Влияние сопутствующей амплитудной модуляции на формирование сигналов автодинных радиолокаторов с частотной модуляцией
Аннотация
Представлены результаты исследований особенностей формирования сигналов автодинных систем ближней радиолокации с комбинированной амплитудно-частотной модуляцией. Получены выражения для расчета автодинных сигналов одноконтурного генератора с произвольным законом одновременной модуляции амплитуды и частоты в общем случае произвольного соотношения времени запаздывания отраженного излучения и периода модулирующей функции. Выполнены расчеты характеристик амплитудной селекции и их сечений, а так-же временных и спектральных диаграмм автодинных сигналов для случая модуляции амплитуды и частоты по гармоническому закону. При этом рассмотрены случаи, когда время запаздывания отраженного излучения значительно меньше продолжительности периода модуляции, а также при их соизмеримых значениях. Экспериментальные исследования выполнены с применением генератора на диоде Ганна 8-миллиметрового диапазона длин волн. Исследованы варианты электрического управления по частоте при помощи варикапа и по цепи смещения диода Ганна. Полученные результаты исследований генераторных модулей позволили сформулировать требования к параметрам и характеристикам создаваемых гибридно-интегральных схем и модулей с частотной модуляцией и наметить пути их дальнейшего совершенствования.
Носков В. Я., Богатырев Е. В., Игнатков К. А., Шайдуров К. Д. Влияние сопутствующей амплитудной модуляции на формирова- ние сигналов автодинных радиолокаторов с частотной модуляцией. Ural Radio Engineering Journal. 2020;4(2):127–166. DOI: 10.15826/ urej.2020.4.2.001
Ключевые слова
Полный текст:
Без имениЛитература
Page C. H., Astin A. V. Survey of proximity fuze development. American Journal of Physics. 1947;15(2):95–110. DOI: 10.1119/1.1990930.
Коган И. М. Ближняя радиолокация. Теоретические основы. М.:Советское радио; 1973.
Yanovsky F. J. Millimeter-Wave Radar: Principles and Applications. In: Xiao S.-Q., Zhou M.-T., Zhang Y. (eds.) Millimeter wave technology in wireless Pan, Lan and Man. New York: CRC; 2008. Chapter 10, pp. 305–375.
Charvat G. L. Small and Short-Range Radar Systems. CRC Press; 2014.
Костенко А. А., Хлопов Г. И. Когерентные системы ближней и сверхближней радиолокации миллиметрового диапазона. Харьков: Контраст; 2015.
Boric-Lubecke O., Droitcour A. D., Lubecke V. M., Park B.-K., Singh A. (eds.) Doppler Radar Physiological Sensing. New York: John Wiley & Sons; 2016. DOI: 10.1002/9781119078418.
Changzhi Li, Jenshan Lin. Microwave noncontact motion sensing and analysis. New Jersey: John Wiley & Sons, Inc., Hoboken; 2014. DOI: 10.1002/9781118742556.
Nguyen C., Kim S. Theory, Analysis and Design of RF Interferometric Sensors. Springer Science+Business Media; 2012.
Kim S., Nguyen C. A Displacement Measurement Technique Using Millimeter-Wave Interferometry. IEEE Transaction on Microwave Theory and Techniques. 2003;51(6):1724–1728. DOI: 10.1109/TMTT.2003.812575.
Атаянц Б. А., Давыдочкин В. М., Езерский В. В., Паршин В. С., Смольский С. М. Прецизионные системы ближней частотной радио-локации промышленного применения. М.: Радиотехника. 2012.
Носков В. Я., Богатырев Е. В., Игнатков К. А. Принцип построения бортового радиолокационного датчика для обнаружения быстродвижущихся целей. Успехи современной радиоэлектроники. 2019;(12):16–22. DOI: 10.18127/j20700784-201912-03.
Smolskiy S. M., Generalov M. K. Homodyne and autodyne configurations of short-range radar systems. Telecommunic. Sciences. 2010;1(1):14–23. Available at: http://infotelesc.kpi.ua/article/view/29985
Воторопин С. Д., Носков В. Я., Смольский С. М. Современные гибридно-интегральные автодинные генераторы микроволнового и миллиметрового диапазонов и их применение. Часть 1. Конструкторско-технологические достижения. Успехи современной радиоэлектроники. 2006;(12):3–30. Режим доступа: http://radiotec.ru/article/2218
Utagawa H., Matsui T. Microwave/millimeter wave sensor apparatus. Patent US8212718B2, March 31, 2008.
Усанов Д. А., Скрипаль Ал. В., Скриполь Ан. В. Физика полупроводниковых радиочастотных и оптических автодинов. Саратов: Изд-во Саратов. ун-та; 2003.
