К счастью, допуск этот благодаря неровности земной поверхности достаточно велик, чтобы сдвиг по фазе его превысил. Он не идет ни в какое сравнение с допуском сдвига по фазе, приводящим к срабатыванию ультразвукового датчика, установленного в комнате с гладкими стенами.
И все же и микроволновое заграждение может "занервничать", и при установке длинных цепочек датчиков с этим приходиться бороться. Допустив, что один датчик ошибается раз в году, придется смириться с тем, что ограждение из 52 датчиков будет ошибаться раз в неделю. Если это вам кажется чрезмерным (а так оно и должно быть), то как вы будете решать эту проблему? Ответ на этот вопрос вы можете сами найти в главе 15. Он вынесен также в раздел " Темы для обсуждения" в этой главе.
Соотношения длины волны, ширины пучка и различающей способности
Наиболее очевидная выгода замены инфракрасной системы микроволновым барьером связана с изменением поперечного размера пучка. В главе 14 отмечалось, что полезное сечение И К пучка света между передатчиком и приемником - 50 миллиметров. Его может перекрыть и птица, и человек, и различить, кому принадлежат эти сигналы, прибор не в состоянии.
Полезное сечение пучка волн в микроволновом барьере - около 300 мм. Птица прервать его полностью не в состоянии, а человек наоборот вряд ли способен пройти, не прервав пучка совсем. Следовательно, с увеличением длины волны увеличивается размер антенны и возможность фильтровать ложные тревоги.
Дальнейшее увеличение длины волны еще больше повысит различающую способность системы. К тому же, более длинные волны проникают без помех через бумагу и высохшие на солнце неметаллические объекты, подобные листьям. Инфракрасные заграждения реагируют на листопад.
Можно возразить, что электронная система инфракрасных приборов способна "выловить" ложные тревоги. На что я отвечу: микроволновые заграждения тоже могут быть оснащены подобными системами обработки сигналов, и соотношение преимуществ не переменится.
Предел увеличения длины волны достигается тогда, когда антенна становится слишком большой и неуклюжей для реальной ситуации. Поскольку диапазон используемых частот ограничен также и государством, на практике волны длиннее 12 см не применяются. Этого вполне хватит для создания надежных приемников и передатчиков.
Использование более коротких волн
Там, где требования к занимаемому пространству очень суровы, у фазированной системы еще больше преимуществ.
Чтобы сузить пучок, мы можем или сократить длину волны, или расширить выход антенны. А что, если сделать и то, и другое? Результаты нас удивят.
Более ста лет назад немецкий ученый фраунгофер открыл, что, производя опыты по методике Янга с пучками света, можно при достаточной ширине щели антенны добиться нулевого расхождения пучка на определенном отрезке за отверстием.
Фраунгофер установил, что длина нерасходящегося пучка света будет равна частному от деления длины щели антенны на длину волны, умноженному на две длины волны. Это в теории, а на практике можно принять, что нерасходящийся отрезок равен просто длине отверстия, умноженной на это частное. Что нам даст эта формула?
Начнем вычисление для волн 3,2 см х-диапазона и антенны с длиной щели 32 см. Частное от деления по упрощенной формуле Фраунгофера - 10, а при умножении на 0,32 метра - получим, что пучок не разойдется на отрезке 3,2 метра. Какое разочарование! Если микроволновому заграждению предстоит перекрыть 100 метров пространства, результатом наших вычислений можно пренебречь.
А вот если перейти на длину волны 8 мм (Q-диапазон), а щель антенны увеличить в четыре раза, т.е. до 128 см, частное от деления 128 см на 0,8 см будет равно 160. Теперь помножим 160 на 1,25 /округленную длину антенны/ и получим, что пучок не будет расходиться на отрезке в 205 метров! Этого достаточно практически для любой области применения микроволновых барьеров. Ничейная полоса под нерасходящимся пучком будет шириной 1 метр, а расстояние между внешним и внутренним ограждением можно вполне сократить до 2 метров.
Преимущества нерасходящегося пучка таковы:
1/ Поскольку по горизонтали контуры пучка не меняются и расширяется он лишь по вертикали, удвоение расстояния между передатчиком и приемником уменьшает мощность сигнала на приемнике вдвое, а не вчетверо. Следовательно, лучше используются те малые мощности, которые правительство разрешило для микроволновых приборов.
