説明

冷ノイズ源システム

1実施例において、システムは、第1冷ノイズ源、第1放射計受信器、及び第1検出器を含む。第1冷ノイズ源は、第1搬送波周波数帯を有する第1熱放射信号を発生する。第1熱放射信号は、第1情報信号を搬送する。第1冷ノイズ源は又、第1アンテナを通り前記第1熱放射信号を送信する。第1放射計受信器は、第2アンテナを通る前記第1熱放射信号を受信し、第1検出器は、第1熱放射信号から第1情報信号を抽出する。

【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
この開示は一般に、通信装置に関し、並びに特に冷ノイズ源を用いるシステム及び同システムの操作方法に関する。
【背景技術】
【0002】
放射計は、対象から放射された電磁放射を測る。ミリ波放射計は一般に、ミリメータ周波数帯内、典型的にはマイクロ波帯より上で赤外放射スペクトルの下での電磁放射を測る。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0003】
信号妨害を容易に検出できる通信路の提供
【課題を解決するための手段】
【0004】
1実施例において、システムは、第1冷ノイズ源、第1放射計受信器、及び第1検出器を含む。第1冷ノイズ源は、第1搬送波帯域を有する第1熱放射信号を生成する。第1熱放射信号は、第1情報信号を搬送する。第1冷ノイズ源は又、第1アンテナを通して第1熱放射信号を送信する。第1放射計受信器は、第2アンテナを通る第1熱放射信号を受け取り、第1検出器は、第1熱放射信号から第1情報信号を抽出する。
【0005】
本開示の特定の実施例は、以下の技術的利点の幾つかの、全然、又は全てを公開する。例えば、種々の実施例は信号妨害を容易に検出できる通信路を提供できる。もし信号を妨害するように通信路に侵入対象が置かれると、進入路は壊され、警報装置の引き金を引く事ができる。
【0006】
以下の図面、記述、及び請求の範囲から他の技術的利点は当業者にとって容易に明らかである。
【0007】
本開示の実施例のより完全な理解は、添付図面共に併用される詳細な記述から明らかになる。
【図面の簡単な説明】
【0008】
【図1】本開示の教示によるシステムの1実施例を示す。
【図2】異なる動作周波数における種々の環境現象による熱放射信号の減衰レベルの例を示す。
【図3】図1の実施例の放射計受信器の受信器出力温度に影響する可能性のあるパラメータの例を示す。
【図4】図1のシステムの動作特性の例を示す。
【図5】侵入検出システムとして構成された本開示の教示によるシステムのもう1つの実施例を示す。
【図6】2重通信方式として構成された本開示の教示によるシステムのもう1つの実施例を示す。
【図7】図6のシステムにより作成可能なスペクトル周波数パターンの1例を示す。
【図8】図6のシステムの動作特性の例を示す。
【図9】図1、5、又は6のシステムにより実行可能な一連の活動の1例を示す。
【発明を実施するための形態】
【0009】
既知の無線システムは、電磁放射を用い1位置からもう1つの位置へ情報を送信する。これらのシステムの安全はしかし、制限される可能性がある。というのは、他者は電磁放射を妨害できるからである。データ暗号化又は周波数ホッピングのような信号周波数変更技術を安全性改良のため用いることができる。これらの周波数変更技術はしかし、検出可能及び/又は解読可能な能動的電磁放射を用いる。
【0010】
図1は、本開示の教示によるシステム10の1実施例を示す。システム10は示されたように一般に、アンテナ14に結合された冷ノイズ源12、アンテナ18に結合された放射計受信器16及び検出器20を含む。動作の1例において、冷ノイズ源12は、アンテナ14を通して送信される熱放射信号22を生成する。熱放射信号22は、情報信号を運び、送信アンテナ14から関連する受信アンテナ18へ如何なる適切な見通し線路をも横切ることができる。放射計受信器16は、アンテナ18を通り熱放射信号22を受け取る。検出器20は、熱放射信号22から情報信号を抽出する。
【0011】
冷ノイズ源12は、低温で電磁放射する。低温領域の例は、ケルビン温度50度から200度、100度から300度、100度から200度のようなケルビン温度50度から300度である可能性がある。1実施例において、冷ノイズ源12は、冷熱体から放射された電磁放射を装う電界効果トランジスターのような固体素子であっても良い。電界効果トランジスターは、露出活性領域を有する。電流が活性領域を通過するとき、活性領域は電磁放射する。熱体の温度を装う特定波長で電磁放射をできるように活性領域を設計できる。活性領域を通る電流を変化させる事により電磁放射の波長及び模擬温度を変えることができる。電界効果トランジスター(FET)は、高放射ノイズ温「Tw」及び/又は冷放射ノイズ温「Tc」を装う事ができる。ノイズ温度Φは、特定周波数でのノイズ電力スペクトル密度で、プランクの黒体式に由来する。温度Tにおける発振器の平均エネルギー<ε>は:

