Антенно-волноводное устройство РЛС JFS 32 R

 

Канализация энергии СВЧ между передатчиком и антенной осуществля­ется специальной волноводной линией передач. Излучение и прием электромагнитных колебаний производит попе­ременно одна и та же направленная антенна. Подключение передатчика и приемника к антенне в соответствую­щие промежутки времени осуществля­ет антенный переключатель, конструк­тивно располагаемый в блоке СВЧ приемопередатчика. В построении всех этих устройств имеется много общего, поскольку в их основе использован волновод.

Волноводы. Электромагнитная энер­гия от передатчика к антенне и от ан­тенны к приемнику должна переда­ваться с возможно меньшими потерями в линии передачи.

Рис.2. Волноводное устройство: а) вид электрического и магнитного полей; б) вход (выход) колебаний СВЧ в волноводе

В диапазоне сантиметровых волн для передачи энергии применяют ис­ключительно волноводы, представляю­щие собой металлические трубы пря­моугольного или круглого сечения. При соответствующих размерах сечения волновода и хорошо обработанной внутренней поверхности волноводы по­зволяют передавать электромагнитные колебания как большой, так и малой мощности с незначительными потеря­ми.

Электрические силовые линии в волноводах (рис. 2) направлены па­раллельно вибратору, с помощью кото­рого в волновод вводятся (или выво­дятся) колебания, т. е. векторы поля Еперпендикулярны широкой стенке вол­новода и уменьшаются до нуля, при­ближаясь к узким стенкам. Магнитное поле имеет вид замкнутых силовых ли­ний, направленных в каждой точке по вектору λ, густота силовых линий наибольшая у узкой стенки волновода.

Так как электрическое и магнитное поля сосредоточены внутри волновода, то излучение отсутствует и электро­магнитная энергия распространяется по волноводу от одного конца к дру­гому.

Токи высокой частоты протекают только по внутренней поверхности сте­нок волновода, занимая сравнительно большое сечение, поэтому при хорошей электрической проводимости стенок и отсутствии в них неровностей потери на активном сопротивлении невелики.

Длина волны генератора, при кото­рой размер широкой стенки волновода а равен половине длины волны (а = λ /2), называется критической: λкр = 2а.

По волноводу при данном размере широкой стенки могут быть переданы без потерь и все другие колебания длиной волны меньше критической (λ<λ_кр). Так как потери в волноводе уменьшаются при увеличении размера его широкой стенки, то рабочую волну выбирают несколько меньше критиче­ской (или ширину стенки а делают не­сколько больше, чем λ/2). При этом ши­рина узкой стенки b во избежание электрического пробоя между широ­кими стенками не должна быть малой и обычно равна приблизительно поло­вине широкой стенки а.

Распространение радиоволн в вол­новоде происходит при многократном отражении их от стенок, т. е. отлича­ется от характера распространения ра­диоволн в свободном пространстве. Поэтому длина волны в волноводе λ_в не равна длине волны колебаний, по­ступающих в волновод, и определяет­ся из соотношения:

 

 

Рис.3. Ответвление энергии в волноводе

В связи с тем что передача энергии по волноводу возможна только при ус­ловии λ< λ _кр, длина волны в волноводе всегда больше длины волны в генера­торе, питающем волноводе.

 

Связь между волноводами, т. е. ответвление энергии от одного волно­вода к другому, может осуществляться либо с помощью тройников-ответвителей, либо с помощью отверстий и ще­лей в боковых стенках волновода (рис. 3).

Ответвление от широкой стенки (рис. 3, а) равносильно последова­тельному подключению к двухпровод­ной линии двух участков. В этом слу­чае в точках, находящихся на одинако­вых расстояниях от разветвления, на­пряженности электрического поля противоположны по фазе. Ответвление от узкой стенки (рис. 3, б) равносильно параллельному подключению двух уча­стков к двухпроводной линии, поэто­му на обеих сторонах на одинаковых расстояниях от разветвления напря­женности электрического поля совпа­дают по фазе.

В тех случаях, когда возникает не­обходимость подавать энергию в вол­новод через ответвления обоих типов, применяют двойной тройник (рис. 3, в), полностью развязывающий от взаимного влияния ответвления А и Б.

Для уменьшения габаритов, двой­ного волноводного тройника его сим­метричные отростки могут быть отог­нуты под углом 90° в одной плоскости с ответвлением Б       (рис. 3, г).