2/Пространственная чувствительность вдоль пучка более равномерна, так как соотношение площадей перекрытия пучка телом нарушителя изменяется незначительно на всем участке от передатчика до приемника.
3/ Наземное пространство, необходимое для установки системы, сокращается до минимума.
4/ Физический закон падения энергии излучения в четвертой степени с увеличением дистанции превращается в квадратичное ослабление сигнала в обычных микроволновых барьерах и сводится к простой линейной зависимости при использовании барьера с нерасходящимся пучком.
Нерасходящиеся пучки и методы заполнения непросматриваемых участков в чувствительных к сдвигу по фазе системах "стоячей волны" пока еще слабо используются на практике. Время покажет, кто первым займется освоением этих преимуществ.
Области применения микроволновых барьеров
Установить подходящие области применения микроволновых барьеров можно опять-таки методом исключения.
Как уже говорилось в начале этой главы, микроволновые барьеры создавались как средства раннего обнаружения нарушителя на границе зоны охраны. Позже их стали использовать и для охраны особо рискованных зон внутри объекта, включающих несколько помещений.
Поскольку "струны" микроволнового барьера практически невидимы, люди вполне могут пересечь их и без дурных намерений - случайно. Чтобы избежать этого, микроволновое заграждение необходимо устанавливать 1 внутри 0 видимого заграждения. Точно так же с внутренней стороны зоны на границе поля микроволнового заграждения лучше поставить еще одну изгородь. Она не пустит в зону работы микроволнового заграждения случайно забредших туда обитателей охраняемого объекта. В зонах очень высокого риска дублирующее ограждение тоже может быть оснащено системой сигнализации. Однако независимо от конструктивных деталей двойное заграждение - это очень дорогое удовольствие. Но, по-моему, если риск очень высок и альтернативы нет, то уверенную работу системы сигнализации стоит оплатить. Не стоит устанавливать систему, не веря в ее возможности отличить реальную тревогу от ложной. Принцип " на всякий случай" не подходит. Сопоставимой альтернативой двойному заграждению является внутренняя система телевидения, если есть возможность быстро реагировать на ее сигналы. Особенности внутренних систем телевидения обсуждаются в главах 7 и 22.
Достоинством микроволновых барьеров является то, что злоумышленнику очень трудно их перехитрить. Случайный прохожий, как уже говорилось, может незаметно для себя попасть в невидимую зону ограждения. То же может произойти и с нарушителем.
В местах установки передатчиков и приемников можно превратить в преимущество такой недостаток антенн как их раскинутые в стороны "лепестки, которые могут перекрывать совершенно неожиданные добавочные зоны. Это преимущество усиливается перекрыванием пучков на углах и в длинных отрезках ограды.
Если периметр сильно изломан, количество пар "передатчик-приемник" может превысить разумные пределы. Экономия оборудования в таком случае достигается переработкой всей концепции охраны объекта и концентрацией средств сигнализации на действительно уязвимых точках.
Слишком пересеченный рельеф периметра исключает использование микроволнового заграждения и требует геодезически привязанной к себе системы сигнализации.
Источники тока и сигнальное оборудование
Системы, использующие диоды Ганна как источники МКВ излучения, требуют подпитки постоянным током от внешнего источника. Именно стоимость их подключения к источнику тока и к контрольному пульту существенно влияет на стоимость микроволнового барьера и на решение о его закупке.
Когда на место диодов Ганна ставятся транзисторы, тиристоры и иные высокоэффективные МКВ источники, энергетические аппетиты системы падают настолько, что становится выгодным использовать в качестве источников тока солнечные батареи. В течение дня небольшой аккумулятор, обслуживающий отдельно взятый датчик, вполне успевает запастись энергией для ночной работы.
Для эффективной связи с центральным пультом поста охраны сигнал тревоги с каждого датчика может быть слегка видоизменен. Система обработки информации на центральном пульте, зная соответствие вида сигнала его местоположению, легко различит, на каком отрезке произошло нарушение. Это резко сокращает затраты на поиск места возникновения сигнала.
