книги из ГПНТБ / Учебник радиометриста флота учебник для школ и учебных отрядов ВМФ
..pdfЧастотный дискриминатор применяется в системах автома тической подстройки частоты в радиолокационных приемниках.
Фазовый детектор. Фазовое детектирование включает два процесса:
—сложение фазо-модулированного ис и опорного колебания иоп, в результате чего образуется амплитудно-фазомодулирован- ное колебание;
—амплитудное детектирование полученного колебания.
а |
Ь |
Рис. 235. Схема |
фазового детектора (а) |
и его векторная |
диаграмма напряжении |
на |
входе (б) |
На рис. 2Э5 показаны простейшая схема однотактного фазо вого детектора и векторная диаграмма сложения колебаний на его входе. 'Сложение колебаний аналогично образованию биений на входе смесителя. В системах селекции подвижных целей I. (СПЦ) радиолокационных приемников применяют балансную схему ФД (рис. 236). Особенностью работы этой схемы явля ется то, что колебания сигнала ис подаются на диоды в противо фазе, а опорное напряжение «оп в фазе. Работа балансного ФД
Си
От опорного гетеродин»':-
Рис. 236. Балансная схема фазового детек тора
240
аналогична работе балансного смесителя. Поэтому если фаза сигнала и фаза опорного напряжения не совпадают, то на дио ды действуют различные по амплитуде напряжения и поляр ность сигнала на выходе может изменяться. Чтобы исключить влияние изменения амплитуды ии сигнала на и.вых, производится ограничение сигналов амплитудными ограничителями.
§ 7. Видеоусилители
Видеоусилители предназначены для усиления продетектироваиного сигнала и коррекции его формы. Амплитуда выходного сигнала видеоусилителя должна быть достаточной для нормаль ной работы индикаторов.
Важнейшее требование, предъявляемое к видеоусилителю, заключается в сохранении формы усиливаемых сигналов. Для выполнения этого требования видеоусилитель должен иметь ши рокую полосу пропускания и равномерно усиливать сигналы всех частот полосы пропускания. Видеоусилитель радиолокаци онного приемника обычно состоит из двух—четырех каскадов. Оконечный каскад его является усилителем мощности, а предва рительные каскады—усилителями напряжения.
Типичной схемой видеоусилителя напряжения является рео статно-емкостная схема, в которую для выравнивания частотной характеристики вводят корректирующие цепи (рис. 237).
Уменьшение коэффициента усиления ВУ на высоких частотах, обусловленное шунтирующим действием' паразитных емкостей ламп и емкостей монтажа, компенсируется применением коррек тирующего высокочастотного дросселя Дркор, включенного последовательно с нагрузочным резистором /?а, лампы Л и С уве личением частоты сигнала увеличиваются сопротивление дроссе ля и общая анодная нагрузка лампы Л ь а следовательно, и ко эффициент усиления.
Уменьшение коэффициента усиления ВУ на низких частотах обусловлено большим сопротивлением на этих частотах разде лительного конденсатора Ср. Коррекция усиления по низкой ча стоте осуществляется цепью /?КорСц0р второго каскада усилите ля на лампе Л2. Конденсатор СКОр шунтирует .резистор 7?КОр, включенный последовательно с анодной нагрузкой Rin. На низ
ких частотах шунтирующее действие Скор меньше и общая анод ная нагрузка лампы Л2 больше, что приводит к увеличению ко эффициента усиления.
На высоких частотах сопротивление СкоР мало, RKор шунти руется, общая величина анодной нагрузки уменьшается, что снижает коэффициент усиления. Вид частотной характеристики до коррекции (пунктиром) и после коррекции показан на рис 237, б.
241
I
Рис. 237. Схема видеоусили теля с коррекцией (а) и^его частотная характеристика (б)
Р и с . .2 3 8 . С х е м а к а т о д н о г о п о в т о р и т е л я :
а - * с ко а кси а л ь н ы м каб ел ем ; б — с не ско л ьки м и н н д и ка то - рам и
242
Оконечный каскад видеоусилителя для согласования с други
ми блоками |
выполняется по |
схеме |
катодного |
повторителя |
(рис. 238, а). |
повторитель представляет собой каскад с катод |
|||
Катодный |
||||
ной нагрузкой |
RK с отрицательной обратной связью по току. |
|||
При увеличении напряжения на |
сетке |
лампы |
увеличивается |
|
анодный ток, что приводит к увеличению падения напряжения на резисторе RK. Это напряжение приложено «плюсом» к като ду («минусом» к сетке) и вычитается из входного.
