Модулятор с частичным разрядом емкости.

 

Основными достоинствами тако­го модулятора являются:

 

-- возможность получения импульсов, изменение длительности которых не требует переключения высоковольтных цепей;

--  высокая стабильность начала и окончания импульсов;

-- получение формы импульсов, близкой к прямоугольной;

--   высокий КПД (40—70%).

 

Недостатками являются:

-- необходимость иметь высоковольтный выпрямитель (до 30 кВ), что увеличи­вает габаритные размеры и массу модулятора;

-- значительные потери в электронных лампах, являющихся ключом;

-- необходимость дополнительного подмодулятора, который для запуска моду­лятора должен выдавать импульсы до 1200 В при токе до 2 А;

-- возможность появления рентгеновского излучения, требующего специальной защиты персонала.

 

Модулятор с полным разрядом емкости.

 

Достоинствами модуляторов этого типа являются:

 

-- использование в качестве ключа тиратронов, имеющих высокую надежность;

-- малое напряжение управляющего импульса;

-- малые масса и габаритные размеры;

-- высокий КПД (до 70%).

 

Недостатки модуляторов с полным разрядом:

 

-- изменение длительности импульса требует коммутации в высоковольтных цепях;

-- нестабильность в моменты начала и окончания импульсов (0,05—0,1 мкс).

 

 

Модулятор жесткого типа.

 

Если накопителем является конденсатор, то коммутатор (ключ) применяется жесткого типа, т. е. производит замыканне и размыкание. Обычно этим прибором является электронная лампа в отличие от коммутатора мягкого типа, производящего только замыкание, а накопителем является длинная линия.

 

Модулятор мягкого типа.

 

В передатчиках судовых РЛС применяется также модулятор мягкого типа с накопительной линией (с распределенной емкостью).

 

Линия выполняет следующие функции:

 

-- служит накопителем энергии;

-- является цепью, формирующей прямоугольные импульсы напряжения заданной длительно­сти.

 

Накопитель этого типа иногда называют формирующей линией. Необходи­мая длительность импульса достигается подбором длины линии (отрезка коакси­ального кабеля). При длительности импульса т более 0,1 мкс применяется ис­кусственная линия, состоящая из соединенных цепью индуктивностей и емкостей.

Управление работой модулятора производится с помощью подмодулятора, который создает прямоугольные импульсы напряжения необходимой амплитуды, длительности и частоты следования. Чаще всего в качестве подмодулятора исполь­зуются блокинг-генераторы с формирующей линией.

 

 

МАГНИТНЫЕ ИМПУЛЬСНЫЕ МОДУЛЯТОРЫ

 

Помимо модуляторов с вакуумными приборами в передатчиках РЛС применя­ются магнитные модуляторы (безламповые).

 

Магнитные модуляторы  обладают рядом преимуществ:

 

-- мгновенная готовность к работе;

--  высокий КПД;

-- высокая надежность.

 

Действие магнитного модулятора основано на изменении насыщения железа дросселя. При отсутствии насыщения железа сопротивление дросселя велико, при насыщении оно резко уменьшается. Если управлять переходом железа дросселя из ненасыщенного состояния в насыщенное, то его можно использовать в качестве переключателя. Из-за неравенства сопротивления нулю или бесконечности в на­сыщенном и ненасыщенном состояниях такой переключатель не является идеаль­ным.

Тем не менее резкое изменение полного сопротивления в момент насыщения обеспечивает переключающее действие, которое может быть использовано для по­строения модулятора.

Несмотря на недостатки, связанные с технологическими трудностями, маг­нитные импульсные модуляторы широко используются в судовых РЛС. Лампо­вые и тиратронные модуляторы продолжают применяться в связи с возможно­стью реализации переключающего действия, более близкого к идеальному, а также с совершенствованием схем и элементов, обеспечивающих высокую на­дежность и долговечность.

 

1.3. АНТЕННО --- ВОЛНОВОДНЫЕ   УСТРОЙСТВА   МОРСКИХ   РЛС.

 

Особенности антенн судовых РЛС обусловлены работой их в СВЧ-диапазоне и необходимостью получения максимально точ­ных данных о направлениях, на которых обнаруживаются эхо- сигналы объектов.

