CC BY
33
p-ISSN 1607-3274. Радюелектронжа, шформатика, управлiння. 2016. № 1 e-ISSN 2313-688X. Radio Electronics, Computer Science, Control. 2016. № 1
РАДЮЕЛЕКТРОШКА ТА ТЕЛЕКОМУН1КАЦП
РАД1ОЕЛЕКТРОНИКА ТА ТЕЛЕКОММУНИКАЦИИ
RADIO ELECTRONICS _AND TELECOMMUNICATIONS_
УДК 638.235.231
Зшченко М. В.1, Зшьковський Ю. Ф.2
1Канд. техн. наук, доцент кафедри радоконструювання та виробництва радоапаратури Национального технчного
унверситету УкраГни «КиТвський полiтехнiчний нститут», КиТв, УкраТна 2Д-р техн. наук, професор, професор кафедри радоконструювання та виробництва радоапаратури Национального
технчного унверситету УкраГни «КиТвський полimехнiчний нститут», КиТв, УкраТна
ШИРОКОСМУГОВ1 РОЗС1ЮВАЧ1 В ЗАДАЧАХ НЕЛ1Н1ЙНО1 _РАДЮЛОКАЦИ_
Виршено завдання впровадження единого iMrraTopa нелшшного розаювача для визначення показниюв призначення нелшшних радюлокатс^в. Показано, що для об'ективного поpiвняння нелiнiйних paдiолокaтоpiв за показниками призначення у реальних умовах необхщно враховувати вплив на розаюваний нелiнiйним об'ектом сигнал випромшювань вузькосмугових стоpоннiх джерел та вщгуюв структур «метал-окисел-метал». Штатш iмiтaтоpи pозсiювaчiв, що входять до комплекту нелшшних радюлокатс^в, не можна використовувати у якост еталонних, оскшьки вони е резонансними. Запропоновано використовувати iмiтaтоp нелiнiйного pозсiювaчa на бaзi двозаходово! плоско! спipaльноi антени з узгодженим нелшшним навантаженням, оскiльки за рахунок шиpокосмуговостi та елiптичноi поляризацп матимемо ефективне поглинання енеpгii зондуючого сигналу з подальшим пеpевипpомiнювaнням вагомих за piвнем нелiнiйних пpодуктiв у поpiвняннi з випpомiнювaннями вузькосмугових стороншх джерел та спектральних складових вщгугав структур «метал-окисел-метал». Пpоведенi у «польових» умовах експеpиментaльнi дослiдження пiдтвеpдили вказаш переваги запропонованого iмiтaтоpa над штатними кaлiбpувaльними pозсiювaчaми. Вимipювaння для нелшшних радюлокатс^в максимально! вiдстaнi виявлення вибipки iмiтaтоpiв на бaзi двозаходово! плоско! стрально! антени з узгодженим нелшшним навантаженням показали високу вщтворювашсть пapaметpiв pозсiювaчiв, що дозволяе використовувати !х у якостi етaлонiв.
Ключовi слова: ближня радюлокащя, нелiнiйний paдiолокaтоp, зондуючий сигнал, iмiтaтоp нелiнiйного pозсiювaчa, двозаходова плоска стральна антена.
НОМЕНКЛАТУРА
НР - нелшшний радюлокатор; НРс - нелшшний розмювач; МОМ - «метал-окисел-метал»; ЗС - зондуючий сигнал; ККД - коефщент корисно! ди; НВЧ - надвисою частоти; ДС - д1аграма спрямованостц КСД - коефщент спрямовано! ди; ПСА - плоска стральна антена; A - векторний потенщал поляризацшно! структури поля випром1нювання ПСА;
J - вектор комплексно! амплпуди об'емно! щшьност струму;
G(R) - функщя Грша для вшьного простору; R - в1дстань спостереження; V - об'ем випромшюючо! системи k - хвильове число;
- абсолютна магштна проникшсть середовища;
© Зшченко М. В., Зшьковський Ю. Ф., 2016 DOI 10.15588/1607-3274-2016-1-2
AR - р1вень послаблення зондуючого сигналу в дБ;
BR - чутливють приймач1в друго! i третьо! гармошк в дБ.
ВСТУП
Нелшшна радюлокащя використовуеться у багатьох сферах людсько! д1яльностг техшчний захист шформацп, технологи вшськового призначення, неруйшвний конт -роль якост вироб1в тощо. Нелшшш радюлокатори (НР) призначеш для виявлення «закладних» радюелектронних пристро!в, складовими елементно! бази котрих е натвпро-вщников1 прилади. Функцюнування НР безпосередньо пов'язане з ефектом перевипром1нювання нелшшними розшювачами (НРс) - антенними структурами з нелшшним навантаженням, у простар тд час зондування нових спектральних складових, не характерних для спектру опромшюючого сигналу (кратш гармошки чи ком-бшацшш частоти). За результатом анал1зу характеристик прийнятих нелшшних продуклв сигналу вщгуку опе-
PAfllOE-nECTPOHIKA ТА ТЕЛЕКОMУHIКAЦIÏ
ратор робить висновок щодо знаходження та щентифжа-щю у дослiджуваному середовищi НРс [1-3].
Як правило, у реальних умовах використання не-лiнiйних радiолокаторiв на корисний сигнал в^гуку вiд шуканого НРс накладаються спектральнi складовi з тими ж частотами вiд випромшювань вузькосмугових сто-роннiх джерел та вщгуюв структур «метал-окисел-метал» (МОМ-структур).
Вплив зовнiшнiх завад на НРс може призводити до появи мультиплжативних складових в розсiяному сигналi, що може створити фжтивш сигнали вiдгуку навпъ при вiдсутностi ЗС НР. Частота завадового сигналу може ви-явитися близькою до частоти корисного розшяного сигналу та потрапити у смугу приймача. Боротьба з зовшш-нiми завадами вирiшуеться, як правило, обранням частоти ЗС, забезпеченням можливост !! змiни та в^пов^ними схемотехнiчними та конструкторськими рiшеннями [4-5].
