книги из ГПНТБ / Учебник радиометриста флота учебник для школ и учебных отрядов ВМФ

шение энергии в каналах моста и величина фазового сдвига между ними определяются размером окна связи.

Направленные ответвители используются для измерения мощности, коэффициента бегущей волны и для связи волново­ дов с измерительными приборами. Направленный ответвитель пропускает на измерительный прибор небольшую часть энергии волны, распространяющейся в одном направлении, и не пропу­ скает энергию волны, распространяющейся в обратном направ-

0°.	0,5Р 0°.
	0,5Р -^0°

Рис. 187. Волноводно-щелевой мост

лении.'Принцип действия двухщелевого направленного ответви­ теля поясняется рис. 188. При распространении электромагнит­ ной энергии вдоль основного волновода каждая из щелей связи возбуждается. Волны, возбуждаемые щелями, совпадают по фазе и складываются при распространении волны в основном волно­ воде слева направо (рис. 188, а). Влево от щелей волны не рас­ пространяются, так как они оказываются противофазными и взаимно уничтожаются. Волна, движущаяся в основном волно­ воде справа налево, передается в ответвительный волновод в

Рис. 188. Направленный ответвитель

этом же направлении и поглощается согласованной нагрузкой (рис. 188, б). Такой направленный ответвитель является узко­ полосным. Широкополосные направленные ответвители выпол­ няются многощелевыми. Направленный ответвитель является одновременно ослабителем с постоянным коэффициентом зату­ хания и применяется в качестве предельного аттенюатора.

Аттенюатор с регулируемым коэффициентом затухания пред­ ставляет собой отрезок волновода, внутри которого параллель­ но узкой стенке расположена подвижная диэлектрическая пла­ стина с нанесенным на ее одной стороне графитовым слоем. Максимальное затухание будет в том случае, когда пластина расположена на середине широкой стенки волновода.

190

§6. Антенные переключатели

Врадиолокационных станциях, работающих в импульсном режиме, одна и та же антенна используется для излучения и

приема электромагнитных волн. Для подключения антенны к приемнику или передатчику служит антенный переключатель. Принцип коммутации заключается в том, что при работе пере­ датчика автоматически запирается вход приемника, а при при­

еме запирается вход передат­
чика.		переключатели
Антенные
должны обладать большим бы­
стродействием (около 0,01 мкс.)
и передавать импульсные мощ­
ности	до	нескольких мега­
ватт. Принцип действия таких
антенных переключателей			ос­
нован	на	использовании
свойств отрезков длинных ли­
ний или объемных резонаторов,				Рис. 189. Антенный переключатель
работающих		совместно с газо­
выми разрядниками.			схема	антенного переключателя мет­
' На	рис. 189 приведена

рового диапазона, в котором используются отрезки открытой двухпроводной линии. На некотором расстоянии от передатчика в точках аа подключается полуволновой закороченный шлейф ад. В середине шлейфа подключен газовый разрядник Р ь а в точках вв — ответвление линии к приемнику. На расстоянии в четверть волны от начала ответвления включается второй раз­ рядник Р2. Длина отрезка ав равна четверти длины волны.

Во время генерации мощный высокочастотный импульс про­ бивает оба разрядника. Пробой разрядника Р\ вызывает корот­ кое замыкание в точках бб. Входное сопротивление четверть­ волнового закороченного отрезка аб будет очень большим, и в сторону шлейфа аб энергия ответвляться не будет.

, Разрядник Р2 аналогично заблокирует вход приемниками, и высокочастотная энергия в приемник не пойдет, так как в точках вв будет очень большое сопротивление. Четвертьволно­ вой отрезок ав окажется разомкнутым на конце, и его вход­ ное сопротивление в точках аа будет близким к нулю. Таким образом, энергия импульса передатчика от точек аа пойдет только в сторону антенны.

После окончания действия импульса передатчика разрядни­ ки потухнут, а отраженный от цели сигнал, распространяющий­ ся по линии в обратном направлении, не сможет зажечь разряд­ ники. Сопротивление разрядников будет очень большим, и они не будут оказывать никакого воздействия на линию.