【0012】
【数1】


で表され、
fは動作周波数を表し;
hはプランクの定数で;
kは熱伝導率を表す。

高温低周波で、平均エネルギー<ε>はkTに近づくので、帯域幅Bの電力は、P=kTB(ナイキストの公式)である。ノイズ温度Tは、T=P/kBである。冷ノイズ源12は、如何なる適切な周波数においても熱放射信号22を送信する。1実施例において、送信中により少ない減衰を経験する周波数を選択することができる。図2は、異なる周波数における減衰レベルを示す。
【0013】
図2は、大気中に存在する自然現象による温度の相対的減衰レベルの例を示す。減衰曲線30は、海面レベルでの周波数領域に亘って起こりうる相対的減衰を示す。減衰曲線32は、高度約9150mでの周波数領域に亘って起こりうる相対的減衰を示す。減衰曲線30及び32は、他の周波数領域より相対的に少ない減衰を経験するある周波数領域を示す。例において、周波数領域は一般に、約35ギガヘルツ、94ギガヘルツ、140ギガヘルツ、240ギガヘルツに集中する。このように、これらの周波数近辺における熱放射信号22は、他の周波数における熱放射信号22より相対的に少ない減衰を経験する可能性がある。
【0014】
図1に戻り、冷ノイズ源12は、約35ギガヘルツ、94ギガヘルツ、140ギガヘルツ、240ギガヘルツでの熱放射信号22を作ることができる。1例において、240ギガヘルツ周波数領域は、アンテナの特定サイズについて相対的に良い空間的解像度を提供できる。大気減衰は、低周波におけるよりも240ギガヘルツではより大きいが、より高い空間的解像度は、より大きい減衰を相殺できる100,500,又は1000フィートより大きい領域で良い天候において、相対的に良い信号対ノイズ比を達成できる。
【0015】
アンテナ14及び18は、電気信号を熱放射信号22に変換する及び熱放射信号を電気信号に変換する如何なる適する設計をも有することができる。アンテナの適切なタイプの例は、ホーンアンテナ、螺旋アンテナ、及びパラボラアンテナを含むことができる。アンテナ14及び18を遠隔的に、構成できる。
【0016】
検出器20は、放射計受信器16により受け取られた熱放射信号22から情報信号を抽出する。下により詳細が記述されるように、熱放射信号22から情報信号を復調できる。又は、情報信号は、放射計受信器16による熱放射信号22の損失に応答して作られた侵入検出信号であり得る。
【0017】
システム10のある実施例は、熱体を装う伝送媒体を使うことができる。この媒体は、他の熱放射体から離れて検出する事は相対的に難しい。このように、熱放射信号22の望ましくない妨害を減らすことができる。
【0018】
図3は、冷ノイズ源12から放射計受信器16へ熱放射信号22を伝送中に含まれるパラメータを示す。放射計出力温度TRECは、以下の式で与えられる:

【0019】
【数2】


RECは、放射計受信器の出力温度を表す;
MLは、主ローブ効率を表す;
AAは、アンテナ14の開口面積を表す;
ABは、領域Rでのビーム遮断面積を表す;
Rは、アンテナ18からアンテナ14の領域又は距離を表す;
Cは、冷ノイズ源温度を表す;
Bは、背景温度を表す;
Pは、領域Rに亘る伝達係数を表す;

