АНАЛИЗ СПОСОБОВ РЕГИСТРАЦИИ АВТОДИННОГО СИГНАЛА

July 8, 2012 by admin Комментировать »

Воторопин С. Д.*, Носков В. Я.** *ФГУП «НИИПП», Томск, Россия, e-mail: уоШтаН. tomsknet.ru **НТГПИ, Нижний Тагил, Россия

Аннотация Автодинные системы сверхвысокочастотного (СВЧ) и крайне высокочастотного (КВЧ) диапазонов, благодаря конструктивней простоте, малогабаритное™ и высокой чувствительности, находят широкое применение для решения самых различных задач ближней радиолокации [1]. Принцип работы указанных систем основан на автодинном эффекте, заключающемся в изменении параметров автоколебаний генератора под воздействием отраженного электромагнитного излучения. Возникающий автодинный отклик регистрируется либо в цепи питания генератора, либо внешним детектором, на который ответвляется часть мощности генерируемого излучения [2].

I.  Введение

Наиболее простая конструкция и низкая стоимость автодинной системы достигаются при регистрации автодинного сигнала в цепи питания. Для этого используются резисторы, дроссели или трансформаторы [2, 3]. Автодинный сигнал снимается непосредственно с точки соединения питания диода с резистором или дросселем через разделительный конденсатор или со вторичной обмотки трансформатора. Следует отметить, что традиционный достаточно простой способ регистрации автодинного отклика с помощью резистора в цепи питания [2] не является оптимальным для выпускаемых серийно генераторных диодов, так как обладает рядом существенных недостатков: значительными потерями энергии, бесполезно рассеиваемой резистором, что снижает общий КПД системы; наличием реакции цепи питания на режим генератора по высокой частоте, ухудшающей стабильность работы автодина; увеличением времени установления рабочей точки генератора при его включении; изменением режима генератора при смене экземпляра генераторного диода; передачей шумов источника питания в цепь регистрации автодинного сигнала.

II.  Основная часть

Отмеченные недостатки частично снимаются при использовании дросселей и трансформаторов в цепи питания [1, 3], однако на современном уровне развития микроэлектроники устройство с трансформатором представляется чрезвычайно громоздким. В работе [4] показано, что для генераторов на диодах Ганна оптимальным регистрируемым параметром автодинного отклика является ток через диод в режиме короткого замыкания на выходе, то есть, при питании генератора от источника напряжения и отсутствии низкочастотной нагрузки, а для лавиннопролетных (ЛПД) и инжекционно-пролетиых (ИПД) диодов напряжение при питании от источника тока. Эти же условия обеспечивают улучшение шумовых характеристик автодинных систем [5]. На рис.1 приведена принципиальная схема устройства регистрации, отвечающего указанным условиям [6]. Принцип действия устройства основан на преобразовании тока lo, проходящего через диод Ганна \/Д2 в напряжение \/вых = loR2, которое выделяется на сопротивлении резистора R2. Благодаря наличию обратной связи через операционной усилитель ДА1 на верхний (по схеме) вывод диода Ганна, на нём обеспечивается практически нулевое входное сопротивление цепи регистрации, что полностью исключает обратную реакцию цепи питания на режим автодинного генератора и предотвращает осцилляции в этой цепи при включении автодина, имеющего длинный тракт передающей линии [7]. Напряжение питания диода Ганна определяется величиной опорного напряжения снимаемого со стабилитрона \/Д1 и сопротивлениями резисторов R3 и R4. Отметим также, что для приведенной схемы регистрации не нужен источник питания с высокими требованиями к уровню пульсаций и шумов.

коэффициент, учитывающий соотношение ДОэ и Qrp, как правило,ЛОэ »7iQrp, поэтому N(Qrp) s 1 и qo(Qrp)>1.

Как видно из (17), (18), благодаря регистрации автодинных изменений частоты в анализируемом устройстве достигается подавление низкочастотных составляющих фликкер-шумов, сосредоточенных вблизи несущей. Благодаря этому соотношение сигнал/шум в данной области доплеровских частот существенно улучшается. Таким образом, из проведённого анализа следует, что автодинный радиолокатор с регистрацией изменений частоты генерации по своим характеристикам (потенциалу) приближается к потенциальному “потолку” автодинных систем.

III.  Заключение

Поведены экспериментальные исследования автодинного радиолокатора, регистрирующего изменения частоты, с различными типами активных элементов и генераторов на их основе. Натурные испытания радиолокаторов на измерение скорости движения автотранспорта показали, что дальность действия по одному и тому типу автомобиля у автодина с регистрацией изменений частоты более чем в три раза больше, чем у автодинов с традиционным способом регистрации по цепи питания.

IV. Список литературы

[1]  Воторопин С. Д., Юрченко В. И. Автодины на диодах Ганна и устройства на их основе. — Электронная промышленность, вып. 1-2, 1998, с. 110-115.

[2]  Воторопин С. Д., Носков В. Я. Приёмопередающие модули на слаботочных диодах Ганна для автодинных систем. — Электронная техника. Сер. СВЧ-техника, вып. 4(458), 1993, с. 70-72.

[1] Носков В. Я. Регистрация автодинного сигнала в цепи питания СВЧ-генераторов на полупроводниковых диодах

—       Радиопромышленность, 1993, № 5-6, с 28-32.

