Способ регулировки выходных параметров сверхрегенеративного приемопередатчика радиозонда



Способ регулировки выходных параметров сверхрегенеративного приемопередатчика радиозонда
Способ регулировки выходных параметров сверхрегенеративного приемопередатчика радиозонда
Способ регулировки выходных параметров сверхрегенеративного приемопередатчика радиозонда
Способ регулировки выходных параметров сверхрегенеративного приемопередатчика радиозонда
Способ регулировки выходных параметров сверхрегенеративного приемопередатчика радиозонда
Способ регулировки выходных параметров сверхрегенеративного приемопередатчика радиозонда
Способ регулировки выходных параметров сверхрегенеративного приемопередатчика радиозонда
Способ регулировки выходных параметров сверхрегенеративного приемопередатчика радиозонда

 


Владельцы патента RU 2470323:

Иванов Вячеслав Элизбарович (RU)
Общество с ограниченной ответственностью "Научно-производственное предприятие "ОРТИКС" (RU)

Изобретение относится радиотехнике и может быть использовано для регулировки чувствительности и взаимного положения частоты приема и передачи сверхрегенеративных приемопередающих устройств аэрологических радиозондов (АРЗ), работающих в составе систем радиозондирования атмосферы. Техническим результатом изобретения является обеспечение раздельного регулирования частоты приема и передачи, а также достижение максимальной чувствительности сверхрегенеративного приемопередатчика АРЗ к запросному сигналу наземной радиолокационной станции (РЛС). Предлагается способ регулировки выходных параметров сверхрегенеративного приемопередатчика радиозонда, основанный на оптимальном выборе коэффициента обратной связи автогенератора сверхрегенеративного приемопередатчика, сопротивления нагрузки, резонансной частоты колебательной системы, отличающийся тем, что при запуске автогенератора сверхрегенеративного приемопередатчика обеспечивают режим самовозбуждения с жестким характером переходного процесса установления автоколебаний, стабилизируют средний ток и напряжение питания активного прибора автогенератора сверхрегенеративного приемопередатчика, регулируют импульсный ток управляющего электрода - базы транзистора активного прибора автогенератора, тем самым устанавливают частоту приема относительно несущей частоты автоколебаний сверхрегенеративного приемопередатчика, регулировкой крутизны экспоненциально нарастающего переднего фронта и длительности суперирующего импульса устанавливают требуемый уровень чувствительности сверхрегенеративного приемопередатчика. 8 ил.

 

Изобретение относится к радиотехнике и может быть использовано в аэрологических радиозондах (АРЗ) систем радиозондирования атмосферы для измерения дальности до радиозонда импульсным методом, пеленгации по угловым координатам и передачи телеметрической информации на одной несущей частоте, также может быть использовано для построения высокостабильных и экономичных сверхрегенеративных приемо-передающих устройств систем радиолокации и связи.

Отечественные системы радиозондирования атмосферы (СР) построены по угломерно-дальномерному методу измерения координат, скорости и направления движения радиозонда в свободной атмосфере. Измерение угловых координат: азимута (β), угла места (ε), а также наклонной дальности (RH) осуществляется радиоимпульсным методом с активным ответом. Особенно эффективным оказалось использование в составе радиозондов сверхрегенеративных приемопередатчиков-ответчиков (СПП). Интенсивное излучение СПП обеспечивает надежную передачу телеметрической информации и сопровождение по угловым координатам. Высокая чувствительность СПП к радиоимпульсному запросному сигналу позволяет сформировать ответный сигнал по дальности в виде короткой паузы в излучении СПП при пониженной мощности передатчика запросных радиоимпульсов РЛС. Весьма важным, в конечном счете, оказывается тот факт, что система определения координат и канал передачи телеметрической информации системы радиозондирования работают на одной несущей частоте (см. В.И.Ермаков и др. "Системы зондирования атмосферы", Гидрометеоиздат, 1977, с.247-249).

Общей проблемой в современных АРЗ является сложность регулировки выходных параметров сверхрегенеративных приемопередатчиков (СПП) вследствие их взаимного влияния, затрудняющего процесс настройки при производстве, и невозможности достижения оптимальных соотношений чувствительности и излучаемой мощности, взаимного положения частоты приема и передачи СПП.

Также проблемой производства и эксплуатации АРЗ является создание недорогих конструкций приемо-передающих устройств, стабильных по радиотехническим параметрам в условиях изменения давления, окружающей температуры, напряжения питания и параметров антенной системы АРЗ.

Известен способ регулировки лампового сверхрегенеративного приемопередатчика АРЗ с отдельным генератором вспомогательных колебаний путем настройки несущей частоты, регулировки постоянной времени инерционной цепи автосмещения СВЧ-автогенератора и связи с антенной, служащий для приема запросных импульсов и передачи ответного и телеметрического сигналов (см. В.И.Ермаков и др. "Системы зондирования атмосферы",; Гидрометеоиздат, 1977, с.240-259). Недостатком является невозможность его использования для настройки полупроводниковых СПП.

