6.3.3. Приемник.

Радиоприемные устройства РЛС предназначены для выделения, преобразования и усиления энергии радиоволн, чтобы обеспечить нормальную работу оконечных устройств РЛС.

Приемники судовых навигационных РЛС должны иметь вы­сокую чувствительность и широкую полосу пропускания для неискаженного приема как сильных, так и слабых импульсных эхосиг­налов; должны обладать достаточным усилением, чтобы обеспе­чить хорошую наблюдаемость сигналов на экране ЭЛТ индикато­ра и надежную работу устройства автоматического сопровожде­ния целей. Для обнаружения близко расположенных надвод­ных объектов с малой поверхностью отражения (рассеяния) приемник должен обладать малым временем восстановления чувст­вительности, т. е. усиление приемника должно быстро восстанав­ливаться до нормальной величины после окончания воздействия на него энергии мощных зондирующих импульсов передатчика. Радиолокационные приемники имеют фиксированную настрой­ку на одну несущую частоту и в процессе работы не перестраи­ваются, поэтому для устранения возможной расстройки приемни­ка относительно частоты передатчика приемник должен иметь схему автоматической подстройки частоты. Кроме того, в приемнике должна быть предусмотрена временная регулировка усиления (ВРУ) для подавления помех от моря, укорочение видеоимпульсов с помощью дифференцирующей цепочки с малой постоянной времени (МПВ) для подавления помех от атмосферных осадков и др.

Радиолокационные приемники должны обладать высокой по­мехоустойчивостью; должны быть снабжены автоматической си­стемой регулировки усиления. Параметры приемника должны быть стабильными, т. е. не должны изменяться под действием различных дестабилизирующих факторов. Помимо указанных, при­емник должен удовлетворять ряду других требований, которые определяются эксплуатационными особенностями судовых нави­гационных РЛС (надежность работы, экономичность и пр.).

В отличие от приемников радиосвязи к радиолокационным приемникам не предъявляется высоких требований к избиратель­ности по соседнему каналу; вместе с тем сохраняется требова­ние достаточной избирательности по зеркальному каналу.

Для обеспечения заданной чувствительности, усиления и изби­рательности радиолокационные приемники импульсных РЛС вы­полняются, как было указано ранее, по супергетеродинной схеме, с однократным преобразованием частоты. На рис.2.38 представлена типовая структурная схема приемного устройства судовой навигационной РЛС.

Рис. 2.38. Структурная схема приемника судовой РЛС.

Как видно из схемы, усиление вы­сокой (сигнальной) частоты в большинстве приемников судовых навигационных РЛС не применяется. Первым (входным) каскадом приемника является преобразователь частоты. Хотя применение усилителей принимае­мой (высокой) частоты в общем случае снижает уровень шумов приемника, в том числе подавляет шумы зеркального канала, однако применять усиление высокой частоты в диапазоне сантиметровых и миллиметровых волн нецелесообразно. Обусловлено это тем, что на этих частотах ухудшаются шумовые характеристики активных СВЧ элементов и сильно снижается их коэффициент усиления.

Входная цепь является элементом, связывающим антенну с входом приемника. Она обеспечивает согласование входа прием­ника с антенно-волноводным трактом РЛС. Кроме того, входная цепь, являясь резонансной системой, защищает приемник от зер­кальных шумов антенны. К входным цепям предъявляются сле­дующие требования: коэффициент шума должен быть минималь­ным; полоса пропускания должна обеспечить неискаженную пе­редачу сигналов.

В сантиметровом диапазоне волн в качестве входной цепи применяются объемные резонаторы. Эту функцию обычно выпол­няет камера разрядника защиты приемника (РЗП) антенного пе­реключателя. Преобразователь частоты, состоящий из смесителя и гетеродина, преобразует частоту принимаемых отраженных сигналов в более низкую промежуточную частоту, которая может быть усилена обычным образом. Усилитель промежуточной ча­стоты (УПЧ), имеющий значительное количество, каскадов, обес­печивает необходимое усиление приемника. УПЧ обычно разде­ляется на предварительный усилитель промежуточной частоты (ПУПЧ) и основной (ОУПЧ) или главный (ГУПЧ).

