ДВУХКОНТУРНЫЙ ПАРАМЕТРИЧЕСКИЙ РАССЕИВАТЕЛЬ Российский патент 2013 года по МПК G01S13/75 

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

Известен [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 или земля-воздух, так как при отражениях от границы вода-воздух или земля-воздух не генерируются гармоники зондирующего сигнала. 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 легкими 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 [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 в качестве антенн 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. Особенностью данного нелинейного рассеивателя является то, что его нелинейной нагрузкой является диодный мост, эффективно преобразующий зондирующий сигнал в ответный сигнал на частоте второй гармоники зондирующего сигнала. Одновременно мостовая схема, являясь четырехполюсником, позволяет подключить к имеющимся двум входам две антенны, настроенные на разные частоты.

В то же время нелинейные рассеиватели обладают существенным недостатком, а именно малым коэффициентом преобразования мощности зондирующего сигнала в мощность рассеянного сигнала на частоте гармоники.

В работе [Литвинов A.M. Радиокомплекс розыска маркеров // патент RU 2108596 C1] предложено использовать нелинейный пассивный маркер - параметрический рассеиватель в виде антенны, нагруженной на двухконтурный параметрический генератор, состоящий 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. Параметрическая генерация отличается большей эффективностью преобразования, чем генерация гармоник при нелинейном искажении зондирующего сигнала. Поэтому нелинейные пассивные маркеры - параметрические рассеиватели перспективны для использования в целях маркировки.

В качестве прототипа выбрано техническое решение [Патент RU 2336538, G01S, опубл. 20.01.2008, Ларцов С.В., Нелинейный пассивный маркер - параметрический рассеиватель], где в качестве пассивного маркера предложен двухконтурный параметрический рассеиватель, состоящий из рефлекторной, полосковой или щелевой антенны, нагруженной на нелинейный элемент, представляющий собой двухчастотный параметрический генератор, состоящий из нелинейной емкости и параллельно подключенных к ней двух соединенных последовательно электрических контуров, настроенных на разные частоты, при этом сумма или разность этих частот равна частоте зондирующего сигнала, кроме того, указанные электрические контура или их индуктивности изготавливаются в виде закрытого или полузакрытого резонатора.

Двухконтурный параметрический рассеиватель может быть использован в качестве маркера, размещаемого на теле человека или на поверхности предметов, имеющих большую диэлектрическую проницаемость или проводящую поверхность. Однако предложенное в прототипе техническое решение, как и все, известные к настоящему времени параметрические рассеиватели, имеет конструкцию нелинейного элемента в виде двухполюсника, подключенного к антенне. Это предполагает использование антенны с двумя кратными рабочими частотами, эффективная настройка которой является сложной технической проблемой, что и является недостатком прототипа.

В изобретении поставлена задача повышения эффективности работы двухконтурного параметрического рассеивателя за счет обеспечения лучшего согласования нелинейного элемента и антенной системы.

Решение поставленной задачи достигается тем, что в двухконтурный параметрический рассеиватель, содержащий антенну, нагруженную на нелинейный элемент в виде двухчастотного параметрического генератора, состоящего из нелинейной емкости и параллельно подключенных к ней двух соединенных последовательно электрических контуров, настроенных на разные частоты, сумма или разность которых равна частоте зондирующего сигнала, согласно изобретению, введена вторая антенна, подключенная параллельно одному из двух электрических контуров и настроенная на частоту этого контура, являющуюся частотой ответного сигнала двухконтурного параметрического рассеивателя, первая антенна настроена на частоту зондирующего сигнала, при этом первая и вторая антенны, а также индуктивности электрических контуров выполнены по полосковой технологии на единой подложке с подключением емкостных элементов электрических контуров методом навесного монтажа.

Суть изобретения заключается в том, что предлагается конструкция нелинейного элемента двухконтурного параметрического рассеивателя, являющегося не двухполюсником (как в прототипе), а четырехполюсником, соответственно, антенная система двухконтурного параметрического рассеивателя может быть изготовлена в виде двух антенн, настроенных на частоты зондирующего сигнала и ответного сигнала рассеивателя, которые, во-первых, более эффективны, по сравнению с широкополосной или двухчастотной антенной прототипа, а во-вторых, могут быть лучше согласованы с соответствующими выходами нелинейного элемента.

Двухконтурный параметрический рассеиватель может быть использован в поисковой системе обнаружения жертв кораблекрушений.

Далее изобретение поясняется с помощью чертежей, где:

на фиг.1 представлена схема поисковой системы обнаружения с использованием двухконтурного параметрического рассеивателя;

на фиг.2 представлена конструкция двухконтурного параметрического рассеивателя, выполненная по полосковой технологии.

Поисковая система обнаружения жертв кораблекрушений (см. фиг.1) состоит из генератора 1 зондирующего сигнала, подсоединенного к излучающей антенне 2, настроенной на частоту зондирующего сигнала f, приемной антенны 3 и подсоединенного к ней приемника 4, настроенного на частоту ответного сигнала рассеивателя f₁, которые располагаются на подвижном водном или воздушном носителе (на фиг. не показан), а так же размещенного на спасательном жилете жертв кораблекрушений двухконтурного параметрического рассеивателя 5. Двухконтурный параметрический рассеиватель 5 состоит из первой антенны 6, нагруженной на нелинейный элемент, состоящий из нелинейной емкости 7 и параллельно подключенных к ней последовательно соединенных первого и второго контуров 8 и 9. Контуры 8 и 9 включают индуктивности, соответственно 10, 11 и параллельно подключенные к ним емкости, соответственно 12 и 13. Первый контур 8 настроен на частоту ответного сигнала рассеивателя f₁. Второй контур 9 настроен на частоту f₂, равную разности частот зондирующего сигнала f и частоты ответного сигнала рассеивателя f₁. Параллельно первому контуру 8 подключена вторая антенна 14, настроенная на частоту ответного сигнала рассеивателя 5. Первая антенна 6 настроена на частоту зондирующего сигнала. Электрические контуры параметрического генератора изготавливаются в виде закрытого или полузакрытого резонатора.