191

Полуволновой закороченный шлейф ад обладает малым входным сопротивлением. Поэтому сопротивление в точках аа будет близко к' нулю. Отрезок ав в точках вв будет иметь боль­ шое сопротивление в сторону передатчика (как короткозамкну­ тый в точках аа), и сигнал в сторону передатчика не пойдет.

Входное сопротивление разомкнутого отрезка вг в точках

вв в сторону приемника будет очень малым, и принятый антен­ ной сигнал беспрепятственно поступит на вход приемника. Так как горящий разрядник Р2 при работе передатчика не в состоя­ нии обеспечить полную блокировку входа приемника, то часть энергии просачивается в приемник и после усиления появля­ ется на экране индикатора в виде зондирующего импульса. Эта метка принимается за начало отсчета дальности.

Мощный высокочастотный сигнал, просочившийся на вход приемника, может вывести из строя приемник. Поэтому в це­ лях уменьшения мощности энергии, просочившейся на' вход приемника, разрядник Р% включается в линию приемника до­ полнительно через четвертьволновой трансформатор сопротив­ ления в точках гг (рис. 190). Из рисунка видно, что напряже­ ние в точках гг меньше, а ток больше, чем на самом разряд­ нике. Следовательно, сопротивление высокочастотному сигналу в точках гг будет меньше сопротивления горящего разрядника.

Для дециметрового диапазона волн схема антенного пере­ ключателя аналогична, но выполняется на отрезках коаксиаль­ ной линии.

В сантиметровом диапазоне антенный переключатель пред­ ставляет собой волновод (рис. 191, о, б),.в узкую стенку кото­ рого включен разрядник защиты приемника (плечо 3), а в ши*- рокую — разрядник блокировки (плечо 4).

Волновод оканчивается согласованной нагрузкой, которая поглощает просочившуюся энергию при пробитых разрядниках в режиме передачи (плечо 2). В режиме приема энергия от ан­ тенны поступает только на вход приемника (рис. 191, е).

§7. Необратимые и невзаимные элементы

Влиниях передачи нашли применение невзаимные элемен­ ты — устройства, передающие энергию СВЧ только в одном на­ правлении. В них в качестве диэлектрика используются анизо­ тропные материалы, свойства которых различны для волн раз­ личных направлений. Наиболее часто в качестве анизотропного материала используется намагниченный феррит.

Феррит^ магнитодиэлектрик с кристаллической структу­ рой, напоминающей по внешнему виду керамику. Анизотропия намагниченного феррита проявляется в том, что волны с раз­ личным направлением вращения плоскости поляризации рас­ пространяются в феррите с различными фазовыми скоростями и по-разному поглощаются.

192

Приемник

-4—Г 1го Ош

	I
К передатчику	К антенне

а

Рис. 190. Автотрансформаторное включение разрядника

Режим передачи

___I ♦ \а %аа

1------' 2

________ А______

W ~

Режим приема

в

б

Рис. 191. Антенный переключатель в волноводах

б

Рис. 192. Необратимые элементы линии передачи:

а — схем а ф ерритового ц и р кул я то р а ; б — невзанм ны й вращ ател ь ( Н В ); а — невзаим ны й ф азовращ атель (Н Ф )

7—80

193

В линиях передачи, заполненных ферритом, наиболее часто используются следующие эффекты:

—невзаимный (т. е. разный для прямых и обратных волн) поворот плоскости поляризации;

—невзанмное фазовое запаздывание;

—невзаимное поглощение.

Невзаимный вращатель (вентиль) поворачивает плоскость поляризации волны, используя явление поворота плоскости по­ ляризации ОВЧ — волн в ферроматериалах, помещенных в по­ стоянное магнитное поле, совпадающее по направлению с рас­ пространением волны. Вращатель этого типа представляет со­ бой отрезок круглого волновода, в центре которого размещен продольно-намагниченный ферритовый стержень (рис. 192, б). Изменение наклона плоскости поляризации осуществляется из­ менением подмагничпвающего тока в катушке.