Как правило, каскады ПУПЧ конструктивно совмещаются с высокочастот­ным блоком приемника и размещаются непосредственно у входа антенны совместно с входным контуром и преобразователем ча­стоты приемника. Это позволяет уменьшить затухание слабых сигналов в соединительных волноводных линиях и тем самым повысить чувствительность приемника. Каскады основного или главного УПЧ размещаются обычно вместе с другими каскада­ми приемника в индикаторном устройстве РЛС.

Детекторный каскад приемника преобразует радиоимпульсы промежуточной частоты в видеоимпульсы, которые затем усили­ваются видеоусилителем и передаются на индикаторное .устрой­ство или в схему аналого-цифрового преобразователя (АЦП).

Кроме рассмотренных элементов, приемник судовой навига­ционной РЛС содержит блок автоматической подстройки часто­ты (АПЧ), схему временной автоматической регулировки усиле­ния (ВАРУ), цепь малой постоянной времени (МПВ) для подавления помех протяженного характера. Рассмотрим более подробно принцип работы основных функциональных элементов приемника РЛС.

Преобразователь частоты.

Преобра­зование частоты в радиолокационном приемнике производится, как правило, с помощью кристаллических диодных смесителей, размещенных в специальных волноводных секциях, к которым подводятся непрерывные колебания СВЧ от гете­родина и отраженные импульсы из антенны (или ослабленные аттенюатором импульсы магнетрона в смесителе блока АПЧ). Гете­родин, смеситель приемника и смеси­тель АПЧ располагаются в одном об­щем блоке СВЧ, в котором конструк­тивно размещен и антенный переклю­чатель.

В качестве гетеродинов (маломощных непрерыв­но работающих генератора СВЧ) в радиолокационных приемниках используют отражательные клистроны или полупроводниковые диоды Ганна.

Отражательный клистрон представ­ляет собой вакуумный прибор, конст­руктивно объединенный в одно целое с объемным резонатором. Частота ко­лебаний клистрона в основном обус­ловлена собственной частотой резона­тора и в некоторой степени — величи­ной напряжения на отражательном электроде. Поэтому для изменения частоты клистрона в широких пределах (несколько сот мегагерц) применяют механическую настройку, в процессе которой изменяют размеры и форму резонатора. Изменение напряжения на отражателе позволяет регулировать частоту колебаний клистрона в преде­лах нескольких десятков мегагерц.

Регулировка напряжения на отра­жателе клистрона может осущест­вляться вручную с помощью потенциометра или автома­тически от блока АПЧ.

Генератор на диоде Ганна. Диод Ганна представляет собой пластину однородного кристалла арсенида гал­лия, подключаемую через контакты к внешней цепи. Под действием постоян­ного напряжения, приложенного к дио­ду, при малой длине полупроводника в нем создается сильное электрическое поле, способствующее возникновению колебаний СВЧ.

Генератор СВЧ на диоде Ганна — это сочетание диода с объемным резо­натором. Частота генератора зависит от длины кристалла, приложенного на­пряжения, объема резонатора и может изменяться как механическим способом, путем перестройки резонатора, так и электрическим – с помощью варикапа или феррита. Существуют генераторы на диодах Ганна в диапа­зоне частот 1 ... 40 ГГц. Мощность ге­нерируемых колебаний в непрерывном режиме может быть по­лучена от сотни милливатт до единиц ватт.

В качестве нелинейного элемента исключительное применение имеют полупроводниковые смесительные диоды.

