CC BY
17
МОДЕЛИРОВАНИЕ ЭНЕРГЕТИЧЕСКИХ ПАРАМЕТРОВ ДАТЧИКА НА ОСНОВЕ УПРАВЛЯЕМОГО ПАССИВНОГО РАССЕИВАТЕЛЯ НА БАЗЕ
СИСТЕМЫ «ДИОД-ДИПОЛЬ»
Е.А. Москалева, доцент, к.т.н. Воронежский институт МВД России, г. Воронеж
Управляемые пассивные рассеиватели используют в качестве радиотехнических датчиков, фиксирующих изменение электромагнитного поля в системах радиолокации, радионавигации, радиопозиционирования, охранных системах, при создании радиопокрытий. Поскольку управляемые пассивные рассеиватели за счет дополнительной модуляции падающего на его поверхность электромагнитного поля передают информацию с выделенного элемента пространства, целесообразно применять их в составе систем охранной сигнализации, обеспечивая беспроводную систему передачи сигналов о несанкционированном доступе на объект.
Работа датчика на основе управляемого пассивного рассеивателя определяется электродинамическими принципами управления электромагнитным полем. Часть энергии падающей электромагнитной волны отражается рассеивателем в окружающее пространство с измененными (промодулированными) параметрами. В зависимости от конструкции управляемого пассивного рассеивателя он осуществляет различные виды модуляции и манипуляции переизлученного сигнала.
Радиотехнические системы, использующие управляемые пассивные рассеиватели, обычно строятся по схеме, приведенной на рис. 1. Генератор высокочастотного сигнала (ВГ) через антенну облучает электромагнитной волной управляемый пассивный рассеиватель (ПР). Через приемную антенну в приемник (ПРМ) поступает сигнал, переизлученный рассеивателем. Далее сигнал может передаваться в центр обработки (ЦО), в качестве которого может использоваться, например, персональный компьютер, плата контроллера и т.п. в зависимости от назначения и конструкции системы охраны. В приемнике осуществляется регистрация сигнала, т.е. выделение сигнала пассивного рассеивателя на фоне других сигналов и помех.
ВГ
ПР
ПРМ
ЦО
Рис. 1. Структурная схема радиотехнической системы с пассивным рассеивателем
К недостаткам систем с возможностью управления отражающими свойствами, содержащих в качестве датчиков управляемые пассивные рассеиватели, следует отнести большое значение мощности управления, которое возрастает пропорционально отражающей поверхности радиоматериала. Поэтому важной задачей является снижение энергопотребления таких систем.
Одним из базовых устройств для управляемых пассивных рассеивателей является система «диод - диполь». Модуляцию отраженного сигнала
осуществляет управляющее напряжение на диоде. При использовании различных схем включения пассивный рассеиватель на базе системы «диод - диполь» может осуществлять разные виды модуляции. Без дополнительных элементов схемы система «диод - диполь» может осуществлять только амплитудную модуляцию отраженного поля.
1 1 - полупроводниковый вибратор,
ф 2 - полуволновый вибратор,
, 3 - модулятор
м
3
Рис. 2. Принципиальная схема системы «диод-диполь»
В [1] показано, что для того чтобы добиться максимально возможной глубины модуляции, необходимо изменять сопротивление нагрузки в широких пределах (для полуволнового вибратора от 0 до 1 кОм) на частотах СВЧ диапазона (1 - 10 ГГц). При этом маломощный полупроводниковый диод можно рассматривать как сосредоточенную нагрузку. Полуволновый вибратор можно рассматривать в качестве генератора, нагруженного на диод. При прямом смещении диффузионная емкость многократно преобладает над значением барьерной и значением последней можно пренебречь. Для обратного смещения емкость перехода примерно равна барьерной емкости диода.
Формулы для расчета энергетических параметров приведены в [2], результаты моделирования - в [3].
По полученным в [2] зависимостям можно рассчитать мощность потребления пассивного рассеивателя на базе системы «диод - диполь». Зависимость мощности потребления (Вт) системы «диод - диполь» от частоты (Гц) при прямом и обратном включении диода показаны на рис. 3 и 4 соответственно. (Величина сопротивления утечки гут была выбрана равной 40 кОм, как среднее значение гут согласно документации к полупроводниковым диодам [4]. Для расчетов были приняты следующие входные данные: Ск = 0,1 пФ, Ьк =10 нФ, г0 = 0,5 мм, фк = 10 мкВ. Полученные зависимости приведены для частоты сигнала/= 3 ГГц.)
Рис. 3 - Зависимость потребляемой мощности
диода от приложенного напряжения при прямом включении диода
Рисунок 4 - Зависимость потребляемой мощности диода от приложенного напряжения при обратном включении диода
Из полученных графиков видно, что потребляемая устройством мощность при прямом включении диода порядка 2 Вт; при обратном включении диода на частотах выше 0,5 ГГц потребляемая мощность не более 1 нВт и убывает с ростом частоты.
Список использованной литературы
1. Проскуряков В.Б. Повышение эффективности применения пассивных управляемых рассеивателей на базе системы «диод-диполь» [Текст]: Дисс. ... канд. тех. наук. / Воронежский государственный университет. Воронеж, 2015. 121с.
2. Москалева Е.А. Расчет эквивалентного сопротивления управляемого пассивного рассеивателя на базе системы «диод — диполь» / Е.А. Москалева, А.А. Толстых // Молодой ученый. - 2016. - №4. - С. 63-66.
3. Оболонская А.В. Исследование мощностных характеристик датчика системы охраны / А.В. Оболонская, А.А. Толстых, Е.А. Москалева // Современные технологии обеспечения гражданской обороны и ликвидации последствий чрезвычайных ситуаций: сборник статей по материалам Всероссийской научно-практической конференции курсантов, слушателей, студентов и молодых ученых с международным участием. - Воронеж : Воронежский институт ГПС МЧС, 2016. - Т. 1. - № 1 (7). - С. 472 - 476.
4. Москатов Е.А. Справочник по полупроводниковым приборам. / Е.А. Москатов - М.: Журнал «Радио», 2005. - 208 с.