Выходное напряжение uRk повторяет по фазе напряжение
входа, поэтому такой каскад называется катодным повторите лем.
Так как все выходное напряжение прикладывается обратно на вход лампы, то такой каскад не дает усиления по напряже нию. Нагрузочный резистор Я!{ может быть малой величины (десятки и сотни ом), что позволяет легко согласовать выход видеоусилителя с коаксиальным кабелем, имеющим малое вол новое сопротивление.
Катодный повторитель удобен для согласования в случае подключения к одному видеоусилителю нескольких индикаторов или блоков. В этом случае катодная нагрузка состоит из не скольких последовательно соединенных резисторов (рис. 238, б), что позволяет исключить влияние различных потребителей друг на друга. Так как катодный повторитель всегда работает при отрицательных напряжениях на сетке, то его входное сопротив ление велико, а потребляемая каскадом мощность мала, что устраняет влияние на соседний каскад. Отдаваемая мощность катодного повторителя при малом входном сопротивлении ве лика, и поэтому он является усилителем мощности.
§ 8. Регулировки усиления приемника
На входе радиолокационного приемника амплитуда прини маемых сигналов зависит от мощности передатчика, расстоя ния до облучаемого объекта, его геометрических размеров, от ражающих свойств и других причин.
■ Если усиление приемника неизменно и таково, что обеспечи вается нормальный прием слабых сигналов, то более сильные сигналы будут нарушать режим работы каскадов приемника, так как могут довести их до режима насыщения, вызывая пере грузку приемника.
Появляющиеся при перегрузке сеточные токи ламп помимо искажения формы сигналов, ведущего к ошибке в определении координат целей, повлекут за собой заряд емкостей переходных и сеточных конденсаторов, емкости монтажа и ламп. Эти емко сти, накопив в себе заряды, будут в течение некоторого времени удерживать отрицательные смещения на сетках ламп, и прием-
243
нпк окажется неспособным в это время воспринимать слабые сигналы.
Особенно сильно проявляется перегрузка приемника при ра боте передатчика РЛС. Часть его энергии просачивается через разрядники на вход приемника и делает его нечувствительным к сигналам, поступающим на вход в течение времени, необхо димого для восстановления чувствительности, т. е. увеличивает мертвую зону станции.
Для обеспечения нормальной работы радиолокационных при емников, когда полезные сигналы различной интенсивности соз дают на выходе его одинаковые напряжения, а усиление сигна лов не сопровождается искажениями, применяют системы руч ной пли автоматической регулировки усиления.
Принцип регулировки усиления основан на изменении сме щения на сетках ламп приемника. Так как при регулировке уси ления отношение сигнал!шум приемника уменьшаться не дол жно, то усиление в тракте регулируют в УПЧ начиная со второ-, го пли третьего каскада.
Ручная регулировка усиления (РРУ) приемника производит ся изменением напряжения смещения на управляющих или экранных сетках регулируемых каскадов УПЧ с помощью потен циометра ручной регулировки. Однако РРУ не дает возмож ности одновременно наблюдать за сильными и слабыми сигна лами, так как при одинаковом усилении сильные сигналы будут забивать слабые. Кроме того, интенсивность сигналов на входе приемника непостоянная и может колебаться в зависимо сти от изменения расстояния до цели и других факторов.
Непостоянство амплитуд сигналов не обеспечивает нормаль ную работу индикаторных устройств и особенно влияет на ра боту схем автоматического сопровождения, делая их работу не устойчивой.
Система автоматической регулировки усиления (АРУ) при меняется для поддержания постоянства амплитуды сигнала, а также для предупреждения перегрузок в радиолокационных приемниках. Принцип действия АРУ заключается в -установле нии обратной связи с выхода приемника на вход регулируемых каскадов УПЧ (рис. 239). Часть напряжения сигнала с выхо да УПЧ подается на амплитудный детектор АРУ, а затем после фильтрации и усиления в виде отрицательного напряжения смет щения — на управляющие сетки регулируемых каскадов УПЧ. Величина напряжения смещения, вырабатываемого системой АРУ, пропорциональна интенсивности усиливаемых сигналов. При возрастании интенсивности сигналов система АРУ увели чивает отрицательное смещение на сетках ламп, а при умень шении уменьшает его так, что амплитуда сигналов на выходе приемника практически остается постоянной.