Кристаллический смеситель. Кремниевый смесительный диод имеет миниатюрные электроды, которые соз­дают малую емкость, несмотря на очень малое расстояние между ними. Работает диод с малым уровнем соб­ственного шума. Вольтамперная ха­рактеристика диода содержит нелинейный участок, благодаря чему стано­вится возможным смешивание на нем двух частот, одновременно поступаю­щих в цепь диода. Преобразование ча­стоты происходит наилучшим образом (ток разностной частоты в цепи диода при этом максимален), если рабочая точка диода выбрана на нелинейном участке с наибольшей крутизной. Вы­бор рабочей точки обычно осуществля­ется регулировкой уровня колебаний, подводимых от гетеродина.

Колебания промежуточной частоты, равной 60 МГц, выделяют с помощью колебательного контура, настроенного на эту частоту и включенного в цепь диода. Размещается диод в волноводе таким образом, чтобы его внутренний проводник был расположен вдоль си­ловых линий электрического поля под­водимых к волноводу колебаний.

В судовых навигационных РЛС широкое применение получили балансные схемы преобразователей частоты. Основой такой схемы может являться, например, двойной волноводный тройник (рис. 2.39).

Через разветвление в широкой стенке волновода поступает энергия принимаемых отраженных сигналов. Через разветвление в узкой стенке подаются колебания от гетеродина. В симметрич­ных точках обоих плеч разветвления размещены полупроводниковые диоды Д1, Д2. Выходы диодов присоединяются к диффе­ренциальному настроенному трансформатору Тр промежуточной частоты, являющемуся нагрузкой смесителя. Особенностью двой­ного волноводного тройника является то, что колебания сигнала, распространяясь в разветвлении, достигают полупроводниковых диодов, расположенных на одинаковом расстоянии от центра разветвления, со сдвигом по фазе, равным 180°, а колебания гетеродина подаются на оба диода в фазе.

Возникающий в результате преобразования ток промежуточ­ной частоты через диод Д1 имеет фазу φ_пр1=<φ_с-φ_г, а через диод Д2 φ_пр2=(φ_с + 180˚-φг=φпр1+180°. Благодаря этому токи про­межуточной частоты в контуре будут складываться. Токи шумов гетеродина, проходя через контур во встречном направлении, бу­дут вычитаться. Следовательно, токи шумев гетеродина при надле­жащей симметрии плеч схемы не создают напряжения шумов ге­теродина на входе УПЧ приемника.

Кроме ослабления шумов гетеродина, балансная схема преоб­разователя обладает другим важным преимуществом. Примене­ние двойного волноводного тройника типа Е и Н позволяет избе­жать прямой связи между каналами приема сигналов и гетероди­на. Это обеспечивает резкое снижение потерь мощности сигнала в цепях гетеродина, что позволяет увеличивать связь гетеродина со смесителем. Кроме того, отсутствие прямой связи между ка­налами сигнала и гетеродина значительно ослабляет излучение колебаний гетеродина антенной РЛС.

К роме двойного волноводного тройника, в схемах балансных смесителей широко применяются щелевые и кольцевые мосты.

Рис.2.39. Балансный преобразователь частоты

Как было указано ранее, элементы преобразователя частоты размещаются в одном общем блоке СВЧ совместно с антенным переключателем. Примером преобразователя частоты на базе щелевого моста является схема блока СВЧ РЛС серии «Наяда» (рис.2.40).

Рис. 2.40. Схема блока СВЧ РЛС «Наяда»

Блок СВЧ-3 состоит из антенного переключателя (Э13, Э14); гетеродина; смесителя УПЧ (См1); смесителя АПЧ (См2); разрядника защиты приемника (Рр1). Колебания СВЧ, вырабатываемые магнетроном, с помощью циркулятора Э14 поступают в антенну. Отраженная от разрядника энергия СВЧ действует на поглотитель вентиля Э13. Принимаемые отра­женные сигналы от объектов направляются циркулятором Э14 и вентилем Э13 через разомкнутый разрядник и открытую заслон­ку ЭМ1 в смеситель УПЧ. Сюда же через, делитель ЭЗ, Э4 и аттенюатор Э5 поступают сигналы гетеродина.