 

ВОЛНОВОДНЫЕ УСТРОЙСТВА РЛС.

 

Судовые РЛС работают в диапазоне сантиметровых волн, что обусловливает использование для передачи энергии СВЧ-волноводов. Использование в этом диапазоне коаксиального кабеля огра­ничено, так как он создает большее затухание, чем волновод, и не позволяет передавать большую мощность, особенно в диапазоне  3,2 см.

Наиболее широко применяются волноводы прямоугольного се­чения, которые просты в изготовлении и легко возбуж­даются от генератора СВЧ.

По волноводной линии в отличие от коаксиальной может пере­даваться волна, длина которой меньше критической, определяемой размерами волновода.

Ввиду то­го что условия распространения радиоволн в волноводе отличаются от условий распро­странения в свободном пространстве, длина волны в волноводе будет больше, чем длина волны генератора, подключенного к волно­воду.

 

Передача энергии от генератора в волновод и отбор энергии из волновода осуществляются с помощью коаксиального кабеля, соединяемого с волноводом специальным переходом.

Волноводная линия собирается из отдельных секций. Для соединения этих сек­ций между собой применяют специальные устройства, обеспечи­вающие минимальные потери энергии. Этому требованию отвечают дроссельные фланцы, в которых имеется кольцевой паз.

Для обеспечения герметичности волновода в дроссельном флан­це предусмотрена выточка под резиновый уплотнитель. Волноводные трубы собирают так, чтобы плоский фланец одной соединялся с дроссельным фланцем другой.

В комплекте РЛС предусмотрены волноводные секции с пово­ротом на 45 и 90° в плоскостях широкой и узкой стенок, скручен­ные секции, а также переходы от одного сечения к другому.

Таким образом, включение в волноводный тракт указан­ных выше элементов вносит неоднородности, которые уменьшают КПД линии передачи, поэтому при монтаже на судне следует уменьшать число поворотов, скручиваний и других подобных эле­ментов.

 

В условиях эксплуатации РЛС обеспечение нормальной даль­ности действия требует периодического контроля величины зату­хания энергии СВЧ в волноводе, т. е. определения его коэффи­циента бегущей волны (КБВ). Определение затухания тракта осуществляется с помощью измерителя мощности и генератора СВЧ. Подключая генератор ко входу тракта, а измеритель мощ­ности— к его выходу, фиксируют мощность Р_{вых .} Затем, не изме­няя настройки генератора, измеряют мощность непосредственно на его выходе, т. е. на входе тракта.

Обычно затухание в трактах, имеющих длину 10—15 м, не превышает 0,15 дБ/м.

 

КПД волноводной линии определяется:

 

 -- длиной волновода

-- погонным затуханием (обусловленным качеством изготовления волновода и качеством секций)

 

 

АНТЕННЫЕ ПЕРЕКЛЮЧАТЕЛИ

 

В судовых РЛС используется одна антенна для передачи и приема сигналов, отраженных от целей. При этом требуется иметь антенный переключатель, который обеспечил бы защиту весьма чувствительных смесительных диодов приемника во время излучения зондирующих импульсов большой мощности.

Кроме того, переключатель должен предотвращать непроизводительную затрату энергии отраженных сигналов, направляя их только на вход приемника.

 

Требования, предъявляемые к антенным переключателям:

 

1. Мощность, просачивающаяся на вход приемника при излу­чении, должна быть минимальной и не должна превышать 0,1 Вт, чтобы не вызвать выход из строя кристаллических диодов.

2. Антенный переключатель должен быть быстродействующим (время срабатывания не более сотых долей микросекунды), чтобы не увеличивать минимальную дальность обнаружения целей.

3. Потери мощности в переключателе должны быть минималь­ными.

 

Основными элементами антенных переключателей РЛС сан­тиметрового диапазона являются газовые разрядники и щелевые мосты.

 

Антенные переключатели могут быть выполнены с одним или двумя разрядниками.

В качестве антенных переключателей судовых РЛС широкое применение находят ферритовые переключатели, в которых ис­пользуется основное свойство ферритов — малая электропровод­ность и ярко выраженные магнитные свойства. Ферриты исполь­зуются в СВЧ-диапазоне для создания циркулятрров, фазовраща­телей, переключателей и других устройств.