Известен способ регулировки СПП радиозонда, заключающийся в настройке резонансной частоты колебательной системы на номинальное значение несущей частоты СПП, подборе величины активной нагрузки СВЧ-автогенератора путем изменения связи с приемо-передающей антенной АРЗ, регулировки постоянной времени инерционной цепи автосмещения СВЧ-автогенератора путем изменения величины выходного сопротивления генератора суперирующего напряжения, включенного в цепь базы транзистора СВЧ-автогенератора (см. патенты РФ №2172965, №2214614).

Известен способ регулировки СПП радиозонда, заключающийся в настройке резонансной частоты колебательной системы на номинальное значение несущей частоты СПП, регулировке коэффициента обратной связи в СВЧ-автогенераторе СПП, подборе величины активной нагрузки СВЧ-автогенератора путем изменения связи с приемо-передающей антенной АРЗ, регулировки постоянной времени инерционной цепи автосмещения СВЧ-автогенератора путем изменения величины выходного сопротивления генератора суперирующего напряжения, включенного в цепь базы транзистора СВЧ-тогенератора (см. патент РФ №2291467 - ПРОТОТИП).

Недостатком известных решений способов настройки и ПРОТОТИПА является существенная взаимозависимость несущей частоты СПП от регулировки чувствительности путем изменения величины выходного сопротивления генератора суперирующего напряжения включенного в цепь базы транзистора СВЧ-тогенератора.

Технической задачей изобретения является повышение точности настройки частот приема и передачи, а также чувствительности СПП за счет исключения их взаимного влияния при настройке АРЗ в условиях производства путем:

- создания схемо-технического и конструктивного решения, позволяющего устранить влияние регулировки чувствительности на взаимное смещение частоты приема и несущей частоты СПП при настройке в условиях серийного производства, тем самым повысить чувствительность, мощность излучения и стабильность режима работы сверхрегенеративного приемопередатчика;

- повышения технологичности настройки СПП и снижения стоимости производства радиозондов.

Для решения поставленной задачи предлагается способ регулировки выходных параметров сверхрегенеративного приемопередатчика радиозонда, основанный на оптимальном выборе коэффициента обратной связи автогенератора сверхрегенеративного приемопередатчика, сопротивления нагрузки, резонансной частоты колебательной системы, при запуске автогенератора сверхрегенеративного приемопередатчика обеспечивают режим самовозбуждения с жестким характером переходного процесса установления автоколебаний, стабилизируют средний ток и напряжение питания активного прибора автогенератора сверхрегенеративного приемопередатчика, регулируют импульсный ток управляющего электрода - базы транзистора активного прибора автогенератора, тем самым устанавливают частоту приема относительно несущей частоты автоколебаний сверхрегенеративного приемопередатчика, регулировкой крутизны экспоненциально нарастающего переднего фронта и длительности импульсов генератора суперирующего напряжения (ГСН) устанавливают требуемый уровень чувствительности сверхрегенеративного приемопередатчика.

Для пояснения сути предлагаемого изобретения приведены следующие структурные и электрические схемы и графики:

фиг.1 - Структурная схема сверхрегенеративного приемопередатчика аэрологического радиозонда;

фиг.2 - Зависимость затухания контура СВЧ-автогенератора от амплитуды автоколебаний;

фиг.3 - Осциллограммы сигналов, поясняющие принцип работы СПП с жестким характером установления автоколебаний, действующих в различных точках СПП;

фиг.4 - Графики, поясняющие принцип безударного запуска СВЧ-автогенератора СПП;

фиг.5 - а) График изменения частоты автоколебаний в режиме процесса установления автоколебаний; б) график изменения импульсного тока эмиттера СВЧ-транзистора в процессе установления автоколебаний;

фиг.6 - а) Форма суперирующих импульсов на выходе ГСП СПП при регулировке постоянной времени фильтра низких частот на входе эмиттерного повторителя; б) форма суперирующих импульсов на выходе ГСП при регулировке их длительности;

фиг.7 - Функциональная схема СПП, включающая генератор суперирующего напряжения, инерционную цепь автосмещения, стабилизатор тока и СВЧ-АГ сверхрегенеративного приемопередатчика АРЗ;

фиг.8 - Принципиальная схема СВЧ-автогенератора СПП.

Структурная схема СПП, приведенная на фиг.1, содержит: источник питания - 1; стабилизатор среднего тока СВЧ-автогенератора - 2; стабилизатор напряжения питания СВЧ-автогенератора - 3; генератор суперирующего напряжения (ГСП) - 4; инерционную цепь автосмещения - 5; СВЧ-автогенератор - 6; СВЧ-полосовой фильтр - 7; приемопередающую антенну АРЗ - 8.