Носков В. Я., Смольский С. М., Игнатков К. А., Мишин Д. Я., Чупахин А. П. Современные гибридно-интегральные автодинные генераторы микроволнового и миллиметрового диапазонов и их применение. Часть 11. Основы реализации автодинов. Успехи современной радиоэлектроники. 2019;(2):5–33. Режим доступа: http://www.radiotec.ru/article/22689
Damgov V. N. Nonlinear and parametric phenomena. Theory and Applications in Radiophysical and Mechanical Systems. World Scientific Publishing Co. Pte. Ltd.; 2004.
Landa P. S. Nonlinear Oscillations and Waves in Dynamical Systems. Springer-Science+ Business Media, B.V.; 1996.
Смольский С. М., Соловьев М. А. Малосигнальная теория транзисторного автодина с частотной модуляцией. Радиопередающие и радиоприемные устройства. Труды МЭИ. 1977;(317):12–14.
Jefford P. А., Howes M. S. Modulation schemes in low-cost microwave field sensor. IEEE Transactions on Microwave Theory and Techniques. 1985;31(8):613–624. DOI: 10.1109/TMTT.1983.1131559.
Закарлюк Н. М. Спектр автодинного отклика генератора с частотной модуляцией. В: Применение радиоволн миллиметрового и субмиллиметрового диапазонов. Харьков: ИРЭ АН Украины; 1991. С. 56–65.
Komarov I. V., Smolskiy S. M. Fundamentals of Short-Range FM Radar. Norwood, MA, USA: Artech House; 2003.
Воторопин С. Д., Носков В. Я., Смольский С. М. Анализ автодинного эффекта генераторов с линейной частотной модуляцией. Известия вузов. Физика. 2008;51(6):54–60. Режим доступа: https://www. elibrary.ru/item.asp?id=11135288
Varavin A. V., Vasiliev A. S., Ermak G. P., Popov I. V. Autodyne Gunn-diode transceiver with internal signal detection for short-range linear FM radar sensor. Telecommunication and Radio Engineering. 2010;69(5):451–458. DOI: 10.1615/TelecomRadEng.v69.i5.80.
Воторопин С. Д., Носков В. Я., Смольский С. М. Современные гибридно-интегральные автодинные генераторы микроволнового и миллиметрового диапазонов и их применение. Часть 5. Исследования автодинов с частотной модуляцией. Успехи современной радиоэлектроники. 2009;(3):3–50. Режим доступа: http://81.177.3.94/article/5917
Noskov V. Ya., Ignatkov K. A., Chupahin A. P., Ermak G. P., Vasiliev A. S. Mathematical Model of FM Autodyne Radar. In: 9-th International Kharkov Symposium on Physics and Engineering of Microwaves, Millimeter, and Submillimeter Waves (MSMW’16), Kharkov, Ukraine, June 20–24, 2016. A-25, pp. 1–4. DOI: 10.1109/ MSMW.2016.7538000.
Noskov V. Ya., Ignatkov K. A., Chupahin A. P., Ermak G. P., Vasiliev A. S. Main Expressions for Analysis of Signals and Noise of Autodyne FM Radar. 9-th International Kharkov Symposium on Physics and Engineering of Microwaves, Millimeter and Submillimeter Waves (MSMW’16), Kharkov, Ukraine, June 20–24, 2016. A-9, pp. 1–4. DOI:10.1109/MSMW.2016.7538019.
Noskov V. Ya., Ignatkov K. A., Chupahin A. P., Ermak G. P., Vasiliev A. S. Peculiarities of Signal and Noise Characteristics of FMCW Autodyne Radar. 9-th International Kharkov Symposium on Physics and Engineering of Microwaves, Millimeter and Submillimeter Waves (MSMW’16), Kharkov, Ukraine, June 20–24, 2016. A-10, pp. 1–4. DOI: 10.1109/MSMW.2016.7537984.
Noskov V. Y., Ignatkov K. A., Chupahin A. P., Vasiliev A. V., Ermak G. P., Smolskiy S. M. Peculiarities of signal formation of the autodyne short-range radar with linear frequency modulation. Visn. NTUU KPI, Ser. Radioteh. radioaparatobuduv. 2016;(67);50–57. DOI: 10.20535/ RADAP.2016.67.50-57.
Noskov V. Ya., Ignatkov K. A., Chupahin A. P., Vasiliev A. S., Ermak G. P., Smolskiy S. M. Signals of Autodyne Radars with Frequency Modulation According to Symmetric Saw-Tooth Law. Telecommunication and Radio Engineering. 2016;75(17):1551–1566. DOI: 10.1615/ TelecomRadEng.v75.i17.40.
Носков В. Я., Васильев А. С., Ермак Г. П., Игнатков К. А., Чупахин А. П. Флуктуационные характеристики автодинных радиолокаторов с частотной модуляцией. Изв. вузов. Радиоэлектроника. 2017;60(3):154–165. DOI: 10.20535/S0021347017030049.
Kryzhanovskyi V. S., Ermak G. P., Vasiliev A. S., Varavin A. V., Noskov V. Ya., Ignatkov K. A., Chupahin A. P., Smolskiy S. M. Signals From a Moving Object of Autodyne Radars with Linear Frequency Modulation. IEEE Microwaves, Radar and Remote Sensing Symposium (MRRS), Kyiv, Ukraine, August 29–31, 2017. P. 93–98. DOI: 10.1109/ MRRS.2017.8075036.