1例において、搬送周波数は94ギガヘルツで、アンテナ14及び18は直径8インチを有し、領域分離は500フィートで、主ローブ効率は97%(2.5X3デシベル(dB)ビーム幅)で、及び冷ノイズ源温度TCは、ケルビン温度100度から300度に亘る。2つの温度に対応するTRECは、ケルビン温度299.8度とケルビン温度300度で、又は受け取られた温度差は、ケルビン温度0.2度である。もし放射計受信器16が4デシベル(dB)のノイズ数値、5ギガヘルツの帯域幅、0.1秒の積分時間を持つなら、受信器感度又は最小検知可能温度差は、ケルビン温度0.033度である。信号対ノイズ比(SNR)は、SNR=10 log(0.2K/0.033K)=7.8デシベル(dB)である。
【0020】
式(2)は、放射計受信器16により見られる受信器の出力温度TRECを近似するための1数学モデルを提供するが、受信器の出力温度TRECモデル用の他の方程式を、システム10の実行を近似するために使うことができる。
【0021】
図4は、図1のシステム10の動作特性の例を示す。グラフは、ドレイン電圧グラフ34と検出電圧グラフ36を含む。ドレイン電圧グラフ34は、冷ノイズ源12として構成された特定の電界効果トランジスターのドレイン端子に印加された電圧レベルを示し、冷ノイズ源12の出力電力に直接比例する。ドレイン電圧グラフ34は、冷ノイズ源12の出力電力は相対的に一定である事を示す。検出電圧グラフ36は、検出器20で検出された熱放射信号22を表す。検出された検出電圧グラフ36は、―19.0ボルトとー23.5ボルトとの間を変動する多くの領域38を有する。これらの変動は、送信アンテナ14と受信アンテナ18との間で起きる熱放射信号22における中断に起因する。この特定の例において、中断は一般に、送信アンテナ14と受信アンテナ18との間に置かれた不伝導物に起因する。
【0022】
図5は、システム110のもう1つの実施例を示す。この特定の実施例において、システム110は、侵入検出システムとして実施される。システム110は、一対の送信アンテナ114に結合された冷ノイズ源112、一対の受信アンテナ118に結合された放射計受信器116及び検出器120、及び反射器124を含む。冷ノイズ源112は、熱放射信号122を生成する。熱放射信号122は、この実施例において航空機126であるものを包含する。侵入物による熱放射信号122の途絶は、警報の引き金を引く。
【0023】
検出器120は、熱放射信号122の途絶を検出でき、侵入警報の引き金を引く。送信アンテナ114と関連する受信アンテナ118との間に置かれた如何なる不伝導物も、熱放射信号122を途絶させる事ができ、侵入警報の引き金を引く。例えば権限無き人は、送信アンテナ114と関連する受信アンテナ118との間で動く事により熱放射信号122を途絶させる可能性がある。
【0024】
1実施例において反射器124は、ある角度に沿って熱放射信号122を反射する事ができる。反射器124は、電気導電材料を含む事ができる。送信アンテナ114から関連する受信アンテナ118へ熱放射信号122を反射するように反射器124を方向付ける事ができる。
【0025】
図6は、2重通信回線を含むシステム210のもう1つの実施例を示す。システム210は、対応するアンテナ214及び218を通り互いに通信する2つのノード228a及び228bを有する。システム210は同時に、ノード228の一方へ又は一方から熱放射信号222を送受信できる。
【0026】
冷ノイズ源212は、熱放射信号222における情報信号を符号化するために如何なる方法によっても熱放射信号222を変調できる。1実施例において、情報信号を熱放射信号222上に重ね合わせるために熱放射信号222の熱温度を変化させることにより、熱放射信号222は変調される。もう1つの実施例において、搬送波信号の輝度温度をそらすことにより熱放射信号222を変調できる。もう1つの実施例において、熱放射信号222をパルス変調する事により、熱放射信号222を変調できる。
【0027】
各ノード228a及び228bは、冷ノイズ源212、放射計受信器216、導波管サーキュレータ230、及び示されたように結合された検出器220を有する。冷ノイズ源212と放射計受信器216とは、導波管サーキュレータ230を通して各アンテナ214又は218に結合される。1実施例において、導波管サーキュレータ230は、低損無線周波(RF)フェライトスイッチである。
【0028】
示された特定の実施例において、放射計受信器216は、ミキサー232、局部発振器234、及び示されたように結合された増幅器236を含むスーパーヘテロダイン受信器を含む。ミキサー232は、増幅器236により増幅される中間信号を形成するために受け取られた熱放射信号222を局部発振器234により発生した信号と混ぜる。この実施例において、放射計受信器216は、スーパーヘテロダイン受信器を含むが、放射計受信器216は、超再生受信器、同調無線周波受信器、又は直接検出受信器のような如何なる適切なタイプの受信器をも含むことができる。
