Вопрос № 2. Структурная схема и принцип работы гетеродинного автокомпенсатора активных помех
Структурная схема гетеродинного автокомпенсатора приведена на рис. 5.20.
Рис. 5.20. Структурная схема гетеродинного автокомпенсатора
Как и в квадратурном автокомпенсаторе в гетеродинном дополнительных приемных каналов также может быть несколько. Рассмотрим работу гетеродинного автокомпенсатора также при одном дополнительном приемном канале.
Напряжение активной шумовой помехи в основном приемном канале на выходе ПУПЧ, как и в квадратурном АК, представим в виде
,
а на выходе смесителя СМ1 –
.
Напряжение помехи в дополнительном канале
,
где
- сдвиг фаз между помеховыми напряжениями,
принимаемыми основным и дополнительным
приемными каналами.
В начальный момент адаптации на выходе сумматора напряжение активной помехи соответствует напряжению на выходе смесителя (СМ1)
.
На
входы коррелятора, выполненного на
смесителе (СМ2) и фильтре (Ф), поступают
напряжения
и
.
В результате преобразования этих
напряжений на выходе смесителя (СМ2)
выделяется напряжение на частоте
.
Это напряжение усредняется за счет накопления (интегрирования) колебаний в узкополосном фильтре (Ф), обладающем достаточно большой памятью.
Комплексный
коэффициент
(аналогично квадратурному автокомпенсатору)
вводится путем гетеродинирования
колебаний дополнительного канала
напряжением
в управляемом смесителе (УСМ). На выходе
управляемого смесителя напряжение
помехи дополнительного канала
преобразуется на частоту
.
Величина
модуля коэффициента
определяется амплитудой напряжения на
выходе узкополосного фильтра (Ф), а
фазоподбором количества каскадов в
усилителе обратной связи (У). На входах
сумматора напряжения помехи основного
и дополнительного каналов оказываются
в установившемся режиме работы равным
по амплитуде и противоположным по фазе.
Таким
образом, квадратурный и гетеродинный
автокомпенсаторы в результате адаптации
обеспечивают минимум дисперсии (средней
мощности) помехи на выходе, а выходное
напряжение
становится декоррелированым по отношению
к напряжению
.
Эффективность подавления помехи квадратурным и гетеродинным автокомпенсаторами практически одинакова. Однако устойчивость работы многоканального квадратурного автокомпенсатора достигается проще, чем гетеродинного. Это объясняется тем, что регулирование коэффициентов передачи квадратурных каналов производится постоянным напряжением. Кроме того, в интегральном исполнении аппаратурная реализация квадратурного автокомпенсатора проще, поэтому в современных РЛС он используется чаще.
Специфика работы автокомпенсаторов активных помех обуславливает ряд дополнительных требований к функциональным узлам приемных трактов РЛС.
1) Требование к идентичности задержек напряжений помехи в основном и дополнительном канале. Наличие временного рассогласования приемных каналов приводит к снижению коэффициента взаимной корреляции напряжений активных шумовых помех на входах АК и, следовательно, коэффициента подавления. Можно показать, что допустимый относительный временной сдвиг, напряжений на входах сумматора не должен превышать
,
где
- полоса пропускания приемных каналов
до входов автокомпенсатора. При условии,
что
идентичность основного и дополнительного
каналов с точки зрения временной задержки
обеспечивается сравнительно успешно
(здесь
- ширина спектра полезного сигнала).
Таким образом, элементы приемных
устройств основного и дополнительных
каналов до входа сумматора АК должны
быть достаточно широкополосными.
2) Требование к чувствительности дополнительных каналов:
Модуль коэффициента взаимной корреляции помех на входах АК с учетом собственных шумов приемных каналов
,
(5.19)
где
- модуль коэффициента взаимной корреляции
активных шумовых помех (без учета
собственных шумов приемных каналов);
,
- отношение мощности активной шумовой
помехи к мощности собственных шумов
для соответствующего приемного канала.
При выводе соотношения (5.19) предполагалось, что коэффициент взаимной корреляции собственных шумов приемных каналов, а также помех и собственных шумов равен нулю.