Иногда энергию ответвляют через щели, прорезанные в боковых стенках волновода (рис. 3, д, е) так, чтобы они располагались в месте наибольше­го сгущения магнитных силовых ли­ний, которые должны быть направле­ны вдоль щели.

Волноводная линия передачи не всегда прямолинейна. На некоторых участках она может иметь изгибы, скручивания и т. д. При большой про­тяженности волноводной линии для уменьшения потерь в ней желательно иметь большое сечение волновода. Для уменьшения габаритов аппаратуры це­лесообразно используются волноводы малого сечения. От волновода больше­го сечения к меньшему сечению или наоборот переходят путем плавного уменьшения (или увеличения) стенок волновода на некоторой его длине. Возможен переход от прямоугольного к круглому сечению и наоборот. Такая конструкция позволяет осуществлять вращающийся переход в антенном устройстве.

Соединение отдельных волноводов друг с другом осуществляют с помо­щью специальных дроссельных флан­цев, благодаря которым предотвраща­ется утечка энергии в месте соедине­ния отдельных секций волновода.

Регулировка уровня колебаний, проходящих через волновод, осущест­вляется с помощью аттенюатора (осла­бителя), который представляет собой диэлектрическую пластину с токопроводящим покрытием, вводимую на раз­личное расстояние от его узкой стенки внутри волновода. Для существенного ослабления отводимых от волновода колебаний их выводят через неболь­шие отверстия (предельные аттенюа­торы).

При попадании в волновод влаги и грязи увеличиваются потери в нем вплоть до полного прекращения передачи энергии, появляется коррозия внутренней поверхности. Поэтому волновод мон­тируют герметически закрытым и он снабжен устройством для его осушки. Если волноводные соединения должны быть жесткими, то для герме­тизации между ними в специальных пазах укладывают резиновые кольца, а сами фланцы стягивают винтами. Во вращающихся волноводных соединени­ях между секциями оставляют зазор, но всю конструкцию закрывают кожу­хом.

Выходы волновода для герметиза­ции закрыты полистироловыми плас­тинками. Для осушки волновода при­меняют влагопоглотительные патроны с селикагелем, вмонтированные в вол­новодные секции небольшой длины.

Антенна. В РЛС JFS32R применяется щеле­вая антенна, обладающая при сравни­тельно небольших габаритах хороши­ми направленными свойствами.

Щелевая антенна (рис. 4) пред­ставляет собой волновод, в стенке ко­торого прорезано несколько одинаковых щелей на равном расстоянии друг от друга. Длину щелей делают прибли­зительно равной половине длины вол­ны излучаемых колебаний. Щели расположены так, что при излучении, они излучают колебания, совпадающие по фазе.

Для получения наиболее эффектив­ного излучения щель расположена вдоль магнитных сило­вых линий волновода на участке с наи­большей напряженностью магнитного поля.

На широкой стенке (рис. 4, а) ще­ли могут располагаться либо поперек волновода на расстоянии друг от дру­га, равном λ_в, т. е. длине волны в вол­новоде, либо на расстоянии λ_в/2 при расположении их в шахматном поряд­ке вдоль оси волновода и смещении от средней линии к стенке.

На узкой стенке могут располагать­ся продольные щели на расстоянии между центрами, равном λ_в, и наклон­ные щели через расстояния, равные λ_в/2. Угол наклона щели относительно оси волновода ≈ 70°.

Щели располагают с наклоном в разные стороны. Они занимают часть широкой стенки, так как размер узкой стенки меньше λ/2. Щели, про­резанные в волноводе таким образом, дают синфазное излучение (плоский фронт волны); такой волновод являет­ся направленной антенной.

Направленность щелевой антенны в плоскости, проходящей через ось вол­новода перпендикулярно его излучаю­щей стенке, тем больше, чем больше количество щелей в волноводе, т. е. чем больше его длина.

При длине волновода не более 3... 3,5 м диаграмма направленности в горизонтальной плоскости на 3,2-сантиметровой волне не уже 0,7°.

 Направленность в плоскости, пер­пендикулярной оси волновода, незна­чительна — фронт волны почти сфери­ческий, поэтому щелевую антенну конструируют совместно с го­ризонтально расположенным рупором (рис. 4, б), сжимающим диаграмму направленности в вертикальной плос­кости до 17°.

