ОБНАРУЖИТЕЛЬ СИГНАЛА

Полезная модель относится к радиотехнике и может быть использована в приемном устройстве средств радиотехнической разведки.
Известен обнаружитель радиочастотного сигнала [Tsui J. В. Y. Microwave Receivers with Electronic Warfare Applications. John Wiley & Sons, 1986. p. 266], построенный на основе детектора огибающей сигнала и порогового устройства с регулируемой величиной порога обнаружения. Обнаружитель используется для мгновенного определения присутствия сигнала в заданной полосе частот, для чего подключается к заданному полосовым фильтром частотному каналу приемника. В отсутствие сигнала канал закрыт. При превышении сигналом заданного порога пороговое устройство (ПУ) обнаружителя открывает канал путем подачи сигнала, открывающего управляемый ключ.
Недостатком данного обнаружителя является потеря для дальнейшей обработки и анализа передней части короткого импульса. Это связано с конечным временем срабатывания ПУ и отпирания коммутатора, которое, в зависимости от конкретного исполнения, составляет единицы - десятки наносекунд. Если продолжительность указанного времени превышает длительность принимаемого сигнала, происходит полная потеря сигнала.
Известен обнаружитель сигнала [Пат. 159589 РФ, МПК G01S 3/00. Обнаружитель сигнала / А.И. Беззуб, А.С. Подстригаев, В.П. Лихачев; заявитель и патентообладатель Акционерное общество «Брянский электромеханический завод». - №2015138477/08; заявл. 09.09.2015; опубл. 10.02.2016, Бюл. №4], в котором потеря сигнала для обработки исключается за счет использования линии задержки. На входе обнаружитель содержит делитель мощности. К первому из двух выходов делителя мощности подключены последовательно соединенные детектор огибающей сигнала и пороговое устройство с регулируемой величиной порога обнаружения. Ко второму выходу делителя мощности подключены последовательно соединенные линия задержки и ключ. Ключ управляется пороговым устройством. Сигнал со входа обнаружителя поступает на вход делителя мощности, с одного выхода которого, пройдя через детектор, он поступает на вход порогового устройства. С другого выхода делителя мощности сигнал проходит через линию задержки на управляемый ключ. В отсутствие на входе обнаружителя сигнала или при наличии сигнала, уровень которого после детектирования не превышает порог срабатывания порогового устройства, ключ закрыт. При поступлении на вход обнаружителя сигнала с уровнем, достаточным для срабатывания порогового устройства, на выходе порогового устройства формируется сигнал, открывающий ключ. При этом за время срабатывания порогового устройства часть сигнала, ответвленная делителем мощности, проходит через линию задержки и поступает на вход управляемого ключа в момент его открытия. Этим обеспечивается прохождение сигнала на выход обнаружителя без потери передней части. Линия задержки выполнена на основе длинного отрезка полосковой линии. Указанный обнаружитель принят за прототип.
r
r
Габаритные размеры описанного обнаружителя сигнала определяются в основном габаритными размерами входящей в его состав линии задержки, выполняемой в виде печатной платы. Причем для уменьшения размеров линии задержки полосковая линия должна быть симметричной. Длина такой линии задержки определяется по выражению , где L - длина линии, с - скорость света, t - время задержки,  ε - относительная диэлектрическая проницаемость подложки печатной платы. Учитывая, что обнаружитель работает в диапазоне СВЧ, для изготовления печатной платы необходимо применение специального материала. Как видно из выражения, для уменьшения длины линии задержки необходимо использовать материал с высоким значением ε. Значение относительной диэлектрической проницаемости для широко применяемых в промышленности СВЧ материалов лежит в диапазоне от 2,8 до 16.
r
r
r
3
Применяются также материалы с относительной диэлектрической проницаемостью до 100. Однако даже высокое значение ε не позволяет добиться значительного уменьшения габаритных размеров линии задержки и приблизиться к размерам остальной части обнаружителя, а, кроме того, с повышением значения ε возрастает удельное затухание. Для уменьшения габаритов линия задержки может быть компактно свернута в виде меандра. При этом между соседними витками линии задержки возникают паразитные связи, которые также препятствуют значительному уменьшению размеров. Учитывая, что типовое время задержки должно быть не менее 20 нс, даже при выборе материала, имеющего ε=100 (например, марки 100МСТ), конечные размеры линии задержки составят не менее 45×80×5 мм, что соответствует объему материала 18000 мм.
Таким образом, недостатком прототипа являются значительные габаритные размеры, связанные с размерами линии задержки, выполняемой в виде печатной платы. При модернизации существующих средств РТР путем добавления линий задержки в обнаружители приемных устройств это приводит к необходимости изменения конструкции приемных устройств, что требует значительных финансовых и временных затрат.
Целью заявляемой полезной модели является уменьшение габаритных размеров обнаружителя, имеющего линию задержки.
Технический результат заключается в сохранении конструкции приемных устройств средств РТР при включении в состав обнаружителей линий задержки.
