НЕЛИНЕЙНЫЙ РАДИОЛОКАТОР

Полезная модель относится к области радиолокационной техники определения местоположения или обнаружения объектов с использованием отражения или переизлучения радиоволн и может быть применена для обнаружения и идентификации объектов, содержащих нелинейные электрические контакты типа металл-металл, полупроводник-металл либо полупроводник-полупроводник, например, скрытого оружия или электронных устройств несанкционированного съема информации.
Известен нелинейный радиолокатор [Патент США № 6057765, МПК G 08B 13/14, опубл. 2000], который позволяет обнаруживать объекты, содержащие нелинейные электрические контакты. Данное устройство содержит в своем составе антенну, передатчик  гармонического зондирующего сигнала, приемник 2-й и 3-й гармоник переизлученного нелинейным объектом сигнала.
Недостатком данного устройства является низкая обнаружительная способность, обусловленная необходимостью эффективной раскачки нелинейной вольтамперной характеристики объекта. Кроме того, недостатком данного устройства является сложность конструкции, обусловленная необходимостью подавления в передающем тракте гармоник излучаемого сигнала, порождаемых не только активными элементами, но и пассивными элементами за счет контактных явлений в них.
Известен нелинейный радиолокатор [Патент США № 6765527, МПК G 01S 13/04; G 01S 7/41, опубл. 2004], принятый за прототип полезной модели, содержащий два источника сигналов, генерирующих сигналы с близкими по диапазону частотами f1 f2, и схему объединения сигналов, связанную с антенной. Данный радиолокатор содержит приемник, способный принимать помимо гармоник частот f1 и f2 сигналы на суммарной и разностной частотах, которые не совпадают с гармониками частот f1 и f2. Вследствие этого конструкция упрощается за счет снижения требований к подавлению гармоник. Тем не менее, поскольку суммарный и разностный сигналы далеко отнесены частотам от передаваемых сигналов, для приема этих сигналов необходимы дополнительные антенны соответствующих диапазонов. Это обстоятельство ведет к усложнению конструкции. Кроме того, для формирования комбинационных (суммарного и разностного) сигналов требуется высокий уровень обоих зондирующих сигналов, что требует наличия удвоенного числа мощных усилительных каскадов. При ограниченной мощности усилителей обнаружительная способность радиолокатора оказывается низкой.
Задача, решаемая полезной моделью – соединение преимущества более простой схемы селекции гармоник в двухчастотной схеме и преимущества меньшего числа мощных усилительных каскадов в одночастотной схеме.
Технический результат полезной модели состоит в упрощении конструкции  и улучшении обнаружительной способности нелинейного радиолокатора.
Технический результат достигается тем, что в нелинейном радиолокаторе, содержащем два источника сигналов, генерирующих сигналы в близких частотных диапазонах, и схему объединения сигналов, связанную с антенной, источник первого сигнала снабжен низкочастотным модулятором, а между источником второго сигнала и схемой объединения сигналов включен векторный рефлектометр.
Достижение технического результата обусловлено следующим.
Низкочастотный модулятор первого сигнала обеспечивает зависящую от времени раскачку нелинейной характеристики объекта. При этом его усредненная проводимость на различных частотах, в том числе на частоте второго сигнала, также модулируется. Векторный рефлектометр в канале второго сигнала обеспечивает формирование модулированного отклика в соответствии с законом модуляции первого сигнала. Для получения модулированного отклика не требуется повышать мощность второго сигнала до уровня мощности первого сигнала. Благодаря этому конструкция нелинейного радиолокатора упрощается за счет уменьшения числа мощных усилительных каскадов. Конструкция упрощается также за счет использования единственной антенны, служащей как для передачи первого и второго сигналов, так и для приема отраженного модулированного сигнала на частоте f2.
n
n
n
2
0
n
Улучшение обнаружительной способности по сравнению с прототипом обусловлено характером спектра раскачки нелинейной вольтамперной характеристики объекта мощным сигналом. Возникновение гармоник или комбинационных частот связано с воздействием гармонических колебаний на нелинейный элемент. Как правило, полупроводниковые элементы имеют экспоненциальную вольтамперную характеристику. При воздействии гармонического сигнала с относительной амплитудой z гармоники тока J пропорциональны модифицированным функциям Бесселя 1 рода  I(z). У элемента с экспоненциальной вольтамперной характеристикой проводимость G пропорциональна току, то есть содержит гармоники, также пропорциональные функциям I(z). Вторая гармоника тока, отвечающая за формирование принимаемого сигнала в обычном нелинейном радиолокаторе, пропорциональна I(z). В предлагаемой полезной модели за формирование сигнала, поступающего в рефлектометр, отвечает усредненная  проводимость G, пропорциональная I(z) и получающая под воздействием первого сигнала малое приращение δG. Рассматривая разложение функций I(z) в ряды согласно формуле
2
2
можно увидеть, что составляющая тока на второй гармонике пропорциональна  z/8, в то время как изменение усредненной проводимости пропорционально z/4, то есть вдвое больше, чем для второй гармоники. Кроме того, эффективность обнаружения повышается за счет характера обработки сигнала в векторном рефлектометре. Согласно соотношению между проводимостью элемента и его коэффициентом отражения, сигнал, формируемый в рефлектометре, оказывается пропорционален (1–δG)/(1+δG) ≈ 1–2δG, то есть эффект модуляции проводимости проявляется при регистрации отраженного сигнала с удвоенной эффективностью. Эти обстоятельства подтверждают улучшение обнаружительной способности предлагаемой модели.
Полезная модель поясняется иллюстрацией фиг. 1. Нелинейный радиолокатор содержит два источника сигналов 1 и 2, генерирующих сигналы в близких частотных диапазонах, и схему объединения сигналов 3, связанную с антенной 4. Антенна наводится на объект 5, обладающий нелинейной вольтамперной характеристикой. Источник первого сигнала 1 снабжен низкочастотным модулятором 6, а между источником второго сигнала 2 и схемой объединения сигналов 3 включен векторный рефлектометр 7. Работа полезной модели основана на модуляции проводимости объекта 5 под воздействием мощного сигнала от источника 1. В соответствии с законом модуляции коэффициент отражения объекта на частоте второго источника также оказывается модулированным. В результате в векторном рефлектометре 7 формируется сигнал низкой частоты, указывающий на наличие нелинейного объекта в зоне действия антенны.
Полезная модель в соответствии с заявленными признаками была испытана с использованием стандартных радиоизмерительных приборов (фиг. 2). В качестве  источников использовались генераторы стандартных сигналов. Первый генератор работал на частоте 1300 МГц в режиме внутренней амплитудной модуляции 1 КГц, второй генератор – в режиме непрерывной генерации на частоте 1600 МГц. Мощность генераторов составляла 60-80 мВт. Схема объединения сигналов была выполнена на пятизвенных штыревых фильтрах и обеспечивала связь генераторов с антенной независимо друг от друга. Антенна имела вид вибратора над плоскостью, снабженного одним директором для расширения полосы частот согласования. Рефлектометр 7 был представлен комбинацией трехдецибельных делителей Вилкинсона 8 с балансным смесителем 9. Выходной сигнал усиливался селективным микровольтметром  и наблюдался на осциллографе. При указанных значениях мощностей данная схема обеспечивала обнаружение типичных тестовых объектов на расстоянии до 0.5 м, что сравнимо с аналогичными показателями серийно выпускаемых нелинейных радиолокаторов с мощностью порядка 1 Вт.