В.Я. Носков1, Е.В. Богатырев2, Р.Г. Галеев3, К.А. Игнатков4, Д.С. Вишняков5

1,4,5 Уральский федеральный университет (УрФУ) (г. Екатеринбург, Россия)

2 Сибирский федеральный университет (СФУ) (г. Красноярск, Россия)

3 АО «НПП «Радиосвязь»; Сибирский государственный университет науки и технологий имени академика М.Ф. Решетнева (г. Красноярск, Россия)

1 v.y.noskov@urfu.ru, 2 bogatyrev-sfu@mail.ru, 3 krtz@mail.ru, 4 k.a.ignatkov@urfu.ru, 5 daniil.vishniakov.ru@gmail.com

Постановка проблемы. В системах ближней радиолокации (СБРЛ) в качестве простейшего приемопередающего устройства широко используются автодинные генераторы (АГ) с различными видами модуляции излучения (амплитудной, частотной или фазовой). Совмещение нескольких видов модуляции, например, импульсной и частотной, значительно расширяет функциональные возможности автодинных СБРЛ и улучшает их тактико-технические характеристики. Однако для правильного
использования таких автодинов необходимы знания о переходных характеристиках этих устройств в различных условиях.

Цель. На основе разработанной математической модели выполнить исследования особенностей пошагового формирования автодинного отклика радиоимпульсных АГ как при неизменной, так и при изменяющейся частоте автоколебаний при различных параметрах АГ и начальных условиях.

Результаты. Установлено, что переходный процесс, начинающийся с воздействия на генератор первого отраженного излучения, первоначально вызывает изменения частоты и амплитуды в соответствии с синусоидальным законом. Выявлено, что на данном шаге автодинные СБРЛ по своим свойствам аналогичны гомодинным системам, сохраняя линейным преобразование собственных излучений, отраженных от различных объектов локации. Показано, что длительность переходного процесса и особенности парциального формирования автодинного отклика при воздействии последующих отраженных излучений существенно зависят от величины параметра обратной связи системы «генератор – объект локации». Отмечено, что границей принципиально разного характера формируемых автодинных сигналов является равенство величины параметра обратной связи единице. При величине этого параметра меньше единицы колебательный процесс установления автодинного отклика завершается установившимися значениями параметров автоколебаний, а при величине параметра обратной связи больше единицы процесс установления может сопровождаться скачкообразными и гистерезисными изменениями амплитуды и частоты генерации. Выявлено, что данное явление в последнем случае даже при равномерном перемещении отражающего объекта может вызывать ангармонические автодинные искажения сигналов. Для расширения динамического диапазона радиоимпульсного автодина и сокращения переходного процесса установления автодинного отклика необходимо использование стабилизации частоты генерации применением, например, управляемого по частоте внешнего высокодобротного резонатора или синхронизации от внешнего маломощного источника. Определено, что в качестве источника такого сигнала в перспективном автодинном модуле гибридно-интегрального исполнения может использоваться дополнительный генератор с ЧМ, выполненный на слаботочном планарном диоде Ганна.

Практическая значимость. Изучение режима установления автодинных сигналов радиоимпульсных генераторов помогает в установлении и расширении области практического применения АГ, а также в определении их функциональных возможностей.

Носков В.Я., Богатырев Е.В., Галеев Р.Г., Игнатков К.А., Вишняков Д.С. Современные гибридно-интегральные автодинные генераторы микроволнового и миллиметрового диапазонов и их применение. Часть 17. Переходные процессы радиоимпульсных автодинов // Успехи современной радиоэлектроники. 2023. T. 77. № 11. С. 5–36. DOI: https://doi.org/10.18127/j20700784-202311-01