В антенне РЛС JFS32R щели отделены друг от друга металлическими перего­родками, образующими своеобразную решетку снаружи волновода. Эти пе­регородки, будучи расположены друг от друга на расстоянии, меньшем кри­тического для данной длины волны, устраняют вертикальную составляю­щую электрического поля излучаемой волны.

Наклонные щели создают некото­рое рассогласование в волноводе и приводят к внутреннему отражению волны. Для согласования в волноводе на конце его размещают поглотитель. Другой конец волновода через фланец соединен с вращающимся волноводным переходом, связанным с приемопере­датчиком. Для герметизации рупор за­крывают с торцов металлическими стенками и на раскрыве — высокоча­стотным диэлектриком.

Вращение антенны осуществляется через замедляющий редуктор от элек­тродвигателя, получающего питание от бортовой сети. В цепи питания элек­тродвигателя предусматривается за­щита от перегрузки или обрыва фазы питающей сети. Включение и выключение вращения антенны производятся с панели управления индикатора.

В антенном устройстве, помимо са­мой антенны, вращающегося волноводного перехода и двигателя с редук­тором, размещаются вращающиеся трансформаторы или другие типы уг­ловых датчиков для передачи курсово­го угла антенны в индикатор и контак­ты отметки курса собственного судна. Для просушки всех устройств, разме­щенных в корпусе антенного устройст­ва, и облегчения работы редуктора при низкой температуре в нем предусмотре­ны спирали подогрева, включаемые по мере надобности из индикатора РЛС.

Антенные переключатели выполня­ются на газонаполненных разрядни­ках и специальных волноводных сек­циях, которые перекрываются или от­крываются под действием импульса передатчика. Благодаря этому энергия СВЧ колебаний направляется (цирку­лирует) в определенную цепь. В связи с этим иногда антенные переключате­ли называют антенными циркуляторами.

Газонаполненный разрядник — это двухэлектродный прибор, наполненный смесью водорода и водяных паров. Электроды имеют форму конусов, расположенных в разряднике с не­большим зазором между ними. При отсутствии напряжения между элек­тродами газ внутри разрядника не ионизирован, прибор имеет большое со­противление, обеспечивая размыкание цепи. При подаче на электроды доста­точно высокого напряжения происхо­дит ионизация газа, разрядник зажи­гается, в результате чего сопротивле­ние прибора резко падает, обеспечивая практически короткое замыкание це­пи. После снижения напряжения про­исходит деионизация газа и цепь раз­рядника вновь разрывается.

Для увеличения чувствительности разрядника и уменьшения времени срабатывания до нескольких сотых до­лей микросекунды он объединен с объемным резонатором, настроенным на используемую в РЛС JFS32R частоту коле­баний СВЧ.

Для устранения короткого замыка­ния источника, питающего поджига­тельный электрод, и для уменьшения тока в поджигающей цепи (что дает возможность увеличить срок работы разрядника) последовательно с под­жигающим электродом включают ог­раничительное сопротивление.

Подключение разрядника к волно­воду осуществляют либо с помощью специальной волноводной секции, либо через щель в объемном резонаторе, подсоединяющую его к узкой или ши­рокой стенке волновода.

Ферритовый антенный переключа­тель представляет собой два прямо­угольных волновода, состоящих из не­скольких секций, связанных между со­бой по узкой стенке, в сочетании с од­ним газонаполненным приемным раз­рядником (рис. 5). Ферритовый пе­реключатель включает: щелевой мост (ЩМ); ферритовую секцию (ФС); двойной свернутый волноводный трой­ник (ДСВТ); поглотитель (на рисунке не показан); газовый разрядник (ГР).

Рис.5. Ферритовый антенный переключатель

Щелевой мост представляет собой отверстие в общей стенке волноводов, регулируемое при помощи специально­го винта при наладке антенного пере­ключателя. Мост обладает следующи­ми свойствами: при поступлении вол­ны из канала 1 мощность ее делится поровну между каналами 3 и 4. Вол­на, идущая по каналу 4, при этом от­стает по фазе на 90° от волны канала 3, так как разность пройденного пути равна λ/4. В канал 2 ответвляется нич­тожно малая доля (несколько сотых) всей мощности канала 1. При подводе энергии по любому из остальных трех каналов вследствие симметрии получа­ется аналогичная картина.

Рис.5. Ферритовый антенный переключатель

Ферритовая секция содержит вну­три ферритовые пластинки, прикреп­ленные к спаянным узким стенкам вол­новода, и имеет снаружи постоянный магнит.

