ПРИЕМО-ПЕРЕДАЮЩИЙ МОДУЛЬ РАДИОЛОКАЦИОННОЙ СИСТЕМЫ

Полезная модель относится к радиотехнике, и может быть использована при разработке активных радиолокационных систем.
Известно приемо-передающее устройство активной радиолокационной системы, приведенное в описании изобретения под названием "FMCW Radar system" [1]. Передающая часть устройства содержит последовательно соединенные: модулятор, вход которого соединен с выходом блока обработки сигналов, генератор управляемый напряжением, делитель мощности и передающую антенну. Приемная часть устройства состоит из последовательно соединенных: приемной антенны, смесителя, первого усилителя, фильтра нижних частот, второго усилителя, выход которого соединен со входом блока обработки сигналов. Первый вход смесителя данного устройства соединен с выходом приемной антенны, а второй вход с вторым выходом делителя мощности.
Недостатком данного устройства является, наличие «мертвой зоны», вызванной просачиванием прямого сигнала передатчика в приемную антенну и затрудняющего обработку полезных сигналов, отраженных от радиолокационной цели на малом расстоянии от РЛС.
Наиболее близким к заявляемому устройству, является приемо-передающее устройство активной радиолокационной системы, приведенное в описании изобретения под названием "Radar" [2]. Устройство содержит последовательно соединенные: цифро-аналоговый преобразователь, вход которого соединен с выходом блока формирования и обработки сигналов, генератор управляемый напряжением, изолятор и делитель мощности, циркулятор, первый соединительный разъем которого подключен к первому выходу делителя мощности, приемо-передающую антенну, соединенную с вторым соединительным разъемом циркулятора, смеситель, первый вход которого соединен с третьим соединительным разъемом циркулятора, а второй вход с вторым выходом делителя мощности, последовательно соединенные: усилитель, вход которого соединен с выходом смесителя, аналого-цифровой преобразователь, выход которого соединен с входом блока формирования и обработки сигнала.
Данное устройство позволяет уменьшить «мертвую зону» РЛС, по сравнению с предыдущим устройством, за счет использования циркулятора. Циркулятор подавляет часть энергии из первого соединительного разъема при поступлении в третий соединительный разъем и далее в приемный тракт. Однако уровень развязки между первым и третьим разъемом в современных циркуляторах составляет 15-20 дБ [3], что не достаточно для полного устранения влияния прямого сигнала при обработке полезного сигнала, отраженного от радиолокационной цели (и как следствие образование «мертвой зоны»).
Задача, на решение которой направлено предлагаемое техническое решение, -повышение уровня компенсации сигнала собственного передатчика, поступающего в приемный канал.
Решение поставленной задачи достигается тем, что в известное устройство, содержащее: блок формирования и обработки сигналов, цифро-аналоговый преобразователь, вход которого соединен с выходом блока формирования и обработки сигналов, генератор управляемый напряжением, вход которого соединен с выходом цифро-аналогового преобразователя, изолятор, вход которого соединен с выходом генератора управляемого напряжением, делитель мощности, вход которого соединен с выходом изолятора, циркулятор, приемо-передающую антенну, соединенную с вторым соединительным разъемом циркулятора, смеситель, первый вход которого соединен с вторым выходом делителя мощности, усилитель сигнала приемного тракта, вход которого соединен с выходом смесителя, аналого-цифровой преобразователь, выход которого соединен с входом блока формирования и обработки сигналов, дополнительно вводится усилитель сигнала передающего тракта, вход которого соединен с первым выходом делителя мощности, симметрирующий трансформатор, вход которого соединен с выходом усилителя сигнала передающего тракта, а первый выход с первым соединительным разъемом циркулятора, перестраиваемая линия задержки, вход которой соединен с вторым выходом симметрирующего трансформатора, перестраиваемый аттенюатор, вход которого соединен с выходом перестраиваемой линии задержки, сумматор, первый вход которого соединен с третьим соединительным разъемом циркулятора, второй вход с выходом перестраиваемого аттенюатора, а выход с вторым входом смесителя, фильтр нижних частот, вход которого соединен с выходом усилителя сигнала приемного тракта, а выход с входом аналого-цифрового преобразователя.
Функциональная схема предлагаемого устройства приведена на фиг.1, на которой обозначено: 1 - блок формирования и обработки сигналов, 2 - цифро-аналоговый преобразователь, 3 - генератор управляемый напряжением, 4 - изолятор, 5 - делитель мощности, 6 - усилитель сигнала передающего тракта, 7 - симметрирующий трансформатор, 8 - циркулятор, 9 - приемо-передающая антенна, 10 - перестраиваемая линия задержки, 11 - перестраиваемый аттенюатор, 12 - сумматор, 13 - смеситель, 14 - усилитель сигнала приемного тракта, 15 - фильтр нижних частот, 16 - аналого-цифровой преобразователь.
Подробное описание работы устройства.
Можно выделить составные части устройства по следующим функциональным назначениям: передающий канал, приемный канал, тракт компенсации.