【0029】
検出器220は、放射計受信器216の出力を受け取る。この特定の実施例において、検出器220は、復調器238と示されたように結合された低域通過濾波器240とを有する。復調器238は、熱放射信号222から情報信号を抽出する。1実施例において、復調器238は、熱放射信号222により搬送され受け取られたデジタル信号に従い電圧を発生する電圧同一確認デジタル(VID)復調器である。
【0030】
図7は、図6のシステム210により作成可能なスペクトル周波数パターン250の1例を示す。この特定の実施例において、1ノード228aの冷ノイズ源212は、92.5ギガヘルツの搬送波周波数252を持つことができ、ノード228bの冷ノイズ源212は、97.5ギガヘルツの搬送波周波数254を持つことができる。ノード228aのミキサー232は、下側ローブ256と上側ローブ258とを生むために受け取られた熱放射信号222を局部発振器234に混ぜる。ノード228bのミキサー232は、下側ローブ260と上側ローブ262とを生むために受け取られた熱放射信号222を局部発振器234に混ぜる。
【0031】
図8は、図6のシステム210の動作特性の例を示す。そのグラフは、ドレイン電圧グラフ270と検出電圧グラフ272とを含む。ドレイン電圧グラフ270は、冷ノイズ源212により発生した熱放射信号222の相対出力電力を示す。この特定の実施例において、熱放射信号222は、ケルビン温度135度からケルビン温度300度の効果的放射温度変化を装う矩形波信号により変調される。
【0032】
その変調は、熱放射信号222における情報信号を符号化する。検出された検出電圧グラフ272は、検出器220により検出された熱放射信号222を示す。検出された検出電圧グラフ272は一般に、ドレイン電圧グラフ270に従う。従って、情報信号は、送信に亘り実質上保存される。
【0033】
本開示の範囲から逸脱すること無しに、システム10,110,又は210に変更、追加、又は省略可能である。システム10,110,又は210の構成要素を一体化でき、又は分離できる。例えば、検出器20,120,又は220を放射計受信器16,116,又は216に結合でき、又は検出器20等は,放射計受信器16,116,又は216の一部を形成できる。更に、より多くの、より少ない、又は他の構成要素によりシステム10,110,又は210を実施できる。例えば、システム210の各ノード228は、冷ノイズ源212と放射計受信器216とを各アンテナ214又は218に結合するために導波管サーキュレータ230を含むことができ、又は、もし冷ノイズ源212及び放射計受信器216がそれら自身の専用アンテナを有するなら、導波管サーキュレータ230は必要とされないかも知れない。この書面で使用されるように、「各」は、セットの各部材又はセットのサブセットの各部材を言う。
【0034】
図9は、システム10,110,又は210により実行可能な一連のステップの1実施例を示す。ステップ300で、方法は開始される。
【0035】
ステップ302で、冷ノイズ源12,112,又は212は、送信アンテナ14,114,又は214を用い熱放射信号22,122,又は222を作る。システム10又は110のために、熱放射信号22又は122は、一定振幅及び周波数を持つことができる。システム210のために、振幅変調又はパルス変調を用い熱放射信号222を情報信号で変調できる。
【0036】
ステップ304で、放射計受信器16,116,又は216は、アンテナ18,118,又は218を通して熱放射信号22,122,又は222を受信し、及び熱放射信号22,122,又は222を送信する。放射計受信器16,116,又は216は、如何なる見通し線路に沿って進む熱放射信号22,122,又は222をも受信する。1実施例において、熱放射信号は、反射器124を用いて見通し線路に沿って反射する。
【0037】
ステップ306で、検出器20,120,又は220は、熱放射信号22,122,又は222からの情報信号を抽出する。システム110のために、検出器120は、熱放射信号122の瞬間的喪失が原因で侵入検出信号を作る。システム210のために、検出器220は、熱放射信号222から情報信号を復調する。
【0038】
システム10,110,又は210の動作に亘って先に記述された方法は続く。システム10,110,又は210の使用がもはや必要とされないか又は希望されない時、その方法は、ステップ308で停止する。
【0039】
本開示の範囲から逸脱すること無しに、本方法に変更、追加、又は省略を為す事は可能である。本方法は、より多くの、より少ない、又は他のステップを含む事ができる。例えば、冷ノイズ源212の模擬温度を変調する事により又は熱放射信号222の振幅を変調する事等による如何なる適切な方法でも情報信号を符号化するために、熱放射信号222を変調できる。
【0040】
数個の実施例が詳細に示され、記述されたが、以下の請求の範囲により定義されるように、本開示の精神及び範囲から逸脱する事無しに代替及び改造は可能である事は認識される。