Невзаимный фазовращатель обеспечивает невзаимное запаз­ дывание волн. Наиболее удобны фазовращатели в виде отрез­ ка прямоугольного волновода с поперечно-намагниченной фер­ ритовой пластиной (рис. 192, в). Разница фазовых запаздыва­ ний для волн противоположного направления определяется. ве­ личиной подмагничпвающего поля.

Невзаимныи поглотитель по-разному поглощает прямые и обратные волны и применяется в качестве ферритовой развязки

прямой и отраженной волн. При этом		прямая волна	проходит
с малым ослаблением.
Ферритовый циркулятор (переключатель) является невзаим­
ным	волноводным устройством с	несколькими	плечами
(рис.	192, а). Если питать его со стороны плеча 1, то сигнал по­

ступает в плечо 2. При питании его со стороны плеча 2 сигнал поступит в плечо 5, а не в плечо 1 пли 4, и т. ,д. Таким образом, прохождение сигнала в циркуляторе определяется схемой

1—2—3 - 4 — 1.

Циркулятор можно использовать в качестве антенного пе­ реключателя, если передатчик подключить к плечу 1, антенну — к плечу 2, приемник — к плечу 3, а к плечу 4 — согласованную поглощающую нагрузку.

Если к плечам 1 и 2 подключить генератор и нагрузку, а к плечам 3 и 4 согласованные нагрузки, то циркулятор можно ис­ пользовать в качестве однонаправленного поглотителя согла­ сующего устройства.

Глава 2

ПЕРЕДАЮЩИЕ УСТРОЙСТВА РЛС

§ 1. Общие сведения о передающем устройстве

Передающее устройство радиолокационной станции преоб; разует энергию низкой частоты источника питания в кратковре­ менные импульсы высокой частоты и большой мощности для последующего излучение их в пространство через антенно-фи­ дерное устройство (АФУ). Оно обычно состоит из схемы запу­ ска, модулятора, подмодулятора (ПМ), генератора СВЧ, источ­ ника питания (ИП) (рис. 1193).

Схема запуска предназначена для координации работы бло­ ков и схем РЛС. Она вырабатывает короткие импульсы напря­ жения длительностью в несколько микросекунд. Частота их за­ висит от дальности действия РЛС.

Подмодулятор (ПМ) служит для усиления импульсов схе­ мы запуска перед подачей их на модулятор.

Модулятор управляет работой генератора СВЧ в импульс­ ном режиме. Он вырабатывает короткие прямоугольные импуль­ сы напряжения заданной длительности и амплитуды, которые обычно имеют длительность от долей микросекунд до несколь­ ких микросекунд, а амплитуду — до нескольких десятков кило­ вольт. Для формирования таких импульсов в импульсных мо­ дуляторах (ИМ) используются накопительные и коммутирую­ щие устройства. ■

Генератор СВЧ вырабатывает кратковременные импульсы электрической энергии сверхвысокой частоты и большой мощ­ ности. Длительность генерируемых им импульсов значительно меньше паузы. Это позволяет использовать генераторы СВЧ в форсированном режиме и получать от них импульсные мощ­ ности, во много раз превышающие те, которые от них можно было бы получить при непрерывной работе.

Источником питания (ИП) для передающего устройства обычно является высоковольтный выпрямитель, преобразующий электрическую энергию агрегата питания РЛС в энергию по­ стоянного тока высокого напряжения. Кроме того, в состав передающего устройства входят элементы защиты и контроля.

7*

195

Принцип действия передатчика импульсной РЛС заключа­ ется в том, что за время паузы накопительное устройство заря­ жается от высоковольтного выпрямителя (ИП). При поступле­ нии импульса от схемы запуска срабатывает коммутирующее устройство и накопительное устройство быстро разряжается. В

Рис. 193. Блок-схема однокаскадного импульсного	i
передатчика

процессе разряда накопительного устройства через коммути­ рующее устройство на генератор СВЧ кратковременно подается высокое напряжение. В это время генератор СВЧ формирует импульс напряжения сверхвысокой частоты и большой мощно­ сти для излучения через АФУ. Этот процесс повторяется с по­ ступлением каждого импульса от схемы запуска.

