реагировать на проникновение и избегать ложных тревог успешнее, чем пер-
вые модели "Deccalarm".
ГЛАВА 16
МИКРОВОЛНОВЫЕ РАДАРНЫЕ ДЕТЕКТОРЫ
Как уже говорилось в главе 15, практическая потребность в уст-
ройствах, более надежных, чем "системы стоячей волны", вызвала к жизни
радарные приборы. Поначалу из-за отсутствия иных пригодных технических
принципов был использован ультразвук. Однако несколько позже британский
ученый Джон Ганн открыл возможность получения микроволнового излучения
при пропускании слабого тока через маленький полупроводниковый диод. Это
изобретение вытеснило высоковольтную тяжелую лампу-клистрон как источник
МКВ-излучения. Создатели систем сигнализации не замедлили взять на воо-
ружение диод Ганна.
МКВ - шаг вперед или альтернатива ультразвуку
Об открытии Джона Ганна промышленным службам безопасности стало из-
вестно тогда, когда многие фирмы наладили широкий выпуск ультразвуковых
допплеровских детекторов. Ганн работал в рамках правительственного ра-
дарного проекта. Такое стечение обстоятельств привело к использованию
микроволнового излучения в радарных системах сигнализации. Дальше мы
увидим, что радарный принцип - не единственная возможность применения
микроволн в системах охраны.
Ультразвуковые и микроволновые детекторы разрабатывались в 60-х го-
дах, но прежде чем решать вопрос, вынесенный в заглавие, стоит разоб-
раться, для чего же конкретно предназначались МКВ-датчики. Они были дос-
таточно просты по конструкции, разрабатывались независимо от ультразву-
ковых собратьев и предназначались для обнаружения нарушителей в помеще-
ниях, особенно после того, как те обошли периметровые датчики - к приме-
ру, дверные контакты.
Следовательно, они выполняли те же функции, что и ультразвуковые ра-
дары. Цель конструкторов была одна и та же, но если говорить точно,
ультразвуковые и МКВ-радары дополнили друг друга. Они не являются после-
довательными этапами прогресса, так как у МКВ-радаров есть и свои досто-
инства и недостатки.
Физические свойства микроволнового излучения
Вам могут показаться незнакомыми некоторые слова и понятия, упомяну-
тые здесь. Сложности можно снять, вновь вернувшись к главе 4. Кроме то-
го, чтобы не терять время на повторное изложение принципов работы рада-
ра, позвольте порекомендовать вам ознакомиться еще раз с главой 15.
После этих необходимых замечаний мы с вами могли бы поглубже рассмот-
реть разницу между МКВ и другими волновыми принципами создания систем
сигнализации, а также плюсы и минусы микроволнового излучения.
Энергия
Мы привыкли к мысли, что получаем тепло от солнца. После долгого кос-
мического путешествия оно достигает Земли и согревает нас с вами. Свет -
разновидность этой энергии, ко он по-другому влияет на организм. У све-
тового излучения выше частота колебаний и короче длина волны.
Подобная энергия может быть получена искусственным путем. У челове-
чества есть световые приборы и приборы, выделяющие тепло. Микроволновое
излучение - из той же энергетической электромагнитной гаммы. Мы не рас-
шифровываем значение термина "электромагнитная энергия", а используем
его в качестве различительного обозначения. Ведь существует акустичес-
кая, кинетическая и другие виды энергии.
Длина волны
Несмотря на свое название микроволновое излучение имеет большую длину
волны, чем свет и тепло, и поэтому может глубже проникать в человеческое
тело и другие материалы. Если бы это было не так, не было бы смысла тор-
говать микроволновыми печами, которые тем и примечательны, что разогре-
вают пищу изнутри продукта, а не сверху, как это делают обычные печи,
где "работает" более высокочастотный "обычный" жар. Длина волны излуче-
ния в МКВ-печи - около 25 см. Системы сигнализации пользуются и более
длинными, и более короткими волнами, в чем вы вскоре убедитесь.