Вследствие относительно медленного срабатывания система АРУ не обеспечивает нормальную работу приемника при воз
244
действии на его вход напряжения импульсных помех, и они бу дут перегружать приемник и забивать полезные сигналы.
Система временной автоматической регулировки усиления
(ВАРУ) служит для устранения перегрузки приемника при .по падании на вход его мощных импульсов передатчика или помех, а также мощных отраженных сигналов от объектов, распо ложенных вблизи РЛС, и поверхности моря. ВАРУ запирает
приемник во время передачи импульсов генератора и обеспечи вает работу приемника при уменьшенном коэффициенте усиле ния в течение нескольких микросекунд по окончании каждого импульса. Простейшая схема ВАРУ показана на рис. 240. В этой схеме необходимый уровень усиления устанавливается вруч ную потенциометром РРУ Rs. При включении переключателя П на сетки регулируемых каскадов У.ПЧ одновременно будет подаваться регулирующее отрицательное пилообразное напряже ние схемы ВАРУ. На вход схемы через разделительный конден
сатор Ci подается запускающий импульс отрицательной поляр ности, вырабатываемый схемой запуска РЛС. Конденсатор С2 быстро зарядится через открытый диод Л\, и его напряжение через разделительный конденсатор Ср прикладывается «мину сом» на сетки регулируемых каскадов УПЧ и запирает их. По окончании действия запускающего импульса конденсатор С2 медленно разряжается через резисторы R2 и R3. При этом отри цательное смещение на сетках УПЧ уменьшается по экспонен циальному закону, а усиление приемника возрастает. Потенцио метром R 1 .можно изменять амплитуду заряда конденсатора
245
С2, потенциометром R2 — постоянную времени его разряда. Си стема ВАРУ облегчает работу оператора и создает необходи мые условия для работы схем автоматического сопровождения.
§9. Автоматическая подстройка промежуточной частоты
Врадиолокационных приемниках основное усиление сигна лов осуществляется на промежуточной частоте /П.ч. определяе мой разностью между частотой сигнала /с п частотой гетероди
на Контуры каскадов УПЧ настраиваются на частоту /п.п н в процессе эксплуатации не перестраиваются.
Частота передатчика РЛС и частота гетеродина приемника не могут быть постоянными и изменяются в значительных пре делах при изменении температуры, влажности, атмосферного давления и напряжения питания. Естественно, что эти измене ния частоты особенно велики в сантиметровом диапазоне волн. Кроме того, частота колебаний передатчика изменяется с из менением его нагрузки.
В результате промежуточная частота сигналов не будет сов падать с частотой настройки контуров, усиление приемника уменьшится и полезный сигнал может быть не принят.
Поддержание постоянства промежуточной частоты приемни ка достигается применением системы автоматической подстрой ки частоты (АПЧ). По своему назначению системы АПЧ делят ся на разностные.и абсолютные.
Система разностной АПЧ требует для своей работы регуляр ного воздействия радиоимпульсов, создаваемых магнетроном. Принцип регулировки частоты /п.ч этой системы основан на поддержании постоянства разности частот сигнала и гетеродина за счет изменения частоты гетеродина fr. Для выполнения ус ловия /п.ч = / с —/г= const при увеличении / п.ч необходимо увели чивать fr, увеличивая отрицательное напряжение на отражателе клистрона. При уменьшении fn.ч необходимо уменьшать fr, уменьшая отрицательное напряжение на отражателе.
Разностные системы АПЧ в радиолокационных приемниках выполняются по двухканальной или одноканальной схеме.
Двухканальная схема разностной системы АПЧ (рис. 241) имеет свой канал преобразования сигнала передатчика в сиг нал промежуточной частоты и усиление его до величины, обес печивающей нормальную работу частотного детектора.
Ручная регулировка /п.ч приемника осуществляется измене нием напряжения на отражателе клистрона потенциометрами точной и грубой настройки R i и R2. В режиме автоматической подстройки частоты потенциометры отключаются, а вместо них подключается система АПЧ.
Схема АПЧ состоит из смесителя, усилителя промежуточ ной частоты, частотного дискриминатора и регулирующего устройства.
246
Часть энергии мощных высокочастотных колебаний через ослабитель (аттенюатор) поступает на смеситель схемы АПЧ, преобразуется в колебания промежуточной частоты fn.4 = fc—/г и усиливается на УПЧ. Смеситель и каскады УПЧ системы АПЧ аналогичны смесителю и каскадам УПЧ основного канала приемника.