§ 2. Ламповые генераторы

Генерация колебаний сверхвысокой частоты в диапазоне метровых и дециметровых волн осуществляется ламповыми ге­ нераторами с самовозбуждением, работающими на общих прин­ ципах, изложенных ранее.

В настоящее время в генераторах метровых волн использу­

ются лампы, специально	разработанные для этого	диапазона.
В них инерция движения	электронов проявляется	настолько

слабо, что ею можно пренебречь. Но междуэлектродные емко­ сти и индуктивности выводов входят в состав колебательной системы генератора. Генераторы метровых волн собираются по однотактным и двухтактным, преимущественно трехточечным, схемам с емкостной обратной связью. Внешняя часть колеба­ тельной системы составляется из двух реактивных сопротивле­ ний X 1 и Х2 (рис. 194), которые на наиболее коротких метровых волнах могут быть в виде отрезков двухпроводных короткозам­ кнутых линий.. Общий электрод в этих схемах, как правило, заземляется. На рис. 194, в изображена наиболее распростра­ ненная в генераторах УКВ однотактная схема с общей сеткой. Достоинством этой схемы является малое влияние регулировки

обратной связи на частоту генерируемых колебаний.		В	свою
очередь регулировка	частоты генератора почти не отражается
на обратной связи.	В схеме, изображенной на рис.	195,	сетка

196

заземлена через конденсатор С3 и резистор сеточного автосме­ щения /?с _ Между анодом и сеткой включен четвертьволновой

отрезок короткозамкнутой двухпроводной линии, являющейся реактивным сопротивлением Изоляцию по высокой частоте катода от корпуса (шасси) осуществляют дроссели Д р н в цепи

Рис. 194. Подключение реактивных сопро­ тивлений в трехточечных схемах генерато­ ров. метрового диапазона:

а — с общим катодом; б — с общим анодом; 0 — с общей сеткой

накала, играющие роль внешнего сопротивления Х2. Дроссели включены параллельно через блокировочные конденсаторы С4 и С5, поэтому общая индуктивность их в два раза меньше. Кон­ денсатор С4, кроме того, выравнивает высокочастотные потен­ циалы обоих концов нити накала.

Рис. 195. Схема однотактного генератора метровых волн

собщей сеткой:

а— принципиальная; б — эквивалентная с учетом внутрнламповых емкостей и индуктивностей выводов

На рис. 195, б показана эквивалентная схема генератора с общей сеткой с учетом внутриламповых емкостей и индуктив­ ностей выводов. Индуктивность сеточного вывода Lc очень ма­ ла и ею можно пренебречь. Тогда схема превращается в двух­ контурную трехточечную схему, в которой частота колебаний регулируется изменением параметров анодно-сеточного конту­

197

ра. Обратная связь регулируется изменением величины общей индуктивности дросселей накала. На более длинных метровых

волнах с этой целью параллельно дросселям

накала подключа-

15

Еа

ется

конденсатор

переменной

емко­

а

4

1

сти Сос-

и усилителях

- г .У

В автогенераторах

1

1

^бп

дециметровых

волн

используются

триоды с дисковыми выводами элек­

: 2

1

тродов. Для получения больших

колебательных

мощностей применя­

ются

тетроды.

Они собираются по

однотактным

схемам

с общей

сет­

кой. В качестве внешних элементов

колебательных схем автогенераторов

используются короткозамкнутые от­

резки

коаксиальных

линий

с

воз­

душным диэлектриком и объемные

резонаторы. Лампы с дисковыми вы­

водами при соединении с ними со­

ставляют как бы одно целое.

конст­

На рис. 196 изображено

руктивное выполнение генератора с

общей сеткой на металлокерамиче­

Ен

Х С*

ском

триоде.

Колебательная

систе­

ма состоит из

двух

коаксиальных

Рис. 196. Генератор с

общей

линий: анодно-сеточной 10 и И и се­

сеткой на

металлокерамической

точно-катодной 11 и 12. Линии пред­

лампе:

ставляют собой три цилиндрических

1 — радиатор;

2 — вывод

анода;

3 — изоляционная

прокладка;

4 —

провода,

вложенных

один

в

дру­

паз

охлаждения; 5 — вывод

управ­

гой.

