Модуль доплеровского радиолокатора

 

Изобретение относится к радиотехнике, а точнее, к приборам обнаружения перемещения человека и различных предметов, и может быть использовано для охранной сигнализации в различных помещениях. Цель изобретения - повышение помехоустойчивости и снижение стоимости модуля. Поставленная цель достигается тем, что модуль дополнительно содержит первый конденсатор, первый резистор смещения с соответствующими связями. Конденсатор позволяет развязать полосковую антенну с входом смещения, на который подается постоянное коллекторное смещение транзистора элемента генерации. Это дает возможность подключить неизлучающие торцы антенны непосредственно к входу нулевого потенциала, что исключает прохождение помех на антенну, возникающих в цепях питания. Резистор задает эмиттерный ток в транзисторе, что позволяет подключить его базу к входу постоянного потенциала. В результате транзистор работает в режиме "с общей базой", который характеризуется слабой зависимостью от коэффициента усиления транзистора, что упрощает окончательную настройку модуля и снижение его стоимости. 1 з.п. ф-лы, 1 ил.

Предполагаемое изобретение относится к радиотехнике, а точнее, к приборам обнаружения перемещения человека и различных предметов, и может быть использовано, в том числе, для охранной сигнализации.

Известен модуль доплеровского радиолокатора, содержащий полосковую антенну прямоугольной формы, генерирующий элемент на транзисторе, эмиттер которого является входом смещения модуля (см. Положительное решение по заявке России N 93-050954/09 от 4.11.93, кл. G 01 S 13/74, 13/80).

Недостатком известного технического решения является то, что излучающая и приемная антенны в нем разделены. В связи с этим для достижения наибольшей чувствительности требуется точно выдерживать размеры антенн друг относительно друга. Это усложняет изготовление и увеличивает стоимость готовых изделий.

Наиболее близким к предполагаемому изобретению является известный модуль доплеровского радиолокатора, содержащий полосковую антенну прямоугольной формы, первый и второй развязывающие фильтры, генераторный элемент на транзисторе, эмиттер которого соединен с первым выводом первого развязывающего фильтра, второй вывод которого является первым выходом модуля (см. Положительное решение по заявке России. N 94-007801/09 от 2.03.94, кл. G 01 S 13/74, 13/80).

Недостатками известного технического решения являются пониженная помехоустойчивость и сложность настройки устройства. Пониженная помехоустойчивость обусловлена тем, что неизлучающие торцы антенны подключены к входу смещения модуля, на который подается постоянное напряжение смещения генерирующего транзистора. От помех (например 50 Гц), проходящих по этой цепи питания, известный модуль не защищен.

В известном модуле генерирующий транзистор работает по схеме с незаземленной базой, которая характеризуется пониженной стабильностью и зависимостью режима работы от коэффициента усиления β. Этот коэффициент имеет большой разброс у разных транзисторов (до нескольких раз). Это вызывает необходимость подстройки параметров каждого модуля, что вызывает в конечном итоге удорожание модуля.

Кроме того, известный модуль имеет низкую чувствительность ввиду того, что выходной сигнал, снимаемый с эмиттера транзистора, уменьшается в коэффициент обратной связи генератора раз.

Целью изобретения является повышение помехоустойчивости и снижение стоимости устройства, а также повышение чувствительности устройства.

Поставленная цель достигается тем, что модуль доплеровского радиолокатора, содержащий полосковую антенну прямоугольной формы, первый и второй развязывающие фильтры, генераторный элемент на транзисторе, эмиттер которого соединен с первым выводом первого развязывающего фильтра, второй вывод которого является первым выходом модуля, дополнительно содержит первый резистор смещения, первый конденсатор, первая обкладка которого соединена с первым торцом полосковой антенны, второй торец которой, смежный с первым, подключен к входу нулевого потенциала, а вторая обкладка первого конденсатора соединена с коллектором транзистора генераторного элемента и с первым выводом второго развязывающего фильтра, второй вывод которого является первым входом смещения модуля, вторым входом смещения которого является первый вывод первого резистора смещения, второй вывод которого соединен с вторым выводом первого развязывающего фильтра, база транзистора генераторного элемента является входом постоянного потенциала модуля.