[2] А. с. 1775696 (РФ). Автодинный радиолокатор / Бузыкин В. Т., Воторопин С. Д. Носков В. Я. Опубл. в Б.И.,

1992, № 42.

[3] Воторопин С. Д., Носков В. Я. Способы детектирования автодинного сигнала в КВЧ-генераторах на полупроводниковых диодах. — Электронная промышленность, 2002, вып.2-3, с.145-150.

[4] А.с. 1599968 (СССР). Автодинный преобразователь /

В. Т. Бузыкин, С. Д. Воторопин, В. Я. Носков др. —

Опубл. в Б.И., 1990, № 38.

[5] Бузыкин В. Т., Носков В. Я. и др. Исследование переходных процессов в автодинах на полупроводниковых СВЧ генераторах. — В кн.: «Радиофизика и исследование свойств вещества». Омск, 1984, с. 32-42.

[6] Закарлюк Н. М., Носков В. Я. Универсальный источник тока для лавинно-пролётных диодов. — Приборы и техника эксперимента, 1985, № 1, с. 132-133.

[7] Острейковский А. В. О повышении автодинной чувствительности генератора на диоде Ганна. — В кн.: «Электродинамика и физика СВЧ». Днепропетровск, 1985, с.6-8.

[8]   ТерещенкоА. Ф„ Декин Г. Н. Оптимизация режима работы автодинов на диодах Ганна. — Радиотехника,

1983, № 4, с. 30-33.

[9]   А.с. 1246859 (СССР). Способ настройки автодинного генератора на диоде Ганна / Е. Л. Барташевский,

А.       В. Острейковский, Е. Н. Привалов и др.

[10] Бородовский П. А.. Булдыгин А. Ф., Уткин К. К. Автодинный смеситель на диоде Ганна — Изв. вузов. Радиоэлектроника, 1974, 17, № 12, с. 82-84.

[11] Терещенко А. Ф. Инженерный метод расчёта энергетических характеристик автодинов — Электронная техника. Сер. Электроника СВЧ, 1983, № 2, с.3-9.

[12] Туманов. Б. Н„ Бузыкин В. Т. Особенности автоколебаний в автодинных генераторах СВЧ. — Электронная техника. Сер. Электроника СВЧ, 1983, № 2, с. 3-9.

[13] Гершензон Е. М., Туманов Б. Н„ Бузыкин В. Т. и др. Общие характеристики и особенности автодинного эффекта в автогенераторах. — Радиотехника и электроника, 1983, 27, № 1, с. 104-112.

[14] Малахов А. Н. Флуктуации в автоколебательных системах. — М.: Наука, 1968. — 660 с.

METHODS OF AUTODYNE SIGNAL REGISTRATION

Votoropin S. D.*, Noskov V. Ya.**

*FSUE «NIIPP»,. Tomsk, Russia e-mail: vot&.maii. tomsknet. ru **NTSPI, Nizhny Tagil, Russia

Autodyne system becomes cheaper and less complicated if autodyne signal is recorded in the feed circuit. For this purpose resistors, chokes and transformers are used [2, 3]. Autodyne signal is taken either from diode feed/resistor or diode feed/choke junction, or through the blocking capacitor, or from transformer secondary. It should be noted that the common, rather simple method of autodyne response recording using a resistor in the feed circuit [2], is not optimal in the case of serially-produced diodes. That is caused by: power leakage, that reduces total system efficiency; feed circuit response to oscillator mode at HF, that worsens stability of autodyne operation; high working point setup time at the oscillator on; change of oscillator mode at the change of oscillator diode; transmission of power source noise into the circuit of autodyne signal recording. The common problem at creation of autodyne systems is the optimal recording of autodyne response.

Unfortunately, the above-mentioned methods of recording, in spite of multiple efforts, which have been applied for their development, do not enable achieving of the desired limit in the power efficiency [13]. The loss, which makes about 30-40 dB, is concerned basically with noise transform on the non-linearity of active device, as well as with the noise in oscillator feeding circuit. Power spectrum of this noise is concentrated basically in the lower Doppler frequencies. That limits autodyne sensibility and its potential.

In order to increase autodyne radar sensibility and its reach, accordingly, it is proposed to record autodyne frequency changes. At the moving of reflecting object, oscillations occur with Doppler frequency. Flow chart of autodyne radar, which implements the above-mentioned principle, consists of autodyne oscillator (AO), transceiving antenna (A), autodyne frequency shifter (AFS), intermediate-frequency amplifier (IFA), frequency discriminator (FD) and low-pass filter (LPF), connected in series (Fig.2). As is obvious from (17), (18), due to the recording of autodyne frequency change, we suppress lowfrequency components of flicker-noise, which are concentrated close to the carrier. Thus, signal/noise ratio is improved considerably. From the analysis conducted it follows, that autodyne radar, which records the change of oscillation frequency is close to potential limit of autodyne systems.

Источник: Материалы Международной Крымской конференции «СВЧ-техника и телекоммуникационные технологии», 2003г.

Оставить комментарий

микросхемы мощности Устройство импульсов питания пример приемника провода витков генератора выходе напряжение напряжения нагрузки радоэлектроника работы сигнал сигнала сигналов управления сопротивление усилитель усилителя усиления устройства схема теория транзистора транзисторов частоты