Передающий канал предназначен для формирования радиолокационного сигнала, и передачи его в передающую антенну. Передающий канал включает в себя блоки 2, 3,4, 5, 6.
Приемный канал предназначен для приема сигнала, отраженного от радиолокационной цели. Приемный канал включает в себя блоки: 13, 14, 15,16.
Для передачи и приема сигналов в данном устройстве используется одна антенна 9, а также циркулятор 8, для изоляции передающего и приемного каналов.
Тракт компенсации предназначен для подавления прямого сигнала передатчика, поступившего в приемный канал через циркулятор 8 (в виду малой развязки между каналами циркулятора, около 15-20 дБ). Тракт компенсации включает в себя блоки 7, 10, 11, 12.
Назначение устройства - передача радиолокационного сигнала, прием сигнала отраженного от радиолокационной цели, компенсация прямого сигнала собственного передатчика в приемном канале.
Компенсация прямого сигнала собственного передатчика в приемном канале достигается тем, что сигнал передатчика, проходит через тракт компенсации, и складывается с сигналом, поступившим из первого соединительного разъема циркулятора в третий. Параметры компенсирующего тракта настраиваются в ручном либо автоматическом режиме таким образом, чтобы сигналы на входе сумматора имели одинаковую задержку и ослабление но при этом были в противофазе.
В блоке формирования сигналов 1 формируется управляющий сигнал для ГУН 3 (генератор управляемый напряжением). Далее управляющий сигнал поступает на вход цифро-аналогового преобразователя 2, где преобразуется в аналоговый вид и далее поступает на вход ГУНа 3. В ГУНе 3 формируется зондирующий сигнал с линейной частотной модуляцией. Зондирующий сигнал проходит через изолятор 4 и далее поступает на вход делителя мощности 5. С первого выхода делителя мощности 5 сигнал проходит через усилитель 6 и симметрирующий трансформатор 7. С первого выхода трансформатора 7 сигнал поступает в первый соединительный разъем циркулятора 8 и далее излучается приемо-передающей антенной 9.
Приемо-передающей антенной 9 принимается сигнал, отраженный от радиолокационной цели и далее поступает в циркулятор 8. С третьего соединительного разъема циркулятора 8 смесь полезного сигнала и прямого сигнала передатчика подсвета, поступает на первый вход сумматора 12. Причем мощность сигнала собственного передатчика поступающего в приемный канал значительно превосходит мощность сигнала отраженного от радиолокационной цели. На второй вход сумматора 12 поступает компенсирующий сигнал. Структура симметрирующего трансформатора 7 такова, что он имеет один вход и два выхода: инвертирующий и неинвертирующий. Сигналы на выходе симметрирующего трансформатора 7 синхронны, имеют одинаковую амплитуду, но при этом находятся в противофазе. Инверсный сигнал, с второго выхода симметрирующего траснформатора 7 проходит через блоки 10 и 11, где производится его задержка и ослабление. Этот сигнал является компенсационным, с помощью перестраиваемой линии задержки и перестраиваемого аттенюатора, производится его задержка и ослабление, таким образом, чтобы поступая на вход сумматора 12, компенсирующий сигнал был синхронен и имел одинаковую амплитуду с сигналом передатчика, поступающим на первый вход сумматора 12, но при этом в противофазе. Настройка блоков 10 и 11 может производиться в ручном либо автоматическом режиме. В сумматоре 12 производится сложение прямого сигнала собственного передатчика и компенсирующего сигнала в противофазе и как следствие компенсация прямого сигнала передатчика. Уровень компенсации при использовании для формирования компенсирующего сигнала симметрирующего трансформатора может достигать 40 дБ[4]. После сумматора сигналы, отраженные от радиолокационной цели поступают на вход смесителя 13, на выходе которого формируется сигнал биений. Далее сигнал биений усиливается в блоке 14, проходит через фильтр нижних частот 15 и поступает на вход аналого-цифрового преобразователя 16 и далее в блок формирования и обработки сигнала 1.
Повышение уровня компенсации прямого сигнала передатчика поступившего в приемный канал, по сравнению с прототипом заключается в применении компенсирующего тракта, включающего: симметрирующий трансформатор, перестраиваемый аттенюатор, перестраиваемую линию задержки, и может достигать 20 дБ по сравнению с прототипом.
1. Пат.US №6,888,494 В2, МПК G01S 13/93. FMCW Radar system. Опубл. 3.05.2005
2. Пат.US №2002/0154051 А1, МПК G01S 13/34. Radar. Опубл. 24.10.2002
3. Егоров Н. Циркуляторы и вентили ВЧИ СВЧ-диапазона решения компании Ditom Microwave //электроника: наука, технология, бизнес.- 2013. - Т. 124. - №. 1. - С.094-097.
4. Jain М. et al. Practical, real-time, full duplex wireless //Proceedings of the 17th annual international conference on Mobile computing and networking. - ACM, 2011. - C. 301-312.