Феррит является магнито-диэлектриком, обладающим высокой магнит­ной проницаемостью и малой электро­проводностью. Под действием попереч­ного внешнего магнитного поля проис­ходит намагничивание ферритовой пластинки, в результате чего фаза про­ходящей через нее электромагнитной волны изменяется. Величина фазового сдвига зависит от напряженности поля постоянного магнита, размеров ферри­та и от направления распространения электромагнитной волны.

В ферритовом антенном переклю­чателе величина и направление поля постоянного магнита, расположение ферритов подобраны так, что при дви­жении волн по каналам 3, 5 и 4, 6 сле­ва направо волна в точке 5 опережает по фазе на 90° волну в точке 6.

При обратном движении, справа налево, волна канала 3 отстает по фа­зе от волны канала 4 тоже на 90°. Это необратимое свойство ферритов, про­являющееся в действии их на фазу проходящей волны, играет основную роль в работе ферритового переклю­чателя. Изменяя направление внешне­го магнитного поля на обратное, мож­но изменить знак фазового сдвига на противоположный.

Двойной свернутый волноводный тройник (см. рис. 5 и 3, г) характе­ризуется тем, что волны, поступающие в фазе из точек 5 и 6, суммируются в ответвителе 7, если же они в противофазе, то суммируются в ответвителе 8. При поступлении волны из точки 7 справа энергия делится поровну меж­ду каналами 5, 3 и 6, 4, не попадая в ответвитель 8.

Поглотитель, подключенный в от­ветвителе 8, поглощает без отражения всю попадающую в него энергию вол­ны.

Газовый разрядник — обычный ши­рокополосный    не настраивающийся разрядник с поджигающим электро­дом, предназначенный для защиты ка­нала приемника.

Работа антенного переключателя происходит следующим образом. При поступлении импульса передатчика в канал 2 энергия колебаний делится пополам между каналами 3 и 4 и, сум­мируясь в ответвителе 7, идет полно­стью в антенну, практически не потребляясь в ответвителях 2 и 8. В точках 5 и 6 фазы колебаний при этом совпада­ют, так как феррит в канале 3 — 5 ком­пенсирует отставание по фазе в кана­ле 2 — 3. Разрядник ГР, находящийся в зажженном состоянии, предохраняет приемник от выхода из строя попада­нием в канал 2 части энергии импуль­са передатчика. Энергия отраженного импульса из антенны в точке 7 развет­вляется на два равновеликих по мощ­ности потока, обеспечивая в точках 5 и 6 одинаковую их фазу колебаний. От­ставание колебаний по фазе на 90° в канале 5 — 3 (относительно канала 6 — 4) и в канале 4 —1 (относительно канала 3 —1) обеспечивает при погас­шем разряднике подачу к приемнику всей энергии отраженного импульса. В канал 2 энергия отраженного им­пульса не поступает, поскольку в точ­ке 2 оба колебания оказываются в противофазе.

При передаче энергии от передат­чика в антенну вследствие обычно име­ющейся несогласованности волновода с антенной происходит многократное отражение импульса от концов волноводного тракта. Эти отраженные мощные импульсы вызывают зажигание приемного разрядника, пе­рекрывая вход приемника на время приема импульсов, отраженных от ближних объектов, т. е. увеличивают мертвую зону РЛС JFS32R.

Импульс энергии, отразившейся от разрядника из канала 1, получает та­кой сдвиг фаз колебаний в обоих кана­лах, что в точках 5 и 6 они оказывают­ся в противофазе. Следовательно, мощ­ность этого импульса полностью погасится в ответвителе 8. Многократного отражения в волноводном тракте не будет и разрядник погаснет, как только окончится импульс, отразившийся от него.

В антенном переключа­теле РЛС JFS32R чувствительность приемного га­зового разрядника резко снижается при снятии с него поджигающего на­пряжения, что происходит при выклю­чении РЛС JFS32R. Поэтому, в выключенной РЛС JFS32R волновод автоматически пере­крывается заслонкой, не допускающей попадания импульсов соседней РЛС JFS32R в приемник.

 

Лабораторная работа №5

 

Тема: Приемное устройство РЛС JFS32R

 

Цель работы.

1.1. Изучить структурную схему и работу приемного устройства РЛС JFS32R, назначение основных узлов.

