Принцип действия автодинного оптоэлектронного приемопередатчика для систем ближней радиолокации

V. Ya. Noskov, E. V. Bogatyrev, R. G. Galeev, K. A. Ignatkov, K. D. Shaidurov

Аннотация


Представлено описание устройства и принципа действия нового типа автодинного приемопередатчика для систем ближней радиолокации (СБРЛ), выполненного на основе оптоэлектронного генератора (ОЭГ). Подключение антенны к ОЭГ осуществляется через делительно-развязывающее устройство (ДРУ), обеспечивающее, с одной стороны, условия генерации автоколебаний в системе и с другой – передачу и прием радиосигналов с минимальными потерями. Рассмотрены варианты выполнения ДРУ и методика расчета их параметров. Разработана математическая модель автодинной системы на основе ОЭГ, получены основные соотношения для определения ее параметров и характеристик. Показано, что применение ОЭГ обеспечивает значительное увеличение эквивалентной добротности колебательной системы генератора и снижение его собственных шумов. Улучшение данных параметров автодинных СБРЛ позволит значительно увеличить дальность действия, расширить диапазон рабочих частот и область их применения. Отмечены перспективы применения автодинов на основе ОЭГ в создании систем обнаружения объектов с малой эффективной площадью рассеяния, таких как беспилотных летающих аппаратов, для защиты от которых применение обычных (дальних) радаров малоэффективно. 

 

 Носков В. Я., Богатырев Е. В., Галеев Р. Г., Игнатков К. А., Шайдуров К. Д. Принцип действия автодинного оптоэлектронного приемопередатчика для систем ближней радиолокации. Ural Radio Engineering Journal. 2022;6(3):269–295. DOI: 10.15826/urej.2022.6.3.003.

 


Ключевые слова


автодин, автодинный сигнал;автодинный отклик;девиация частоты;система ближней радиолокации;оптоэлектронный генератор;оптоэлектронный приемопередатчик

Полный текст:

Без имени

Литература


Коган И. М. Ближняя радиолокация. Теоретические основы. М.: Советское радио; 1973. 272 с.

Носков В. Я., Варавин А. В., Васильев А. C., Ермак Г. П., Закарлюк Н. М., Игнатков К. А., Смольский С. М. Современные гибридно-интегральные автодинные генераторы микроволнового и миллиметрового диапазонов и их применение. Часть 9. Радиолокационное применение автодинов. Успехи современной радиоэлектроники. 2016;(3):32–86.

Носков В. Я., Смольский С. М. Сто лет автодину: исторический очерк основных этапов и направлений развития автодинных систем. Радиотехника. 2013;(8):91–101.

Коган И. М., Тамарчак Д. Я., Хотунцев Ю. Л. Автодины. В кн.: Итоги науки и техники. Сер. Радиотехника. М.: ВИНИТИ; 1984. Т. 33. С. 3–175.

Гершензон Е. М., Туманов Б. Н., Бузыкин В. Т., Калыгина В. М., Левит Б. И. Общие характеристики и особенности автодинного эффекта в автогенераторах. Радиотехника и электроника. 1982;27(1):104–112.

Туманов Б. Н., Бузыкин В. Т. Особенности автоколебаний в автодинных генераторах СВЧ. Электронная техника. Сер. Электроника СВЧ. 1983;(2):3–9.

Носков В. Я., Игнатков К. А., Смольский С. М. Зависимость автодинных характеристик от внутренних параметров СВЧ генераторов. Радиотехника. 2012;(6):24–42.

Воторопин С. Д., Носков В. Я., Смольский С. М. Современные гибридно-интегральные автодинные генераторы микроволнового и миллиметрового диапазонов и их применение. Часть 3. Функциональные особенности автодинов. Успехи современной радиоэлектроники. 2007;(11):25–49.

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.

Носков В. Я., Смольский С. М. Современные гибридно-интегральные автодинные генераторы микроволнового и миллиметрового диапазонов и их применение. Часть 6. Исследования радиоимпульсных автодинов. Успехи современной радиоэлектроники. 2009;(6):3–51.