Кроме того, для повышения чувствительности модуля он может содержать смесительный диод, второй конденсатор, второй резистор смещения, первый вывод которого является третьим входом смещения модуля, вторым выходом которого является первый вывод смесительного диода, который соединен с вторым выводом второго резистора смещения и через второй конденсатор - с входом нулевого потенциала, второй вывод смесительного диода соединен с третьим торцом полосковой антенны, противоположным первому торцу.

Предложенный модуль доплеровского радиолокатора имеет следующие новые признаки по сравнению с прототипом: первый резистор смещения, первый конденсатор вход нулевого потенциала, вход постоянного потенциала, второй вход смещения, а также смесительный диод, второй конденсатор, второй резистор смещения, третий вход смещения, а также связи между элементами модуля.

Первый конденсатор предназначен для связи транзистора генераторного элемента с полосковой антенной по СВЧ. Совместно со вторым развязывающим элементом он позволяет задать на транзистор питание, развязанное от полосковой антенны. При этом неизлучающий торец полосковой антенны может быть непосредственно подключен к входу нулевого потенциала, что исключает прохождение каких-либо низкочастных помех на антенну, ввиду ее гальванического заземления.

Первый резистор смещения предназначен для задания эмиттерного смещения транзистора генераторного элемента. При этом на его базу возможна подача постоянного потенциала, в том числе и нулевого, что обеспечивает работу транзистора в режиме с общей базой, что повышает стабильность и существенно упрощает настройку модуля и, следовательно, снижает его стоимость.

Наличие смесительного диода со вторым конденсатором позволяет организовать второй выход модуля, по которому не происходит ослабления полезного сигнала в коэффициент обратной связи генератора раз.

В результате чего повышается чувствительность модуля.

Второй резистор смещения и третий вход смещения необходимы для задания смещения на смесительный диод.

Перечисленные признаки не были обнаружены автором в доступной патентной и технической литературе, где бы они проявляли такие же свойства, которые они проявляют в предложенном устройстве, поэтому, по мнению автора, предложенный модуль соответствует критериям изобретения: "неочевидность", "новизна", "уровень техники".

На чертеже представлена электрическая схема предложенного модуля доплеровского радиолокатора.

Модуль содержит полосковую антенну 1 прямоугольной формы, генераторный элемент на транзисторе 2, первый и второй развязывающие фильтры 3,4 соответственно, первый конденсатор 5, первый резистор 6 смещения, первый выход 7 модуля, первый и второй входы 8,9 смещения модуля, вход 10 постоянного потенциала, вход 11 нулевого потенциала с соответствующими связями.

На чертеже также показан паразитный конденсатор 12, обеспечивающий положительную обратную связь в генераторе СВЧ-колебаний.

Модуль может также содержать смесительный диод 13, второй конденсатор 14, второй резистор 15 смещения, второй выход 16, третий вход 17 смещения с соответствующими связями.

Фильтры 3, 4 в зависимости от рабочей частоты могут представлять собой проводники (для более высоких частот) или дроссели (для менее высоких частот).

Конденсатор 12 является паразитной емкостью между коллектором и эмиттером транзистора 2, т.е. является неотъемлемым свойством транзистора и не нуждается в представлении ее в виде отдельного элемента.

Модуль представляет собой доплеровскую систему и работает следующим образом.

Антенна 1 излучает в пространство СВЧ-энергию с частотой f₀, которая генерируется в резонансной системе, состоящей из транзистора 2 и самой антенны 1. Конденсатор 5 должен быть достаточно большим, чтобы на частоте f₀, представлять собой короткое замыкание. Энергия колебаний, отраженная от движущегося объекта, принимается той же антенной 1 на частоте Часть принятой антенной мощности передается через паразитный конденсатор 12 на эмиттерный переход транзистора 2. На эмиттерном переходе, который в данном случае является смесителем, принимаемая частота преобразуется в напряжения на первом выходе 7 на частоте где V - скорость перемещения объекта, λ₀ - длина волны, излучаемой антенной 1, f₀ - частота, излучаемая антенной 1, f_д - доплеровская частота.

