электрических контура параметрического генератора изготавливаются в виде закрытого или полузакрытого резонатора, что позволяет избежать изменения частот настройки параметрического генератора при размещении нелинейного пассивного маркера - параметрического рассеивателя на спасательном жилете, смачивании его водой и т.д.

Изобретение предполагается использовать в составе поисковой системы обнаружения жертв кораблекрушений или оказавшихся за бортом. Предварительно оборудуется спасательный жилет - к нему прикрепляется нелинейный пассивный маркер - параметрический рассеиватель 1 (см. фиг.2), который состоит из антенны 2, нагруженной на одноконтурный параметрический генератор 3. Одноконтурный параметрический генератор является параметрическим контуром, настроенным на половинную частоту зондирующего сигнала, и состоит из нелинейной емкости 4 и индуктивности 5, выполненной в виде закрытого резонатора на основе коаксиальной линии передачи.

Система поиска (см. фиг.3) располагается на подвижном водном или воздушном носителе и состоит из генератора 6 зондирующего сигнала, подсоединенного к излучающей антенне 7, настроенной на частоту зондирующего сигнала, приемной антенны 8 и подсоединенного к ней приемника 9, которые настроены на частоту половинной субгармоники зондирующего сигнала.

Поисковая система обнаружения жертв кораблекрушений или оказавшихся за бортом работает следующим образом.

В случае сигнала бедствия система, располагаясь на подвижном водном или воздушном носителе, излучает в пространство при помощи генератора 6 зондирующего сигнала и излучающей антенны 7 зондирующий сигнал в направлении нелинейного пассивного маркера - субгармонического рассеивателя 1. Зондирующий сигнал наводится на антенне 2 и поступает на одноконтурный параметрический генератор 3, являясь его сигналом накачки. Параметрический генератор 3 возбуждается и генерирует сигнал на частоте половинной субгармоники зондирующего сигнала, который при помощи антенны 2 излучается в пространство. При помощи приемной антенны 8 и подсоединенного к ней приемника 9 поисковая система обнаружения жертв кораблекрушений или оказавшихся за бортом принимает сигнал на частоте половинной субгармоники зондирующего сигнала. Факт регистрации приемником 9 сигнала на частоте половинной субгармоники зондирующего сигнала говорит о нахождении в области облучения нелинейного пассивного маркера - субгармонического рассеивателя 1, то есть человека в предварительно оборудованном спасательном жилете.

Параметрический рассеиватель 1 может состоять (см. фиг.4) из антенны 10, нагруженной на двухконтурный параметрический генератор 11. Двухконтурный параметрический генератор 11 состоит из нелинейной емкости 12 и подключенных к ней параллельно двух соединенных последовательно электрических контуров 13 и 14, настроенных на разные частоты, при этом сумма или разность этих частот равна частоте зондирующего сигнала.

В этом случае поисковая система обнаружения жертв кораблекрушений или оказавшихся за бортом работает следующим образом.

В случае сигнала бедствия система, располагаясь на подвижном водном или воздушном носителе, излучает в пространство при помощи генератора 6 зондирующего сигнала и излучающей антенны 7 зондирующий сигнал в направлении нелинейного пассивного маркера - субгармонического рассеивателя 1. При этом частота зондирующего сигнала равна сумме частот, на которые настроены электрические контуры 13 и 14.

Зондирующий сигнал наводится на антенне 10 и поступает на одноконтурный параметрический генератор 11, являясь его сигналом накачки. Параметрический генератор 11 возбуждается и генерирует сигналы на частотах, на которые настроены электрические контуры 13 и 14, один из которых при помощи антенны 10 излучается в пространство и принимается поисковой системой обнаружения жертв кораблекрушений или оказавшихся за бортом при помощи приемной антенны 8 и подсоединенного к ней приемника 9. Факт регистрации приемником 9 сигнала говорит о нахождении в области облучения нелинейного пассивного маркера - субгармонического рассеивателя 1, то есть человека в предварительно оборудованном спасательном жилете.

