Dynamics of autodyne response formation in microwave generators

The paper presents results of studying the dynamics of autodyne response formation when switching on a radio-pulse microwave generator which is subject to the influence of its own reflection radiation. Basic relations for a step-wise calculation of autodyne response as a function of time delay, autodyne response time constant, distortion parameter and intrinsic parameters of the self-oscillating system are obtained. Calculation and analysis of peculiarities of autodyne signal generation by radio-pulse oscillator are conducted for the cases of motionless and moving reflecting object under relatively low, medium and high inertia properties of the oscillator if compared to the propagation time of the reflected radiation. Experimental research results that confirm conclusions of theoretical analysis are obtained for a common hybrid-integrated autodyne TIGEL-08 module of the 8-mm frequency-range implemented on a planar two-meza Gunn diodes and the same module stabilized by the external high-Q resonator. © 2013 Allerton Press, Inc

Dynamic features of autodyne signals

On the example of classical single-circuit oscillator influenced by reflected signal, a solution of system of differential autodyne equations is obtained by the high-order quasi-static approximation method for the general case of arbitrary delay time of the reflected signal, fast motion of a point-sized reflecting object, and inertia of the oscillator itself. The special features of forming the autodyne response are considered with allowance for the oscillator inertia and its internal parameters, including anisochronous and non-isodromic properties, and dependences of the signal waveform, constant component, and nonlinear distortion coefficient on the distance and the direction of object motion are established. © 2013 Springer Science+Business Media New York

Moving Object Signal Analysis of Autodyne Radars with Linear Types of Frequency

Представлены результаты исследования особенностей формирования сигналов автодинной системы ближней радиолокации с линейной частотной модуляцией для движущегося отражающего объекта. Получены основные соотношения и результаты вычисления автодинных сигналов для случаев, когда продолжительность их периода значительно больше времени запаздывания отраженного излучения, а также для случаев, когда данное неравенство не выполняется. Рассмотрены особенности сигналов для приближающегося и удаляющегося объекта. Экспериментальные данные получены на генераторе, выполненном на диоде Ганна 8‑мм диапазона с перестройкой частоты при помощи варикапа.General equations for analysis of the signal formation peculiarities are obtained for the autodyne short-range radar (ASRR) systems both for the case of the fixed and moving reflecting object, using arbitrary types of frequency modulation (FM). The developed mathematical model anticipates the interaction analysis of ASRR with the reflected emission at arbitrary ratio of the delay time τ of the reflected emission and the autodyne signal period Ta. Signal features for the oncoming and outcoming object are considered. The experimental data are obtained on the oscillator made on the 8mm-Gunn diode with the varicap frequency tuning. The fulfilled calculations and experimental investigations of ASRR signals for linear types of FM show that the autodyne frequency both for the moving and fixed reflector exactly corresponds to the frequency of transformed signal obtained in the case of the homodyne system. However, the presence of autodyne signal distortions requires the account in the signal processing devices under conditions, when the distance to the reflecting object is small, and the feedback parameter Cfb is commensurable to 1. The obtained results of autodyne characteristic research in the case when the autodyne signal period is commensurable or even less than delay time show that the distortion of autodyne signal at hypothetical keeping of the reflected amplitude decreases with distance growth. The calculations show that if the feedback parameter exceeds some boundary value even in several times, in higher operation zones of ASRR with FM operation can be provided with formation of quasi-harmonic signals. The obtained analysis results are developed and supplemented of results of known investigations, which were published in previous papers. Revealed regulations of signal formation in ASRR with FM have enough general characteristics and physical interpretation on the base of the step method known in systems with delay. In this connection, the obtained results in this paper can be used in the calculations of autodyne system signals made on semiconductor laser modules with FM

Метод повышения разрешающей способности по дальности радиоимпульсных датчиков систем ближней радиолокации