Запатентованные устройства
Производимые системы для микроволнового барьера сильно отличаются друг от друга, но каждая создается таким образом, чтобы поступать на рынок в виде дешевой версии с единым серийным товарным наименованием.
Стоит начать с барьеров, срабатывающих при прерывании пучка. Образцом подобной системы, выпускаемой в США, штат Аризона, фирмой " Southwest Microwave". Антенна системы заключена во всепогодный защитный кожух и дает конический микроволновый пучок. Как и в большинстве других микроволновых систем сигнализации, излучение генерируется полевым транзистором на базе арсенида галлия. В Великобритании создание целостных систем охраны и их установка осуществляется фирмой " Fieldtech Heathrou Ltd".
Британская компания "Racal" представила систему, срабатывающую при прерывании пучка и перекрывающую поверхность земли. Метод, использованный для формирования пучка, становится очевидным при взгляде на волноводную щелевую вертикальную антенну устройства, за которой установлен вертикальный параболический рефлектор.
Транснациональная корпорация со штаб-квартирой в Великобритании "Shorrock Secenitty Systems" обратила свои взоры на третью разновидность микроволновых барьеров, чувствительную к фазовому сдвигу благодаря горизонтально установленной антенне. Они разработали, в числе прочих, и переносную систему. Ее можно использовать, например, для временной охраны самолетов и вертолетов.
Менее экзотическая система подобного типа разработана фирмой " Frowds". Она называется "Frowds Ynvisiwall" (" Невидимая стена"). Компания " Frowds" из Плимута, по всей видимости, первой оснастила датчики своего микроволнового барьера солнечными батареями для автономного питания.
Темы к обсуждению
В этой главе содержится столько намеков на решение проблем "стоячей волны" в системах, чувствительных к фазовому сдвигу, что найти его вам, видимо, будет просто. Но знать, что надо сделать, это еще не все. Главное - понять, как сделать все аккуратно и экономно. Для этого можно, например, установить на бетонную поверхность пару элементов переносного микроволнового заграждения, закрепить передатчик на высоте, скажем, 1 метр, и поэкспериментировать с высотой и дистанцией крепления приемника. При этом следует следить за показаниями датчиков о силе поступающего сигнала. Будем надеяться, что данные натолкнут вас на достойные обсуждения решения. Если нет, то сможете ли вы убедить себя и своих коллег, что проблемы "стоячей волны" просто нет?
Серьезное обсуждение этого вопроса поможет вам выяснить практически все необходимое о микроволновых заграждениях.
ГЛАВА 21
УСТРОЙСТВА "НАВЕДЕННОГО ПОЛЯ" (УНП)
Уже стало традицией воспринимать устройства "наведенного поля" как приборы дистанционного включения дверей и другой техники. По мере использования в этом качестве они так плохо себя зарекомендовали, что заработали дурную славу "неуправляемых" и были исключены из поля зрения конструкторов. А если их попробовать использовать для перехвата нарушителей, подобно инфракрасным и микроволновым приборам, то они раскроют во всей красе такое незаменимое качество, как способность отслеживать все изгибы рельефа.
Сенсоры электрического поля
Давайте сначала разберемся с терминами. "Электрическое" не значит "Наэлектризованное". УНП не имеет ничего общего с бьющей током проволочной оградой на фермах. Датчики электрического поля, используемые в УНП, работают под низким напряжением и используются как конденсаторы.
Желая понять поглубже работу УНП, представьте себе классический контур усилителя радиоприемника - конденсатор, соединенный с индукционной катушкой для настройки. При вращении ручки настройки можно менять частоту приема и настраиваться на различные станции. Для создания УНП достаточно один выход аккумулятора заземлить, а другой подключить к проводу в метре или более от земли. Осталось замкнуть на этот провод-конденсатор индукционную катушку и создать в контуре переменный ток определенной частоты.
Единственное, в чем надо удостовериться - что на работу конденсатора влияет нарушитель, а не катушка. Электрическая емкость человеческого тела очень мала, поэтому контур должен быть пропорционально уменьшен до такой степени, чтобы электронное оборудование смогло было изменению емкости контура уверенно поднять тревогу.