Причина виникнення «хибних» вiдгукiв вщ МОМ-структур пов'язана з тим, що слабкi металевi контакти, як правило, е квазiнелiнiйними елементами з симетрич-ною вольт-амперною характеристикою. При цьому кон-тактнi нелiнiйностi е джерелом нелшшних продуктiв, в основному, непарного порядку, а присутш гармошки парного порядку за рiвнем меншi на 20 дБ i бшьше. Се-лекцiя шуканих НРс вщ МОМ-структур здiйснюеться: за вiдношенням рiвнiв прийнятих перевипромiнювань дру-го! та третьо! гармонiк частоти ЗС НР; за характером змши амплiтуди сигналу на виходi приймача поблизу перевипромшюючого об'екта; за реакцiею об'екта на вiбродiю [6-7].
Таким чином, ефектившсть використання нелiнiйних радiолокаторiв безпосередньо пов'язана з мiнiмiзацiею впливу випромiнювань вузькосмугових стороншх джерел та вщгуюв структур «метал-окисел-метал».
1 ПОСТАНОВКА ЗАДАЧ1
Сертифiкацiя нелiнiйних радiолокаторiв передбачае випробовування за багатьма показниками !х якоста, ва-гомим серед яких е максимальна в^стань виявлення об'екта пошуку. Об'ективнiсть порiвняння зразкiв нелшшних радiолокаторiв за цим показником вимагае впро-вадження единого iмiтатора НРс [8-10]. Штатний калiб-рувальний розмювач, вiдносно якого виконуеться налаш-тування в «польових» умовах конкретного НР, у бшьшосп випадкiв е резонансним та налаштованим на частоту ЗС НР. Таким чином, вш ефективно поглинае енергiю зон-дуючого сигналу певного НР i перевипро-мiнюе достат-ньо вагомi за рiвнем нелшшш продукти у порiвняннi з випромiнюваннями вузькосмугових стороннiх джерел та спектральних складових вiдгукiв МОМ-структур. Оскшь-ки робоча частота ЗС для рiзних титв НР лежить у широкому дiапазонi (600...1000) МГц, то штатт резонанснi iмiтатори НРс по рiзному поглинатимуть опромшюю-чий сигнал однаково! тдведено! потужностi вщ нелiнiйних радiолокаторiв. Таким чином, для об'ективного ж^внян-ня единий iмiтатор НРс повинен задовольняти наступ-ним вимогам: бути широкосмуговим; мати кругову або елiптичну поляризацiю; конструктивно здатним до ви-соко! вiдтворюваностi параметрiв; забезпечувати спря-
мовану передачу потужностц вoлoдiти високим коефщ-ieнтoм корисжи ,niï (ККД); забезпечувати заданий рiвень узгодження з нелiнiйним навантаженням.
2 ОГЛЯД Л1ТЕРАТУРИ
В Украш та Potiï за напрямком нелiнiйнoï радюлокацп працювали групи дoслiдникiв пiд керiвництвoм Штейнш-лейгера В. Б., Вернигорова H. С., Парватова Г. H., Петрова Б. M., Горбачева О. О., Шифрша Я. С. та шших.
Прoвiдними американськими дoслiдниками у нелшшнш радioлoкацiï стали Thomas H. Jones, Bruce R. Barsumian, Robert A. Rubega та шш1 В Англп - вщповщно James H. Stephen, John D. McCann, Steven John Holmes, Andrew Barry Stephen та шш1
Потужшсть неперервного ЗС HP в бшьшосп випадкiв становить 10...850 мВт. В iмпyльснoмy режим випромь нювання пiкoва пoтyжнiсть в iмпyльсi 5... 400 Вт. Деякi сучасш HP мають мoжливiсть змiни потужност ЗС. Чут-ливiсть приймачiв сучасних HP лежить у межах вщ 10-15 до 10-11 Вт. В iмпyльсних вона трохи гiрша, що пояснюеться вiдпoвiднoю перевагою рiвня пiкoвoï пoтyжнoстi шпуль-сних передавачiв (приблизно на 35-40 дБ). У бшьшосп HP використовуються приймачi з регульованою чутлив-iстю. Дiапазoн регулювання цього параметра становить 30...50 дБ [б, 11].
Дальшсть дц бiльшoстi HP обмежена величиною близь-ко 1 м. Обмеження вдаовщае варiантy роботи на в^ри-тих площах або у великих необладнаних примiщеннях. Для офюних примiщень мoжливoстi виявлення ще скрoмнiшi, що пов'язано з високою концентращею рiзних завад [б, 11, 12]. З поняттям максимальнoï дальносл дц тiснo пов'язана максимальна глибина виявлення oб'eктiв у до^джувано-му середoвищi. Для бyдiвельних кoнстрyкцiй вона може досягати лише декшькох десятюв сантиметрiв.
Згiднo з [б, 11] дальшсть виявлення HPс при шпульс-ному режимi набагато бiльша в ж^внянт з неперерв-ним випрoмiнюванням ЗС HP.
Дальнiсть ,niï нелшшних радюлокатс^в може варж>-ватися не тшьки ïх енергетичним пoтенцiалoм i коефще-нтом шуму прийомного пристрою, але i паразитними або пoбiчними нелiнiйними ефектами [б]:
- паразитш бiчнi пелюстки дiаграми спрямoванoстi (ДС) випрoмiнюючoï антени HP провокують появу по-бiчних гармoнiк вiд навкoлишнiх радioелектрoнних засoбiв;
- наявнiсть у ЗС HP паразитних гармoнiчних складових, яю, вiдбиваючись вiд пoверхнi, попадають у прийом-ний тракт HP;
- виникнення в достджуваному об'ект за певних умов ефеклв, якi якiснo впливають на змшу властивос-тей його демаскуючих ознак.