Гетеродин выполнен на гене­раторном диоде Ганна Д1 типа ЗА703Б с электронной перестройкой часто­ты. Перестройка обеспечивается варикапом Д2 типа 1А403Д. Для стабильной работы гетеродина используется циркулятор Э2 с нагрузкой Э1. Распределение мощности гетеродина между смесителями обеспечивает тройник Э4. С помощью аттенюаторов Э5, Э6 производится установка режима работы смесителей по сигналам гетеродина.

Смесители выполнены на диодах Д1 и Д2 типа Д405Б и Д405ВП по балансной схеме со щелевыми мостами Э7 и Э8. Связь магнетро­на со смесителем АПЧ осуществляется через ответвитель Э15 и аттенюатор Э11. В режиме контроля канал приемника перекры­вается электромагнитной заслонкой Эм1. Через аттенюатор Э12 и ответвитель Э10 с поглотителем Э9 в канал приемника подает­ся контрольный сигнал, поступающий на смеситель УПЧ. Блок СВЧ выполнен на базе волновода сечением 23х10 мм.

Усилитель промежуточной частоты (УПЧ).

Качественные показатели УПЧ. Усилители промежуточной частоты усиливают колебания между выходом преобразователя частоты и входом детекторного каскада. От качества работы УПЧ зависят дальность радиолокационного наблюдения, разре­шающая способность и другие параметры РЛС.

К основным качественным показателям УПЧ импульсного ра­диолокационного приемника относятся: величина промежуточной частоты, полоса пропускания, коэффициент усиления, эффектив­ность, время восстановления чувствительности, стабильность ос­новных параметров, устойчивость и надежность, работы и др Некоторые качественные показатели, играющие важную роль в связных и радиовещательных приемниках, не имеют существен­ного значения для радиолокационных приемников. Например, вы­сокая избирательность по соседнему каналу является одним из основных требований для радиовещательных и связных радио­приемников. Для радиолокационных приемников этот параметр особой роли не играет, так как в диапазоне сверхвысоких частот основным видом помех являются шумы, обладающие, как прави­ло, равномерным энергетическим спектром. Избирательность по отношению к таким помехам определяется эффективной шириной полосы пропускания, а не степенью прямоугольности резонансной кривой.

При выборе значения промежуточной частоты руководствуют­ся тем, что с увеличением ее легче обеспечивается симметрия резонансных кривых колебательных контуров, снижаются шумы, вносимые гетеродином, облегчается разделение частотных состав­ляющих видеосигналов и промежуточной частоты на выходе детектора, улучшается работа системы автоматической под­стройки частоты.

При уменьшении промежуточной частоты повышается устойчи­вость работы усилителя, уменьшается критичность разброса параметров схемы и пр. Исходя из этих предпосылок, промежу­точная частота радиолокационных приемников выбирается в пределах 15…90 МГц. Радиолокационные приемники диапазона сантиметровых и миллиметровых волн, в том числе и приемники судовых навига­ционных РЛС, имеют промежуточную частоту 30 и 60 МГц.

Полоса пропускания УПЧ не должна быть очень узкой, что­бы не вызывать искажений импульсных сигналов. Однако слиш­ком широкая полоса пропускания увеличивает собственные шумы и тем самым уменьшает чувствительность приемника. Полоса пропускания обычно отсчитывается на уровне 3 дБ (на уровне 0,7по напряжению).