The description of a new method for increasing the resolution of radio pulse sensors (RPS) designed for short- range radar systems (SRRS) for detecting and measuring motion parameters of location objects is presented. The essence of the method is that the controlled area of space with the targets located in it is periodically irradiated with probing radio pulses, and during their radiation, radio pulses reflected from the targets are simultaneously received and divided into two quadrature channels. Next, they are mixed with probing radio pulses, and the time-overlapping parts of these radio pulses are converted into the region of low Doppler frequencies in the form of two quadrature video pulses. Then, the quadrature video pulses received in these channels are sampled by amplitude, stored at multiple points in time and digitally processed according to the proposed algorithm. The method is implemented in the RPS made on the basis of a horn-lens antenna, a Doppler receiving and transmitting module with quadrature outputs of converted signals, a synchronization and pulse generation unit, as well as a digital signal processing unit. The RPS can be used in onboard (for example, automotive) SRRS designed to detect moving targets, measure the distance to them, as well as determine the speed and direction of movement. The results of experimental studies have been obtained on the example of the 8-mm autodyne RPS made on the basis of the oscillator on a planar Gann-diode. Bogatyrev E. V., Vishnyakov D. S., Ignatkov K. A., Noskov V. Ya. Method of increasing the range resolution of radio pulse sensors of short-r ange radar systems. Ural Radio Engineering Journal. 2023;7(2):166–190. (In Russ.) DOI: 10.15826/urej.2023.7.2.005.Представлено описание нового метода повышения разрешающей способности радиоимпульсных датчиков (РЛД), предназначенных для систем ближней радиолокации (СБРЛ) обнаружения и измерения параметров движения объектов локации. Суть метода состоит в том, что контролируемую область пространства с находящимися в ней целями периодически облучают зондирующими радиоимпульсами, причем во время их излучения одновременно принимают отраженные от целей радиоимпульсы и разделяют их на два квадратурных канала. Далее смешивают их с зондирующими радиоимпульсами, преобразуют перекрывающиеся по времени части этих радиоимпульсов в область низких доплеровских частот в виде двух квадратурных видеоимпульсов. Затем полученные в этих каналах квадратурные видеоимпульсы дискретизируют по амплитуде, запоминают во множестве моментов времени и подвергают цифровой обработке по предложенному алгоритму. Метод реализован в РЛД, выполненном на базе рупорно-линзовой антенны, доплеровского приемопередающего модуля с квадратурными выходами преобразованных сигналов, блока синхронизации и формирования импульсов, а также блока цифровой обработки сигналов. РЛД может найти применение в бортовых СБРЛ (например, автомобильных), предназначенных для обнаружения движущихся целей, измерения расстояния до них, а также определения скорости и направления движения. Результаты экспериментальных исследований получены на примере автодинного РЛД 8-мм диапазона, выполненного на основе генератора на планарном диоде Ганна. Богатырев Е. В., Вишняков Д. С., Игнатков К. А., Носков В. Я. Метод повышения разрешающей способности по дальности радиоимпульсных датчиков систем ближней радиолокации. Ural Radio Engineering Journal. 2023;7(2):166–190. DOI: 10.15826/urej.2023.7.2.005

Метод повышения помехоустойчивости радиолокационных датчиков с переключением частоты