Широкий спектр практичного використання ефекту нелiнiйнoгo рoзсiювання в багатьох сферах людсьжл дiяль-нoстi сприяв rn^i численних фундаментальних дослщ-жень за тематикою нелшшжй радioлoкацiï. Бшьшютъ про-ведених рoбiт присвяченi задачi пiдвищення ефективнoстi виявлення, iдентифiкацiï та лoкалiзацiï нелiнiйних рози-ювачiв на фош рiзних завад. Сyчаснi нелшшш радюлока-тори для пошуку, щентифжацп та лoкалiзацiï нелiнiйних рoзсiювачiв використовують первиннi демаскyючi озна-ки нелшшних рoзсiювачiв, тобто всi мoжливi спостере-
1б
p-ISSN 1607-3274. Paдiоeлeктpонiкa, iнфоpмaтикa, yпpaвлiння. 2016. № 1 e-ISSN 2313-688X. Radio Electronics, Computer Science, Control. 2016. № 1
жyвaнl зa допомогою вlдповlдноï aпapaтypи явищa тa пpоцecи в доcлlджyвaномy cepeдовищl, як1 жфоджують-cя aбо зaзнaють пeвниx зм1н зa paxyнок нaявниx телийно-cтeй xapaктepиcтик нaпlвпpовlдниковиx cтpyктyp HPc.
Як пpaвило, пlдвищeння eфeктивноcтl нeлlнlйниx paдiо-локaтоplв y тeпeplшнlй чac зводитьcя до збlльшeння потуж-ноcтl випpомlнювaного HBЧ-cигнaлy HP, пiдвищeння чут-ливост1 пpиймaчlв, вибоpy оптимaльниx пapaмeтplв ЗС тощо. Bce цe вимaгae виpiшeння доcить cклaдниx cxeмотex-нlчниx тa конcтpyктоpcькиx зaдaч eлeктpомaгнlтноï cywlc-ност1, зaбeзпeчeння виcокоï точноcтl виxiдниx пapaмeтpiв, зaвaдоcтlйкоcтl тощо. Пpи цьому витряш в бlльшоcтl ви-пaдкiв нeзнaчний тa нe вlдповlдae витpaтaм [13].
^cmparai дaнl бlльшоcтl пpeдcтaвлeниx m pинкy ж-лlнlйниx paдlолокaтоplв m покaзники eфeктивноcтl ви-коpиcтaння (дaльнlcть д11, pоздlльнa здaтнlcть, вибlpковlcть тощо) вaжко cпlвcтaвити ноpмaтивaм докyмeнтa тexнlч-ного зaxиcтy lнфоpмaцlï ЦД ТЗ1 1.4.-002-08 «Paд1олокa-тоpи нeлlнlйнl. Клacифiкaцiя. Peкомeндовaнl мeтоди тa зacоби випpобyвaнь». Пpи цьому випpобyвaння зa rop-мaтивним докyмeнтом нeобxlдно здlйcнювaти у лaбоpa-тоpниx yмовax. Зaпpопоновaний в докyмeнтi lмlтaтоp нeобxlдно пlдлaштовyвaти п1д кожний HP, що тeж додae нeзpyчноcтeй тa вноcить вaгомy ^x^Ey.
3 МАТЕР1АЛИ I МETGДИ
Пepcпeктивними в якоcтl aнтeнниx cтpyктyp 1м1тято-pa HPc е cпlpaльнl яш^ни, оcкlльки вони е шиpокоcмy-говими тa мaють eлlптичнy поляpизaцlю [14].
Плож cпlpaльнl aнтeни (ПСА) виконyютьcя з1 cmpa-лeй двоx вид1в: plвноEyтниx логapифмlчниx 1 apифмeтич-нж (apxlмeдовиx). Г1лки cпlpaлeй можуть бути aбо ^о-вlдникaми, pозтaшовaними m дleлeктpичнlй оcновl, aбо виконyвaтиcя у вигляд1 щ1лин в пpовlднlй площиш. Зяз-вичaй плоcкl cпlpaлl мaють дв1 г1лки 1 зaлeжно в1д фязо-виx cпlввlдношeнь в точц1 збyджeння можуть пpaцювaти в двоx peжимax: оcьовомy (нaпpaвлeномy) 1 нeнaпpaвлe-ному випpомlнювaннl. Якщо дв1 г1лки cпlpaлl збуджу-ютьcя в пpотифaзi, то виникae peжим оcьового ви^ом-lнювaння, пpи якому головнa пeлюcткa дlaгpaми cпpя-мовaноcтl pозтaшовaнa уздовж ош cпlpaлl. Peжим нeнaпpaвлeного випpомiнювaння, пpи якому полe мяк-cимaльнe в площин1 cпlpaлl, мae мюде пpи cинфaзномy збyджeннl ïï г1лок.
Анaлlз pоботи плоcкоï aнтeни, викошжй з apxlмeдо-воï cпlpaлl, бaзyeтьcя нa твepджeннl, що ïï ви^омшк)-вaння визнaчaeтьcя в оcновномy тим витком, дe cтpyми в cyмiжниx eлeмeнтax cпlpaлl мaйжe cинфaзнl. Зa мeжa-ми оcновного випpомlнюючого виткя lcнyють додaтковl витки, пapaмeтpи якж кpaтнl пapaмeтpaм оcновного. Однaк eкcпepимeнтaльнl дaнl покaзyють, що ц1 cмyжки випpомlнюють лишe мaлy чacтинy ernepriL Пpи зм1н1 довжини xвилl оcновний випpомlнюючий виток явтомя-тично пepeмiщyeтьcя уздовж paдlyca cпlpaлl, збep1гaю-чи постшшсть cвоeï eлeктpичноï довжини.