Схемотехническое построение УПЧ радиолокационных приемников принципиально не отличается от обычных схем резонансных усилителей, работающих в диапазоне частот до 100 МГц. В качестве активных элементов этих усилителей используются биполярные и полевые транзисторы, а также интегральные схемы. По способу включения активных элементов применяются, как правило, схемы с общим эмиттером и общей базой. Схемы с общим эмиттером обеспечивают достаточное усиление, облегчают межкаскадное согласование, но отличаются меньшей устойчивостью в работе. Схемы с общей базой имеют очень малое входное сопротивление, но отличаются высокой устойчивостью работы, что является очень важным для многокаскадных схем УПЧ радиолокационных приемников.

Нагрузкой каскадов УПЧ являются избирательные системы (фильтры) на LC- контурах или на фильтрах ПАВ. Резонансные каскады УПЧ должны обеспечивать максимальный коэффициент усиления на резонансной частоте, равной промежуточной (fпр = 60 МГц) в пределах полосы пропускания 3…25 МГц. В целях обеспечения постоянства параметров усилительных каскадов применяются традиционные способы стабилизации режима работы транзисторов по постоянному току (статический режим), а также при необходимости применяют отрицательную обратную связь по переменному току (динамический режим).

В современных РЛС схемы усилителей промежуточной частоты реализуются, как правило, интегральных схемах (ИС). При этом, одна ИС может полностью выполнять функции всего УПЧ. В таких УПЧ вместо обычных выводных компонентов (резисторов, конденсаторов и др.) применяются безвыводные компоненты поверхностного монтажа (КПМ), что снижает различные паразитные связи, а следовательно, повышает устойчивость работы усилителя.

По характеру амплитудных характеристик применяют линейные и логарифмические схемы УПЧ.

Рис.2.41. Линейный УПЧ: Рис. 2.42. Логарифмический УПЧ:

а) амплитудная характеристика, а) амплитудная характеристика,

б) вид сигналов на входе и на выходе б) сигналы на входе и на выходе

Линейный УПЧ.

Этот усилитель имеет линейную зависимость выходно­го напряжения от входного в пределах не более 50-кратного значения ампли­туды собственных шумов. При превы­шении этого значения наступает насы­щение (или перегрузка) и входной сиг­нал не вызывает дальнейшего увеличе­ния выходного сигнала (рис. 4.11, а, б). Регулировкой коэффициента усиления (К) УПЧ можно устанавливать раз­личный наклон линейного участка ха­рактеристики, а следовательно, и наи­лучшие условия для приема слабых или сильных сигналов. При малом уси­лении К1 ближние объекты будут об­наруживаться хорошо, а дальние зате­ряются в шуме. Если коэффициент усиления К₂ установлен достаточным для приема сигналов дальних объек­тов, то будут потеряны сигналы от ближних объектов, находящиеся в зо­не помех от моря. Устранить частично этот недостаток можно с помощью схе­мы ВРУ, уменьшающей усиление ли­нейного УПЧ для ближних объектов в большей степени, чем для дальних.

Эффективна ВРУ лишь для ослаб­ления помех от моря, уровень которых зависит от дистанции. Если же на дан­ном расстоянии имеются объекты с различными отражающими поверхно­стями, то будут теряться слабые сигна­лы или ограничиваться сильные.

Конструктивно УПЧ (вместе с де­тектором) оформляется в виде отдель­ного хорошо экранированного блока. Количество каскадов УПЧ достигает 8. . . 10; каждый каскад имеет полосо­вой фильтр, настроенный на промежу­точную частоту. Необходимая широ­кая полоса частот обеспечивается шун­тированием контуров полосовых фильт­ров активными сопротивлениями. Пе­реключение полосы, осуществляемое при изменении длительности излучаемых импульсов, обычно осуществляется ее сужением в одном из каскадов. Этого достаточно, чтобы общая резонансная кривая УПЧ была более острой.