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.

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

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.

Носков В. Я. Стабилизированный бигармонический автодин. Известия вузов. Радиоэлектроника. 1991;34(11):61–64.

Носков В. Я., Игнатков К. А., Чупахин А. П. Автодинный эффект системы двух взаимно синхронизированных генераторов при сильной связи. Радиотехника и электроника. 2018;63(2):200–208.

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

Носков В. Я., Смольский С. М., Игнатков К. А., Чупахин А. П. Современные гибридно-интегральные автодинные генераторы микроволнового и миллиметрового диапазонов и их применение. Часть 13. Стабилизированные внешним резонатором автодины при сильном отраженном излучении. Успехи современной радиоэлектроники. 2020;(1):5–21.

Носков В. Я., Игнатков К. А., Шайдуров К. Д., Ермак Г. П., Васильев А. В. Автодинный отклик синхронизированных СВЧ генераторов по изменению выходной мощности. Системы синхронизации, формирования и обработки сигналов. 2020;11(5):8–14.

Носков В. Я., Богатырев Е. В., Галеев Р. Г., Игнатков К. А., Шайдуров К. Д. Автодинный приемопередатчик для систем ближней радиолокации. Патент РФ RU2779887C1 от 14.09.2022, бюл. 26.

Bortsov A. A., Il’in Y. B., Smolskiy S. M. Laser Optoelectronic Oscillators. Springer Nature Switzerland AG; 2020. 548 p.

Белкин М. Е, Лопарев А. Оптоэлектронный генератор – первое практическое устройство СВЧ-оптоэлектроники. Электроника: наука, технология, бизнес. 2010;(6):62–70.

Микитчук К. Б., Чиж А. Л. Оптоэлектронные методы генерации СВЧ-сигналов для систем радиолокации. 8-я МНК по военно-техническим проблемам, проблемам обороны и безопасности, использованию технологий двойного применения: сб. науч. статей. Ч. 2. Минск: Лаборатория интеллекта; 2019. С. 54–57.

Gupta R. Homodyne Doppler radar with increased target sensitivity. Патент США US3852743 от 03.12.1974.

Sato K. Radar detection apparatus for preventing vehicular collisions. Патент США US3913106 от 14.10.1975.

Лопарев А. В. Моделирование процесса самовозбуждения оптоэлектронного генератора СВЧ колебаний. Научный вестник МИРЭА. 2010;(9):41–48.

Носков В. Я., Смольский С. М., Игнатков К. А. и др. Современные гибридно-интегральные автодинные генераторы микроволнового и миллиметрового диапазонов и их применение. Часть 11. Основы реализации автодинов. Успехи современной радиоэлектроники. 2019;(2):5–33.

Bosch D. M. Proximity fuze transceiver. Патент США US5266957 от 30.11.1993.

Tiebout M. J. G. Radar system. Патент США US7920090B2 от 05.04.2011.

Гоноровский И. С. Радиотехнические цепи и сигналы. М.: Радио и связь; 1986. 512 с.

Андреев В. С. Влияние нелинейных свойств прибора с отрицательным сопротивлением на мощность генерируемых колебаний. Радиотехника. 1982;37(8):43–44.

Лебедев И. В. Техника и приборы СВЧ. Т. 1. М.: Высшая школа; 1970. 440 с.

Белкин М. Е. Разработка модели оптоэлектронного генератора СВЧ диапазона. В кн.: Материалы Международной НТК INTERMATIC-2008. М.: МИРЭА; 2008. С. 289–297.

Fedderwitz S., Rymanov V., Weiss M., Stohr A., Jager D., Steffan A. G., Umbach A. Ultra-broadband and low phase noise photonic millimeter-wave generation. In: International Topical Meeting on Microwave Photonics jointly held with the Asia-Pacific Microwave Photonics Conference. 2008. No. 10384675. P. 283–286.