Несколько слов о безопасности
Время от времени нас будоражат слухи об опасном влиянии излучения
микроволновых печей на человеческий организм. Воспоминание о них может
настроить пользователей и против МКВ-сигнализации. Но мощность микровол-
новых печей измеряется киловаттами, а в системах сигнализации госу-
дарственные службы большинства стран используют источники мощностью от 1
до 10 милливатт - в миллионы раз слабее.
О безопасности МКВ-сигнализации вы можете судить по отсутствию нес-
частных случаев или болезней на этой почве. Моя двадцатилетняя практика
создания и использования микроволновых систем сигнализации на волнах
длиною до 3 см доказала их безопасность. Но вот что касается волн более
короткого диапазона, то я бы не рекомендовал использовать колебания с
длиной волны менее 1 см в системах сигнализации, так как сам работал над
созданием радара, испускающего миллиметровые волны.
Скорость
Вернемся еще к одному свойству электромагнитной энергии. Независимо
от характера источника скорость ее распространения равна скорости света
- 300 тысяч километров в секунду. Такую величину даже в наше время труд-
но себе представить, в особенности если подумать, сколько усилий нужно,
чтобы самолет преодолел скорость звука - 332 метра в секунду. Вот если
бы воздуха не было...
Влияние воздуха
Самое смешное, что для МКВ-излучения воздуха как бы не существует.
Микроволновые колебания распространяются в атмосфере все с той же ско-
ростью света. Следовательно, те проблемы, которые представляли для диф-
ракционных ультразвуковых систем сквозняки и прочие движения воздуха,
для микроволновых систем такого рода не существуют. Таким образом, ра-
дарный принцип расположения приемника и передатчика детектора становится
в данном случае вовсе не обязательным.
Оптические свойства
Если вы представляете себе физические свойства света, то свойства
МКВ-излучения для вас почти уже ясны.
Сверхвысокочастотные волны движутся по прямой - значит, между пере-
датчиком и приемником должна быть открытая прямая линия; микроволны мож-
но отражать, преломлять и фокусировать.
Проникающая способность
Понятие проникающей способности впервые появилось в нашем с вами сло-
варе при обсуждении различных видов электромагнитной энергии. Но с ней
стоит разобраться поглубже, чтобы квалифицированно противопоставлять,
сравнивать и применять МКВ и ультразвуковые приборы в конкретных практи-
ческих ситуациях. Ключевым моментом является то, что МКВизлучение прони-
кает через все, кроме металла. То, насколько это влияет на систему сиг-
нализации, зависит от плотности и толщины слоя неметалла. Например, кир-
пичная стена поглощает большую часть энергии МКВ-излучения, и происходя-
щее за этой преградой не вызывает срабатывания системы - особенно если
принять во внимание оптические свойства луча, и пучок отводится от сте-
ны. Однако для МКВ-излучения "не существует" деревянных дверей, стекол,
панелей из ДСП. Именно поэтому использование МКВ-датчика вблизи окна мо-
жет стать источником большого числа ложных тревог.
Ультразвук может проникать через тонкие листы бумаги и пластика, но
не более того.
Для запоминания и применения в последующей работе сведений о проника-
ющей способности микроволнового излучения подойдет следующая мнемоничес-
кая формула: микроволны пронизывают неметаллические материалы благодаря
своей высокой скорости, но металлическая "броня" им не по зубам.
Ультразвук же, подобно кавалеристу, идет своей медленной леткой походкой
и не может пробить никаких стен.
Принцип работы
Что бы вы сказали о том, что летучая мышь знает едва ли не больше
всех нас о пространственном распознавании и определении в воздухе коор-
динат людей и препятствий. Лично для меня в работе по созданию радаров
этот крылатый зверек всегда был источником вдохновения. То, что летучая
мышь использует ультразвук интересно, но не принципиально. С тем же ус-
пехом она могла бы пользоваться и микроволновым излучением.