УПЧ имеет общую регулиров­ку усиления и ВРУ (или ВАРУ). Общая регу­лировка осуществляется вручную из­менением коэффициента усиления нескольких каскадов УПЧ с помощью соответствующего потенциометра «Усиление - A/C GAIN», раз­мещенного на панели пульта управления РЛС. Временная регулировка усиления до­стигается специальной схемой ВАРУ, за­пускаемой синхроимпульсом несколько раньше запуска передатчика. Выраба­тывает эта схема импульсы напряжения, состоящие из прямоугольной и экспоненциальной составляющих (рис. 2.46). В результате воздей­ствия импульса ВАРУ на 2... 3 первых каскада УПЧ их усиление изменяется во времени после излучения импульса передатчиком определенным образом. На время излучения зондирующих импульсов прямоугольная составляющая запирает приемный тракт полностью, а затем при спаде экспоненциальной составляющей им­пульса усиление приемника плавно увеличивает­ся во времени (дальности) до номинального значения. В результате импульсы, отражен­ные от ближних объектов, усиливают­ся слабее, чем импульсы, отраженные от более удаленных объектов. С помо­щью отдельной ручки «Помехи от мо­ря» или «Волны» (A/C SEA) можно с пульта управления изменять амп­литуду импульса ВАРУ и в каждом кон­кретном случае подбирать вариант наилучшего обнаружения ближних объектов, маскируемых отражением от морских волн.

Логарифмический УПЧ.

. Усилитель этого типа имеет логарифмическую за­висимость между выходным и входным напряжениями (рис.2.42, а). Благода­ря этому при большом диапазоне изме­нения амплитуд входных сигналов на выходе УПЧ амплитуды сигналов из­меняются лишь в несколько раз. Такой УПЧ действует безынерционно и позво­ляет ослабить как регулярные, так и случайные помехи. Это дает возмож­ность использовать его для уменьше­ния помех от моря и дождя, а кроме того, для лучшего различения объек­тов с различными отражающими свой­ствами.

Применение логарифмического УПЧ с дифференцирующей цепью, име­ющей малую постоянную времени (МПВ), позволяет снизить уровень от­ражений от моря и дождя до уровня собственных шумов (рис. 2.42,6). От­ражение от моря и дождя (снега) складывается из множества отдельных отражений в облучаемой площади. Не­прерывное изменение (флюктуация) суммарного уровня такого отраженно­го сигнала подчиняется определенному закону, а именно: среднее квадратическое отклонение флюктуации от сред­него значения сигнала пропорциональ­но среднему значению. На рис. 2.42,6 для диаграммы входного сигнала это дает большой размах ее заштрихован­ной части и большую приподнятость при меньшем расстоянии.

На выходе логарифмического УПЧ среднее квадратическое отклонение флюктуации становится постоянным (равным уровню шумов) и не зависит от среднего значения мешающего отра­жения от моря.

После дифференцирующей цепи с МПВ из выходного сигнала УПЧ ис­ключается постоянная составляющая (удаляется среднее значение), и амп­литуда помех от моря будет при лю­бых расстояниях на одном уровне с шу­мом.

Следовательно, на выходе логариф­мического УПЧ помехи значительно ослаблены, а амплитуды слабых и сильных отраженных импульсов вы­равниваются; регулировка усиления в процессе работы не требуется. Для более эффективного подавления помех от моря предусмотрена схема ВРУ, которая осуществляется в нескольких линей­ных каскадах, включенных перед лога­рифмическим каскадом УПЧ.

Рис.2.43 Форма импульса ВАРУ.

Детектор и МПВ.

Детектор приемника РЛС (рис. 2.44,а) является нагрузкой УПЧ и преобразует импульсы промежуточной частоты в видеоимпульсы. В морских РЛС применяется амплитудная модуляция и, соответственно, амплитудное детектирование.

Рис. 2.44. Принцип действия детектора и МПВ:

а) схема, б) временные диаграммы.

Амплитудное детектирование обеспечивает:

- получение огибающей модулированного колебания (видеоимпульса) из радиоимпульса на промежуточной частоте (ПЧ);

- отделение полезного видеосигнала от колебаний ПЧ.