 

2. Порядок выполнения работы.

2.1. Ознакомиться до прихода в лабораторию с приемным устройством РЛС JFS32R, используя предлагаемую инструкцию, техническое описание РЛС JFS32R и рекомендуемую литературу.

2.2. В лаборатории на РЛС JFS32R ознакомиться с органами управ­ления приемного устройства и расположением основных блоков и узлов.

3. Содержание отчета.

3.1. Записать основные элементы построения приемника РЛС JFS32R.

3.2. Ответы на контрольные вопросы.

 

4. Контрольные вопросы.

4.1. Для чего служит приемник РЛС JFS32R?

4.2. Чем производится УПЧ поступающих из смесителя РЛС JFS32R?

4.3. Почему возникает необходимость подстраивать частоту гетеродина РЛС JFS32R?

Приемник РЛС JFS 32 R

 

Приемник РЛС JFS32R предназначен для преобразования поступающих из антен­ны отраженных от объектов импульсов СВЧ в импульсы промежуточной ча­стоты, усиления импульсов промежу­точной частоты и их детектирование. Кроме того, в приемнике предусматри­вается временная регулировка усиле­ния (ВРУ), укорочение видеоимпуль­сов с помощью дифференцирующей це­пи с малой постоянной времени (МПВ), автоматическая подстройка частоты (АПЧ) и некоторые другие регулировки.

Преобразователь частоты. Преобра­зование частоты в радиолокационном приемнике производится с помощью кристаллических диодных смесителей, размещенных в специальных волноводных секциях, к которым подводятся непрерывные колебания СВЧ от гете­родина и отраженные импульсы из антенны. Гете­родин, смеситель приемника и смеси­тель АПЧ располагаются в одном об­щем блоке СВЧ, в котором конструк­тивно размещен и антенный переклю­чатель.

В качестве маломощного непрерыв­но работающего генератора СВЧ в приемнике используется генератор на диоде Ганна.

Генератор на диоде Ганна. Диод Ганна представляет собой пластину однородного кристалла арсенида гал­лия, подключаемую через контакты к внешней цепи. Под действием постоян­ного напряжения, приложенного к дио­ду, при малой длине полупроводника в нем создается сильное электрическое поле, способствующее возникновению колебаний СВЧ.

Генератор СВЧ на диоде Ганна — это сочетание диода с объемным резо­натором. Частота генератора зависит от длины кристалла, приложенного на­пряжения, объема резонатора и может изменяться как механическим, так я электрическим способом. Существуют генераторы на диодах Ганна в диапа­зоне частот 1... 40 ГГц.

Кристаллический смеситель. Обыч­ные электронные лампы в качестве смесителей на СВЧ применены быть не могут из-за сравнительно большого времени пролета электронов (относи­тельно периода колебаний) и большой межэлектродной емкости самой лампы (ее параллельное подключение к кон­туру понижает частоту собственных колебаний). Кремниевый диод имеет миниатюрные электроды, которые соз­дают малую емкость, несмотря на очень малое расстояние между ними. Работает диод с малым уровнем собственного шума 9 дБ. Вольт-амперная ха­рактеристика диода содержит нелинейный участок, благодаря чему стано­вится возможным смешивание на нем двух частот, одновременно поступаю­щих в цепь диода. Преобразование ча­стоты происходит наилучшим образом (ток разностной частоты в цепи диода при этом максимален), если рабочая точка диода выбрана на нелинейном участке с наибольшей крутизной. Вы­бор рабочей точки обычно осуществля­ется регулировкой уровня колебаний, подводимых от гетеродина.

Колебания промежуточной частоты, равной 60 МГц, выделяют с помощью колебательного контура, настроенного на эту частоту и включенного в цепь диода. Размещается диод в волноводе таким образом, чтобы его внутренний проводник был расположен вдоль си­ловых линий электрического поля под­водимых к волноводу колебаний.

Смеситель на одном диоде. В таком смесителе (рис. 1, а, б) диод, кон­структивно оформленный в виде не­большого патрончика цилиндрической формы, устанавливается внутри волно­вода посредине его широкой стенки. Гнездо, в которое устанавливается ди­од, обеспечивает контакт с обоими вы­водами диода. В данной схеме один вывод соединен с волноводом, т. е. с корпусом, другой — с внутренней жи­лой коаксиального кабеля.