Спlpaльнl aнтeни з коeфlцleнтом пepeкpиття по чя^ тот1 в1д 1,5 до 10 дозволяють фоpмyвaти одноcпpямовaнl ДС ш^иною (90°...180°) з коeфlцleнтом cпpямовaноï ,niï (КСД) (2...8).
Для ПСА вxlдний опlp 1 pозподlл cтpyмy нa ^овщни-кax pозpaxовyeтьcя 1з зacтоcyвaнням мeтодy yзaгaльнe-ниx нaвeдeниx ЕPС. Для aнaлiзy поляpизaцlйноï cxp^ray-pи поля випpомiнювaння ПСА викоpиcтовyeтьcя мeтод вeктоpного потeнцlaлy [14]:
A = £ í JG (R )dV,
дe A - вeктоpний потeнцlaл у дов1льн1й точц1 crnCTepe-жeння, який визнaчaeтьcя нa пlдcтaвl в1домого (попepeд-ньо обчиcлeного) pозподlлy збуджуючого crpy^; J -вeктоp комплeкcноï aмплiтyди об'eмноï щlльноcтl ctc^^ нього eлeктpичного cтpyмy; G(R) = exp(-jkR)/ R - функ-цш Tpirn для в1льного пpоcтоpy; R - в^^гань м1ж точEa-ми cпоcтepeжeння тa lнтeгpyвaння; V - об'ем, зaповнe-ний cтpyмaми випpомlнюючоï cиcтeми; k - xвильовe чиcло; |0q - aбcолютнa мaгнlтнa пpоникнlcть cepeдовищa.
Для поляpизaцlйниx доcлlджeнь двозaxодовоï ПСА ши-pоко викоpиcтовyютьcя двa мeтоди, як1 визнaчeнl видом pозклaдaння eлeктpомaгнlтноï xвилl: нa дв1 xвилl з оpтого-нaльними л1н1йними поляpизaпiями 1 ш дв1 xвилl з кpyгови-ми поляpизaпiями пpотилeжного нaпpямEy обepтaння [14].
Pозглянeмо в якоcтl aнтeнноï cтpyктypи lмlтaтоpa HPc двозaxодовy ПСА з нeлlнlйним нaвaнтaжeнням. Для ^о-вeдeння pозpaxyнкlв обpaно дlaпaзон чacтот (0,8...3) ГГц. Двозaxодовa ПСА з мaкcимaльним paдlycом 26 мм, ви-конaнa з фольговaного тeкcтолlтy 1 нaвaнтaжeнa нa д1од типу КД-522А в TC^ax А 1 В (рж. 1).
Гeомeтpичнl пapaмeтpи випpомiнюючоï cтpyктypи: кlлькlcть вxодlв - 2; ж^тковий paдlyc (22^26) мм; кшьюсть витк1в 2^3. У cмyзl чacтот (0,8...3) ГГц дlaгpaмa cпpямовaноcтl зaзнae зм1н (pиc. 2, 3). Кдафодент cпpя-
мовaноï дlï нa чacтотi 1 ГГц cтaновить (6,5...2,5) зa шиpи-ни головноï пeлюcтки ДС (90°.. .120°).
КСД нa чacтотl 2 ГГц cтaновить (2,0.0,5) дБ зa шиpи-ни головноï пeлюcтки ДС (120°...160°). Ha чacтотax по-нaд 2 ГГц cпоcтeplгaeтьcя знижeння КСД, обyмовлeнe pозшиpeнням головноï пeлюcтки ДС 1 зpоcтaнням ши-рини випромшювання.
Pиcyнок 1 - HPc ня бяз1 плоcкоï двозaxодовоï
cпipaльноï aнтeни
РАДЮЕЛЕКТРОН1КА ТА ТЕЛЕКОМУНЖАЦП
Рисунок 2 - ДС ПСА, розрахована в наближенш заданого струму в Matchcad 13 для частоти 1 ГГц
ЭТО
Рисунок 3 - ДС ПСА, розрахована в наближенш заданого струму в Matchcad 13 для частоти 2 ГГц
4ЕКСПЕРИМЕНТ
Для тдтвердження ефективносл розробленого !мгта-тора були проведет експериментальш дослвдження у ре-альних умовах трьох зразюв розаювач1в (одного на баз1 ПСА та двох на баз1 симетричного в1братора) нелшшним радюлокатором «КЯ-Ц», антени якого мають кругову поляризащю (кругова поляризащя антен е характерною для бшьшосп НР, оскшьки И застосування суттево покра-щуе спроможтсть виявлення радюелектронних об'екпв), максимальна потужшсть сигналу зондування в !мпульм становить 250 Вт на частот! 848 МГц, а чутливють прий-мач1в не перевищуе - 140 дБ/Вт. Дослвдження проводили-ся за схемою, представленою на рис. 4. Зазначимо, що в експерименл резонансш !мгтатори НРс на баз1 симетричного в1братора мали р1зну довжину пл1ч (на рис. 4 а дов-жина пл1ч штатного !мгтатора НРс стврозм1рна з довжи-ною хвил1 ЗС НР, а на рис. 4 б - на порядок менша).
Вишри проводилися для р1вшв друго! та третьо! гармошк сигналу вщгуку у ш1стьох точках зпдно рис. 4. При-
чому основна площина дослщжуваних зразюв була роз-мщена перпендикулярно до в1м, на якш лежать точки спостереження 1, 2 та 3.
