Применение автодинов в перспективных системах радиолокационного зондирования атмосферы

V. Ya. Noskov, V. E. Ivanov, A. V. Gusev, K. A. Ignatov, S. T. Knyazev, S. I. Kudinov, I. V. Malygin, O. V. Plokhikh, O. P. Ponomarev, O. A. Chernykh

Аннотация


Представлены результаты исследований автодинного приемо-передатчика (АПП) для перспективных систем радиолокационного зондирования атмосферы. Разработана математическая модель АПП, представленная в виде автогенератора с одноконтурной колебательной системой, находящейся под воздействием запросного сигнала от РЛС. Выполнен анализ динамики приема сигналов в режиме биений, когда частота принимаемого сигнала находится за пределами полосы синхронизации, а также в режиме захвата, когда частота запросного сигнала попадает в полосу синхронизации АПП. Исследованы шумовые и энергетические параметры и характеристики используемых в качестве АПП СВЧ-генераторов. Выполнены расчеты динамических, шумовых и энергетических параметров и характеристик АПП в зависимости от выбора вида характеристики проводимости активного элемента и положения рабочей точки на ней, а также от условий связи АПП с нагрузкой. Экспериментальные исследования АПП выполнены на примере серийного транзисторного СВЧ-модуля радиозонда МРЗ-3МК на частоту 1680 МГц. Дано описание структурной схемы АПП для аэрологического радиозонда, работающего в режиме биений. Показано, что чувствительность АПП к запросному сигналу определяется флуктуациями амплитуды СВЧ-модуля и полосой пропускания усилителя промежуточной частоты. Установлено, что чувствительность АПП составляет минус 110...120 дБ/Вт, для измерения наклонной дальности 250...300 км достаточно иметь передатчик РЛС с импульсной мощностью 50...100 Вт, при этом средняя мощность его соответствует 0,05...0,1 Вт.

 

Носков В. Я., Иванов В. Э., Гусев А. В., Игнатков К. А., Князев С. Т., Кудинов С. И., Малыгин И. В., Плохих О. В., Пономарев О. П., Черных О. А. Применение автодинов в перспективных системах радиолокационного зондирования атмосферы. Ural Radio Engineering Journal. 2022;6(1):11–53. DOI: 10.15826/urej.2022.6.1.001.

 


Ключевые слова


радиозондирование атмосферы; системы радиолокационного зондирования; радиозонд; автодинный приемо-передатчик; автодин

Полный текст:

Без имени

Литература


Иванов В. Э., Фридзон М. Б., Ессяк С. П. Радиозондирование атмосферы: Технические и метрологические аспекты разработки и применения радиозондовых измерительных средств. Екатеринбург: УрО РАН; 2004. 596 c.

Иванов В. Э., Гусев А. В., Игнатков К. А., Кудинов С. И., Малыгин И. В., Носков В. Я., Плохих О. В., Рысев В. В., Черных О. А. Современное состояние и перспективы развития систем радиозондирования атмосферы в России. Успехи современной радиоэлектроники. 2015;(9):3–49.

Молчанов П. А. Задачи и методы изучения атмосферы и Арктической области. В: Труды 2-й полярной конференции. Л.: Издательство группы СССР «Аэроарктика»; 1930. С. 58.

Молчанов П. А. О точности зондирования атмосферы методом радиозондов. Метеорология и гидрология. 1936;(2):31–41.

Фрейман И. Г. О передаче от шара-зонда. В: Труды 2-й полярной конференции. Л.: Издательство группы СССР «Аэроарктика»; 1930. С. 61–64.

Золотинкина Л. И. Начало радиометеорологии в России. В: 60-я Научная сессия, посвященная Дню радио. СПб.: ЗАО «АВТЭКС»; 2005. С. 468–471.

Центральная аэрологическая обсерватория. Режим доступа: http://www.cao-rhms.ru/history.html

Носков В. Я., Иванов В. Э., Игнатков К. А., Кудинов С. И. Теоретические обоснования автодинного метода формирования ответного сигнала радиозонда по дальности. В: 22-я Международная Крымская конференция «СВЧ-техника и телекоммуникационные технологии» (КрыМиКо’2012). Севастополь: Вебер; 2012. С. 897–899.

Кудинов С. И., Иванов В. Э., Носков В. Я., Игнатков К. А. Экспериментальные исследования автодинного режима приемо-передающего устройства радиозонда МРЗ-3МК. В: 22-я Международная Крымская конференция «СВЧ-техника и телекоммуникационные технологии» (КрыМиКо’2012). Севастополь: Вебер; 2012. С. 900–902.

Воторопин С. Д., Носков В. Я., Смольский С. М. Современные гибридно-интегральные автодинные генераторы микроволнового и миллиметрового диапазонов и их применение. Часть 1. Конструкторскотехнологические достижения. Успехи современной радиоэлектроники. 2006;(12):3–30.

Носков В. Я., Иванов В. Э., Игнатков К. А., Кудинов С. И., Гусев А. В. Автодинный приемопередатчик системы радиозондирования атмосферы. Патент РФ RU2624993C1 от 11.07.2017, бюл. 20.

Носков В. Я., Иванов В. Э., Гусев А. В., Кудинов С. И., Мишин Д. Я. Динамика автодинного приемоответчика в режиме биений при радиолокационном зондировании атмосферы. В: 5-я Всероссийская научно-техническая конференция «Радиовысотометрия-2016». Екатеринбург: Форт Диалог-Исеть; 2016. С. 259–264.

