СУБГАРМОНИЧЕСКИЙ ПАРАМЕТРИЧЕСКИЙ РАССЕИВАТЕЛЬ
SUBHARMONIC PARAMETRIC SCATTERER

Изобретение относится к пассивным маркерам-ответчикам, являющимся вторичными источниками электромагнитного излучения.
Известен по [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, 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, не генерирующих гармоники при их облучении. 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. Данное техническое решение выбрано в качестве аналога.
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 в [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 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. Кроме того, электронные блоки поисковой системы и другие электронные приборы, расположенные на носителе, создают помехи на частоте гармоники и ограничивать чувствительность приемника поисковой системы.
Известен по [Горбачев П.А. Формирование сигналов системой пассивных субгармонических рассеивателей // Радиотехника и электроника, 1995, т40, N11, стр 1606-1610.] нелинейный пассивный маркер параметрический рассеиватель в виде электрического диполя с длиной плеч, равной половине длины волны зондирующего сигнала, нагруженный на параметрический контур, состоящий из переменной емкости, в качестве которой использовался полупроводниковый диод, и проволочной индуктивности. В данной конструкции параметрический контур является открытым колебательным контуром с сосредоточенной переменной емкостью. Принцип работы нелинейного пассивного маркера - параметрического рассеивателя основан на возникновении параметрической генерации в параметрическом контуре на частоте половинной субгармоники и переизлучении этого сигнала в пространство.
Нелинейный пассивный маркер - параметрический рассеиватель по сравнению с нелинейным пассивным маркером в виде нелинейного рассеивателя отличает большая помехозащищенность, поскольку можно ожидать, что бытовая и специальная электроника не будут рассеивать сигналы на частотах субгармоник, так-как маловероятно ожидать наличие условий параметрической генерации. Кроме того, для нелинейных пассивных маркеров - параметрических рассеивателей характерна большая (на один - два порядка) эффективность по сравнению с нелинейными пассивными маркерами в виде нелинейного рассеивателя.
Указанные свойства нелинейных пассивных маркеров - параметрических рассеивателей указывают на перспективность их использования для маркировки. Однако данное техническое решение не позволяет использовать указанный параметрический рассеиватель в качестве маркера, размещаемого на теле человека или на поверхности предметов, имеющих большую диэлектрическую проницаемость или проводящую поверхность из-за изменения частот настройки антенны и параметрического генератора при размещении нелинейного пассивного маркера - параметрического рассеивателя на спасательном жилете, смачивании его водой и т.д.
В качестве прототипа выбрано техническое решение [Патент RU 2336538, G01S 13/74, опубл 20.01.2008 - Ларцов С.В., Нелинейный пассивный маркер - параметрический рассеиватель,], где в качестве пассивного маркера предложен субгармонический параметрический рассеиватель, состоящий из нелинейного элемента, включающего параметрический генератор, и антенной системы, включающей рефлекторную, полосковую или щелевую антенну, нагрузкой которой является параметрический генератор, настроенный на половинную частоту зондирующего сигнала и состоящий из индуктивности в виде закрытого или полузакрытого резонатора и нелинейной емкости. Субгармонический параметрический рассеиватель может быть использован в качестве маркера, размещаемого на теле человека или на поверхности предметов, имеющих большую диэлектрическую проницаемость или проводящую поверхность. Однако техническое решение по прототипу, имеет конструкцию нелинейного элемента в виде двухполюсника, подключенного к антенне. Это предполагает использование антенны с двумя кратными рабочими частотами, эффективная настройка которой - сложная техническая проблема, что и является недостатком прототипа.
В изобретении поставлена задача повышения эффективности работы субгармонического параметрического рассеивателя за счет обеспечения лучшего согласования нелинейного элемента и антенной системы.
