Лекция 9. Антенные переключатели

Учебные вопросы

1. Назначение и классификация антенных переключателей. Элементная база антенных переключателей.

2 Конструкция и принцип действия газовых разрядников.

3 Антенные переключатели на отрезках двухпроводной или коаксиальной линий передачи (шлейфовые антенные переключатели).

4 Антенный переключатель с использованием мостовых устройства.

5. Антенный переключатель на основе фазового циркулятора с двойным

Т-мостом и волноводно-щелевым мостом.

6 Антенный переключатель на основе ферритовых циркуляторов.

1 Назначение и классификация антенных переключателей. Элементная база антенных переключателей.

Антенный переключатель – это устройство, обеспечивающее автоматическое и с высоким быстродействием подключение антенны к передатчику в момент излучения зондирующего импульса и к приемнику – в момент приема отраженных от цели радиоволн.

Антенные переключатели используются в фидерных трактах РЛС, работающих в импульсном режиме, при котором одна и та же антенна в момент излучения зондирующего импульса должна подключиться к выходу передающего устройства, а в момент приема отраженного от цели сигнала – к входу приемного устройства. Применение одной и той же антенны дает экономию в массе и габаритных размерах РЛС и исключает трудности синхрониза­ции лучей передающей и приемной антенн при обзоре пространства.

К антенному переключателю предъявляются следующие требова­ния:

минимальные потери ВЧ-энергии и максимальная развязка (не хуже 60…70 дБ) между передатчиком и приемником в режиме передачи;

минимальные потери сигнала в режиме приема, не превышающие 1,5 дБ;

время перехода антенного переключателя с передачи на прием должно быть на порядок меньше периода повторения РЛС, т.е. оно должно быть не более нескольких микросекунд;

антенный переключатель не должен существенно повышать КСВ в фидерном тракте.

Элементная база антенных переключателей

1 По типу линии передачи: коаксиальные, волноводные.

2 По конструкции: на отрезках линии передачи, на основе мостовых устройств (балансные), с применением циркуляторов.

Выбор типа линии передачи для реализации антенного переключателя определяется диапазоном рабочих частот PЛC. В диапазоне УВЧ (дециметровых волн), как правило, применяются жесткие коаксиальные линии, а в диапазоне СВЧ (сантиметровые волны) – волноводы.

2 Конструкция и принцип действия газовых разрядников

Газовый разрядник является основным элементом большинства конструкций антенных переклю­чателей, используемых в современных РЛС.

Существует две разновидности конструкции газовых разрядников.

1 В виде стеклянного баллона, заполненного смесью водорода или аргона с парами воды при низком давлении (10²…10⁴ Па). В баллон помещаются два конусообразных электрода с дисковыми выводами для подключения к фидерному тракту. Также в некоторых разрядниках для ускорения возникновения разряда в баллон помещают дополнительный электрод поджига (рис. 1а). К этому электроду подводится постоянное отрицательное напряжение поджига (-700…-1000 В), благодаря чему вблизи конусов всегда поддерживается слабый тлеющий разряд, создающий резерв свободных электронов внутри разрядника, за счет которых ускоряется возникновение разряда между основными электродами.

Рис. .1

2 В виде герметичного отрезка прямоугольного волновода, заполненного той же смесью газов (рис. 1б). На входе и выходе разрядника установлены резонансные диафрагмы, герметизированные пластинками из стекла или керамики (так называемые «окна»). Внутри разрядника на средней линии широкой стенки волновода на расстоянии Λ/4 от входного и выходного фланцев с окнами связи располагаются конусообразные разрядные электроды.

В обычном состоянии (режим приема) разрядник представляет собой полосовой фильтр, имеющий относительную полосу пропускания ±5...10%, и на прохождение ЭМВ существенного влияния не оказывает. При поступлении на его вход ЭМВ с большим уровнем мощности (в режиме передачи) он зажигается, его внутреннее сопротивление становится очень малым, что соответствует возникновению короткого замыкания в линии передачи в месте его включения.

Для уменьшения порога срабатывания разрядник может конструктивно помещаться в объемном резонаторе, связь которого с ответвлением линии передачи осуществляется при помощи петли связи или щели. В резонаторе для его подстройки используются подстроечные винты, что увеличивает полосу пропускания. Благодаря высокой собственной добротности Q объемного резонатора (она исчисляется тысячами–десятками тысяч), в режиме передачи он зажигается при напряжении импульсов передатчика в Q раз меньшем, а в режиме приема потери принимаемого сигнала невелики и не превышают 0,5…1 дБ.