Обычно применяют схему диод­ного детектирования, на которую пода­ются колебания с последнего каскада УПЧ. Диодный детектор включает три основных элемента:

- нелинейный элемент (диод VD1);

- сопротивление нагрузки (R1);

- фильтр (емкость нагрузки C1).

При воздействии на диод VD1 радиоимпульса ПЧ (рис. 2.45, фигура 1) на сопротивлении нагрузки R1 выделяется положительный импульс с пульсациями ( рис.2.45, фигура2), которые сглаживаются емкостью C1, выполняющей роль фильтра.

Рис. 2.45. Принцип работы детектора:

1 – напряжение на входе детектора, 2 – напряжение на нагрузке.

Выделяемый видеоимпульс на выходе детектора является основой получаемой в РЛС полезной информации.

После детектора с помощью выключателя МПВ (A/C SEA) на пульте управления РЛС по желанию опе­ратора может быть включена схема малой постоянной времени (дифференцирующая цепь C2, R2). Постоянная вре­мени этой цепи τ = R2 ∙C2 меньше длительности поступающих от детектора видеоимпульсов. Поэтому им­пульсы на выходе схемы получаются кратковременными (укороченными) отрицательной полярности. Длитель­ность этих импульсов тем меньше, чем меньше установлена величина сопро­тивления резистора R2 (предусмотре­на её регулировка с пульта управления). Диод VD2, подключенный парал­лельно резистору R2, «срезает» импульсы отрицательной полярности, а положительные видеоимпульсы создают на экране индикатора изображение.

На рис. 2.44, б показаны временные диаграммы напряжений на входе де­тектора U1, на его выходе U2 и после цепи МПВ для трех различных случа­ев: при подаче на входе одиночного от­раженного импульса (положение /), двух сливающихся импульсов (положе­ние //), а также при наложении на от­раженный импульс длительной помехи (положение ///). Например, при двух сливаю­щихся импульсах на входе на выходе цепи МПВ, получают два раздельных кратковременных импуль­са положительной полярности, создаю­щих на экране индикатора две раз­дельно светящиеся точки (импульсы отрицательной полярности срезаются диодом VD2 практически на нулевом уровне, на изображение на экране не влияют).

Схему МПВ включают по мере необходимости. При постоянном ее включении уменьшается амплитуда видеоимпульсов на выходе приемника, поэтому изображение на экране ИКО получается менее ярким. Из-за укоро­чения импульсов при дифференцировании береговая черта может иметь разрывы и опознавание её становится затруднительным.

Автоматическая подстройка частоты (Блок АПЧ).

Изменение частоты магнетрона и гетеродина в процессе работы, вызван­ное изменением температуры или пи­тающих напряжений, приводит к изме­нению промежуточной частоты. В ре­зультате этого коэффициент усиления УПЧ, настроенного на номинальную промежуточную частоту, может так сильно уменьшиться, что импульсы на выходе приемника будут иметь очень малую амплитуду или совсем отсутст­вовать. Поэтому возникает необходи­мость подстраивать частоту гетеродина (в магнетронах, применяющихся в су­довых РЛС, изменение частоты невоз­можно).

Как отражательный клистрон, так и генератор на диоде Ганна имеют возможность подстройки частоты либо механическим, либо электрическим способом. Механическая подстройка частоты гетеродина производится обычно при его замене или смене магнетрона. Осуществляется она измене­нием частоты объемного резонатора непосредственно в блоке СВЧ приемо­передатчика. Электрическая подстрой­ка производится изменением напряже­ния, дистанционно с пульта управле­ния индикатора РЛС.

Если стабильность частоты клист­рона или магнетрона невысока, то слишком частая подстройка вручную отвлекает внимание оператора и дела­ет всю РЛС малонадежной. Этот недо­статок устраним при наличии в РЛС автоматической подстройки частоты.

Для осуществления АПЧ применя­ют специальную схему, которая изме­няет частоту гетеродина таким обра­зом, чтобы промежуточная частота всегда оставалась постоянной.