Рис.1. Смеситель на одном диоде: а- устройство; б- схема

Колебания клистрона и отражен­ные импульсы СВЧ из антенны посту­пают в волновод с разных его концов или с одной стороны. Регулировку уровня колебаний клистрона осуществляют аттенюатором, установленным в волноводе, через который они подают­ся (на рис. 1 аттенюатор не изо­бражен). Входной контур УПЧ, на­строенный на промежуточную частоту, при протекании по нему тока разност­ной (промежуточной) частоты f_пч, вы­деляет напряжение промежуточной частоты (U_пч, которое за счет индук­тивной связи поступает на вход перво­го каскада УПЧ.

Усилитель промежуточной частоты. Усиление импульсов промежуточной частоты, поступающих из смесителя, производится многокаскадным транзи­сторным УПЧ, контуры которого на­строены на фиксированную частоту 60 МГц и имеют полосу пропускания до 20 МГц.

Импульсы на входе приемника в зависимости от расстояния до объекта и его отражающей поверхности изме­няются по мощности в 10¹⁰... 10¹² раз (на 100... 120 дБ) или по амплитуде напряжения в 10⁵... 10⁶ раз. Равно­мерное усиление приемника в таком диапазоне входных напряжений иметь не обязательно, так как в индикаторе РЛС используют ЭЛТ, у которых уп­равляющий сигнал превышающий шум в 3... 5 раз, вызывает насыщение яр­кости луча на экране.

В приемнике РЛС JFS32R применяется логариф­мический УПЧ.

Эффективна ВРУ лишь для ослаб­ления помех от моря, уровень которых зависит от дистанции. Если же на дан­ном расстоянии имеются объекты с различными отражающими поверхно­стями, то будут теряться слабые сигна­лы или ограничиваться сильные.

Конструктивно УПЧ (вместе с де­тектором) оформлен в виде отдель­ного хорошо экранированного блока. Количество каскадов УПЧ достигает 8... 10; каждый каскад имеет полосо­вой фильтр, настроенный на промежу­точную частоту. Необходимая широ­кая полоса частот обеспечивается шун­тированием контуров полосовых фильт­ров активными сопротивлениями. Пе­реключение полосы, осуществляемое в приемнике при изменении длительности излучаемых импульсов, осуществляется ее сужением в одном из каскадов.

УПЧ имеет общую регулиров­ку усиления и ВРУ. Общая регу­лировка осуществляется вручную из­менением коэффициента усиления нескольких каскадов УПЧ с помощью соответствующего потенциометра, раз­мещенного на панели управления РЛС. Временная регулировка усиления до­стигается специальной схемой ВРУ, за­пускаемой синхроимпульсом несколько раньше запуска передатчика. Выраба­тывает эта схема импульс экспоненци­альной формы, плавно спадающий до нуля за несколько десятков микросе­кунд (рис. 2). В результате воздей­ствия импульса ВРУ на 2... 3 первых каскада УПЧ их усиление изменяется во времени после излучения импульса передатчиком определенным образом. На время излучения передатчика при­емник запирается (для этого в на­чальной части импульса ВРУ имеется прямоугольный участок с постоянной амплитудой), а затем при спаде им­пульса усиление плавно увеличивает­ся. В результате импульсы, отражен­ные от ближних объектов, усиливают­ся слабее, чем импульсы, отраженные от более удаленных объектов. С помо­щью отдельной ручки «Помехи от мо­ря» или «Волны» можно изменять амп­литуду импульса ВРУ и в каждом кон­кретном случае подбирать вариант наилучшего обнаружения ближних объектов, маскируемых отражением от морских волн.

Детектор МПВ. Детектор радио­локационного приемника (рис. 3, а) преобразует импульсы промежуточной частоты в видеоимпульсы. Амплитуда видеоимпульсов в некоторых пределах пропорциональна амплитуде поступа­ющих импульсов промежуточной ча­стоты. В данной РЛС применяется схема диод­ного детектирования, на которую пода­ются колебания с последнего каскада УПЧ.

 

На рис. 3, б показаны временные диаграммы напряжений на входе де­тектора U и на его выходе U ₂ и после цепи МПВ для трех различных случа­ев: при подаче на входе одиночного от­раженного импульса (положение /), двух сливающихся импульсов (положе­ние //), а также при наложении на от­раженный импульс длительной помехи (положение ///). При двух сливаю­щихся импульсах на входе, например на выходе цепи МПВ, получают два раздельных кратковременных импуль­са положительной полярности, создаю­щих на экране индикатора две раз­дельно светящиеся точки (импульсы отрицательной полярности срезаются диодом VD 2 практически на нулевом уровне, на изображение на экране не влияют).