Поисковая система обнаружения жертв кораблекрушений работает следующим образом. Предварительно на спасательный жилет прикрепляется двухконтурный параметрический рассеиватель 5. В случае сигнала бедствия поисковая система обнаружения жертв кораблекрушений, располагаясь на подвижном водном или воздушном носителе, излучает в пространство при помощи генератора 1 зондирующего сигнала и излучающей антенны 2 зондирующий сигнал на частоте f в направлении двухконтурного параметрического рассеивателя 5. Зондирующий сигнал наводится в антенне 6 и поступает на нелинейную емкость 7 и первый и второй контуры 8 и 9. В первом контуре 8 возбуждается колебание на частоте f₁, а во втором контуре 9 возбуждается колебание на частоте f₂. В пространство переизлучается колебание на частоте ответного сигнала рассеивателя f₁ при помощи антенны 14 в направлении приемной антенны 3 и фиксируется при помощи приемника 4. Направление зондирования излучающей антенны 2 и приемной антенны 3 позволяет обнаружить оказавшегося за ботом человека в надетом спасательном жилете с прикрепленным к нему двухконтурным параметрическим рассеивателем 5.

В качестве генератора 1 зондирующего сигнала может быть использован измерительный генератор типа Г4-159. В качестве излучающей антенны 2 и приемной антенны 3 могут быть использованы измерительные антенны П6-33. В качестве приемника 4 может быть использован измерительный приемник типа SMV-8.5.

Антенны 6, 14 двухконтурного параметрического рассеивателя 5 могут быть изготовлены в виде рефлекторной, полосковой или щелевой антенны [Кочержевский Г.Н. Антенно-фидерные устройства. - М.: Связь, 1972].

В качестве нелинейной емкости 7 может быть использован полупроводниковый диод Д311 [Горбачев П.А. Формирование сигналов системой пассивных субгармонических рассеивателей // Радиотехника и электроника, 1995, т 40, N11, стр.1606-1610.].

В качестве закрытого резонатора, являющегося индуктивностями 10 и 11, могут, например, выступать отрезки коаксиальной линии передачи (например, отрезок СВЧ кабеля) или отрезки компланарной линии (проводник между двумя слоями диэлектрика покрытыми с внешней стороны металлическими пластинами), или 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 емкостей 12 и 13 могут быть использованы стандартные подстрочные емкости.

Для повышения эффективности двухконтурного параметрического рассеивателя 5 он выполнен в виде единой полосковой конструкции, представленной на фиг.2, в которой антенны 6 и 14, индуктивности 10 и 11 выполнены по полосковой технологии на одной подложке, емкости 12 и 13 и нелинейная емкость 7 являются навесными элементами.

Таким образом, предлагаемое техническое решение позволяет реализовать большую эффективность нелинейного преобразования в двухконтурном параметрическом рассеивателе, например, в поисковых системах обнаружения жертв кораблекрушений или оказавшихся за бортом.

Изобретение относится к пассивным маркерам-ответчикам, являющимся вторичными источниками электромагнитного излучения, и могут быть использованы в поисковой системе обнаружения жертв кораблекрушений. Двухконтурный параметрический рассеиватель содержит антенну, нагруженную на нелинейный элемент в виде двухчастотного параметрического генератора, состоящего из нелинейной емкости и параллельно подключенных к ней двух соединенных последовательно электрических контуров, настроенных на разные частоты, сумма или разность которых равна частоте зондирующего сигнала, а также вторую антенну, подключенную параллельно одному из двух электрических контуров и настроенную на частоту этого контура, являющуюся частотой ответного сигнала двухконтурного параметрического рассеивателя, а первая антенна настроена на частоту зондирующего сигнала, при этом первая и вторая антенны, а также индуктивности электрических контуров выполнены по полосковой технологии на единой подложке с подключением емкостных элементов электрических контуров методом навесного монтажа. Технический результат - повышение эффективности работы двухконтурного параметрического рассеивателя за счет обеспечения лучшего согласования нелинейного элемента и антенной системы. 2 ил.

Двухконтурный параметрический рассеиватель, содержащий антенну, нагруженную на нелинейный элемент в виде двухчастотного параметрического генератора, состоящего из нелинейной емкости и параллельно подключенных к ней двух соединенных последовательно электрических контуров, настроенных на разные частоты, сумма или разность которых равна частоте зондирующего сигнала, отличающийся тем, что в него введена вторая антенна, подключенная параллельно одному из двух электрических контуров и настроенная на частоту этого контура, являющуюся частотой ответного сигнала двухконтурного параметрического рассеивателя, первая антенна настроена на частоту зондирующего сигнала, при этом первая и вторая антенны, а также индуктивности электрических контуров выполнены по полосковой технологии на единой подложке с подключением емкостных элементов электрических контуров методом навесного монтажа.