【特許請求の範囲】
【請求項1】
第1搬送波周波数帯を有し、第1情報信号を搬送する第1熱放射信号を発生し、
第1アンテナを通り前記第1熱放射信号を送信する
ように構成された第1冷ノイズ源;
第2アンテナを通る前記第1熱放射信号を受信する
ように構成された第1放射計受信器;及び
前記第1熱放射信号から前記第1情報信号を抽出する
ように構成され、前記第1放射計受信器に結合された第1検出器;
を含むシステム。
【請求項2】
前記第1熱放射信号中の前記第1情報信号を符号化するように前記第1熱放射信号を変調するように構成され、前記第1冷ノイズ源に結合された変調器を更に含む請求項1のシステム。
【請求項3】
前記熱放射信号から前記第1情報信号を抽出するように前記熱放射信号を復調する事
により、前記第1検出器は、前記第1熱放射信号から前記第1情報信号を抽出するように構成された請求項1のシステム。
【請求項4】
前記第1情報信号は、振幅変調信号及びパルス変調信号からなるグループから選択された請求項1のシステム。
【請求項5】
前記第1検出器は:
前記第1熱放射信号中に遮断を検出し;且つ
前記検出に応答して侵入検出信号を発生する
ように構成された請求項1のシステム。
【請求項6】
前記第1搬送波周波数帯から異なる第2搬送波周波数帯を有し、第2情報信号を搬送する第2熱放射信号を発生し、
前記第2アンテナを通り前記第2熱放射信号を送信する
ように構成された第2冷ノイズ源;
前記第1アンテナを通る前記第2熱放射信号を受信する
ように構成された第2放射計受信器;及び
前記第2熱放射信号から前記第2情報信号を抽出する
ように構成され、前記第2放射計受信器に結合された第2検出器;
を更に含む請求項1のシステム。
【請求項7】
前記第1又は第2アンテナは、ホーンアンテナ、螺旋アンテナ、及びパラボラアンテナからなるグループから選択された請求項1のシステム。
【請求項8】
前記第1アンテナ及び前記第2アンテナの間に置かれ、前記第1熱放射信号を反射する
ように構成された反射器を更に含む請求項1のシステム。
【請求項9】
第1冷ノイズ源により、第1搬送波周波数帯を有し、第1情報信号を搬送する第1熱放射信号を発生するステップ;
第1アンテナを通る前記第1熱放射信号を送信するステップ;
第1放射計受信器で第2アンテナを通る前記第1熱放射信号を受信するステップ;及び
前記第1放射計受信器に結合された第1検出器により、前記第1熱放射信号から前記第1情報信号を抽出するステップ
を含む方法。
【請求項10】
前記第1熱放射信号中の前記第1情報信号を符号化するように、前記第1冷ノイズ源に結合された変調器により、前記第1熱放射信号を変調するステップを更に含む請求項9の方法。
【請求項11】
前記第1熱放射信号から前記第1情報信号を抽出するステップは、前記熱放射信号から前記第1情報信号を抽出するように前記熱放射信号を復調するステップを更に含む請求項9の方法。
【請求項12】
前記第1情報信号は、振幅変調信号及びパルス変調信号からなるグループから選択された請求項9の方法。
【請求項13】
前記第1熱放射信号中に遮断を検出するステップ;及び
前記検出に応答して侵入検出信号を発生するステップ
を更に含む請求項9の方法。
【請求項14】
前記第1搬送波周波数帯から異なる第2搬送波周波数帯を有し、第2情報信号を搬送する第2熱放射信号を、第2冷ノイズ源により、発生するステップ;
前記第2アンテナを通り前記第2熱放射信号を送信するステップ;
第2放射計受信器で前記第1アンテナを通る前記第2熱放射信号を受信するステップ;及び
前記第2放射計受信器に結合された第2検出器により、前記第2熱放射信号から前記第2情報信号を抽出するステップ
を更に含む請求項9の方法。
【請求項15】
前記第1又は第2アンテナは、ホーンアンテナ、螺旋アンテナ、及びパラボラアンテナからなるグループから選択された請求項9の方法。