The description of a new method of signal generation and processing which provides an increase in the noise immunity of radar sensors (RS) with frequency switching (FS) radiation is presented. The principle of method is in the use of a set of time intervals when measuring the phase difference of signals at different radiation frequencies and, accordingly, a set of the Doppler frequency values in the signal spectrum when determining the average value of the Doppler frequency, as well as the use of forward and reverse IF sequences. This method allows averaging the results of calculating individual implementations and, thereby, increase the accuracy of determining the target speed and distance to it. At the same time, the stability of the RS with FS also increases to the effects of signals from third-party radio sources and interference from the underlying surface. The results of experimental studies of the method are obtained on the example of the autodyne RS with the 8-mm frequency range, made on the basis of the Gann diode generator with frequency control by varicap. The method may be used in on-board (for example, automotive) radar sensors designed to detect moving targets, measure the distance to them, as well as determine the speed and direction of movement. Представлено описание нового метода формирования и обработки сигналов, обеспечивающего повышение помехоустойчивости радиолокационного датчика (РЛД) с переключением частоты (ПЧ) излучения. Суть метода состоит в использовании множества временных интервалов при измерении разности фаз сигналов на разных частотах излучения и, соответственно, множества значений доплеровских частот в спектре сигнала при определении среднего значения доплеровской частоты, а также применения прямой и обратной последовательностей ПЧ. Данный метод позволяет усреднить результаты вычисления отдельных реализаций и, тем самым, повысить точность определения скорости цели и расстояния до нее. При этом также повышается устойчивость РЛД с ПЧ к воздействию сигналов от сторонних источников радиоизлучения и помех от подстилающей поверхности. Результаты экспериментальных исследований метода получены на примере автодинного РЛД с ПЧ 8-мм диапазона, выполненного на основе генератора на диоде Ганна с управлением частоты варикапом. Метод может найти применение в бортовых (например, автомобильных) радиолокационных датчиках, предназначенных для обнаружения движущихся целей, измерения расстояния до них, а также определения скорости и направления движения.Носков В. Я., Богатырев Е. В., Игнатков К. А., Черных О. А., Шайдуров К. Д. Метод повышения помехоустойчивости радиолокационных датчиков с переключением частоты. Ural Radio Engineering Journal. 2021;5(3):284–304. DOI: 10.15826/urej.2021.5.3.006.

Принцип действия автодинного оптоэлектронного приемопередатчика для систем ближней радиолокации

The description of the device and the principle of operation of a new type of autodyne transceiver of short-range radar systems (SRRS), made on the basis of an optoelectronic oscillator (OEO), is presented. The antenna is connected to the OEO through a dividing-decoupling device (DDD), which provides, on the one hand, conditions for generating self-oscillations in the system and, on the other hand, transmitting and receiving radio signals with minimal losses. The scheme of the DDD and the method of calculating their parameters are considered. A mathematical model of the autodyne system based on the OEO has been developed, and the basic relations for determining its parameters and characteristics have been obtained. It is demonstrated that the use of OEO provides a significant increase in the equivalent Q-factor of the oscillator system and the reduction in its own noise. The improvement of these parameters of the autodyne SRRS will significantly increase the range of operation, expand the range of operating frequencies and the scope of their application. The prospects of using autodynes based on OEO in the creation of detection systems of objects with a small effective scattering area, such as unmanned aerial vehicles, for protection against which the use of conventional (distant) radars is ineffective, are noted. Noskov V. Ya., Bogatyrev E. V., Galeev R. G., Ignatkov K. A., Shaidurov K. D. The principle of operation of an autodyne optoelectronic transceiver of short-range radar systems. Ural Radio Engineering Journal. 2022;6(3):269–295. (In Russ.) DOI: 10.15826/urej.2022.6.3.003. Представлено описание устройства и принципа действия нового типа автодинного приемопередатчика для систем ближней радиолокации (СБРЛ), выполненного на основе оптоэлектронного генератора (ОЭГ). Подключение антенны к ОЭГ осуществляется через делительно-развязывающее устройство (ДРУ), обеспечивающее, с одной стороны, условия генерации автоколебаний в системе и с другой – передачу и прием радиосигналов с минимальными потерями. Рассмотрены варианты выполнения ДРУ и методика расчета их параметров. Разработана математическая модель автодинной системы на основе ОЭГ, получены основные соотношения для определения ее параметров и характеристик. Показано, что применение ОЭГ обеспечивает значительное увеличение эквивалентной добротности колебательной системы генератора и снижение его собственных шумов. Улучшение данных параметров автодинных СБРЛ позволит значительно увеличить дальность действия, расширить диапазон рабочих частот и область их применения. Отмечены перспективы применения автодинов на основе ОЭГ в создании систем обнаружения объектов с малой эффективной площадью рассеяния, таких как беспилотных летающих аппаратов, для защиты от которых применение обычных (дальних) радаров малоэффективно.   Носков В. Я., Богатырев Е. В., Галеев Р. Г., Игнатков К. А., Шайдуров К. Д. Принцип действия автодинного оптоэлектронного приемопередатчика для систем ближней радиолокации. Ural Radio Engineering Journal. 2022;6(3):269–295. DOI: 10.15826/urej.2022.6.3.003.