Структурная схема СПП (фиг.1) имеет следующие соединения: источник питания - 1 соединен со стабилизатором напряжения - 3, первый выход последнего соединен со стабилизатором среднего тока автогенератора - 2, а второй выход соединен с входом питания генератора суперирующего напряжения - 4, выход которого соединен с входом инерционной цепи автосмещения - 5; первый выход стабилизатора тока - 2 соединен с входом питания СВЧ-автогенератора - 6, а второй выход стабилизатора тока - 2 соединен с выходом инерционной цепи автосмещения - 5 и входом СВЧ-автогенератора - 6, выход\вход которого соединен через СВЧ-полосовой фильтр 7 с приемопередающей антенной 8; вход модуляции подключен к генератору суперирующего напряжения.

Принципиальные особенности функционирования СПП можно пояснить, анализируя его работу в течение одного периода суперирующей частоты Тc (фиг.3). На фиг.3 изображены: Uизл - огибающая радиоимпульсов, излучаемых СПП, длительностью τи; Uc - напряжение суперирующей частоты, характеризующееся периодом Тс и длительностью τс; δ(t) - закон изменения декремента затухания контура СВЧ-автогенератора; Iэо - видеоимпульсы постоянного тока эмиттера СВЧ-транзистора.

СВЧ-автогенератор (СВЧ-АГ) периодически включается в момент t1 появления суперирующего импульса Uc и выключается в момент t3 по его окончании на интервале демпфирования τд. Рабочая частота СВЧ-АГ составляет порядка 1680 МГц. Частота импульсов суперирующего напряжения составляет 800 кГц (период Тс=1,25 мкс). Колебательная система в выключенном состоянии СПП характеризуется собственным затуханием δ0. Изменение затухания контура в течение импульса суперизации τс определяет процесс развития и установления автоколебаний в СВЧ-автогенераторе СПП.

Сверхрегенеративный эффект усиления сводится к сокращению времени задержки τз переднего фронта радиоимпульсов СВЧ-АГ на величину ∆τз при появлении внешнего сигнала Uзс в течение приемного интервала работы τпр, примыкающего к моменту запуска СПП. Соответственно возрастает длительность радиоимпульса и его энергия. Уровень выходного сигнала СПП в зависимости от уровня запросного сигнала в режиме первичной реакции можно оценить с помощью выражения [1]

где ; ; ;

A - эффективная амплитуда шумов в контуре СПП в момент запуска;

Ac - амплитуда внешнего сигнала.

Приведенные выражения (1) показывают, что эффект усиления ∆τз в основном определяется величиной пускового затухания δп. Возникновение автоколебаний происходит при пусковом затухании δп≥0, когда ток эмиттера активного прибора превышает граничное значение Iэо≥Iгр. Развитие автоколебаний происходит при δп>0, которое определяется пусковым током автогенератора Iп>Iгр в момент запуска. Поэтому изменение величины Iп приводит к регулировке времени задержки τз и эффекта усиления - приращения времени задержки ∆τз.

Измерение наклонной дальности до радиозонда, снабженного СПП, осуществляется путем измерения времени задержки между моментом подачи коротких запросных радиоимпульсов и приема ответных радиоимпульсов СПП, увеличенных по длительности на приращение времени задержки ∆τз. Таким образом, по существу, СПП является приемопередатчиком с временным разделением приемного и передающего режимов работы в течение одного периода суперирующей частоты Тс.

Для обеспечения высокой чувствительности и усиления в приемном режиме необходимо осуществлять включение СВЧ-автогенератора с минимальным значением пускового отрицательного затухания δп. Для достижения максимальной выходной мощности, пропорциональной Аст, в СПП требуется увеличивать отрицательное затухание в области средних и больших амплитуд для данного типа активного прибора автогенератора (см. фиг.2). Для осуществления этих противоречивых требований оказалось необходимым реализовать в контуре СПП режим жесткого установления колебаний [1]. Данный результат может быть получен при анализе упрощенного варианта нелинейного уравнения автогенератора

Качественный анализ уравнения (2) позволяет выяснить особенности поведения функции δ(t,A) в зависимости от амплитуды колебаний А (фиг.2) и во временной области (фиг.3). Исследование различных вариантов реализации функции δ(t,A) показывают, что, в отличие от рекомендуемого в известной литературе мягкого режима установления колебаний в классическом сверхрегенераторе (при δ(А)=δп1) [2], в СПП необходимо реализовать переходной процесс с жестким характером установления колебаний [1]. В этом случае запуск СПП может происходить с минимальным отрицательным значением затухания при δ(А)=δп3, что обеспечивает минимальную полосу приема и высокую чувствительность. При этом установление стационарного режима происходит в области максимальных значений амплитуд Аст, следовательно, при высоком уровне выходной мощности. Необходимо подчеркнуть, что изменение пускового затухания δп практически не влияет на Аст. Это позволяет, в конечном счете, раздельно и эффективно регулировать параметры приемного и передающего режимов работы СПП путем регулировки пускового тока СВЧ-АГ в момент включения. Следует подчеркнуть, что для обеспечения переходного процесса с жестким характером установления колебаний необходимо цепь базы транзистора СВЧ-автогенератора управлять импульсами напряжения, вырабатываемыми генератором суперирующего напряжения (ГСН) с низким выходным сопротивлением. Практически импульсы ГСН формируются с помощью эмиттерного повторителя, обеспечивающего низкое дифференциальное выходное сопротивление ГСН (см. патент РФ №93546). Коэффициент регенерации (коэффициент обратной связи) в СВЧ-автогенераторе должен быть оптимальным. Максимум отрицательного затухания δ(t)=δмах в области средних значений амплитуд обеспечивает быстрый переход от приемного к передающему режиму работы СПП. Это способствует формированию практически прямоугольных радиоимпульсов и симметричного спектра излучения СПП, характерного для последовательности радиоимпульсов классических импульсных автогенераторов.