5 РЕЗУЛЬТАТИ
Результати досл1дження сшврозм1рного з довжиною хвил1 ЗС НР симетричного в1братора з узгодженим у на-вантаженш дюдом КД522А (рис. 4а) у вигляд1 пстограм сшввщношень р1вшв друго! та третьо! гармошк сигналу вщгуку в дБ, приведен! на рис. 5, 6, де ЛЯ - р1вень послаб-лення зондуючого сигналу в дБ, ВЯ - чутливють прий-мач1в друго! [ третьо! гармошк в дБ (щ позначення вико-ристаш [ на рис. 7-10).
'—У" г,)
/ а) п-ы-п )
1£
вГ --
( (Ш1) £ 01
®
гг = 0,40 м
Я = 0,60 м
Д = 0,80 м
Рисунок 4 - Схема дослщження ефективностi щентифжаци НРс
Рисунок 5 - Рiвнi гармонiк, дБ, вимiряних в точках 1, 2 i 3, зпдно з рис. 4 при ЛЯ=0 дБ, ВЯ=0 дБ
Рисунок 6 - Рiвнi гармонiк, дБ, вимшряних в точках 4, 5 i 6, згiдно з рис. 4 при ЛЯ= -5 дБ, ВЯ=0 дБ
p-ISSN 1607-3274. Радюелектронжа, шформатика, управлiння. 2016. № 1 e-ISSN 2313-688X. Radio Electronics, Computer Science, Control. 2016. № 1
Рисунок 7 - PiBHi гармошк, дБ, ви]шряних в точках 1, 2 i 3, згщно з рис. 4 при AR= -5 дБ, BR=0 дБ
а ш ®!!L щ
1 дав
1 L
20 15 10 5 0
Рисунок 8 - PiBHi гармошк, дБ, вимiряних в точках 4, 5 i 6, згщно з рис. 4 при AR= -5 дБ, BR=0 дБ
35 30 25
10
Щ —щ И
Рисунок 9 - Piвнi гармошк, дБ, вимiряних в точках 1, 2 i 3, згщно з рис. 4 при AR= -10 дБ, BR= -30 дБ
Рисунок 10 - Piвнi гармошк, дБ, вимiряних в точках 4, 5 i 6, згщно з рис. 4 при AR= -10 дБ, BR= -20 дБ
На рис. 7, 8 представлен дослщження для штатного НРс з «електрично малою» антеною з узгодженим у на-вантаженн1 дюдом КД522А (рис. 4 б).
На рис. 9, 10 приведет результата дослщження двозаходово! ПСА з узгодженим у навантажент дюдом КД522А (рис. 4 в).
У табл. 1, для п'яти р1зних титв сершних НР: У1 - «ОНЕГА 3»; y2 - «NR 900M»; y3 - «NR 900E»; y4 - «РОДНИК 23»; у5 - «ЦИКЛОН М1А», приведен результата дослвдження максимально! в1дстан1 виявлення зразюв 1мтатора НРс на баз1 двозаходово! ПСА з узгодженим у навантажент дюдодом КД522А (вим1ри здшснювались перпендикулярно основнш площин дослвджуваних зразюв).
6 ОБГОВОРЕННЯ
З рис. 9-10 видно, що шггатор на баз1 двозаходово! ПСА з узгодженим нелшшним навантаженням за рахунок широкосму-говост та елштично! поляризащ! перевипромшюе досить ва-гом1 рiвнi нелшшних продукпв сигналу вщгуку у пор1внянн1 з резонансними кал1брувальними розставачами. Це дае мож-ливють у реальних умовах чпж> його вдентифжувати апарату-рою нелшшно! радюлокаци на досить великих ввдстанях при будь-якш його просторовш ор1ентащ! в1дносно дц ЗС, оскiльки маемо ефективне поглинання енергп зондуючого сигналу з по-дальшим перевипромшюванням вагомих за р1внем нелшшних продукпв, що значимо переважають наявн випромшювання вузькосмугових стороншх джерел та спектральних складових вщгутав структур «метал-окисел-метал» [15, 16].
Значний вплив оточуючого середовища тдтверджуе хибна iдентифiкацiя штатного резонансного НРс з «електрично малою» антеною з узгодженим нелшшним навантаженням як МОМ-структури, оскшьки р1вень третьо! гармошки суттево перевищував р1вень друго! (див рис. 7, 8).
Чггка вдентифжащя стврозм1рного з довжиною хвил1 ЗС НР симетричного в1братора з узгодженим навантаженням на великих для нелшшно! радюлокаци ввдстанях можлива лише за умови перпендикулярно! ор1ентацп основно! площини дос-лвджуваного зразка ди ЗС НР (рис. 5). У випадку опромшен-ня «збоку» з1 збшьшенням вадстан значимим стае вплив оточуючого середовища, тому резонансний 1мггатор НРс вденти-фжуеться за стввщношенням р1вшв друго! та третьо! гармошк як МОМ-структура (рис. 6).
Достдження максимально! вщстат виявлення iмiтаторiв НРс на бая двозаходово! ПСА з узгодженим нелшшним навантаженням проводилися для восьми зразюв з метою перев1рки якосп вдаворювання !х параметрiв (табл. 1).
На рис. 11 зпдно результата табл. 1 представлена кумулятивна функщя розподшу максимально! вадстан виявлення розробленого 1мггатора НРс сершними нелшшними радюло-каторами [17]. З яюсного в1зуального анал1зу представлено! кумулятивно! функцп можна зробити висновок, що закон розподшу з високою дов1рчою в1ропдтстю е нормальним.
Перев1рка ппотези щодо виду функцп розподшу за кри-тер1ем Шатро-У1лка зпдно ISO 5479-97 теж тдтвердила, що розподш у виб1рщ е нормальним, не в1дхиляеться при р1вш значимом! а = 0,05.