Указанные цель и технический результат достигаются тем, что в обнаружителе сигнала, содержащем делитель мощности, подключенные к первому выходу делителя мощности последовательно соединенные детектор огибающей сигнала и пороговое устройство с регулируемой величиной порога обнаружения, подключенные ко второму выходу последовательно соединенные линию задержки и управляемый пороговым устройством ключ, линия задержки из состава обнаружителя выполнена из оптоволокна.
3
3
Оптоволоконное исполнение увеличивает длину линии задержки L, определяемую в данном случае по выражению L=ct. Для времени задержки 20 нс длина линии составит 6 м. Однако при этом витки линии задержки (в отличие от полоскового исполнения) могут быть уложены вплотную друг к другу и другим элементам схемы без возникновения паразитных связей. Габаритные размеры линии задержки могут быть оценены по занимаемому объему, в пределах которого оптоволокно может быть размещено различными способами. При типовом диаметре оптоволоконной линии 0,125 мм и длине 6 м объем оптоволокна составит 73,6 мм. Считая, что витки линии уложены с зазором и имеется воздушный объем в центре катушки, объем катушки относительно объема оптоволокна может быть увеличен в 10 раз, т.е. до 736 мм. Тогда линия задержки может быть уложена мотком высотой 2 мм и диаметром 21 мм, а объем будет уменьшен в 24 раза. Таким образом, очевидно уменьшение габаритов линии задержки в оптоволоконном исполнении по сравнению с исполнением на основе полосковой линии.
Однако для использования оптоволоконной линии задержки необходимо преобразование входного СВЧ-сигнала в оптический диапазон. После задержки сигнал должен быть преобразован обратно в электрическую форму.
На фигуре представлена структурная схема обнаружителя сигнала.
Заявляемое устройство содержит делитель мощности 1, детектор огибающей сигнала 2, пороговое устройство 3, преобразователь электрического сигнала в оптический 4, линию задержки 5, управляемый ключ 6, преобразователь оптического сигнала в электрический 7.
Обнаружитель сигнала работает следующим образом. Сигнал со входа обнаружителя поступает на вход делителя мощности 1, с одного выхода которого, пройдя через детектор 2, он поступает на вход порогового устройства 3. С другого выхода делителя мощности 1 сигнал поступает на вход преобразователя электрического сигнала в оптический 4, преобразуется в световую форму и проходит через линию задержки 5 на вход управляемого ключа 6. Далее сигнал поступает на вход преобразователя оптического сигнала в электрический 7, преобразуется обратно в электрическую форму и поступает на выход обнаружителя. В отсутствие сигнала на входе обнаружителя или при наличии сигнала, уровень которого после детектирования не превышает порог срабатывания порогового устройства 3, управляемый ключ 6 закрыт. При поступлении на вход обнаружителя сигнала с уровнем, достаточным для срабатывания порогового устройства 3, на выходе порогового устройства 3 формируется сигнал, открывающий ключ 6.
Делитель мощности 1 может быть выполнен на микрополосковой линии (Фуско В. СВЧ цепи. Анализ и автоматизированное проектирование: Пер. с англ. - М.: Радио и связь, 1990. - С. 269-273). Учитывая, что к современным приемникам радиотехнической разведки предъявляются требования к широкому динамическому диапазону входного сигнала, детектор 2 целесообразно выполнить на основе логарифмического детектора. В качестве такого детектора может быть использована, например, микросхема AD8318, работающая в частотном диапазоне от 1 МГц до 8 ГГц и имеющая динамический диапазон не менее 55 дБ (Техническое описание микросхемы AD8318 // URL: http://www.analog.com/media/en/technical-documentation/evaluation-documentation/AD8318.pdf). Пороговое устройство 3 может быть реализовано на базе быстродействующего компаратора, например, ADCMP600, типовое быстродействие которого составляет приблизительно от 3,5 до 5 нс (Техническое описание микросхемы ADCMP600 // URL: http://www.analog.com/media/en/technical-documentation/data-sheets/ADCMP600_601_602.pdf). Также на практике компаратор может быть дополнен комбинационным логическим устройством, реализующим дополнительные режимы работы обнаружителя (например, «принудительное открывание», «принудительное закрывание»), что увеличивает задержку сигнала до единиц - десятков наносекунд. Преобразователь электрического сигнала в оптический 4 выполняется в виде лазерного диода, например, диода FPL-1300-14BF с длиной волны от 1270 до 1330 нм. Линию задержки 5 целесообразно выполнять на основе широко распространенного многомодового оптоволокна 50/125, уложенного в катушку. Линия задержки фиксируется клеевым составом, установкой в корпус, намоткой на стойки платы обнаружителя или другим способом. Управляемый ключ 6 может быть выполнен в виде электрооптического модулятора, например, серийно изготавливаемых модуляторов серий 2623, MXAN-LN, MXER и др., работающих в широких диапазонах длин волн оптического сигнала и частот радиосигнала. В качестве преобразователя оптического сигнала в электрический 7 может быть использован фотодиод, например, ИФПМ1-10 с рабочим диапазоном длин волн от 1200 до 1620 нм. Лазерный диод, фотодиод, линия задержки и электрооптический модулятор должны быть согласованы по рабочей длине волны.