Необходимо подчеркнуть, что в транзисторном СВЧ-автогенераторе СПП пусковой ток Iп в течение приемного интервала превышает граничное значение Iгр практически всего на десятки-сотни мкА. Поэтому для снижения эффекта ударного возбуждения контура СВЧ-АГ и обеспечения высокой чувствительности форма импульсов тока эмиттера в течение приемного интервала должна быть плавно нарастающей от нуля до пускового значения Iп=5-10 мА (см. фиг.3). Далее постоянная составляющая тока эмиттера Iэо (и тока коллектора Iко=Iэо) изменяется синхронно с амплитудой автоколебаний за счет жесткого характера переходного процесса до максимальных значений для данного активного прибора вплоть до установления стационарного режима Iко=180-250 мА. При этом следует подчеркнуть, что стационарные амплитуды Аст и Iэоmax не зависят от величины пускового тока Iп. Необходимо отметить, что среднее значение постоянного тока коллектора Iк ср за период суперизации определяется соотношением τз и τс. Поскольку величина τз регулируется пусковым током Iп, то оказывается, что регулировка среднего тока Iк ср вызывает соответствующее изменение пускового тока СВЧ-автогенератора. Например, под действием дестабилизирующих факторов при увеличении среднего тока Iк ср нарастает пусковой ток Iп, что приводит к уменьшению времени задержки τз, увеличению длительности радиоимпульсов τи и снижению чувствительности. При уменьшении среднего тока Iк ср процесс идет в обратном направлении. Таким образом, стабилизация тока Iк ср позволяет стабилизировать τз чувствительность и полосу пропускания в приемном режиме, а также длительность и мощность излучаемых радиоимпульсов СПП τи. Соответственно выбор длительности суперирующих импульсов τс позволяет оптимизировать соотношение чувствительности и излучаемой средней мощности СПП [1]. Таким образом, стабилизатор среднего тока Iк ср - 2 СВЧ-автогенератора - 6 является важным узлом СПП.

Введение в структуру СПП стабилизатора напряжения - 3 источника питания - 1 связано с необходимостью обеспечения стабильности несущей частоты СВЧ-автогенератора СПП в диапазоне f0=1680±5 МГц.

Как отмечалось выше, генератор суперирующего напряжения - 4 вырабатывает видеоимпульсы с частотой порядка Fc=800 кГц, управляющие непосредственно работой СВЧ-автогенератора (фиг.3). Практически эти импульсы формируются с помощью эмиттерного повторителя, включенного на выходе ГСН (см. патент РФ №93546), обеспечивающего его низкое дифференциальное выходное сопротивление. Параметры ГСН имеют принципиальное значение для оптимизации работы СПП.

Инерционная цепь автосмещения - 5 необходима для повышения стабильности работы СВЧ-автогенератора - 6 и обеспечения режима работы с «ответной паузой» при измерении дальности в составе системы радиозондирования (см. патент РФ №2214614). Ответная пауза формируется за счет реакции инерционной цепи автосмещения - 5 получающей дополнительный заряд в течение приращение времени задержки ∆τз, что приводит к запиранию СВЧ-автогенератора на время генерации следующего радиоимпульса.

На фиг.7 приведен упрощенный вариант функциональной схемы СПП, содержащей ГСН, эмиттерный повторитель которого выполнен на транзисторе VT1. СВЧ-АГ реализован на транзисторе VT2. Инерционная цепь автосмещения СВЧ-АГ образована резистором R2 и конденсатором С4. Регулировка R2 позволяет изменять постоянную времени инерционной цепи автосмещения и обеспечивает формирование ответной реакции СПП на запросный сигнал РЛС, как это предлагалось в патентах РФ №2172965, №2214614. Однако при регулировке R2 происходит из-за изменения режима работы СВЧ-АГ смещение несущей частоты, что не позволяет одновременно настроить чувствительность, совместить частоту приема и несущую частоту СПП.

На фиг.8 для сведений изображена принципиальная схема СВЧ-автогенератора - 6 (СВЧ-АГ) СПП. Технические характеристики и особенности настройки СВЧ-АГ подробно рассмотрены в патенте РФ №104326, поэтому в здесь не рассматриваются.