Нормальний закон розподшу та мшмальн розходження середтх значень максимально! в1дстан1 виявлення по зразкам широкосмугових 1м1татор1в НРс (ввдпов1дшсть критер1ям Фшера за дов1рчо! ймов1рност1 99,8% [17]) св1дчить про ви-соку яюсть ввдтворення параметр1в 1мггатор1в НРс на баз1 двозаходово! ПСА з узгодженим нелшшним навантаженням, а тому !х можна вважати за еталонт.
За середнiми значеннями максимально! вiдстанi виявлення ета-лонних зразкв нелiнiйними радiолокаторами можна здшснити впо-рядкування титв НР за ефективнютю використання. Так, кращим е «ЦИКЛОН М1А», а гiршим «ОНЕГА 3». Причому вiдносно середнього значення по всш вибiрцi значень максимально! вщсташ
РАДЮЕЛЕКТРОН1КА ТА ТЕЛЕКОМУНЖАЦП
Таблиця 1 - Дослщження максимально! вщсташ виявлення зразюв iмiтатора НРс
Дослщжуваний пристрш, на баз1 ПСА Максимальна вщстань виявлення об'екта за видами НР, м Середш значення по ¡мпаторам НРс
У1 У 2 У3 У4 У5
Зразок №1 1,73 1,80 1,76 1,62 2,00 1,78
Зразок №2 1,68 1,76 1,83 1,59 2,05 1,78
Зразок №3 1,62 1,82 1,85 1,66 1,98 1,79
Зразок №4 1,65 1,73 1,74 1,71 1,96 1,76
Зразок №5 1,66 1,82 1,71 1,70 1,94 1,77
Зразок №6 1,71 1,75 1,73 1,57 2,03 1,76
Зразок №7 1,74 1,87 1,84 1,63 1,91 1,80
Зразок №8 1,69 1,79 1,75 1,65 1,96 1,77
Середш значення по НР 1,69 1,79 1,78 1,64 1,98
т.
Рисунок 11 - Кумулятивна функщя Р розпод^ максимально! вiдстанi виявлення iмiтатора НРс на базi двозаходово! ПСА сершними нелiнiйними радiолокаторами
виявлення еталошв (1,77 м), показник якост! для «ЦИКЛОН М1 А» на 11% кращий, а для «ОНЕГА 3» вщповщно на 14% прший.
ВИСНОВКИ
Сертифжащя нелшшних радюлокатор1в вимагае впровад-ження единого ¡мштатора нелшшного розыювача (НРс). Штатш кал1брувальш розыювач1, вщносно яких виконуеться налаш-тування в «польових» умовах нелшшних радюлокатор1в (НР), у бшьшосп випадюв е резонансними та налаштоваш на конк-ретну частоту зондуючого сигналу (ЗС). Тому !х не можна обрати для об'ективного пор1вняння прилад1в через широкий д1апазон частот зондування (600... 1000) МГц юнуючих вид1в НР. Адже необхщно забезпечити ефективне поглинання енерги ЗС НР 1 перевипромшювання достатньо вагомих за р1внем нелшшних продукпв у пор1внянш з випромшюваннями вузькосмугових стороншх джерел та спектральних складових вщгуюв структур «метал-окисел-метал». Для об'ективного пор1вняння в якосп единого !мпатора НРс доцшьно викорис-тати двозаходову плоску стральну антену (ПСА) з узгодже-ним нелшшним навантаженням, оскшьки вш задовольняе пред-'явленим вимогам: широкосмуговий; мае елштичну поляриза-щю; конструктивно здатний до високо! вщтворюваносп параметр1в; забезпечуе спрямовану передачу потужностц во-лод1е високим коефщентом корисно! ди; забезпечуе заданий р1вень узгодження з нелшшним елементом. Експериментальш дослщження показали, що запропонований ¡мгтатор за рахунок широкосмуговосп та елштично! поляризаци перевипромшюе досить вагом1 р1вш нелшшних продукта сигналу вщгуку у пор1внянш з резонансними кал1брувальними розыювачами. Що дае можливють у польових умовах ч1тко його щентиф1кувати апаратурою нелшшно! радюлокаци на досить великих вщста-нях при буць-яюй просторовш ор1ентац!! вщносно д!! ЗС. Дос-л1дження максимально! вщсташ виявлення р1зними НР зразюв широкосмугового ¡мпатора НРс подтвердили прогнозоваш
мтмальш розходження результата, що свщчить про високу яюсть вщтворення параметр1в розыювач1в, а отже, можливють !х використання в якосп еталонних. Це забезпечуе отримання значень показниюв ефективносп використання НР, яю легко сшвставляються з нормативами документа техшчного захисту шформаци НД ТЗ1 1.4.-002-08 «Радюлокатори нелшшш. Кла-сиф1кащя. Рекомендован! методи та засоби випробувань».
СПИСОК ЛГГЕРАГУРИ
1. Вернигоров Н. С. Нелинейный локатор - эффективное средство обеспечения безопасности в области утечки информации / Н. С. Вернигоров // Конфидент - 1996. - № 1. - С. 67.
2. Вернигоров Н. С. Практические применения нелинейного радиолокатора / Н. С. Вернигоров // Безопасность от А до Я. -1998. - № 2-3. - С. 14-15.
3. Вернигоров Н. С. Процесс нелинейного преобразования и рассеяния электромагнитного поля электрически нелинейными объектами / Н. С. Вернигоров // Радиотехника и электроника. - 1997. - Т. 42, № 10. - С. 1181-1185.
4. Беляев В. В. Состояние и перспективы развития нелинейной радиолокации / В. В. Беляев, А. Т. Маюнов, С. Н. Разиньков // Зарубежная радиоэлектроника. Успехи современной радиоэлектроники. - 2002. - № 6. - С. 59-78.