Цепь МПВ включают в схему по мере надобности. При постоянном ее включении уменьшается амплитуда видеоимпульсов на выходе приемника, поэтому изображение на экране РЛС JFS32R получается менее ярким. Из-за укоро­чения импульсов при дифференцировании береговая черта может иметь раз­рывы и опознавание ее становится за­труднительным.

Логарифмический УПЧ. Усилитель этого типа имеет логарифмическую за­висимость между выходным и входным напряжениями (рис. 4, а). Благода­ря этому при большом диапазоне изме­нения амплитуд входных сигналов на выходе УПЧ амплитуды сигналов из­меняются лишь в несколько раз. Такой УПЧ действует без инерционно, и позво­ляет ослабить как регулярные, так и случайные помехи. Это дает возмож­ность использовать его для уменьше­ния помех от моря и дождя, а кроме того, для лучшего различения объек­тов с различными отражающими свой­ствами.

Применение    логарифмического УПЧ с дифференцирующей цепью, име­ющей малую постоянную времени (МПВ), позволяет снизить уровень от­ражений от моря и дождя до уровня собственных шумов (рис. 4, б). От­ражение от моря и дождя (снега) складывается из множества отдельных отражений в облучаемой площади. Не­прерывное изменение (флюктуация) суммарного уровня такого отраженно­го сигнала подчиняется определенному закону, а именно: среднее квадратическое отклонение флюктуации от сред­него значения сигнала пропорциональ­но среднему значению. На рис. 4, б для диаграммы входного сигнала это дает большой размах ее заштрихован­ной части и большую приподнятость при меньшем расстоянии.

На выходе логарифмического УПЧ среднее квадратическое отклонение флюктуации становится постоянным (равным уровню шумов) и не зависит от среднего значения мешающего отра­жения от моря.

После дифференцирующей цепи с МПВ из выходного сигнала УПЧ ис­ключается постоянная составляющая (удаляется среднее значение), и амп­литуда помех от моря будет при лю­бых расстояниях на одном уровне с шу­мом.

Схема логарифмиче­ского УПЧ с последовательным детек­тированием сигналов отдельных каска­дов усиления и их суммированием (рис. 5 а, б).

Суммарный сигнал выделяется на общей нагрузке R_н, с которой поступает на дифференцирую­щую цепь с малой постоянной време­ни.

Линия задержки позволяет всем импульсам с выхода диодов VD 1 — VD_n приходить к нагрузке одновременно (учитывается задержка в каждом кас­каде УПЧ). Амплитудная характери­стика каскадов линейна для малых амплитуд и имеет ограничение при ка­ком-то значении £₀гр. Следовательно, импульсы большой амплитуды ограни­чиваются и на сумматор поступают с одинаковой амплитудой, равной £₀гр. Входные импульсы различной ампли­туды (в большом диапазоне измене­ния) ограничиваются в различных кас­кадах УПЧ (самый слабый — в пос­леднем, самый сильный — в первом), и прирост амплитуды выходных импуль­сов при большой амплитуде происхо­дит в меньшей степени, чем при малой амплитуде. В результате амплитудная характеристика состоит из отдельных линейных участков с постепенно умень­шающимся наклоном (см. рис. 4, а), приближаясь по форме к логарифми­ческой характеристике.

Автоматическая подстройка часто­ты. Изменение частоты магнетрона и гетеродина в процессе работы, вызван­ное изменением температуры или пи­тающих напряжений, приводит к изме­нению промежуточной частоты. В ре­зультате этого коэффициент усиления УПЧ, настроенного на номинальную промежуточную частоту, может так сильно уменьшиться, что импульсы на выходе приемника будут иметь очень малую амплитуду или совсем отсутст­вовать. Поэтому возникает необходи­мость подстраивать частоту гетеродина.

Генератор на диоде Ганна имеет возможность подстраивать частоту либо механическим, либо электрическим способом. Механическая подстройка частоты гетеродина производится обычно при его замене или смене магнетрона. Осуществляется она измене­нием частоты объемного резонатора непосредственно в блоке СВЧ приемо­передатчика. Электрическая подстрой­ка производится изменением напряже­ния, дистанционно с панели управле­ния индикатора РЛС.