1. Воторопин С.Д., Носков В.Я., Смольский С.М. Современные гибридно-интегральные автодинные генераторы микроволнового и миллиметрового диапазонов и их применение. Ч. 1. Конструкторско-технологические достижения // Успехи современной радиоэлектроники. 2006. № 12. С.3–30.
2. Воторопин С.Д., Носков В.Я., Смольский С.М. Современные гибридно-интегральные автодинные генераторы микроволнового и миллиметрового диапазонов и их применение. Ч. 2. Теоретические и экспериментальные исследования // Успехи
   современной радиоэлектроники. 2007. № 7. С. 3–33.
3. Воторопин С.Д., Носков В.Я., Смольский С.М. Современные гибридно-интегральные автодинные генераторы микроволнового и миллиметрового диапазонов и их применение. Ч. 3. Функциональные особенности автодинов // Успехи современной радиоэлектроники. 2007. № 11. С. 25–49.
4. Воторопин С.Д., Носков В.Я., Смольский С.М. Современные гибридно-интегральные автодинные генераторы микроволнового и миллиметрового диапазонов и их применение. Ч. 4. Исследования многочастотных автодинов // Успехи современной радиоэлектроники. 2008. № 5. С. 65–88.
5. Воторопин С.Д., Носков В.Я., Смольский С.М. Современные гибридно-интегральные автодинные генераторы микроволнового и миллиметрового диапазонов и их применение. Ч. 5. Исследования автодинов с частотной модуляцией // Успехи современной радиоэлектроники. 2009. № 3. С. 3–50.
6. Носков В.Я., Смольский С.М. Современные гибридно-интегральные автодинные генераторы микроволнового и миллиметрового диапазонов и их применение. Ч. 6. Исследования радиоимпульсных автодинов // Успехи современной радиоэлектроники. 2009. № 6. С. 3–51.
7. Носков В.Я., Игнатков К.А., Смольский С.М. Современные гибридно-интегральные автодинные генераторы микроволнового и миллиметрового диапазонов и их применение. Ч. 7. Динамика формирования автодинных и модуляционных характеристик // Успехи современной радиоэлектроники. 2013. № 6. С. 3–52.
8. Носков В.Я., Игнатков К.А., Смольский С.М. Современные гибридно-интегральные автодинные генераторы микроволнового и миллиметрового диапазонов и их применение. Ч. 8. Автодины со стабилизацией частоты внешним высокодобротным резонатором // Успехи современной радиоэлектроники. 2013. № 12. С. 3–42.
9. Носков В.Я., Варавин А.В., Васильев А.C., Ермак Г.П., Закарлюк Н.М., Игнатков К.А., Смольский С.М. Современные гибридно-интегральные автодинные генераторы микроволнового и миллиметрового диапазонов и их применение. Ч. 9.
   Радиолокационное применение автодинов // Успехи современной радиоэлектроники. 2016. № 3. С. 32–86.
10. Носков В.Я., Смольский С.М., Игнатков К.А., Мишин Д.Я., Чупахин А.П. Современные гибридно-интегральные автодинные генераторы микроволнового и миллиметрового диапазонов и их применение. Ч. 10. Основы анализа и расчета параметров автодинов с учетом шумов // Успехи современной радиоэлектроники. 2018. № 3. С. 18–52.
11. Носков В.Я., Смольский С.М., Игнатков К.А., Мишин Д.Я., Чупахин А.П. Современные гибридно-интегральные автодинные генераторы микроволнового и миллиметрового диапазонов и их применение. Ч. 11. Основы реализации автодинов // Успехи современной радиоэлектроники. 2019. № 2. С. 5–33. DOI: 10.18127/j20700784-201902-01.
12. Носков В.Я., Смольский С.М., Игнатков К.А., Чупахин А.П. Современные гибридно-интегральные автодинные генераторы микроволнового и миллиметрового диапазонов и их применение. Ч. 12. Сигналы одноконтурных автодинов при сильном отраженном излучении // Успехи современной радиоэлектроники. 2019. № 5. С. 5–19. DOI: 10.18127/j20700784-201905-01.
13. Носков В.Я., Смольский С.М., Игнатков К.А., Чупахин А.П. Современные гибридно-интегральные автодинные генераторы микроволнового и миллиметрового диапазонов и их применение. Ч. 13. Стабилизированные внешним резонатором автодины при сильном отраженном излучении // Успехи современной радиоэлектроники. 2020. № 1. С. 5–21. DOI 10.18127/j20700784-202001-01.