Летучая мышь настолько совершенно ориентируется в пространстве, что
пытавшимся добиться таких же результатов инженерам-конструкторам прихо-
дилось довольствоваться их простейшими подобиями, дальнейшее совер-
шенствование которых затруднялось их дороговизной и лавинообразным рос-
том технологических сложностей.
Кое-что еще о допплеровском эффекте
Если дело того стоит, то летучая мышь может пролететь в полной темно-
те через дыру не шире размаха ее крыльев. Чтобы выполнить такой трюк,
она должна своей сложной радарной измерительной системой определить точ-
ный угол сдвига своего тела в стороны, скорость, расстояние до отверстия
и его ширину. Для определения скорости летучая мышь использует доппле-
ровский эффект, а для измерения дистанции и направления различные виды
этих животных пользуются амплитудной или частотной модуляцией ультразву-
ка, а также их комбинацией.
К счастью, для систем сигнализации не важна скорость или направление
движения нарушителя. Достаточно знать, что он в помещении и движется к
охраняемому объекту. Следовательно, из арсенала летучей мыши можно поза-
имствовать лишь допплеровский эффект.
Стоит также обратить внимание на то, что в случае летучей мыши от-
верстие стоит на месте, а движется источник ультразвука. В системах сиг-
нализации все наоборот. Допплеровский эффект одинаково работает в обоих
случаях, так как он фиксирует относительное движение.
Радарное обнаружение
В главах 4 и 15 уже говорилось, что в радарах приемник и передатчик
расположены рядом, и сигнал в требуемом направлении излучается постоян-
но. Все, что попадается на пути луча, отражает часть его энергии на при-
емник в виде эха. Если объект стоит на месте, частота волны эха не изме-
нится. МКВ-датчик будет игнорировать такой отраженный сигнал даже при
сильных перемещениях воздуха в отличие от ультразвукового детектора.
Если объект движется, и это, к примеру, нарушитель, проникший в ком-
нату, частота сигнала-эха будет отличаться от частоты исходного им-
пульса. На основе этой информации приемник включит систему сигнализации.
Дифракционный метод обнаружения
Поскольку перемещения воздуха для микроволнового излучения не помеха,
то вполне разумно использовать дифракционный метод в МКВ-системах сигна-
лизации. То, что таких систем мало, связано, видимо, с существовавшей в
ранних моделях МКВ-детекторов проблемы "мертвых зон", уже описанной в
главе 15. Если же добавить еще один-два приемника и придать таким обра-
зом разносторонность системе приема, то в наших руках будет весьма эф-
фективное средство защиты складских помещений.
В главе 19 мы вновь возвратимся к проблеме "мертвых зон" или, иначе
говоря, ситуаций, когда поднимается ложная тревога из-за потери сигнала
на приемнике. Такие ситуации вполне могут возникнуть в микроволновых
заграждениях по периметру вне помещения.
Уловки обнаружения
Для МКВ нарушитель - не что иное, как сосуд с водой: вода прекрасно
отражает микроволновое излучение, особенно если она не совсем чистая.
Следовательно, несмотря на глубокое проникновение излучения в тело мик-
роволновый радар не смотрит "сквозь" нарушителя, а реагирует на него.
Надежность и контроль за ложными тревогами
Многое из того, что было сказано в главе 15 о способах избежания лож-
ных тревог, относится и к микроволновым радарам. Что особенно важно -
электронные системы обработки сигналов в обоих случаях практически сов-
падают.
Проблема в том, что типичный допплеровский сдвиг частот в популярном
у конструкторов диапазоне волн длиной около 3 см совпадает с пульсацией
тока в системе питания - 5060 или 100-120 герц. Избежать этой трудности
можно, снабдив детектор качественным стабилизатором тока. Но такое уст-
ройство и обеспечение его долговременной надежной работы - тоже