5. Помехи в системах нелинейного зондирования / [А. А. Горбачев, С. В. Лавцов, С. П. Тараканков, Е. П. Чигин] // Радиотехника и электроника. - 1998. - Т. 43, № 1. - С. 71-76.
6. Хорошко В. А. Методы и средства защиты информации / В. А. Хорошко, А. А. Чекатков. - К. : «Юниор», 2003. - 504 с.
7. Распознавание нелинейных рассеивателей, содержащих несовершенные металлические контакты или полупроводниковые радиокомпоненты / [А. П. Колбанов, А. А. Потапов, Е. Е. Степанов, Е. П. Чигин] // Нелинейный мир. - 2005. -Т. 3, № 4. - С. 239-244.
8. Калабухов В. А. Нелинейная радиолокация: принципы сравнения / В. А. Калабухов, Д. В. Ткачев // Специальная техника. -2001. - № 2. - С. 28.
9. Вернигоров Н. С. К вопросу о принципе сравнения в нелинейной радиолокации / Н. С. Вернигоров, Т. В. Кузнецов // ИН-ФОРМОСТ Радиоэлектроника и Телекоммуникации. - 2002. -№ 3(21). - С. 7-14.
10. Авдеев В. Б. Методический аппарат для оценки эффективности средств нелинейной радиолокации и противорадиолока-ции / В. Б. Авдеев, С. Н. Панычев, Д. В. Сенькевич // Вестник Воронежского государственного технического университета. - 2007. - Т. 3, № 4. - С. 115-119.
11. Зыонг Дык Тхиен. Исследование возможностей и методов построения аппаратуры для нелинейной радиолокации: дис. ... к.т.н. : 05.12.04 / Зыонг Дык Тхиен. - М, 2007. - 153 с.
12. Захаров А. В. Методика работы с различными моделями нелинейных локаторов / А. В. Захаров // Конфидент. Зашита информации. - 2001. - № 4. - С. 43-47.
13. Вернигоров Н. С. Влияние антенно-фидерного тракта нелинейного объекта на дальность обнаружения в нелинейной локации / Н. С. Вернигоров, В. Б. Харин // Радиотехника и электроника. - 1997. - Т. 42, № 12. - С. 1267.
14. Юрцев О. А. Спиральные антенны / О. А. Юрцев, А. В. Рунов, А. Н. Казарин. - М. : Сов. радио, 1974. - 224 с.
p-ISSN 1607-3274. Радюелектронжа, шформатика, управлшня. 2016. № 1 e-ISSN 2313-688X. Radio Electronics, Computer Science, Control. 2016. № 1
15. Козлов А. И Эффективная площадь рассеяния нелинейных отражателей / А. И. Козлов, Д. В. Колядов // Научный вестник МГТУ ГА. Радиофизика и радиотехника. - 2004. - № 79. - С. 36-40.
16. Зинченко М. В. Рассеивание плоских волн системой симметричных вибраторов с нелинейными нагрузками при воздействии нелинейного радиолокатора / М. В. Зинченко, Ю. Ф. Зиньковс-
кий // Известия высших учебных заведений. Радиоэлектроника. НТУУ «КПИ». - 2010. - Том 53, № 10. - С. 24-34. 17. Радченко С. Г. Математическое моделирование технологических процессов в машиностроении / С. Г. Радченко. - К. : ЗАО «Укрспецмонтажпроект», 1998. - 274 с.
Стаття надшшла до редакци 10.11.2015.
Шсля доробки 02.12.2015.
Зинченко М. В.1, Зиньковский Ю. Ф.2
'Канд. техн. наук, доцент кафедры радиоконструирования и производства радиоаппаратуры Национального технического университета Украины «Киевский политехнический институт», Киев, Украина
2Д-р техн. наук, профессор, профессор кафедры радиоконструирования и производства радиоаппаратуры Национального технического университета Украины «Киевский политехнический институт», Киев, Украина
ШИРОКОПОЛОСНЫЕ РАССЕИВАТЕЛИ В ЗАДАЧАХ НЕЛИНЕЙНОЙ РАДИОЛОКАЦИИ
Решена задача внедрения единого имитатора нелинейного рассеивателя для определения показателей назначения нелинейных радиолокаторов. Показано, что для объективного сравнения нелинейных радиолокаторов по показателям назначения в реальных условиях необходимо учитывать влияние на рассеиваемый нелинейным объектом сигнал излучения узкополосных сторонних источников и откликов структур «металл-окисел-металл». Штатные имитаторы рассеивателей, входящие в комплект нелинейных радиолокаторов, нельзя использовать в качестве эталонных, поскольку они являются резонансными. Предложено использовать имитатор нелинейного рассеивателя на базе двозаходовой плоской спиральной антенны с согласованной нелинейной нагрузкой, поскольку за счет широкополосности и эллиптической поляризации будем иметь эффективное поглощение энергии зондирующего сигнала с последующим переизлучением весомых по уровню нелинейных продуктов по сравнению с излучениями узкополосных сторонних источников и спектральных составляющих откликов структур «металл-окисел-металл». Проведенные в «полевых» условиях экспериментальные исследования подтвердили указанные преимущества предложенного имитатора над штатными калибровочными рассеивателями. Измерения для нелинейных радиолокаторов максимального расстояния обнаружения выборки имитаторов на базе двозаходовой плоской спиральной антенны с согласованной нелинейной нагрузкой показали высокую воспроизводимость параметров рассеивателей, что позволяет использовать их в качестве эталонов.
Ключевые слова: ближняя радиолокация, нелинейный радиолокатор, зондирующий сигнал, имитатор нелинейного рассеивателя, двозаходовая плоская спиральная антенна.