【請求項16】
前記第1アンテナ及び前記第2アンテナの間に置かれた反射器を用い前記第1熱放射信号を反射するステップを更に含む請求項9の方法。
【請求項17】
第1搬送波周波数帯を有し、第1情報信号を搬送する第1熱放射信号を発生し、
第1アンテナを通り前記第1熱放射信号を送信する
ように構成された第1冷ノイズ源;
第2アンテナを通る前記第1熱放射信号を受信する
ように構成された第1放射計受信器;
前記第1熱放射信号から前記第1情報信号を抽出する
ように構成され、前記第1放射計受信器に結合された第1検出器;
前記第1搬送波周波数帯とは異なる第2搬送波周波数帯を有し、第2情報信号を搬送する第2熱放射信号を発生し、
前記第2アンテナを通り前記第2熱放射信号を送信する
ように構成された第2冷ノイズ源;
前記第1アンテナを通る前記第2熱放射信号を受信する
ように構成された第2放射計受信器;及び
前記第2熱放射信号から前記第2情報信号を抽出する
ように構成され、前記第2放射計受信器に結合された第2検出器;
を含むシステム。
【請求項18】
前記第1熱放射信号中の前記第1情報信号を符号化するように前記第1熱放射信号を変調するように構成され、前記第1冷ノイズ源に結合された変調器を更に含む請求項17のシステム。
【請求項19】
前記熱放射信号から前記第1情報信号を抽出するように前記熱放射信号を復調する事
により、前記第1検出器は、前記第1熱放射信号から前記第1情報信号を抽出するように構成された請求項17のシステム。
【請求項20】
前記第1検出器は:
前記第1熱放射信号中に遮断を検出し;且つ
前記検出に応答して侵入検出信号を発生する
ように構成された請求項17のシステム。
【請求項21】
前記第1又は第2アンテナは、ホーンアンテナ、螺旋アンテナ、及びパラボラアンテナからなるグループから選択された請求項17のシステム。
【請求項22】
前記第1アンテナ及び前記第2アンテナの間に置かれ、前記第1熱放射信号を反射する
ように構成された反射器を更に含む請求項17のシステム。

【図1】
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【図2】
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【図3】
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【図4】
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【図5】
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【図6】
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【図7】
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【図8】
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【図9】
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【公表番号】特表2010−511178(P2010−511178A)
【公表日】平成22年4月8日(2010.4.8)
【国際特許分類】
【出願番号】特願2009−539486(P2009−539486)
【出願日】平成19年11月29日(2007.11.29)
【国際出願番号】PCT/US2007/085935
【国際公開番号】WO2008/067466
【国際公開日】平成20年6月5日(2008.6.5)
【出願人】(503455363)レイセオン カンパニー (244)
【Fターム(参考)】