Ermak G. P., Vasiliev A. S., Noskov V. Ya., Ignatkov K. A. Moving object signal peculiarities of an autodyne radar with symmetric saw-tooth FM law. International Conference on Information and Telecommunication Technologies and Radio Electronics (UkrMiCo), Odessa, Ukraine, September 11–15, 2017. P. 1–4. DOI: 10.1109/UkrMiCo.2017.8095378.
Носков В. Я., Игнатков К. А., Чупахин А. П. Анализ сигналов от движущегося объекта автодинных локаторов с линейными видами модуляции частоты. Уральский радиотехнический журнал. 2017;1(1):25–54. DOI 10.15826/urej.2017.1.1.002.
Noskov V. Ya., Ignatkov K. A., Chupahin A. P., Vasiliev A. S., Ermak G. P., Smolskiy S. M. Signals of Autodyne Sensors with Sinusoidal Frequency Modulation. Radioengineering, 2017;26(4):1182–1190. DOI: 10.13164/re.2017.1182.
Kurokawa K. Injection locking of microwave solid-state oscillators. Proceedings of the IEEE. 1973;61(10):1386–1410. DOI: 10.1109/ PROC.1973.9293.
Носков В. Я., Игнатков К. А. О применимости квазистатического метода анализа автодинных систем. Известия вузов. Радиоэлектроника. 2014;57(3):44–56. DOI: 10.20535/S0021347014030054.
Носков В. Я., Смольский С. М., Игнатков К. А. Влияние сопутствующей модуляции частоты колебаний амплитудно-модулированного генератора на формирование автодинных сигналов. Ural Radio Engineering Journal. 2020;4(1):51–83. DOI: 10.15826/ urej.2020.4.1.004.
Nagano S., Akaiwa Y. Behavior of Gunn diode oscillator with a moving reflector as a self-excited mixer and a lvaria oad tion detector. IEEE Transactions on Microwave Theory and Techniques. 1971;19(12):906–910. DOI: 10.1109/TMTT.1971.6373339.
Takayama Y. Doppler signal detection with negative resistance diode oscillators. IEEE Transactions on Microwave Theory and Techniques. 1973;21(2):89–94. DOI: 10.1109/TMTT.1973.1127929.
Носков В. Я., Смольский С. М. Автодинный эффект в генераторах с амплитудной модуляцией. Радиотехника. 2011;(2):21–36. Режим доступа: http://radiotec.ru/article/8545
Woodyard J. R. Radio system for distance and velocity measurement. Pat. US2424263, February 23, 1943.
Шаров Ю. В., Кислов О. А. Об одном способе измерения малых дальностей. Радиоприемные устройства. 1972;(110):63–67.
Разгоняев Ю. В. Об определении расстояния до движущегося объекта рециркуляционным методом. Методы и устройства формирования и обработки сигналов. 1979;(418):21–24.
Носков В. Я., Игнатков К. А., Смольский С. М. Зависимость автодинных характеристик от внутренних параметров СВЧ генераторов. Радиотехника. 2012;(6):24–46. Режим доступа: http://radiotec.ru/article/11174
Носков В. Я., Игнатков К. А., Смольский С. М. Современные гибридно-интегральные автодинные генераторы микроволнового и миллиметрового диапазонов и их применение. Часть 8. Автодины со стабилизацией частоты внешним высокодобротным резонатором. Успехи современной радиоэлектроники. 2013;(12):3–42. Режим доступа: http://radiotec.ru/article/14008
Song B.-S., Itoh T. Distributed Bragg Reflection Dielectric Waveguide Oscillators. IEEE Transactions on Microwave Theory and Techniques. 1979;27(12):1019–1022. DOI: 10.1109/TMTT.1979.1129783.
Барташевский Е. Л., Борулько В. Ф., Иванилов В. Е., Тимофеев С. В. Исследование генераторно-излучающих модулей на зеркальном диэлектрическом волноводе с брэгговским резонатором. Радиотехника. 1992;(5-6):81–85. Режим доступа: http://radiotec.ru/article/23616
Хан А. В., Воторопин С. Д., Хан В. А., Прохоровниченко Л. П. Полупроводниковый прибор с междолинным переносом электронов. Патент RU2361324, заявлено 15.02.2008.
Shiroma G. S., Miyamoto R. Y., Shiroma W. A. A 16-Element Two-Dimensional Active Self-Steering Array Using Self-Oscillating Mixers. IEEE Transactions on Microwave Theory and Techniques. 2003; МТT-51(12):2476–2482. DOI: 10.1109/TMTT.2003.819779.
Chang K., York R. A., Hall P. S., Itoh T. Active Integrated Antennas. IEEE Transactions on Microwave Theory and Techniques. 2002;50(3):937–944. DOI: 10.1109/22.989976.