Частотный дискриминатор (см. § 6) является чувствительным элементом и вырабатывает напряжение рассогласования, вели чина и полярность которого зависят от величины п знака от клонения /п.ч системы АПЧ от / п.ч приемника. Напряжение рас согласования подается на регулирующее устройство (РУ).
К антенне
Ка на л с и с т е м ы ЯПЧ Рис. 241. Схема двухканальной АПЧ
Регулирующее устройство вырабатывает напряжение, пода ваемое на отражатель клистрона, и изменяет его в соответст вии с изменением напряжения рассогласования на выходе дискриминатора. Под действием напряжения с выхода регулирую щего устройства частота клистрона /г увеличивается или умень шается так, чтобы разность частот /с—fr поддерживалась по стоянной с требуемой точностью.
Регулирующие устройства большинства современных систем АПЧ снабжаются схемой автоматического поиска, которая рас ширяет полосу регулировки частоты гетеродина. При этом си стема АПЧ работает в двух режимах: поиска и слежения. В режиме поиска электронная схема работает как генератор пи лообразного напряжения (на тиратроне или фантастроне) в ав токолебательном режиме. Пилообразное напряжение низкой ча стоты, подаваемое на отражатель клистрона, изменяет частоту клистрона в широких пределах. Режим поиска начинается в тех случаях, когда на выходе дискриминатора системы АПЧ не вы рабатывается напряжение ошибки. Так бывает при выключекном магнетроне или при значительном отклонении частоты ко лебаний магнетрона (или клистрона) от номинального значения. В процессе поиска под действием изменяющейся частоты гетеро-
247
±
ЙП
РПДУ
Р и с . 2 4 2 . С х е м а о д н о к а н а л ь н о й А П Ч
К антенне
7
яп —
Р П Д У
Р и с . 2 4 3 . С х е м а а б с о л ю т н о й А П Ч
248
дина промежуточная частота приемника /п.ч приближается к номинальному значению. Высокочастотный дискриминатор на чинает' вырабатывать регулирующее напряжение в диапазоне своего действия. При этом режим генерации срывается и регу лирующее устройство переходит в режим слежения. В режиме слежения схема поиска работает как усилитель напряжения рассогласования с выхода дискриминатора.
Таким образом, в установившемся режиме работы регули рующего устройства частота колебаний клистрона и соответст венно /п.ч приемника непрерывно изменяются в небольших пре делах около своих номинальных значений.
Одноканальная схема разностной системы АПЧ (рис. 242)
имеет смеситель и один-два каскада УПЧ, общие с основным каналом приемника. Существенные недостатки этой системы обусловлены тем, что в ней для автоматической подстройки ча стоты' используются просачивающиеся через разрядник прием ника излучаемые радиоимпульсы. Эти импульсы обладают чрезмерно большой мощностью и заметно искаженной формой огибающей, что приводит к перегрузке смесителя и неточному срабатыванию автоподстройкп.
Абсолютная система АПЧ поддерживает постоянной частоту гетеродина и поэтому часто называется системой стабилизации частоты клистрона (СЧК). В этом случае постоянство / п.ч при емника достигается раздельной стабилизацией частоты передат чика и частоты гетеродина. Если же частота принимаемых сигналов не остается постоянной, то возможные изменения / п.ч приемника учитывают путем расширения его полосы пропуска ния.
Схема' абсолютной системы АПЧ состоит из высокочастот ного дискриминатора (ВЧД), усилителя и схемы поиска
(рис. 243).
ВЧД представляет собой эталонный резонатор с детекторной камерой, в которую установлен кристаллический' детектор. Эта лонный резонатор для обеспечения высокой стабильности коле баний собственной частоты при изменении температурного ре жима изготовляется из специального сплава (инвара).
Высокочастотная энергия от гетеродина через щелевой мост поступает в эталонный резонатор, настроенный на рабочую ча стоту клистрона /р, и , пройдя через него, поступает на детектор.
Напряжение ошибки, пропорциональное разности частот /р и /г, с выхода кристаллического детектора поступает на усили тель, усиливается и изменяет напряжение на отражателе клист рона так, чтобы возвратить /г к /р, т . е. изменяет в сторону, об ратную расстройке.
Схема поиска предназначена для расширения пределов ре гулировки /г, т. е. полосы втягивания. Под полосой втягивания понимают максимально возможный уход /г, при котором система АПЧ возвращает /г к /р.
249