Далее необходимо пояснить принцип обеспечения безударного запуска СВЧ-автогенератора СПП, обеспечивающего его максимальную чувствительность. На фиг.4 изображены колебания U в контуре СВЧ-автогенератора в процессе запуска. На интервале времени от 0 до t1 активный прибор СВЧ-АГ (СВЧ-транзистор) выключен. В контуре существуют тепловые флуктуационные колебания. В момент t1 генератором суперирующего напряжения включается ток запуска автогенератора IЭ0, который экспоненциально нарастает. На этом интервале времени током IЭ0 в контуре возбуждаются ударные колебания Uуд. Поскольку на декрементном интервале затухание контура до момента t2 остается положительным, то ударные колебания экспоненциально затухают вплоть до флуктуационных шумов Uф, которые на этом интервале определяются суммарным воздействием тепловых флуктуаций и флуктуациями дробового тока активного прибора. В момент t2 ток достигает граничного значения IЭ0=Iгр. В этот момент среднее значение затухания контура dcp равно нулю. Однако действующее значение затухания определяется эффективным значением флуктуационной составляющей затухания dэфф, которое принципиально не может быть равно нулю. Поэтому полоса пропускания контура СПП в этот момент имеет минимальное, но конечное значение. Если интервал времени ∆t=t2-t1 достаточен, чтобы ударные колебания успели затухнуть до уровня флуктуации Uф, то развитие автоколебаний U, начиная с момента t2, на инкрементном участке происходит от уровня флуктуации Uф. Ток активного прибора далее нарастает до уровня пускового значения IЭ0=Iп. Важно подчеркнуть, что в транзисторном СВЧ-автогенераторе СПП с выходной средней мощностью не более 0,5 Вт граничный ток имеет значение порядка IЭ0=5-8 мА, a Iп пусковой ток Iп в течение приемного интервала превышает граничное значение Iгр практически всего на десятки мкА. Такой режим запуска СПП является безударным и принципиально обеспечивает максимальную чувствительность СПП к запросному сигналу. Поскольку фаза и амплитуда флуктуаций, определяющие начальные условия запуска, являются случайными процессами, то спектр излучения радиоимпульсов СПП в этом случае будет сплошным. Если интервал времени ∆t=t2-t1 недостаточен для затухания ударных колебаний, то развитие автоколебаний Uак СПП будет определяться ударными колебаниями Uуд. Поэтому фаза радиоимпульсов СПП будут синхронизоваться ударными колебаниями, а чувствительность СПП к внешнему сигналу резко снизится. Спектр излучения радиоимпульсов СПП в этом случае будет дискретным, линейчатым. Такой режим запуска характерен для классических импульсных автогенераторов. Необходимо подчеркнуть, что далее постоянная составляющая тока эмиттера Iэо (и тока коллектора Iко=Iэо) изменяется синхронно с амплитудой автоколебаний за счет жесткого характера переходного процесса до максимальных значений, вплоть до установления стационарного режима (см. фиг.3, 4). При этом следует подчеркнуть, что стационарные амплитуды Аст и Iэоmах практически не зависят от величины пускового тока Iп.

Требуемый закон изменения формы импульсного тока СВЧ-автогенератора в момент запуска обеспечивается импульсами суперирующего напряжения, вырабатываемого эмиттерным повторителем ГСН (см. фиг.6а, б).

Для пояснения особенности регулировки частоты излучения относительно частоты приема на фиг.5 (а) приведены зависимости изменения частоты СВЧ-автогенератора в процессе установления амплитуды автоколебаний А для разных режимов работы СПП. Частота приема fпр соответствует частоте автоколебаний в момент запуска СПП при амплитуде А=0. На фиг.3 этот режим соответствует моменту t2. Несущая частота излучения fизл СПП соответствует частоте установившихся автоколебаний при А=Аст. При условии fпр=fизл 2 частота приема и частота передачи СПП совпадают. При условиях fпр≤fизл 2 и fизл 3≤fпр несущая частота будет выше или ниже частоты приема СПП. По-существу частота приема fпр определяется резонансной частотой колебательной системы СВЧ-АГ в момент запуска СПП. Далее процесс установления частоты автоколебаний определяется зависимостью интегральных реактивных параметров активного прибора от амплитуды действующих токов и напряжений в схеме СВЧ-АГ. Как отмечалось ранее, в СПП постоянный ток СВЧ-транзистора Iэо изменяется синхронно с амплитудой высокочастотных колебаний фиг.5 (б). Поэтому регулировка его стационарного значения Iэо ст позволяет эффективно управлять частотой установившихся автоколебаний относительно частоты приема fпр. Наиболее просто управлять импульсным значением тока Iэо ст путем регулировки импульсного тока управляющего электрода активного прибора (тока базы СВЧ-транзистора) изменением выходного сопротивления генератора суперирующего напряжения. На фиг.7 регулировка выходного сопротивления генератора суперирующего напряжения (выход эмиттерного повторителя VT1) осуществляется резистором R2. Увеличение сопротивления R2 приводит к уменьшению импульсного тока Iэо ст1 и соответствующему росту несущей частоты радиоимпульсов СПП в положение fпр<f1. Уменьшение сопротивления R2 позволяет совместить частоты приема и излучения fпр=f2 при Iэо ст2 или установить частоту излучения ниже частоты приема fпр>f3 при Iэо ст3. Частота приема fпр определяется настройкой резонансной частоты колебательной системы СВЧ-АГ в момент запуска СПП. Таким образом, регулировкой амплитуды видеоимпульсов тока активного прибора (СВЧ-транзистора) путем изменения выходного сопротивления генератора суперирующего напряжения R2 удается управлять взаимным положением частот приема и передачи СПП с необходимой точностью. При этом мощность излучения СПП практически не изменяется. Однако для сохранения оптимального значения постоянной времени цепи автосмещения - 5, необходимого для формирования ответного сигнала по дальности - «ответной паузы», требуется осуществить соответствующий подбор емкости конденсатора С4.