Mukherjee A., Das N. R., Ghosh D. Optoelectronic oscillator: Electron-photon and photon-electron conversion device. In: 3rd International Conference on Microwave and Photonics (ICMAP). 2018. No. 17737651. P. 1–2.

Востриков Е. В., Литвинов Е. В., Алейник А. С., Польте Г. А. Применение радиофотоники в волоконно-оптических измерительных приборах. Научно-технический вестник информационных технологий, механики и оптики. 2020;1(1):1–23.

Носков В. Я., Игнатков К. А., Смольский С. М. Экспериментальные исследования автодинных модулей на меза-планарных диодах Ганна КВЧ диапазона. Электронная техника. Серия 1. СВЧ-техника. 2012;(2):17–36.

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.

Лопарев А. В., Белкин М. Е. Экспериментальное исследование влияния времени задержки в петле обратной связи оптоэлектронного генератора на его спектральные и шумовые характеристики. В кн.: Материалы Международной НТК INTERMATIC-2011. Часть 1. М.: МИРЭА, 2011. С. 134–138.

Khanna A. P. S. Microwave Oscillators: The State of the Technology. Microwave Journal. 2006;49(4):22–26.

Микитчук К. Б., Чиж А. Л., Малышев С. А. Двухконтурный оптоэлектронный генератор СВЧ с низким уровнем дискретных составляющих в спектре генерации и сверхнизким фазовым шумом. В кн.: VII Всероссийской конференции: «Электроника и микроэлектроника СВЧ». СПб.: Изд-во СПбГЭТУ «ЛЭТИ»; 2018. Т. 1. С. 296–301.

Zhu Y., Jin X., Jin X., Yu X., Zheng S., Chi H., Zhang X. A novel scheme of microwave generation based on heterodyne phase locking of an OEO. IEEE Phot. technol. let. 2016;28(22):2637–2640.

Микитчук К. Б., Чиж А. Л. Скоторенко И. В., Григорьев Е. В., Светличный Ю. А., Сычева А. В. Оптоэлектронный гетеродин Х-диапазона со сверхнизким фазовым шумом. Электроника и микроэлектроника СВЧ. 2019;1(1);204–208.

Белов Л., Хилькевич В. Генераторы с диэлектрическими резонаторами для стабилизации частоты. Электроника: наука, технологии, бизнес. 2006;(7):54–59.

Носков В. Я., Богатырев Е. В., Игнатков К. А., Черных О. А., Шайдуров К. Д. Метод повышения помехоустойчивости радиолокационных датчиков с переключением частоты. Ural Radio Engineering Journal. 2021;5(3):284–304. DOI: 10.15826/urej.2021.5.3.006.

Комаров И. В., Смольский С. М. Основы теории радиолокационных систем с непрерывным излучением частотно-модулированных колебаний. М.: Горячая линия–Телеком; 2010. 392 с.

Tang J., Hao T., Li W., Zhu N., Li M. An integrated optoelectronic oscillator. In: International Topical Meeting on Microwave Photonics (MWP). Beijing, China; 2017. No. 17415877. 4 p.

Seidel D., Savchenkov A., Eliyahu D., Williams S., Matsko A. Minituarized Ka-band Photonic Oscillators. In: International Topical Meeting on Microwave Photonics (MWP). Toulouse, France; 2018. No. 18306345. 2 p.

Wei K., Daryoush A. S. Self-Forced Silicon Photonic Integrated Optoelectronic Oscillators using High-Q Filtering Delay Lines. In: International Topical Meeting on Microwave Photonics (MWP). Matsue, Japan; 2020. No. 20287445. P. 180–183.

Борцов А. А., Ильин Ю. Б., Карачев А. А., Пнев А. Б., Карасик В. Е., Барышников Н. В. Способ изготовления заготовок для волоконных световодов на основе кварцевого стекла, легированного азотом. Патент РФ RU2537450C1 от 10.01.2015, бюл. № 1.