Антенны 2, 10 нелинейного пассивного маркера - параметрического рассеивателя 1 могут быть изготовлены в виде рефлекторной, полосковой или щелевой антенны, при этом полоса ее рабочих частот должна включать как частоту зондирующего сигнала, так и частоту принимаемого сигнала - субгармонику зондирующего сигнала или одну из частот, на которые настроены электрические контуры параметрического генератора. Антенны 2, 10 могут быть изготовлены по [Кочержевский Г.Н. Антенн-фидерные устройства. - М.: Связь, 1972].

В качестве нелинейных емкостей 4, 12 может быть использован полупроводниковый диод Д311 аналогично [Горбачев П.А. Формирование сигналов системой пассивных субгармонических рассеивателей // Радиотехника и электроника, 1995, т. 40, N11, с. 1606-1610].

В качестве закрытого резонатора, являющегося индуктивностью 5 либо одним из электрических контуров 13 и 14, могут выступать отрезки коаксиальной линии передачи (например, отрезок СВЧ-кабеля) или отрезки компланарной линии передачи (проводник между двумя слоями диэлектрика, покрытыми с внешней стороной металлическими пластинами). Индуктивность 5, электрический контур 13 и электрический контур 14 могут быть выполнены и в виде полузакрытого резонатора, в качестве которого могут, например, выступать отрезок полосковой линии передачи (проводник над слоем диэлектрика, покрытого с нижней стороны металлической пластиной) или щелевой линии передачи (щель, прорезанная в металлической пластине, находящейся над другой металлической пластиной). В качестве генератора зондирующего сигнала 6 может быть использован измерительный генератор типа Г4-159. В качестве излучающей антенны 7 и приемной антенны 8 могут быть использованы измерительные антенны П6-33. В качестве приемника 9 может быть использован измерительный приемник типа SMV-8.5.

Таким образом, предлагаемое техническое решение позволяет реализовать большую помехозащищенность и высокую эффективность нелинейного преобразования нелинейных пассивных маркеров - параметрических рассеивателей при их использовании в поисковых системах обнаружения жертв кораблекрушений или оказавшихся за бортом.

Изобретение относится к области радиолокации и может быть использовано, в частности, для обнаружения объектов, находящихся вне зоны визуального наблюдения. Нелинейный пассивный маркер - параметрический рассеиватель выполнен в виде антенны, нагруженной на параметрический генератор, который может быть одноконтурным, в виде параметрического контура, состоящего из индуктивности и нелинейной емкости и настроенного на половинную частоту зондирующего сигнала, или двухконтурным, состоящим из нелинейной емкости и подключенных к ней параллельно двух соединенных последовательно электрических контуров, настроенных на разные частоты, при этом сумма или разность этих частот равна частоте зондирующего сигнала, а индуктивности или электрические контуры параметрического генератора выполнены в виде закрытого или полузакрытого резонатора. Технический результат заключается в реализации большей помехозащищенности и высокой эффективности нелинейного преобразования при использовании в поисковых системах обнаружения жертв кораблекрушений или оказавшихся за бортом. 4 ил.

Нелинейный пассивный маркер - параметрический рассеиватель в виде антенны, нагруженной на параметрический генератор, который может быть одноконтурным в виде параметрического контура, состоящего из индуктивности и нелинейной емкости и настроенного на половинную частоту зондирующего сигнала, или двухконтурным, состоящим из нелинейной емкости и подключенных к ней параллельно двух соединенных последовательно электрических контуров, настроенных на разные частоты, при этом сумма или разность этих частот равна частоте зондирующего сигнала, отличающийся тем, что индуктивности или электрические контуры параметрического генератора изготавливаются в виде закрытого или полузакрытого резонатора, а нелинейный пассивный маркер - параметрический рассеиватель располагается на спасательном жилете.