Как было показано выше, для достижения максимальной чувствительности необходимо обеспечить безударный запуск СВЧ-автогенератора СПП. Практически это достигается путем регулировки постоянной времени τ=R1C1 - фильтра нижних частот образованного резистором R1 и конденсатором С1 на входе эмиттерного повторителя VT1 ГСН (фиг.7). Увеличение сопротивления резистора R1 приводит к снижению крутизны нарастания напряжения на входе СВЧ-автогенератора (см. фиг.4 и 6) и уменьшению уровня ударных колебаний. Однако при этом уменьшается эффективная длительность суперирующих импульсов и снижается усиление СПП, пропорциональное среднему времени задержки τз, см. соотношение (2). Для восстановления необходимого уровня усиления СПП требуется соответственно увеличить длительность суперирующих импульсов. Уменьшение сопротивления резистора R1 приводит к обратному изменению параметров СПП. При оптимальном значении постоянной времени τ=R1C1 достигается максимальная чувствительность и усиление СПП, в том числе, в режиме «ответной паузы». Другой вариант регулировки чувствительности и усиления СПП принципиально может быть реализован путем изменения длительности суперирующих импульсов, как это показано на фиг.6 (б). Следует подчеркнуть, что частота излучения СПП при регулировке чувствительности приемного режима не изменяется.

Собственно работа СПП в составе радиотехнической системы подробно описана в упомянутых выше патентах РФ и работах этого же автора и поэтому в описании данной заявки не повторяется.

Предлагаемый способ настройки параметров СПП позволяет гарантировано обеспечить производство СПП радиозондов на современных СВЧ-транзисторах с чувствительностью на уровне минус 95÷100 дБ/Вт при средней мощности излучения 250÷350 мВт и к.п.д. не менее 35%. Данный приемопередатчик АРЗ обеспечивает точное измерение наклонной дальности наземной РЛС до 250-300 км с погрешностью не хуже ±15 м, при малом уровне запросной мощности наземной РЛС. Так, импульсная мощность передатчика РЛС составляет 200 Вт, средняя - 0,2 Вт. Передача телеметрических сигналов АРЗ осуществляется путем частотной или фазовой модуляции суперирующих импульсов, т.е на одной несущей частоте осуществляется измерение всех координат АРЗ: угла места, азимута, наклонной дальности - и осуществляется передача телеметрических сигналов метеорологических величин. В конечном счете применение СПП в составе АРЗ позволяет значительно снизить затраты на получение аэрологической информации на сети Росгидромета РФ.

Литература

1. Иванов В.Э., Фридзон М.Б., Ессяк С.П. «Радиозондирование атмосферы, Технические и метрологические аспекты разработки и применения радиозондовых измерительных средств», под ред. В.Э.Иванова. Екатеринбург. УрО РАН. 2004. 596 с. ISBN 5-7691-1513-0.

2. Сверхрегенераторы. М.К.Белкин, Г.И.Кравченко, Ю.Г.Скоробутов, Б.А.Стрюков; Под редакцией М.К.Белкина. - М.: Радио и связь, 1983. - 248 с., ил.

Способ регулировки выходных параметров сверхрегенеративного приемопередатчика радиозонда, основанный на оптимальном выборе коэффициента обратной связи автогенератора сверхрегенеративного приемопередатчика, сопротивления нагрузки, резонансной частоты колебательной системы, отличающийся тем, что при запуске автогенератора сверхрегенеративного приемопередатчика обеспечивают режим самовозбуждения с жестким характером переходного процесса установления автоколебаний, стабилизируют средний ток и напряжение питания активного прибора автогенератора сверхрегенеративного приемопередатчика, регулируют импульсный ток управляющего электрода - базы транзистора активного прибора автогенератора, тем самым устанавливают частоту приема относительно несущей частоты автоколебаний сверхрегенеративного приемопередатчика, регулировкой крутизны экспоненциально нарастающего переднего фронта и длительности суперирующего импульса устанавливают требуемый уровень чувствительности сверхрегенеративного приемопередатчика.



 

Похожие патенты:
Изобретение относится к области морской гидрометеорологии и может быть использовано при определении дрейфа морских льдов. .

