Нелінійні локатори

Апаратура для проведення пошукових робіт

Властивість провідникових матеріалів відбивати радіохвилі було покладено в основу радіолокаційного виявлення. Оскільки для упізнання об’єктів використовують нелінійні властивості напівпровідникових схемних радіо компонентів, такий вид локації назвали нелінійною, а прилад його реалізуючий – нелінійним локатором (НЛ).

До складу НЛ входять: передавальник, приймач, приймально-передавальна антенна система, пристрій індикації.

Якщо у просторі перед антеною НЛ розташований радіопристрій, котрий складений з електричних провідників (антен) та напівпровідникових електронних компонентів з p-n переходами (діоди, транзистори, тощо), тоді опромінюючий сигнал з високою щільністю потужності та частотою f₀, наведений на ці елементи, сприймається ними і перевипромінюються. Якщо опромінений елемент-провідник не має у своєму складі p-n переходу, тоді вторинне випромінювання від нього повторює характеристики первинного поля опромінювача-локатора і його частота дорівнює f₀. Якщо опромінений елемент має у своєму складі p-n перехід, тоді вторинне випромінювання від нього буде мати частоту f відмінну від f₀. Частота f буде залежати від характеру вольт-амперної характеристики p-n переходу. Якщо характеристика має квадратичний характер (а так зазвичай буває для діодів з Кремнію чи Германію та біполярних транзисторів), тоді частота вторинного випромінювання f буде складати другу гармоніку первинного f = 2f₀. Якщо характеристика має кубічний характер поблизу зони відсічки або насичення, тоді f = 3f₀. Тобто при опромінюванні напівпровідникових переходів у вторинному випромінюванні спостерігається друга або третя гармоніка опромінюючої частоти. Такі сигнали і розшукує НЛ за рахунок налаштовування свого приймача на другу або третю або другу та третю гармоніку сигналу, котрий випромінює його передавач.

Завадами для НЛ можуть бути металеві предмети, котрі торкаються один одного. Особливо це помітно тоді, коли предмети складаються з металу з покриттям (анодування, кадрування, хромування, тощо). Такі предмети мають декілька прошарків різних металів (у тому числі кольорових металів з різними властивостями провідника) і діелектричний прошарок з оксидної плівки у точці доторкання предметів. Таким чином, створюється ефект імітації структури метал – діелектрик – метал (МДМ), причому метали з різною провідністю і хімічною чистотою, що мало відрізняє їх від напівпровідника за властивостями взаємодії з полем. Така структура нагадує структуру польового транзистора з нестабільним переходом (її ще називають «корозійним діодом»). Звичайно розподіл рівнів другої та третьої гармоніки первинного опромінювання у вторинному випромінюванні МДМ структури відрізняється від розподілу рівнів p-n переходу або МОН, МДН, n-МОН, p-МОН структур. Таким чином, аналіз рівнів гармонік може сприяти ідентифікації хибного переходу. Тим не менше, помилки НЛ спостерігаються нерідко.

Добутком НЛ є те, що для нього не має значення чи активний опромінений елемент, чи ні. Тобто однаково виявляється як увімкнута (працююча) апаратура, так і вимкнена.

Звичайно НЛ працюють в НВЧ діапазоні. Режими роботи НЛ бувають як імпульсні, так і безперервні. В НЛ передбачають регулювання вихідної потужності сигналу та чутливості приймача.

Частоти роботи НЛ складають величини від 680 МГц до 1000 МГц гармонічного сигналу в режимі безперервного випромінювання, або такі ж частоти повторювання імпульсів в імпульсному режимі. Потужність випромінювання в безперервному режимі складає величини від 0,3 до 3 Вати, а в імпульсному – сотні Ват (до 400 Вт). Чутливість приймача є вирішальною для забезпечення необхідної дальності локації, і становить -110…-145 дБ.

Дальність виявлення об’єкту в капітальній бетонній стіні може досягати 50 см. Якщо можливе використання імпульсного режиму (великі приміщення де відбиття від фрагментів конструкції не заважає одноканальному прийманню та без апаратури, котру НЛ може вивести з ладу своїм випромінюванням) тоді дальність суттєво підвищується.

НЛ виконує три основні функції: виявлення об’єкту, визначення його місцезнаходження, ідентифікацію об’єкту.

Характеристика виявлення нормується тільки для вільного простору. В умовах розшуку об’єктів мова йде не про дальність, а про глибину виявлення об’єктів в маскуючому середовищі. Оцінка ведеться за рівнем відгуку, котрий підвищується при наближенні до об’єкту.

Вірогідність виявлення залежить від спроможності до взаємодії електромагнітної хвилі та об’єкту розшуку. Це залежить від співвідношення розміру об’єкту та довжиною хвилі випромінювання НЛ та потужністю випромінювання. Більш високочастотні НЛ здатні виявити предмети меншого розміру.

Оцінка місцезнаходження об’єкту здійснюється оцінкою рівня відгуку та пеленгу, тобто напряму максимального рівня сигналу при прийманні. При цьому непросто визначити таку тактику робіт, при котрій завади, викликані сторонніми предметами (арматурою стін, зварними швами, фурнітурою та дротами провідних ліній, дзеркалами, тощо), не вплинуть на результат визначення глибини закладання об’єкту.

Для ідентифікації напівпровідників та «корозійних діодів» використовують ряд методів. Зокрема, при отримані відгуку від p-n переходу рівень відгуку на 2 гармоніці значно перевищує рівень відгуку на 3 гармоніці. У «корозійних діодів» - навпаки. Декотрі НЛ мають у своєму складі звуковий монітор, виведений на головні телефони і призначений для прослуховування де модульованих сигналів гармонік. На великій відстані від об’єкту прослуховується високий рівень шуму. При наближенні до p-n переходу рівень шуму явно зменшується. Для «корозійних діодів» такого не спостерігається. В декотрих моделях передбачений так званий режим «20К», при котрому виділяється огинаюча відбитого сигналу в імпульсному режимі, при частоті слідування імпульсів 20 кГц. Такий діапазон знаходиться за межами сприйняття вухом людини. При нестійкому МОМ контакті зондуючи імпульси пере відбиваються не усі, декотрі зникають. Таким чином частота згинаючої знижується і може бути почута в головних телефонах. Далі в Таблиці 4.1 та Таблиці 4.2 наведені головні характеристики декотрих НЛ. На Рис. 4.3 зображено НЛ “NR-900M”

Рис. 4.3 Нелінійний локатор “NR-900M”

Таблиця 4.1 Головні характеристики деяких НЛ

Таблиця 4.2 Головні характеристики деяких НЛ