1.3. Импульсные сигналы

Импульсом называется кратковременный электрический сигнал, длительность которого меньше или соизмерима с продолжительностью переходных процессов в электрических цепях, возникающих при воздействии этого сигнала.

В радиолокации, чаще всего, используется серии импульсов, а время паузы между ними всегда превышает продолжительность переходных процессов.

Переходные процессы, как правило, заканчиваются к приходу следующего импульса, то действие импульса можно рассматривать независимо друг от друга. Значит, анализ воздействия импульсной последовательности может быть сведен к изучению переходных процессов при воздействии одного импульса.

Видеоимпульсом называется электрический сигнал, который получается при быстром изменении напряжения либо тока, вначале в одном направлении, а затем в другом (рис.1.2).

Пусть функция f(t) описывает форму импульсного сигнала, тогда:

Y(t) = A f(t),

где А – амплитуда сигнала.

Радиоимпульсом называется кратковременный электрический сигнал, во время существования которого напряжение и ток изменяются по гармоническому закону. Аналитически радиоимпульс может быть записан в виде:

Y(t) = A f(t) cos (₀ t +₀),

где А – амплитуда, f(t) – огибающая импульса,  - круговая частота высокочастотных колебаний, ₀ – начальная фаза ВЧ колебаний.

Рис.1.2. Видеоимпульс (а) и радиоимпульс (б)

Форма огибающей импульсных сигналов влияет на точность определения координат, разрешающую способность и некоторые другие параметры. Желательна прямоугольная форма огибающей, которая обеспечивает фиксацию появления сигналов и их воздействие на различные виды устройств. Кроме того, плоская вершина импульса повышает стабильность частоты и мощности на выходе магнетрона.

Однако, огибающая реальных импульсов представляет собой плавную кривую и не может быть описана аналитическими выражениями. Поэтому принято ее аппроксимировать простыми функциями: прямоугольной, трапециидальной, колоколообразной и экспоненциальной.

Рис.1.3. Форма импульсов: а - прямоугольный, б - трапецеидальный, в-колокольный, г - экспоненциальный

Рассмотрим энергетические составляющие одиночного импульса. Мгновенное значение импульсной мощности равно:

P(t) = k A² [f(t)]²,

где к – коэффициент пропорциональности, который при импульсе тока представляет собой активное сопротивление, а при импульсе напряжения – активную проводимость.

Максимальное значение мощности достигается в момент, когда амплитуда импульса f(t)=1, тогда

P(t)= k A².

Энергия импульса для функции любого вида равна:

.

Обычно рассматривают среднее значение импульсной мощности за время действия импульса:

,

где  - длительность импульса на нулевом уровне.

Среднее значение импульсной мощности показано на рис.1.4,а.

При оценке мощности радиоимпульса следует понимать среднюю мощность за период несущей частоты. Очевидно, что для прямоугольного импульса W= k A², а для импульсов любой другой формы W k A².

Рис. 1.4. Энергетические характеристики импульса.

Эффективной длительностью импульса э называется длительность импульса прямоугольной формы с такой же амплитудой А и энергией W, как и для исследуемого импульса произвольной формы (рис.1.4,б). Так как энергия эквивалентного прямоугольного импульса

W= k A²э,

то эффективная длительность импульса определяется из соотношения:

.

Активной энергетической длительностью импульса а называется промежуток времени (рис. 1.4, в), в котором сосредоточена подавляющая часть энергии импульса W, где  =0.9.

Исходя из определения а находим:

Если f(t) – частотная функция времени, то интегрирование в правой части производится в пределах от -а/2 до +а/2.

Импульсные радиолокационные сигналы (рис. 1.5) обычно

Рис. 1.5. Периодическая последовательность видеоимпульсов

представляют собой серию периодически повторяющихся импульсов с практически неизменной формой, длительностью и амплитудой. Такие последовательности характеризуются следующими временными параметрами:

длительностью импульса _и,

периодом следования Тс,

периодом повторения Тп= _и+ Тс,

частота повторения импульсов f =1/ Тп,

скважностью Q= Тп/_и.

Для последовательности импульсных сигналов всегда выполняется неравенство _и Тп , поэтому скважность Q1

Неравенство Q1 является основным временным соотношением импульсного сигнала.

С энергетической точки зрения последовательность зондирующих импульсов характеризуется:

средней мощностью Pср=W/Тп,

мощность в импульсе Pи= Pср Q,

мощность максимальная Pmax=PсрТп/_э.

Эти выражения являются основными энергетическими соотношениями для периодического импульсного сигнала.

Для большинства современных РЛС значение временных параметров лежат в пределах:

_и = 0.1-10 мкс,

Tп = 100-2000 мкс,

Q = 50-2000.

Импульсная мощность наземных РЛС Ри = 0.001 –10 МВт, средняя мощность Рср меньше импульсной мощности в Q раз.