Изобретение относится к радиолокации, а именно к радиолокационным методам определения параметров морского волнения, и может быть использовано в метеорологии и океанологии для дистанционного мониторинга состояния приповерхностного слоя океанов со спутника.

Изобретение относится к мониторингу природных сред и предназначено для определения состояния ионосферы. .

Изобретение относится к способам измерения в геофизике и может быть использовано для исключения фазовой неоднозначности при измерении величины полной электронной концентрации ионосферы Земли (ПЭС).

Изобретение относится к области анализа движения воздушных масс при помощи метеорологического радара. .

Изобретение относится к области геофизики и может применяться для определения параметров ионосферы. .

Изобретение относится к способам и средствам для определения местоположения объектов в пространстве и их исследования с использованием отраженных волн оптического и радиодиапазонов.

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано в качестве переносного дистанционного измерителя толщины слоя нефти на поверхности воды

Изобретение относится к метеорологии и может быть использовано в автоматизированных системах определения опасных для авиации явлений погоды, а также в других областях человеческой деятельности

Использование: изобретение относится к методам определения параметров волнения водной поверхности и может быть использовано в метеорологии и океанологии для мониторинга состояния приповерхностного слоя Мирового океана. Сущность: радиолокационный способ определения параметров крупномасштабного волнения водной поверхности с помощью радиоальтиметра, заключается в том, что излучают зондирующие импульсы вертикально вниз по направлению к водной поверхности (в надир), принимают отраженные от водной поверхности зондирующие импульсы, регистрируют их форму и определяют по наклону переднего фронта отраженного импульса высоту крупномасштабного волнения водной поверхности. Для измерений используют размещенный на самолете компактный спутниковый радиоальтиметр с ножевой диаграммой направленности антенны, ориентированной вдоль направления полета, и по наклону заднего фронта отраженного импульса с учетом высоты полета и ширины диаграммы направленности антенны определяют дисперсию наклонов крупномасштабного волнения вдоль направления полета, а также определяют среднюю длину поверхностной волны вдоль направления полета, используя измеренные дисперсию наклонов и высоту крупномасштабного волнения водной поверхности. Технический результат: повышение оперативности определения параметров крупномасштабного волнения водной поверхности с самолета. 5 ил.

Изобретение относится к области радиолокационной метеорологии и может быть использовано на практике для раннего обнаружения таких атмосферных циклонических вихрей, как торнадо и смерчи некогерентным радаром. Достигаемый технический результат - повышение информативности и точности раннего обнаружения атмосферных вихрей. Согласно способу при обнаружении циклонических вихрей в грозоградовых облаках некогерентным радаром осуществляют радиолокационное зондирование облака на длине волны 10 см, определяют значения отражаемости в заданных пространственных точках облачной среды и отображают эти данные на экране персонального компьютера в виде трехмерной радиолокационной картинки облака, полученное изображение облака рассматривают со всех сторон на фоне экрана персонального компьютера в динамическом режиме, снимая предварительно при каждом просмотре с трехмерного изображения внешнюю оболочку, соответствующую перепаду радиолокационной отражаемости в 2 dBZ, затем при обнаружении контура предполагаемой полости атмосферного вихря на поверхности изображения осуществляют визуальный его просмотр на фоне экрана персонального компьютера и при совпадении цвета обнаруженной полости с цветом фона экрана персонального компьютера идентифицируют данную полость как полость атмосферного вихря. 1 з.п. ф-лы, 3 ил.

Устройство определения дальности до ионосферы может быть использовано в загоризонтных радиолокаторах и для исследования состояния воздушного слоя Земли. Достигаемый технический результат - увеличение точности определения дальности без уменьшения достоверности обнаружения. Указанный результат достигается благодаря использованию синхронизатора, импульсного передатчика, антенного переключателя, антенны, приемника, тактового генератора, дешифратора, блока вторичной обработки, индикатора, амплитудного селектора, переменной линии задержки, блока фиксации определенной длительности передней части сигнала, анализатора наименьшей дальности, сумматора, панели выдачи кода задержки, соединенных между собой определенным образом. 1 ил.

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано в метеорологии, навигации, океанографических исследованиях, мореходных испытаниях судов и гидросамолетов для оценки силы волнения морских волн, в автоматизированных системах посадки самолетов-амфибий на водную поверхность в ночное и дневное время. Устройство содержит последовательно включенные антенну 1, приемопередатчик 2, усилитель 3 доплеровского сигнала, аналого-цифровой преобразователь 4 и вычислитель 5, второй вход которого соединен с входом 6 устройства, а первый выход - с управляющим входом приемопередатчика. Кроме того, устройство оснащено индикатором (дисплеем) 7, вход которого соединен со вторым выходом вычислителя 5. Технический результат: сокращение аппаратурной части, упрощение, повышение надежности, повышение быстродействия и точности расчета. 1 ил.