Принцип действия фазовых циркуляторов основан на явлении невзаимного фазового сдвига. В прямоугольных волноводах, со­держащих ферритовую пластину с магнитным полем, направлен­ным перпендикулярно широкой стенке волновода, волны, распро­страняющиеся в противоположных направлениях, имеют различ­ные фазовые скорости. Отрезок волновода с ферритовой пластиной называется невзаимным фазовращателем. Создание циркулятора с невзаимным фазовращателем требует наличия таких волноводных элементов, как щелевые мосты.

Щелевой мост представляет собой сдвоенный прямоугольный волновод, в общей узкой стенке которого прорезана щель. Длина щели подбирается таким образом, чтобы после прохождения от­резка волновода с двойной шириной сдвиг фазы перед каналом был 90°. Энергия волны, поступающая в одно из четырех плеч волноводного щелевого моста, делится поровну в двух противо­положных плечах. Волны в этих плечах имеют фазовый сдвиг 90°.

Газовые разрядники, применяемые в антенных переключате­лях, представляют собой баллон, наполненный газовой смесью. Напряжение на разрядник подается в момент излучения зонди­рующего импульса. Время срабатывания разрядника должно быть минимальным. Для его сокращения применяется дополни­тельный поджигающий электрод, к которому прикладывается постоянное' напряжение поджига.

Различают узкополосные и широкополосные разрядники. Узко­полосный требует обязательной подстройки на частоту РЛС как при установке, так и в процессе эксплуатации. Широкополосный разрядник выполняется в виде герметизированного отрезка вол­новода, заполненного газовой смесью, и содержит 2—3 искровых промежутка на расстоянии  друг от друга.

 

ОСОБЕННОСТИ РАДИОЛОКАЦИОННЫХ АНТЕНН

 

Радиолокационные антенны предназначены для излучения зон­дирующих импульсов и приема отраженных сигналов.

 

В импульс­ных РЛС, где излучаемые импульсы и принимаемые сигналы разделены во времени, используется одна антенна для передачи и для приема.

Важнейшей особенностью радиолокационных антенн является их острая направленность. В сантиметровом диапазоне размеры антенны могут в десятки раз превышать длину волны. Это поз­воляет получить острую направленность антенны методами, ана­логичными оптическим. Направленность щелевых антенн увели­чивается с увеличением числа щелей.

 

Из-за специфики работы судовых и береговых РЛС

к антен­нам предъявляются следующие требования:

 

-- обеспечение кругового обзора;

-- формирование заданной диаграммы в горизонтальной и вер­тикальной плоскостях;

-- минимальная интенсивность боковых лепестков;

-- высокая механическая прочность в сочетании с минимальной массой, размерами, парусностью.

 

Острая направленность антенны обеспечивает селекцию полез­ного сигнала по направлению в результате, преимущественного приема при направлении на данный объект и ослабления помех. Кроме того, обеспечиваются высокая разрешающая способность по направлению и точность измерения пеленга.

 

Наличие боковых и заднего лепестков вызывает бесполезный расход энергии передатчика, увеличивает уровень помех на входе приемника и создает возможности возникновения ошибок при оп­ределении направления на объекты. В связи с этим обстоятель­ством уровень боковых лепестков должен быть максимально по­давлен (обычно в 1000 раз).

 

Основные параметры антенн РЛС:

 

-- диаграмма направленности;

-- коэффициент направленного действия (КНД);

--  коэффициент полезного действия (КПД);

-- частотная характеристика и уровень боковых лепестков.

 

 Диаграммой направленности антенны называется графическая зависимость напряженности поля или плотности потока мощности, создаваемой антенной в разных направлениях, но на одном рас­стоянии от нее.

 

Полярные диаграммы более наглядны. На них предусматри­ваются боковые и задний ле­пестки.

 

Основными показателями ан­тенны являются ширина главного лепестка (ширина диаграммы) и уровень ближайших боковых лепестков.

В судовых РЛС широко применяются рупорно-щелевые ан­тенны. Если волновод открыт с одного конца, то энергия будет излучаться в окружающее пространство и частично отражаться обратно от открытого конца волновода к генератору. Соотноше­ние между излучаемой энергией и отражаемой обратно опреде­ляется согласованностью волновых сопротивлений открытого вол­новода и свободного пространства. Чтобы уменьшить отражение энергии от конца волновода, необходимо согласовать волновод со свободным пространством.