После подстановки (5.19) в выражение (5.15) получим
.
(5.20)
Из анализа (5.20) можно сделать вывод, что чувствительность дополнительных каналов приема должна быть не ниже чувствительности основного приемного канала. Это требование обеспечивается включением в дополнительные приемные каналы до входов АК тех же элементов, что и в основной приемный канал (УВЧ, смеситель, ПУПЧ).
3) Требования к коэффициенту усиления антенн дополнительных приемных каналов.
Отношение мощности активной шумовой помехи к мощности собственных шумов дополнительного приемного канала можно представить в виде
,
(5.21)
где
- мощность активной шумовой помехи на
входе дополнительного приемного канала
при условии, что коэффициент усиления
антенны равен единице;
-
коэффициент усиления антенны
дополнительного приемного канала при
в направлении на постановщик помехи.
Из
соотношения (5.21) видно, что значение
параметра
при фиксированной мощности собственных
шумов приемного канала можно увеличить
(а тем самым увеличить значение
коэффициента подавления
)
путем увеличения коэффициента усиления
антенны дополнительного приемного
канала. Таким образом, для получения
значений
необходимо использовать в дополнительных
приемных каналах остронаправленные
антенны, главные лепестки ДН которых
можно было бы направлять на постановщики
помех. Выполнение подобного требования
в РЛС с зеркальной антенной затруднительно.
Поэтому в таких РЛС следует считать
вполне приемлемым выполнение условия
,
где
- максимальный коэффициент усиления
антенны основного приемного канала в
направлении боковых лепестков диаграммы
направленности. Другими словами, ДН
антенн дополнительных приемных каналов
должны перекрывать боковые лепестки
ДН антенны основного приемного канала.
4) Требования к диаграммам направленности антенн дополнительных приемных каналов.
Чтобы система уравнений (5.1) была невырожденной (т. е. имела решение), антенны дополнительных приемных каналов должны иметь различные либо амплитудные, либо фазовые диаграммы направленности, либо и те и другие. Реализация амплитудных различий представляет достаточно трудную задачу при использовании слабонаправленных антенн в дополнительных приемных каналах. Поэтому проще реализовать отличие фазовых диаграмм. Для этого достаточно разнести фазовые центры антенн дополнительных приемных каналов (рис. 5.21).
Рис. 5.21. К вопросу обеспечения требований к ДН антенн дополнительных приемных каналов.
Однако разнос фазовых центров антенн приводит к возникновению относительного временного сдвига колебаний АШП на входах приемных каналов и, следовательно, к снижению реализуемого коэффициента подавления. Этот сдвиг можно оценить по формуле
,
где
- расстояние между фазовыми центрами
антенн.
Значение
входит в левую часть выражения
в качестве одной из составляющих.
5) Требование к быстродействию автокомпенсатора. Динамическая постоянная времени автокомпенсатора, определяющая время переходных процессов (время настройки) должна удовлетворять условию
.
Выполнение левого неравенства исключает возможность ослабления полезного сигнала и повышает запас устойчивости АК. Выполнение правого неравенства обеспечивает возможность компенсации относительных амплитудных и фазовых изменений колебаний АШП на входах приемных каналов, обусловленных вращением антенны РЛС.
Автокомпенсатор активных помех работает в условиях изменения мощности помехи на его входах в большом диапазоне (десятки децибел). Поэтому необходимы меры по обеспечению требуемого быстродействия АК при малых уровнях помех и исключения самовозбуждения при больших. С этой целью в цепь обратной связи (в цепь левого входа СМ2 гетеродинного АК или фазовых детекторов квадратурного АК) включают усилитель-ограничитель или усилитель с ШАРУ.
Выводы
В ходе проведенного занятия были рассмотрены учебные вопросы занятия (еще раз их озвучить), учебные цели занятия достигнуты.
Задание на самостоятельную подготовку:
Изучить и углубить знания материала, рассмотренного на занятии.
Отработать в конспекте дополнительный материал по учебным вопросам сегодняшнего группового занятия, изложенный в основной и дополнительной литературе.
Профессор отдела РЛВ РТВ ВВС
подполковник И. Лютиков