Предлагаемое изобретение может быть использовано для радиозондирования ионосферы, определения интенсивности ионосферных неоднородностей и пеленгации искусственных ионосферных образований. Достигаемый технический результат - повышение точности определения полного электронного содержания в условиях диффузности и получение информации о состоянии ионосферы в заданном направлении. Указанный результат достигается тем, что принимают электромагнитные сигналы от каждого навигационного спутника (НС), при этом в двухчастотном приемнике формируются вектора оценки цифровых сигналов, соответствующие каждому из j=1…m видимых навигационных спутников, затем на основе фазовых времен распространения τф1,2(tk) вычисляют фазовые пути сигнала Дф1,2(tk)=сτф1,2(tk) для каждого из j=1…m видимых НС, определяют полное электронное содержание ионосферы I, математическое ожидание полного электронного содержания ионосферы и среднеквадратическое отклонение полного электронного содержания ионосферы σΔI, затем определяют значение интенсивности неоднородностей ионосферы, затем сравнивают полученные значения интенсивности неоднородностей ионосферы βи j с пороговым βи пор значением, определяют все линии прохождения сигнала, на которых определена повышенная (βи j≥βи пор) интенсивность неоднородностей ионосферы, формируют признак наличия искусственного ионосферного образования, по информации, содержащейся в навигационных сообщениях и координатам размещения двухчастотного приемника определяют пеленги на начало и конец искусственного ионосферного образования. 3 ил.

Изобретение предназначено для систем радиозондирования с ускоренной передачей телеметрической информации с борта аэрологического радиозонда (АРЗ) на наземную радиолокационную станцию (РЛС). Достигаемый технический результат - повышение надежности приема телеметрической информации, передаваемой с борта АРЗ на наземную РЛС, повышение точности измерения информации, передаваемой с борта АРЗ на наземную РЛС, получение дополнительных характеристик измеряемых параметров атмосферы, например турбулентности атмосферы, снижение времени передачи информации. Указанный результат достигается за счет того, что система содержит АРЗ и базовую станцию - РЛС, при этом в состав АРЗ введен блок предполетной подготовки АРЗ, состоящий из пульта предполетной подготовки и блока контроля и записи параметров АРЗ, причем пульт предполетной подготовки АРЗ через блок контроля и записи параметров АРЗ соединен двунаправленной шиной Ml со входами микроконтроллера АРЗ; в состав РЛС введены блок декодирования пакетной телеинформации и блок вторичной обработки телеинформации и выдачи сигналов метеопараметров атмосферы, причем однонаправленная шина М2 приемопередающего устройства РЛС соединена через блок декодирования пакетной телеинформации с блоком вторичной обработки телеинформации и выдачи метеопараметров атмосферы, выход которого является выходом системы. 2 з.п. ф-лы, 4 ил.

Изобретение относится к радиофизическим методам исследования ионосферы и предназначено для определения пространственного распределения ионосферных неоднородностей радарным методом с помощью ЛЧМ ионозонда-радиопеленгатора. Технический результат состоит в повышении точности определения пространственного распределения мелкомасштабных неоднородностей электронной концентрации, обеспеченном повышением частоты зондирования до величины, превышающей критическую частоту ионосферного F-слоя, для детектирования сигналов, рассеянных ионосферными неоднородностями с высоким частотно-временным разрешением, и позиционирования места расположения неоднородностей. Для этого способ включает зондирование ионосферы широкополосным ЛЧМ-сигналом, прием излученного ЛЧМ-сигнала синхронно с его передачей, измерение дистанционно-частотных (ДЧХ) и угловых частотных (УЧХ) характеристик всех принятых сигналов (прямых и рассеянных неоднородностями ионосферы), затем на основе ионосферной модели и измеренных ДЧХ и УЧХ проводят расчеты характеристик прямого сигнала, распространяющегося по дуге большого круга между передатчиком и приемником, корректируют ионосферную модель до совпадения измеренных и расчетных характеристик прямого сигнала, после чего для скорректированной ионосферной модели и данных измерений ДЧХ и УЧХ рассеянного сигнала проводят расчеты характеристик рассеянного сигнала до совпадения измеренных и расчетных данных и по ним определяют пространственное распределение ионосферных неоднородностей. 4 ил.

Изобретение относится к области метеорологии и может быть использовано для определения прозрачности атмосферы. Сущность: осуществляют посылку в неоднородную атмосферу световых импульсов малой длительности. Принимают эхо-сигналы. Обеспечивают коррекцию эхо-сигналов на геометрический фактор лидара. Накапливают скорректированные сигналы в течение заданного промежутка времени в зависимости от общей протяженности исследуемого участка. При этом световые импульсы отклоняют не менее чем в двух точках трассы зондирования в обратном направлении. Для определения прозрачности атмосферы измеряют эхо-сигналы импульсов в одной и той же точке трассы зондирования до и после отклонения. Определяют коэффициент ослабления атмосферы по принятым и накопленным эхо-сигналам. Технический результат: повышение точности определения коэффициента ослабления атмосферы. 1 ил.
Наверх