14. Носков В.Я., Богатырев Е.В., Галеев Р.Г., Игнатков К.А., Шайдуров К.Д. Современные гибридно-интегральные автодинные генераторы микроволнового и миллиметрового диапазонов и их применение. Ч. 14. Автодины с амплитудно-частотной модуляцией // Успехи современной радиоэлектроники. 2022. T. 76. № 8. С. 17–51. DOI: https://doi.org/10.18127/ j20700784-202208-02.
15. Носков В.Я., Богатырев Е.В., Галеев Р.Г., Игнатков К.А., Шайдуров К.Д. Современные гибридно-интегральные автодинные генераторы микроволнового и миллиметрового диапазонов и их применение. Ч. 15. Сигнальные и шумовые характеристики автодинов с частотной модуляцией // Успехи современной радиоэлектроники. 2022. T. 76. № 9. С. 5–36. DOI: https://doi.org/10.18127/j20700784-202209-02.
16. Носков В.Я., Богатырев Е.В., Галеев Р.Г., Игнатков К.А., Черных О.А. Современные гибридно-интегральные автодинные генераторы микроволнового и миллиметрового диапазонов и их применение. Часть 16. Автодинный эффект синхронизированных генераторов // Успехи современной радиоэлектроники. 2023. Т. 77. № 1. С. 5–36. DOI: https://doi.org/10.18127/j20700784-202301-01.
17. Usanov D.A., Skripal A.V., Postelga A.E. A microwave autodyne meter of vibration parameters. Instruments & Experimental Techniques. 2004. V. 47. № 5. P. 689–693.
18. Alidoost S.A., Sadeghzade R., Fatemi R. Autodyne system with a single antenna. In Proceedings of the 11-th International Radar Symposium (IRS 2010). Vilnius (Lithuania). P. 406–409.
19. Usanov D.A., Postelga A.E. Reconstruction of Complicated Movement of Part of the Human Body Using Radio Wave Autodyne Signal. Biomedical Engineering. 2011. V. 45. № 1. P. 6–8.
20. Носков В.Я., Игнатков К.А., Чупахин А.П. Применение двухдиодных автодинов в устройствах радиоволнового контроля размеров изделий // Измерительная техника. 2016. № 7. С. 24–28.
21. Чернявский А.Ж., Данилин С.А., Ворох Д.А., Данилин А.И. Применение первичных автодинных СВЧ преобразователей для диагностирования установок и оборудования энергетического и транспортного машиностроения // Датчики и системы. 2021. № 3. С. 23–36.
22. Усанов Д.А., Скрипаль Ал.В., Скрипаль Ан.В. Физика полупроводниковых радиочастотных и оптических автодинов. Саратов: Изд–во Саратовского ун–та. 2003.
23. Носков В.Я., Иванов В.Э., Гусев А.В. и др. Применение автодинов в перспективных системах радиолокационного зондирования атмосферы. Ural Radio Engineering Journal. 2022. Т. 6. № 1. С. 11–53. DOI: 10.15826/urej.2022.6.1.001.
24. Комаров И.В., Смольский С.М. Основы теории радиолокационных систем с непрерывным излучением частотно-модулированных колебаний. М.: Горячая линия. Телеком. 2010.
25. Kurokava K. Injection Locking of Microwave Solid-State Oscillators. Proceedings of the IEEE. 1973. V. 61. № 10. P. 1386–1410.
26. Рубаник В.П. Колебания квазилинейных систем с запаздыванием. М.: Наука. 1969.
27. Носков В.Я., Игнатков К.А. Динамика формирования автодинного отклика СВЧ генераторов // Известия вузов. Радиоэлектроника. 2013. Т. 56. № 5. С. 21–41. DOI: https://doi.org/10.20535/S0021347013050026.
28. Гершензон Е.М., Туманов Б.Н., Бузыкин В.Т., Калыгина В.М., Левит Б.И. Общие характеристики и особенности автодинного эффекта в автогенераторах // Радиотехника и электроника. 1982. Т. 27. № 1. С. 104–112.
29. Носков В.Я., Смольский С.М. Связь нелинейных искажений сигналов и процесса установления автодинного отклика СВЧ генераторов // Радиотехника. 2010. № 1. С. 55–66.
30. Дамгов В.Н., Ланда П.С., Перминов С.М., Шаталова Г.Г. Стохастические автоколебания в генераторе с дополнительной запаздывающей обратной связью // Радиотехника и электроника. 1986. Т. 31. № 4. С. 730–733.
31. Kulik V.V., Lukin K.A., Rakitynsky V.A. Autodyne effect in weak-resonant BWO with chaotic dynamics // International Journal of Infrared and Millimeter Waves. 1998. V. 19. № 3. P. 427–440.
32. Носков В.Я., Игнатков К.А. О причинах хаотизации автодинных сигналов в СВЧ генераторах // Материалы 9-я Междунар. науч.-техн. конф. «Физика и технические приложения волновых процессов». Екатеринбург: Изд-во Уральского ун-та. 2012. С. 130–132.
33. Наливайко Б.А., Берлин А.С., Божков В.Г. и др. Полупроводниковые приборы. Сверхвысокочастотные диоды. Справочник / Под ред. Б.А. Наливайко. Томск: МГП «РАСКО». 1992.