ляющей сетки;

6 — вывод

катода и

связь создается

через

инти

накала;

8 — щель

обратной

Обратная

нити

накала;

7 — второй

вывод

щель 8 в средней трубке И и

регу­

связи; 9 — штырь

емкостной

связи

с потребителем; 10,

II и

12

— труб­

лируется в некоторых пределах пе­

ки коаксиальных линий; 13

и

14 —

стоты и обратной связи;

15 — со­

ремещением поршня 14. Колебатель­

поршни (плунжеры) настройки ча­

ная мощность отводится из

анодно­

единительный провод, эквивалент­

ный

индуктивности

анодного дрос­

сеточного

контура с

помощью

ем­

селя

костей связи через штырь 9.

Частота колебаний генератора регулируется перемещением

поршня 13 в анодно-сеточной линии.

анодом и внешней труб­

Изоляционная

прокладка 3 между

кой образует разделительный конденсатор. Индуктивнрсть про­ вода 15, соединяющего положительный полюс анодного источ­ ника тока с анодом, заменяет блокировочный дроссель. На управляющую сетку лампы подается напряжение смещения с ре­ зистора -Як-

Стабильность частоты ламповых генераторов СВЧ высокая.. К-п.д. их составляет 40—60% на волнах до 30 см и более низ­ кий на волнах меньшей длины.

198

§ 3. Магнетронные генераторы

Магнетроном называется автогенератор синусоидальных ко­ лебаний СВЧ, в котором электронный поток управляется с по­ мощью электрического и магнитного полей.

Конструкции магнетронов различные, но в радиолокационных устройствах сантиметрового диапазона волн наиболее распрост­ раненным является многорезонаторный магнетрон.

У с т р о й с т в о		м а г н е т р о н а . Многорезонаторный магнет­
рон,	конструкция	которого схематически	изображена на
рис.	197, а, имеет два электрода: анод и катод.

Анод представляет собой массивное медное кольцо, в кото­ ром располагаются объемные резонаторы. На наружной сторо­ не кольца имеются ребра для лучшего охлаждения анода. На волнах длиннее 3 см применяются магнетроны с цилиндриче­ скими резонаторами. Резонаторы соединены вертикальными ще­ лями с пространством взаимодействия (между катодом и ано­ дом). На волнах короче 3 см применяются анодные блоки с ло­ паточными и реже со щелевыми резонаторами (рис. 197, б, в). Число резонаторов всегда четное (от 6-—8 до 30—40). Оно уве­ личивается с укорочением длины рабочей волны магнетрона.

Колебания СВЧ, вырабатываемые магнетроном в объемных резонаторах, передаются к нагрузке через выходное устройство. На сантиметровых (или дециметровых) волнах для этой цели используется петля связи, располагаемая в одном из резона­ торов (рис. 197, а). Петля соединяется с коаксиальной линией или волноводом, отводящим колебательную мощность к антен­ не. Через пространство взаимодействия все резонаторы анод­ ного блока связаны между собой, поэтому при размещении петли связи в одном из них энергия отбирается от всех резона­ торов. В магнетронах, работающих на волнах короче 3 см, коле­ бательная мощность отводится к нагрузке через волновод, свя­ занный с резонатором дифракционной щелью, так как при ма­ лых размерах резонаторов вывод энергии петлей связи встре­ чает большие конструктивные трудности.

Во всех современных многорезонаторных магнетронах ис­ пользуются колебания типа тс. В этом случае колебания в двух

соседних резонаторах сдвинуты по фазе	на 180°, а колебания
в резонаторах, расположенных через один,	синфазны.

Катод магнетрона располагается в середине анодного блока. В магнетронах используются оксидные катоды цилиндриче­ ской формы с большой удельной эмиссией. Плотность тока эмиссии катода достигает 90—100 А/см2 за счет явления вто­ ричной эмиссии. Поэтому для увеличения срока службы като­ дов во многих магнетронных генераторах применяются устрой­ ства, которые при работе магнетрона уменьшают ток накала или вообще снимают напряжение накала. Катод укрепляется на опорах, которые одновременно служат выводами к источнику

199