Zinchenko M. V.1, Zinkovskiy Yu. F.2
"PhD., Department of Radio Design and Electronic Radio Equipment Manufacture of the National Technical University of Ukraine «Kyiv Polytechnic Institute», Kiev, Ukraine
2DrSc., Professor, Department of Radio Design and Electronic Radio Equipment Manufacture of the National Technical University of Ukraine «Kyiv Polytechnic Institute», Kiev, Ukraine
BROADBAND SCATTERERS IN NONLINEAR RADAR
The problem of a single nonlinear scatterer simulator introduction for the detection of appointment parameters of nonlinear radars is solved. It is shown that for an objective comparison of nonlinear radars by appointment parameters in the real world it is necessary to take into account the narrowband off-site sources and response of structures «metal-oxide-metal» radiation effect on the dissipated by nonlinear object signal. The regular simulators of scatterers included in the assembly of nonlinear radar, can not be used as reference because they are resonant. It is proposed to use a simulator of a nonlinear scatterer based on flat double-spiral antenna with non-linear matched load, as by broadband and elliptical polarization be effective absorption of the energy of the probing signal with subsequent re-emission weighty in terms of non-linear products as compared with the radiation of a narrowband off-site sources and spectral components of the response of structures «metal-oxide-metal». Carried out in the «field» conditions, experimental studies have confirmed these benefits over the regular imitator of the proposed calibration scatterers. The measurement for nonlinear radar maximum distance detection of simulators sampling based on flat double-spiral antenna with matched nonlinear load shown a high reproducibility of parameters of scatterers, so one can use them as references.
Keywords: short-range radar, nonlinear radar, probing signal, the nonlinear scatterer simulator, flat double-spiral antenna.
REFERENCES
Vernigorov N. S. Nelineinyi lokator - effektivnoe sredstvo obespecheniia bezopasnosti v oblasti utechki informatsii, Konfident, 1996, No. 1, pp. 67.
Vernigorov N. S. Prakticheskie primeneniia nelineinogo radiolokatora, Bezopasnost ot A do Ya., 1998, No. 2-3, pp. 14-15. Vernigorov N. S. Protsess nelineynogo preobrazovaniia i rasseianiia elektromagnitnogo polia elektricheski nelineinymi obektami, Radiotehnika i elektronika, 1997, Vol. 42, No. 10, pp. 1181-1185. Beliaev V. V., Maiunov A T., Razinkov S. N. Sostoianie i perspektivy razvitiia nelineinoi radiolokatsii, Zarubezhnaia radioelektronika. Uspehi sovremennoi radioelektroniki, 2002, No. 6, pp. 59-78. Gorbachev A. A., Lavtsov S. V., Tarakankov S. P., Chigin E. P. Pomehi v sistemah nelineinogo zondirovaniia, Radiotehnika i elektronika, 1998, Vol. 43, No. 1, pp. 71-76. Horoshko V. A., Chekatkov A. A. Metody i sredstva zaschity informatsii. Kiev, «Yunior», 2003, 504 p. Kolbanov A. P., Potapov A. A., Stepanov E. E., Chigin E. P. Raspoznavanie nelineinyh rasseivatelei, soderzhaschih nesovershennye metallicheskie kontakty ili poluprovodnikovye radiokomponenty, Nelineynyi mir, 2005, Vol. 3, No. 4, pp. 239-244. Kalabuhov V. A. Tkachev D. V. Nelineynaia radiolokatsiia: printsipy sravneniia, Spetsialnaia tehnika, 2001, No. 2, pp. 28. Vernigorov N. S., Kuznetsov T. V. K voprosu o printsipe sravneniia v nelineynoi radiolokatsii, INFORMOST Radioelektronika i Telekommunikatsii, 2002, No. 3(21), pp. 7-14.
10. Avdeev V. B., Panychev S. N., Senkevich D. V. Metodicheskii apparat dlia otsenki effektivnosti sredstv nelineynoi radiolokatsii i protivoradiolokatsii, Vestnik Voronezhskogo gosudarstvennogo tehnicheskogo universiteta, 2007, Vol. 3, No. 4, pp. 115-119.
11.Zyong Dyk Thien. Issledovanie vozmozhnostei i metodov postroeniia apparatury dlia nelineynoi radiolokatsii: dis. ... k.t.n. : 05.12.04 / Zyong Dyk Thien. M, 2007, 153 p.
12. Zaharov A. B. Metodika raboty s razlichnymi modeliami nelineynyh lokatorov, Konfident. Zashita informatsii, 2001, No. 4, pp. 43-47.
13. Vernigorov N. S., Harin V. B. Vliianie antenno-fidernogo trakta nelineynogo obekta na dalnost obnaruzheniia v nelineynoi lokatsii, Radiotehnika i elektronika, 1997, Vol. 42, No. 12, pp. 1267.
14.Yurtsev O. A., Runov A. V., Kazarin A. N. Spiralnye antenny. Moscow, Sov. radio, 1974, 224 p.
15.Kozlov A. I., Kolyadov D. V. Effektivnaia ploschad rasseianiia nelineinyih otrazhatelei, Nauchnyi vestnik MGTU GA. Radiofizika i radiotehnika, 2004, No. 79, pp. 36-40.
16. Zinchenko M. V., Zinkovskii Yu. F. Rasseivanie ploskih voln sistemoi simmetrichnyih vibratorov s nelineynyimi nagruzkami pri vozdeystvii nelineynogo radiolokatora, Izvestiia vyisshih uchebnyh zavedenii. Radioelektronika. NTUU «KPI», 2010, Vol. 53, No. 10, pp. 24-34.
17.Radchenko S. G. Matematicheskoe modelirovanie tehnologicheskih protsessov v mashinostroenii. Kiev, ZAO «Ukrspetsmontazhproekt», 1998, 274 p.
1
2
3
4
5
6
7
8