Схема АПЧ работает обычно от собственного смесителя СМ (рис. 2.46, а). К смесителю АПЧ поступают не­прерывно вырабатываемые колебания гетеродина Г с частотой f_г и импульс­ные колебания магнетрона с частотой f_м, ослабленные аттенюатором до уровня, не опасного для смесителя. Применение отдельно­го смесителя АПЧ обеспечивает неза­висимость работы схемы АПЧ от уров­ня отраженных импульсов (эхосигналов).

Импульсы промежуточной частоты, полученные на выходе смесителя, по­ступают в УПЧ, где усиливаются дву­мя-тремя каскадами, а затем подают­ся на дискриминатор Д..

Дискриминатор представляет собой частотный детектор, вырабатывающий видеоим­пульсы, полярность и амплитуда кото­рых зависят от знака и величины от­клонения (расстройки) промежуточ­ной частоты fпч = fг - fм относительно её номинального значения (60 МГц).

Рис.2.46. Автоматическая подстройка частоты:

а) функциональная схема,

б) частотная характеристика дискриминатора

Если про­межуточная частота не равна ее номи­нальному значению, то на выходе дис­криминатора появляются импульсы либо положительной полярности при fпч ‹ fпч.ном. либо отрицательной при fпч>fпч. ном. Амплитуда этих импуль­сов при расстройке в пределах не­скольких мегагерц от номинального значения промежуточной частоты воз­растает, а затем падает. Амплитуда импульсов на выходе дискриминатора равна нулю, если fпч.= fпч.ном., а так­же при очень значительной расстройке (рис. 2.44, б). Вблизи от точки fпч =fпч. ном. характеристика линейна и при переходе через эту точку напря­жение на выходе дискриминатора ме­няет знак.

Если на вход дискриминатора по­дается синусоидальное напряжение с частотой fпч. ≠fпч ном. в виде периоди­чески повторяющихся радиоимпульсов с частотой повторения РЛС, то на вы­ходе дискриминатора появятся видео­импульсы, амплитуда и полярность ко­торых зависят от знака и величины расстройки подводимой промежуточ­ной частоты от ее номинального зна­чения. В некоторой полосе слежения зависимость получается линейной.

После усиления импульсов дискри­минатора видеоусилителем ВУ они посту­пают в исполнительную схему И, кото­рая преобразует эти импульсы в посто­янное напряжение, управляющее час­тотой гетеродина. Исходное напряже­ние, подаваемое на гетеродин, устанав­ливается потенциометром РПЧ таким образом, чтобы работа схемы АПЧ происходила в пределах полосы слеже­ния. При этом малейшие отклонения частоты от номинального значения от­слеживаются схемой, и промежуточ­ная частота сохраняется всегда посто­янной и равной 60 МГц.

Качество подстройки частоты при­емника всегда может быть проверено с помощью различных контрольных приборов РЛС или непосредственно по изображению на ее экране. В слу­чае неисправности схемы АПЧ пере­ходят на ручную подстройку, добива­ясь наиболее качественного изображе­ния на экране ИКО окружающей обстанов­ки с максимальной дальностью обна­ружения удаленных объектов.

Видеоусилитель.

Видеоусилители применяются в РЛС для уси­ления сигналов, поступающих с выхода детектора приемника, до уровня, обеспечивающего нормальную работу оконечных устройств РЛС. Для того что­бы при воспроизведении сигналов терялось как можно меньше по­лезной информации, необходимо, чтобы в видеоусилителе обеспечи­валось равномерное усиление во всей полосе частот, соответству­ющей видеоимпульсу. В современных РЛС видеосигнал, как правило, через оптоэлектронную развязку поступает в ИКО (DISPLAY UNIT) для последующей обработки в аналого-цифровых преобразователях (АЦП) дисплейного блока и блока САРП.