 

Рис. 24. Конструкция волноводно-щелевой антенны:

 

1 — щель; 2— фильтр вертикальной составляющей поля; 3— рупор;

4— радиопрозрачная герметичная пластина

 

Волноводно-щелевая антенна представляет собой многощеле­вой волноводный излучатель, помещенный в рупор. Рупорный излучатель закрыт радиопрозрачной герметизирующей пластиной. Иногда для уменьшения парусности вся антенна покрывается обтекателем из радиопрозрачного материала.

В перспективе предусматривается интерес к созданию антенн с перемещением луча без механического вращения (антенн с электрическим сканированием). Это возможно путем управляемого изменения фаз колебаний, подводимых к каждому излучателю.

 

 

ПРИЕМНЫЕ  УСТРОЙСТВА  РЛС

 

Радиоприемные устройства РЛС предназначены для выделе­ния, усиления и преобразования энергии радиоволн, необходимых для нормальной работы индикаторного устройства.

При приеме на СВЧ уровень внешних помех (поступающих в приемник через антенну вместе с полезным сигналом) в боль­шинстве случаев невысок. Помехи также создаются флюктуационными шумами самого приемного устройства, ограничивая его чувствительность.

 

Особенностями приемников радиолокационных станций яв­ляются

широкая полоса частот, обусловленная:

 

 --   приемом коротких импульсов,

 -- большими уходами частоты гетеродина,

 -- неточностями настройки элементов схемы и влиянием различных дестабилизи­рующих факторов.

 

 Общее усиление приемника складывается из усиления его отдельных каскадов, причем основное усиление в приемниках супергетеродинного типа получается в каскадах уси­лителя промежуточной частоты и видеоусилителя.

Динамический диапазон приемника должен быть таким, чтобы можно было обнаруживать наиболее слабые сигналы и не пере­гружаться при приеме самых сильных отраженных сигналов.

 

Основными характеристиками приемни­ков РЛС являются:

 

--  чувствительность;

--   коэффициент шума;

--  изби­рательность;

--   полоса пропускания;

--  коэффициент усиления;

--   дина­мический диапазон;

--  выходная мощность и качество воспроизве­дения сигналов.

 

Основные конструктивные характеристики:

 

-- механическая проч­ность;

-- влагостойкость;

-- устойчивость к колебаниям температуры;

--  габаритные размеры.

 

ВЫДЕЛЕНИЕ ПОЛЕЗНЫХ СИГНАЛОВ

 

Реальная чувствительность определяется величиной полезного сигнала на входе приемника, при которой отношение сигнала к внутреннему шуму обеспечивает нормальную работу оконечного устройства. Внутренние (тепловые) шумы активных сопротивле­ний, электронных ламп и полупроводниковых приборов обусловли­ваются непрерывным хаотическим движением электронов. Флюктуационные токи и напряжения имеют различные частоты и фазы, поэтому эти шумы наблюдаются во всей полосе пропуска­ния приемника. Равномерное распределение флюктуационных шу­мов обусловливает увеличение их мощности при соответствующем расширении полосы пропускания приемника.

Внешние шумы (шумы антенны) являются результатом тепло­вого движения частиц в среде, окружающей антенну, а также результатом космического излучения.

 

Рис. 25. Функциональная схема приемника РЛС

 

 

Для обеспечения необходимой чувствительности и избиратель­ности приемники морских РЛС строятся по супергетеродинной схеме. Отличительной чертой их от приемников радиосвязи яв­ляется отсутствие усилителя принимаемой высокой частоты. Это обусловлено необходимостью повышения надежности, а также трудностями использования в бортовой аппаратуре сложных СВЧ- приборов (например, ламп бегущей волны).

 

ОСОБЕННОСТИ  ПРИЕМНЫХ  УСТРОЙСТВ

 

В качестве входной цепи, обеспечивающей согласование входа приемника с волноводом, используется камера разрядника защиты приемника (РЗП) в антенном переключателе.