Для осуществления АПЧ применя­ют специальную схему, которая изме­няет частоту клистрона таким обра­зом, чтобы промежуточная частота всегда оставалась постоянной.

Схема АПЧ работает обычно от собственного смесителя СМ(рис. 6, а). К смесителю АПЧпоступают не­прерывно вырабатываемые колебания гетеродина Гс частотой f _r и импульс­ные колебания магнетрона с частотой f_м, ослабленные до уровня, не опасного для смесителя. Применение отдельно­го смесителя АПЧ обеспечивает неза­висимость работы схемы АПЧ от уров­ня отраженных импульсов.

Импульсы промежуточной частоты, полученные на выходе смесителя, по­ступают в УПЧ, где усиливаются двумя-тремя каскадами, а затем подают­ся на дискриминатор Д— частотный детектор.

Дискриминатор представляет собой детектор, вырабатывающий видеоим­пульсы, полярность и амплитуда кото­рых зависят от знака и величины от­клонения (расстройки) промежуточ­ной частоты f_{п. ч.} = f_r — f_м относительно ее номинального значения. Если про­межуточная частота не равна ее номи­нальному значению, то на выходе дис­криминатора появляются импульсы либо положительной полярности при f_{п. ч}< f_{п. ч. ном.} либо отрицательной при f_{п. ч.} > f_{п. ч. ном.}.Амплитуда этих импуль­сов при расстройке в пределах не­скольких мегагерц от номинального значения промежуточной частоты воз­растает, а затем падает. Амплитуда импульсов на выходе дискриминатора равна нулю, если f_{п. ч.} = f_{п. ч.} ном, а так­же при очень значительной расстройке (рис. 6, б). Вблизи от точки f_{п. ч.}= f_{п. ч. ном.} характеристика линейна и при переходе через эту точку напря­жение на выходе дискриминатора ме­няет знак.

Если на вход дискриминатора по­дается синусоидальное напряжение с частотой            f_{п. ч.} ≠ f_{п. ч. ном.} в виде периоди­чески повторяющихся радиоимпульсов с частотой повторения РЛС, то на вы­ходе дискриминатора появятся видео­импульсы, амплитуда и полярность ко­торых зависят от знака и величины расстройки подводимой промежуточ­ной частоты от ее номинального зна­чения. В некоторой полосе слежения зависимость получается линейной.

После усиления импульсов дискри­минатора видеоусилителем они посту­пают в исполнительную схему И, кото­рая преобразует эти импульсы в посто­янное напряжение, управляющее час­тотой гетеродина. Исходное напряже­ние, подаваемое на гетеродин, устанав­ливается потенциометром РПЧтаким образом, чтобы работа схемы АПЧ происходила в пределах полосы слеже­ния. При этом малейшие отклонения частоты от номинального значения от­слеживаются схемой, и промежуточ­ная частота сохраняется всегда посто­янной и равной 60 МГц.

Качество подстройки частоты при­емника всегда может быть проверено с помощью контрольных приборов РЛС JFS32R или непосредственно по изображению на ее экране. В слу­чае неисправности схемы АПЧ пере­ходят на ручную подстройку, добива­ясь наиболее качественного изображе­ния на экране окружающей обстанов­ки с максимальной дальностью обна­ружения удаленных объектов.

 

 

Лабораторная работа №6

 

Тема: Принцип работы и эксплуатация САРП «Бриз-Е»

 

Цель работы.

1.1 Ознакомится с принципом обработки радиолокационной информации в САРП и технической реализации "Бриз - Е".

 

Порядок выполнения работы.

2.1 До прихода в лабораторию изучить методическое пособие.

2.2 В лабораторных условиях включить «Бриз – Е» в режим "Тренажера" и вы­полнить все режимы указанные в методпособии.

 

Содержание отчета.

3.1 Нарисовать упрощенную функциональную схему "Бриз - Е".

3.2 Описать принцип проигрывания маневра

 

4. Контрольные вопросы.

4.1 Объясните в чем заключается принцип математической обработки радио­локационной информации в САРП.

4.2 Перечислите технические и эксплуатационные характеристики "Бриз - Е".

4.3 Объясните, что входит в первичную и вторичную радиолокационную ин­формацию.

4.4 Объясните назначение отдельных узлов в функциональной схемы "Бриз-Е".