Носков В. Я., Иванов В. Э., Гусев А. В., Кудинов С. И. Особенности работы автодинного приемоответчика аэрологической РЛС в режиме захвата. В: 5-я Всероссийская научно-техническая конференция «Радиовысотометрия-2016». Екатеринбург: Форт Диалог-Исеть; 2016. С. 264–269.

Носков В. Я., Иванов В. Э., Гусев А. В., Кудинов С. И. Расчет чувствительности автодинного приемоответчика аэрологической РЛС в режиме приема запросных сигналов. В: 5-я Всероссийская научнотехническая конференция «Радиовысотометрия-2016». Екатеринбург: Форт Диалог-Исеть; 2016. С. 270–275.

Носков В. Я., Иванов В. Э., Игнатков К. А., Кудинов С. И., Гусев А. В. Автодинный приемоответчик системы радиозондирования атмосферы. В: 4-я Всероссийская научно-техническая конференция «Системы связи и радионавигации». Красноярск: АО «НПП «Радиосвязь»; 2017. С. 201–204.

Гусев А. В., Малыгин И. В. Параметры чувствительности автодинного приемоответчика метеорологической РЛС в режиме биений. В: 25-я Международная Крымская конференция «СВЧ-техника и телекоммуникационные технологии» (КрыМиКо’2015). Севастополь: Вебер; 2015. С. 1007–1008.

Иванов В. Э., Кудинов С. И. Динамические характеристики автодинного приемоответчика метеорологической РЛС в режиме биений. В: 25-я Международная Крымская конференция «СВЧ-техника и телекоммуникационные технологии» (КрыМиКо’2015). Севастополь: Вебер; 2015. Т. 2. С. 1001–1004.

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. DOI: 10.18127/j20700784-201902-01

Носков В. Я., Смольский С. М., Игнатков К. А., Чупахин А. П. Сигналы автодинных модулей с внешним детектированием. Ural Radio Engineering Journal. 2018;2(4):20–40. DOI: 10.15826/urej.2018.2.4.002

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 10. Основы анализа и расчета параметров автодинов с учетом шумов. Успехи современной радиоэлектроники. 2018;(3):18–52.

Kurokava K. Injection locking of microwave solid-state oscillators. Proceedings of the IEEE. 1973;61(10):1386–1410. DOI: 10.1109/ PROC.1973.9293.

Андреев В. С. Влияние нелинейных свойств прибора с отрицательным сопротивлением на мощность генерируемых колебаний. Радиотехника. 1982;(8):43–44.

Носков В. Я., Игнатков К. А. Динамические особенности автодинных сигналов. Известия вузов. Физика. 2013;56(4):56–64.

Noskov V. Ya., Ignatkov K. A. Dynamic autodyne and modulation characteristics of microwave oscillators. Telecommunication and Radio Engineering. 2013;72(10):919–934. DOI: 10.1615/TelecomRadEng. v72.i10.70

Носков В. Я., Игнатков К. А., Смольский С. М. Современные гибридно-интегральные автодинные генераторы микроволнового и миллиметрового диапазонов и их применение. Часть 7. Динамика формирования автодинных и модуляционных характеристик. Успехи современной радиоэлектроники. 2013;(6):3–52.

Носков В. Я., Игнатков К. А., Шайдуров К. Д. Определение динамических параметров автодинов методом биений. Ural Radio Engineering Journal. 2019;3(3):261–285. DOI: 10.15826/urej.2019.3.3.004

Носков В. Я., Игнатков К. А., Шайдуров К. Д. Автодинный эффект СВЧ генераторов с внешней синхронизацией. Радиотехника и электроника. 2020;65(6):612–620. DOI: 10.31857/S0033849420050113

Ermak G. P., Vasiliev A. S., Noskov V. Ya., Ignatkov K. A., Shaidurov K. D. Autodyne response of injection-locked microwave oscillators for changing output power. In: Systems of Signal Synchronization, Generating and Processing in Telecommunications (SYNCHROINFO). Svetlogorsk; 2020. DOI: 10.1109/SYNCHROINFO49631.2020.9166074

Noskov V. Ya., Ignatkov K. A., Shaidurov K. D., Ermak G. P., Varavin A. V. Autodyne radar signals in the presence of asynchronous influence. In: Systems of Signal Synchronization, Generating and Processing in Telecommunications (SYNCHROINFO). Svetlogorsk; 2020. DOI: 10.1109/SYNCHROINFO49631.2020.9166065

Воторопин С. Д, Закарлюк Н. М., Носков В. Я., Смольский С. М. О принципиальной невозможности самосинхронизации автодина излучением, отраженным от движущегося объекта. Известия вузов. Физика. 2007;50(9):53–59.

Ланда П. С. Автоколебания в системах с конечным числом степеней свободы. М.: Наука, Книжный дом «ЛИБРОКОМ»; 2010. 360 с.

Gupta M-S., Lomax R. J., Haddad G. I. Noise Consideration in self-mixing IMPATT-diode oscillators for short-range Doppler radar applications. IEEE Transactions on Microwave and Techniques. 1974;22(1):37–43.

Nygren T., Sjolund A. Sensitivity of Doppler radar with selfdetecting diode oscillators. IEEE Transactions on Microwave Theory Technique. 1974;22(5):494–498.

Носков В. Я., Игнатков К. А. Особенности шумовых характеристик автодинов при сильной внешней обратной связи. Известия вузов. Физика. 2013;56(12):112–124.

Noskov V. Ya., Ermak G. P. Signal and fluctuation characteristics of autodyne vibration and displacement meters. Telecommunication and Radio Engineering. 2014;73(19):1727–1743.

Касаткин Л. В., Чайка В. Е. Полупроводниковые устройства диапазона миллиметровых волн. Севастополь: Вебер; 2006. 319 c.