Решение поставленной задачи достигается за счет того, что в субгармоническом параметрическом рассеивателе, состоящем из нелинейного элемента, включающего параметрический генератор, и антенной системы, включающей рефлекторную, полосковую или щелевую антенну, нагрузкой которой является параметрический генератор, настроенный на половинную частоту зондирующего сигнала и состоящий из индуктивности в виде закрытого или полузакрытого резонатора и нелинейной емкости, при этом последовательно с первым параметрическим генератором подключен второй параметрический генератор, настроенный на половинную частоту зондирующего сигнала и состоящий из индуктивности в виде закрытого или полузакрытого резонатора и нелинейной емкости, при этом оба параметрических генератора являются нагрузкой второй рефлекторной, полосковой или щелевой антенны, которая настроена на частоту зондирующего сигнала, а первая рефлекторная, полосковая или щелевая антенна настроена на половинную частоту зондирующего сигнала.
Суть изобретения заключается в том, что предлагается конструкция нелинейного элемента субгармонического параметрического рассеивателя, являющегося не двухполюсником, а четырехполюсником, соответственно антенная система субгармонического параметрического рассеивателя может быть изготовлена в виде двух антенн, настроенных на частоты зондирующего сигнала и ответного сигнала на частоте субгармоники зондирующего сигнала, 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.
Поисковая система обнаружения жертв кораблекрушений (см. фиг.1) состоит из генератора 1 зондирующего сигнала, подсоединенного к излучающей антенне 2, настроенной на частоту зондирующего сигнала, приемной антенны 3 и подсоединенного к ней приемника 4, которые настроены на частоту половинной субгармоники зондирующего сигнала, которые располагаются на подвижном водном или воздушном носителе, а так же размещенного на спасательном жилете субгармонического параметрического рассеивателя 5. Субгармонический параметрический рассеиватель 5 состоит из антенны 6, рефлектороной, полосковой или щелевой, настроенной на половинную частоту зондирующего сигнала, и подсоединенного к ней в качестве нагрузки параметрического генератора 7, настроенного на половинную частоту зондирующего сигнала и состоящего из нелинейной емкости 8 - варактора и индуктивности 9 в виде закрытого или полузакрытого резонатора, кроме того, параметрический генератор 7 последовательно соединен с параметрическим генератором 10, настроенным так же на половинную частоту зондирующего сигнала и состоящего из нелинейной емкости 11- варактора и индуктивности 12 в виде закрытого или полузакрытого резонатора, последовательно соединенные параметрические генераторы 7 и 10 являются нагрузкой антенны 13, рефлекторной, полосковой или щелевой, настроенной на частоту зондирующего сигнала.
Поисковая система обнаружения жертв кораблекрушений работает следующим образом. Предварительно на спасательный жилет прикрепляют субгармонический 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 в направлении субгармонического параметрического рассеивателя 5. Зондирующий сигнал наводится на антенне 13 и поступает на последовательно соединенные параметрические генераторы 7 и 10, в которых возбуждаются колебания на частоте половинной субгармоники зондирующего сигнала. Этот сигнал переизлучается в пространство при помощи антенны 6 в направлении приемной антенны 3 и фиксируется при помощи приемника 4. Направление зондирования излучающей антенны 2 и приемной антенны 3 позволяет обнаружить оказавшегося за бортом человека в надетом спасательном жилете с прикрепленным к нему субгармоническим 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, 13 параметрического рассеивателя 5 могут быть изготовлены в виде рефлекторной, полосковой или щелевой антенны по [Кочержевский Г.Н. Антенн-фидерные устройства М.: Связь, 1972].
В качестве нелинейных емкостей 8,11 может быть использован полупроводниковый диод Д311, аналогично [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 9 и 12, могут, использоваться, например, отрезки коаксиальной линии передачи (например, отрезок СВЧ кабеля) или отрезки коммпланарной 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).
Субгармонический параметрический рассеиватель 5 может быть выполнен в виде единой полосковой конструкции, представленной на фиг.2, в которой антенны 6 и 13, индуктивности 9 и 12 выполнены по полосковой технологии на одной подложке, нелинейные емкости 8 и 11 являются навесными элементами.
Таким образом, предлагаемое техническое решение позволяет реализовать большую эффективность нелинейного преобразования нелинейных пассивных маркеров - параметрических субгармонических рассеивателей, например, в поисковых системах обнаружения жертв кораблекрушений или оказавшихся за бортом.