Настройка генератора на транзисторе 2 по частоте осуществляется выбором длины излучающих первого и третьего торцов антенны 1, являющихся нагрузкой транзистора 2: l_и = 0,5 λ₀ , где l_и - длина излучающих торцов антенны 1.

Наибольшая мощность излучения антенны 1 достигается, когда генератор работает в резонансе. Условием резонанса является
где
l_н.и. - длина неизлучающих второго и четвертого торцов антенны 1;
ε_д - относительная диэлектрическая проницаемость диэлектрического слоя антенны 1.

Отсюда следует, что для работы в резонансе соотношение длин излучающих и неизлучающих торцов антенны должно быть

Транзистор 2 должен работать в режиме "с общей базой", поэтому на его базу (вход 10) должно быть подано постоянное напряжение, что для СВЧ-сигнала равнозначно потенциалу "земли". Для обеспечения смещения транзистора 2 ток через него задается резистором 6 смещения и напряжением на входе 9, а коллекторное смещение задается постоянным напряжением на входе 8. Фильтр 3 предназначен для того, чтобы не пропускать СВЧ-сигнал на выход и на вход 9 смещения. Фильтр 4 не пропускает СВЧ-сигнал в цепь коллекторного смещения транзистора 2.

Конденсатор 5 развязывает по постоянному току вход 8 смещения от антенны 1. Это позволяет подключать неизлучающие торцы антенны 1 непосредственно к входу 11 нулевого потенциала, в результате чего исключается попадание сигналов помех, возникающих в цепях питания, на полосковую антенну 1.

Для повышения КОД модуля вход 11 нулевого потенциала может быть подключен к середине неизлучающего второго торца антенны 1, так как в этой точке расположен виртуальный нуль потенциала СВЧ-энергии. Расположение контакта в другой точке неизлучающего торца закорачивает на землю часть СВЧ-токов, что снижает КПД.

Использование для выделения доплеровской частоты эмиттерного перехода транзистора 2 элемента генерации не позволяет снимать доплеровский сигнал с максимально возможной амплитудой, так как происходит его уменьшение в коэффициент обратной связи генератора раз. Чтобы избежать этого, а следовательно, повысить чувствительность модуля, может быть использована отдельная схема детектирования на смесительном диоде 13.

Очевидно, что доплеровский сигнал на нем, т.е. на втором выходе 16 модуля имеет максимально возможную амплитуду.

Резистор 15 и третий вход 17 смещения предназначены для задания постоянного смещения на диод 13. Конденсатор 14 предназначен для развязки СВЧ-сигнала от второго выхода 16.

Формула изобретения

1. Модуль доплеровского радиолокатора, содержащий полосковую антенну прямоугольной формы, первый и второй развязывающие фильтры, генераторный элемент на транзисторе, эмиттер которого соединен с первым выводом первого развязывающего фильтра, второй вывод которого является первым выходом модуля, отличающийся тем, что в него введены первый резистор смещения, первый конденсатор, первая обкладка которого соединена с первым торцом полосковой антенны, второй торец которой, смежный с первым, подключен к входу нулевого потенциала, а вторая обкладка первого конденсатора соединена с коллектором транзистора генераторного элемента и с первым выводом второго развязывающего фильтра, второй вывод которого является первым входом смещения модуля, вторым входом смещения которого является первый вывод первого резистора смещения, второй вывод которого соединен с вторым выводом первого развязывающего фильтра, база транзистора генераторного элемента является входом постоянного потенциала модуля.

2. Модуль по п.1, отличающийся тем, что в него введен смесительный диод, второй конденсатор, второй резистор смещения, первый вывод которого является третьим входом смещения модуля, вторым выходом которого является первый вывод смесительного диода, который соединен с вторым выводом второго резистора смещения и через второй конденсатор - с входом нулевого потенциала, второй вывод смесительного диода соединен с третьим торцом полосковой антенны, противоположным первому торцу.

РИСУНКИ

Рисунок 1