Преобразователь частоты (смеситель + гетеродин) преобра­зовывает принимаемую частоту в более низкую (обычно 60 МГц) промежуточную частоту, которая усиливается относительно низко­частотными усилителями, которые называются усилителями про­межуточной частоты (УПЧ). УПЧ имеет несколько каскадов, расположенных после преобразователя частоты, в которых проис­ходит основное усиление слабых сигналов, принимаемых от объ­ектов. Детекторный каскад преобразует импульсы, заполненные промежуточной частотой, в видеоимпульсы, которые усиливаются видеоусилителем и поступают на индикатор.

Кроме того, в приемнике имеются схемы регулировки авто­матической подстройки частоты (АПЧ), временной автоматиче­ской регулировки усиления (ВАРУ), малой постоянной времени (МПВ), работа которых рассматривается ниже.

Преобразователь частоты.

 

Преобразователи в приемниках РЛС, обеспечивающие смешение частот сигнала и гетеродина, предназначены для переноса сверхвысоких частот полезных сиг­налов в область более низких (промежуточных) частот для даль­нейшего использования стандартных узлов и блоков приемников.

В качестве преобразователей в РЛС применяются кристалли­ческие детекторы. Недостатком кристаллических детекторов яв­ляется большая чувствительность к перегрузкам, так как площадь контакта между проволочным острием и кристаллом очень мала (10^-6 см²). Поэтому даже небольшой ток вызывает перегрев, а иногда и выгорание кристалла, которое не всегда проявляется как физическое разрушение. Например, возможно резкое повы­шение относительной шумовой температуры. Как дефект детектора это обнаруживается не сразу, но параметры приемника значи­тельно ухудшаются, снижая эффективность РЛС.

 

Причины выгорания:

 

-- просачивание энергии излучаемых им­пульсов,

-- случайное воздействие излучения находящихся близко других РЛС,

-- разряд статического электричества и т. п.

 

В судовых РЛС широкое распространение получили суперге­теродинные приемники, в которых применяется преобразование частоты принимаемых импульсов в промежуточную частоту путем смешивания принимаемой и вырабатываемой частот гетеродина.

В качестве гетеродина применяют отражательные клистроны и полу­проводниковые генераторы (диоды Ганна).

Эффект Ганна заклю­чается в том, что при подведении напряжения, превышающего некоторое критическое значение, к образцу вещества (арсенид галлия) во внешней цепи возникают колебания тока. Это позво­лило создать миниатюрные генераторы СВЧ, которые уже приме­няются в РЛС.

В приемниках судовых РЛС чаще исполь­зуются гетеродины на отражательном клистроне. Частоту, гене­рируемую отражательным клистроном, можно изменять в неко­торых пределах как механически, регулируя объем резонатора, так и электрически, изменяя напряжение на отражателе.

Резонансная система преобразователя сантиметрового диапа­зона представляет собой отрезки волновода. Эхо-сигналы через РЗП поступают в отрезок волновода и далее воздействуют на кристаллический смеситель. Одновременно в отрезок волновода

 

 

преобразователя через штырь связи поступают колебания от гетеродина (рис. 26).

На выходе кристаллического смесителя, сме­шивающего частоты отраженного сигнала и гетеродина, возникает ток ПЧ, который по коаксиальному кабелю передается на пред­варительный УПЧ, а затем на основной.

Для уменьшения влияния шумов гетеродина и ослабления влияния эхо-сигналов на частоту гетеродина в судовых РЛС ис­пользуется балансная схема преобразователя.

 Основой этой схемы является двойной волноводный тройник, через широкую стенку которого поступают отраженные импульсы, а через узкую подво­дятся колебания от гетеродина. В симметричных точках обеих плеч располагаются кристаллические детекторы-смесители. С вы­хода этих детекторов снимаются импульсы ПЧ_ которые затем поступают в УПЧ.

Двойной волноводный тройник характерен тем, что сигналы достигают детекторов, расположенных на одинаковом расстоянии от входа, со сдвигом по фазе, равным 180°, а колебания гетеро­дина поступают на оба детектора в фазе. Это позволяет умень­шить (компенсировать) шумы гетеродина, сохранив полезный сигнал.

 

Балансная схема преобразователя в настоящее время широко применяется в судовых РЛС.

 

⇐ Предыдущая12345678910Следующая ⇒

Поделиться:

Воспользуйтесь поиском по сайту: