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

коммутатор

Р и с .	2 1 5 . С х е м а	м а г н и т н о г о м о д у л я т о р а
с	е м к о с т н ы м '	н а к о п и т е л е м э н е р г и и

Р и с . 2 1 6 .	Г р а ф и к и , и л л ю с т р и р у ю щ и е		Р и с . 2 1 7 . С х е м а т р е х к а с к а д н о г о м а г -
п р о ц е с с	ф о р м и р о в а н и я	и м п у л ь с а в	н и т н о г о м о д у л я т о р а с и с к у с с т в е н н о й
м а г н и т н о м м о д у л я т о р е			л и н и е й

2 2 0

тивность сердечника резко уменьшается вследствие насыщения (—5цас) и накопительный конденсатор С быстро разряжается

через ИТ, создавая на его	нагрузке	R ■импульс напряжения ин
(рис. 216, г).
В магнитном модуляторе по простейшей схеме крутизна
фронта сформированного	импульса	получается недостаточ­

ной. Поэтому на практике применяются многокаскадные маг­ нитные модуляторы. Схема трехкаскадного магнитного модуля­ тора показана на рис. 217.

Заряд и разряд конденсатора С\ происходят, как в простей­ шем модуляторе. Конденсатор С[ разряжается на С2, а за­ тем С2 заряжает ИЛ, которая в свою очередь разряжается через ИТ п питает генератор СВЧ при насыщении сердечника коммутирующего дросселя.

Так как индуктивности коммутирующих дросселей уменьша­ ются от каскада к каскаду, то соответственно будут умень­ шаться длительности разрядов и увеличиваться разрядные токи. Поэтому в многокаскадном магнитном модуляторе оказывается возможным формировать импульсы с крутыми фронтами и длительностью в десятые доли микросекунды с импульсной мощностью в десятки мегаватт. Магнитные модуляторы имеют к. п. д. примерно в два раза больше к. п. д. ламповых модуля­ торов. Они обладают высокой надежностью, постоянной готов­ ностью к работе и высокой механической прочностью.

Г л а в а 3

ПРИЕМНЫЕ УСТРОЙСТВА РЛС

§ 1. Общие сведения о приемных устройствах

Приемное устройство РЛС предназначено для усиления ма­ ломощных радиоимпульсов, отраженных от различных объек­ тов, н преобразования их в вид, удобный . для наблюдения. Качество приемника определяется его параметрами, основными из которых являются чувствительность, коэффициент усиления, полоса пропускания, избирательность и уровень собственных шумов.

Чувствительность приемника — это способность его воспри­ нимать слабые отраженные радиоимпульсы, приходящие от дальних целей. Она, характеризуется минимальной мощностью или э. д. с. сигнала на входе приемника, при которой на выходе его получается напряжение, достаточное для получения на ин­ дикаторном устройстве отметки цели. Чем меньше напряжение (или мощность) может воспринять приемник и усилить до необ­ ходимой величины, тем выше чувствительность и тем больше дальность действия РЛС.

Коэффициент усиления приемника К — это отношение на­ пряжения усиленного сигнала на выходе приемника uabIX к на­ пряжению этого сигнала на входе приемника «Вх- Коэффициент усиления . приемников современных радиолокационных станций достигает 106—1014 и выше.

Избирательностью приемника называют его способность вы­ бирать необходимый сигнал из всей совокупности сигналов и помех, поступающих на вход приемника. Она осуществляется за счет резонансных свойств контуров и объемных резонаторов приемника.

Полоса пропускания приемника — это диапазон частот, рав­ номерно' усиливаемый его каскадами. Она определяется раз­ ностью частот f1 и f2, для которых коэффициент усиления со­ ставляет 0,707 Кмакс (рис. 218).

Чем шире полоса пропускания приемника, тем меньше иска­ жений претерпевают в нем усиливаемые сигналы. Расширяют

2 2 2

полосу пропускания путем уменьшения добротности резонанс­ ных колебательных контуров усилителя. Однако расширение полосы пропускания приводит к усилению внутренних шумов и помех, снижению чувствительности и избирательности прием­ нику. Поэтому полоса пропускания выбирается с учетом сохра­ нения достаточно хорошей формы импульса при необходимой чувствительности и избирательности приемника.

Собственные шумы приемника создаются флуктуационными токами в проводниках и электронных лампах за счет хаотиче­ ского (теплового) движения электронов и носят случайный ха­ рактер. С увеличением температуры скорость хаотического дви­

жения электронов в проводниках	повышается,	что	приводит
к еще большему уровню шумов.
Электронные лампы являются основным источником шумов.
Наличие неравномерности эмиссии	катодов, а	также	наличие

на пути электронов одной или нескольких сеток приводит к слу­ чайному перераспределению тока между электродами и увели­ чению шума. Поэтому многосеточные лампы создают шумы больше, чем триоды. Существуют и другие, менее существенные причины образования собственных шумов приемников.

Коэффициент усиления приемника ограничивается внутрен­ ними шумами приемника, которые усиливаются.вместе с полез­ ным сигналом, поэтому предельная чувствительность приемника определяется превышением величины полезного сигнала над шу­

мами во’ входных каскадах.	Чем больше отношение, сигнал!шум
на входе приемника, тем	больше его чувствительность. Так

как всякое увеличение чувствительности и расширение полосы пропускания приемника ведут к увеличению уровня его шумов, то создать приемник, удовлетворяющий всем требованиям, не­ возможно вследствие противоречивости требований.

Приемники радиолокационных станций обнаружения обла­ дают высокой чувствительностью и сравнительно узкой полосой пропускания. Приемники станций управления оружием имеют широкую полосу пропускания и меньшую чувствительность.

223

Уровень собственных шумов приемника характеризуется ко­ эффициентом шума N. Он показывает, во сколько раз отноше­

	ние мощности сигнала к мощности шума			на входе	приемника
	больше, чем на выходе,		так как по мере прохождения сигнала
			к выходу приемника это отношение
			уменьшается.
			Коэффициент шума приемника оп­
			ределяется его входной цепыо и двумя-
			тремя первыми	каскадами, так		как
			их шумы усиливаются всеми его кас­
			кадами одновременно с полезным сиг­
			налом.
			На экране индикатора шумы хао­
			тически «размывают» линию разверт­
			ки и образуют так называемую шумо­
	Рис. 219. Сигналы на фоне		вую дорожку (рис. 219).		Чтобы выде­
			лить отраженный сигнал и распознать
	шумовой дорожки на экране
	индикатора:		его на индикаторе от радиолокацион­
	1 — зондирующий	сигнал; 2 —	ного приемника,	требуется обеспечение
	шумовая дорожка;	3 — ответный	амплитуды отраженного сигнала,			пре­
	сигнал

вышающей уровень шумов.

Наиболее полно отвечают предъявленным к приемникам тре­ бованиям схемы супергетеродинных приемников. В них колеба­ ния СВЧ принятого сигнала преобразуются в колебания другой частоты, называемой промежуточной. Промежуточная частота (обычно 15—100 МГц) значительно ниже рабочей частоты стан­ ции, что позволяет усиливать сигнал промежуточной частоты, без применения специальных высокочастотных ламп и контуров.

Функциональная схема типового приемного устройства РЛС показана на рис. 220.

От антенны

Рис. 220. Функциональная схема радиолокационного приемника

Входная цепь служит переходным звеном от приемной антен­ ны к первому каскаду приемника. С помощью входной цепи на входе первого каскада стараются получить возможно большее превышение напряжения сигнала над уровнем внутренних шумов.

Усилитель высокой частоты (УВЧ) используется для предва­ рительного усиления сигнала на рабочей частоте станции в тех

'224

случаях, когда его применение повышает отношение сигнал/шум на входе преобразователя частоты.

Преобразователь частоты осуществляет преобразование ра­ диоимпульсов высокой частоты /с в радиоимпульсы промежуточ­ ной частоты fn. ч- Он состоит из смесителя и гетеродина.

Усилитель промежуточной частоты (УПЧ) усиливает радио­ импульсы промежуточной частоты до величины, необходимой для нормальной работы детектора. В этом усилителе происходит основное усиление принимаемых сигналов. Коэффициент уси­ ления УПЧ может доходить до сотен тысяч, а число каскадов — до И2 и более.

Детектор преобразует радиоимпульсы в видеоимпульсы. Видеоусилитель (<ВУ) служит для увеличения амплитуды ви­

деоимпульсов до величины, необходимой для работы индика­ тора.

• Радиолокационные приемники работают на фиксированной частоте. Однако нестабильность работы генератора СВЧ пере­ датчика, гетеродина, разброс параметров ламп преобразователя изменяют промежуточную частоту, что ухудшает работу УПЧ и приемника в целом. Поэтому в радиолокационных приемниках применяют систему автоматической подстройки частоты (АПЧ), систему стабилизации частоты гетеродина (СЧ) и др.

§ 2. Входные цепи приемных устройств

Входная цепь предназначена для согласования антенно-фи­ дерной системы со входом приемника так, чтобы на выходе ее получилось максимальное превышение напряжения сигнала над напряжением внутренних шумов.

Вкачестве входных цепей используются отдельные колеба­ тельные системы или совокупность нескольких связанных между собой колебательных систем.

Вметровом диапазоне волн (до 200 МГц) в качестве вход­ ных цепей используются колебательные контуры с сосредото­ ченными параметрами, состоящие из катушек индуктивности и конденсаторов. Напряжение сигнала обычно подается на вход приемника по коаксиальному фидеру. Такой фидер несимметри­ чен по отношению к земле, поэтому и входная цепь оказывается несимметричной. Она может быть связана с антенной с помо­ щью автотрансформаторной связи (рис. 221, а).

Для получения в антенном фидере бегущей волны входное сопротивление приемника между точками а и б должно быть ак­

тивным и иметь величину, равную волновому сопротивлению фи­ дера рф. При этом условии во входной контур приемника от ан­ тенны передается наибольшее количество энергии. Чтобы вход­ ное сопротивление приемника было активным, контур входной цепи настраивается на частоту принимаемых колебаний емкостью или индуктивностью контура. Емкость контура С1; состоит из ем­

8—S0

225

кости конденсатора С, междувитковой емкости катушки Скат, входной емкости усилителя Свх (входная емкость лампы) и ем­ кости монтажа Сы, т. е. Ск = С + СКат + Свх+ См.

В приемниках метровых волн Свх составляет значительную часть Ск входной цепи. Поэтому при смене лампы контур замет­ но расстраивается, так как С1)Х отдельных экземпляров ламп могут отличаться между собой на 10—20%. Кроме того, неболь­ шое входное активное сопротивление усилителя, подключенное параллельно всему контуру, сильно шунтирует его, уменьшая добротность контура в 10—112 раз. Это ухудшает избиратель­ ность входной цепи.

Антенный фидер

а	6
Рис. 221. Входная	цепь

Для уменьшения влияния смены лампы на настройку входно­ го контура, а также для повышения его добротности в прием­ никах метрового диапазона часто применяют неполное включе­ ние контура в цепь сетки усилителя. В этом случае напряжение снимается не со всего контура, а только с части его.

В дециметровом диапазоне волн (200—1000 МГц) в качестве входного контура применяют коаксиальную резонансную линию (рис. 221, б). Конструктивно она выполняется вместе с коакси­ альной линией анодной цепи и лампой маячкового типа. Такая линия согласует волновое сопротивление фидера рф с входным сопротивлением усилительной лампы. Точки подключения фиде-. ра аб подбираются в таком месте резонансной линии, чтобы со­ противление между ними было равно рф. В этом случае переда­ ча энергии СВЧ входной цепи от антенны будет максимальной.

В сантиметровом диапазоне волн (свыше II000 МГц) в качест­ ве колебательной системы применяют объемные резонаторы, а вход'ная цепь обычно совмещается с одним из разрядников ан­ тенного переключателя.

Связь входных цепей с источником сигнала может быть ем­ костной, индуктивной, автотрансформаторной. Для систем с распределенными параметрами может применяться связь ли­ нией, отверстием или щелью.

Основными параметрами входных цепей являются коэффи­ циенты передачи по напряжению Квх или по мощности /(рвх, по­ лоса пропускная А/вх и резонансная частота /0-

Под коэффициентом передачи входной цепи по напряжению

(по мощности) понимается отношение напряжения (мощности) на выходе цепи к напряжению (мощности) источника сигнала на частоте /0.

На практике	входные цепи приемников имеют /Свх = 0,7-*-3;
/<Р вх = 0,74-0,95;	Д/вх= 5ч-70 МГц.

§ 3. Усилители высокой частоты

Усилители высокой частоты усиливают напряжение и мощ­ ность принимаемых антенной радиоимпульсов на рабочей часто­ те станций. Основным их назначением является увеличение от­ ношения амплитуды полезных сигналов к уровню шумов прием­ ника для увеличения его чувствительности.

Усилители высокой частоты являются резонансными усили­ телями. Они обладают хорошей частотной избирательностью и усиливают сравнительно узкую полосу высоких частот, опреде­ ляемую добротностью контура и частотой его настройки.

В диапазоне метровых и дециметровых волн применяются УВЧ на лампах. На сантиметровых и более коротких волнах при­ меняются УВЧ на лампах бегущей волны (ЛБВ). В настоящее время широко применяются также малошумящие безламповые высокочастотные усилители: параметрические усилители, кван­ товые усилители, усилители на туннельных диодах и другие.

УВЧ современных приемников в зависимости от частоты име­ ют основные параметры: А/= 2-г-10; /С=10-н70; /СР = 20ч-300.

Кроме того, УВЧ характеризуются резонансной частотой и коэффициентом устойчивого усиления Ку (при котором усили­ тель не самовозбуждается). Практически для УВЧ /Су = 10-н 100.

Ламповые УВЧ радиолокационных приемников строятся по схеме на триоде с заземленной сеткой (ТЭС).

Схема ТЗС обеспечивает устойчивое усиление в диапазоне метровых и дециметровых волн, уменьшая возможность само­ возбуждения.

Самовозбуждение усилителей возникает при появлении об­ ратной связи с выхода на вход схемы. На сверхвысоких часто­ тах причиной самовозбуждения являются междуэлектродные ем­ кости ламп, которые становятся соизмеримыми с емкостями ко­ лебательных контуров.

При обычном включении триода катод заземлен (ТЗК). Входное напряжение ивх подается между сеткой и землей, а вы­ ходное напряжение ивых снимается между анодом й землей (рис. 222, а). В этом случае междуэлектродные емкости CSK и Сак входят в состав сеточного и анодного контуров. Их влияние

можно исключить настройкой	сеточного и анодного контуров.
8*	227

Емкость Cag образует обратную связь между выходом и входом

схемы.

При включении триода по схеме с заземленной сеткой (рис. 222, б) входное напряжение wDx подается также между сет­ кой и землей, а выходное напряжение мВых снимается между анодом и землей.

Но вследствие заземления сетки выходом схемы ТЗС стано­ вится участок лампы анод — сетка. При этом емкость Cag оказы­ вается включенной в состав анодного контура и ее вредное влия­ ние устраняется настройкой этого контура. Емкость СПк, общая

Рис. 222. Способы включения триода

для входной и выходной цепей, определяет величину обратной связи в схеме ТЗС. Так как расстояние между анодом и катодом гораздо больше, чем между анодом и сеткой, то величина емко­ сти обратной связи Сак схемы ТЗС будет гораздо меньше емко­ сти обратной связи схемы ТЗККроме того, емкость Сак схемы ТЗС в значительной мере нейтрализуется заземленной сеткой, которая находится между анодом и катодом и является экраном. Поэтому схема ТЗС имеет меньшую величину обратной связи, что позволяет применять ее для усиления более высоких частот без опасности самовозбуждения.

Принципиальная схема УВЧ на триоде с заземленной сеткой показана на рис. 223. В данной схеме сетка лампы соединяется со входом и выходом усилителя. Обратная связь между входным и выходным контурами ДС| и Ь2С2, настроенными на частоту станции, слабая, так как она осуществляется через малую ем­ кость лампы СакЭтим й объясняется устойчивая работа кас­ када.

Цепочка RKCHявляется элементом автоматического смещения в цепи катода для установления режима работы усилителя. Со­ противление Rn в анодной цепислужит для расширения полосы пропускания усилителя, так как по переменному току высокой частоты оказывается включенным параллельно анодному конту­ ру Ь2С2. Для изоляции сетки от постоянного напряжения на ано­ де лампы в цепь включен разделительный конденсатор Ср. А н о ­

228

дное питание подводится к лампе через развязывающую цепочку ReCб, устраняющую связь по высокой частоте через источник анодного питания, благодаря чему уменьшаются паразитные свя­ зи и опасность самовозбуждения. Если УВЧ имеет два каскада усиления, то применяют схему ТЭС—ТЭС или ТЭК—ТЭС.

В диапазоне дециметровых волн в УВЧ применяются специ­ альные высокочастотные лампы (маячковые или металлокерами­ ческие) и колебательные контуры в виде отрезков коаксиальных

ЛИНИЙ.:

сзаземленной сеткой

Вдиапазоне сантиметровых волн наибольшее применение в УВЧ получили лампы бегущей волны (ЛБ;В). Они имеют широ­ кую полосу пропускания, малые шумы и большое усиление.

Всовременных радиолокационных приемниках большое при­ менение получили малошумящие безламповые параметрические

усилители (ЛУ).

В ПУ усиление поступающего сигнала осуществляется за счет энергии источника высокой частоты, периодически изменяющего реактивный параметр (емкость или индуктивность) контура и вносящего за счет этого энергию в контур.

В зависимости от способа изменения реактивности контура ПУ делятся на несколько типов: полупроводниковые, электрон­ но-лучевые, ферромагнитные.

Принцип работы полупроводникового ПУ, в котором проис­ ходит изменение емкости контура, можно пояснить на модели колебательного контура с конденсатором (рис. 224), пластины которого могут раздвигаться. Если быстро раздвинуть пласти­ ны конденсатора в момент максимума приложенного напряже­ ния (независимо от полярности), то придется совершить работу для преодоления сил притяжения между пластинами. Емкость

конденсатора зависит от расстояния d между его пластинами: еС

С = -д- 1 где 5 — площадь пластин, е — диэлектрическая прони­

цаемость'.. При раздвижении пластин емкость конденсатора С

229