3. Передающие устройства рлс ртв
3.1. Назначение, основные характеристики и типы передающих устройств рлс ртв
Передающие устройства РЛС РТВ предназначены для формирования СВЧ радиоимпульсов определенной формы, структуры и энергии.
Основными техническими характеристиками передающих устройств являются:
мощность (средняя либо импульсная);
длительность, ширина спектра, закон внутриимпульсной модуляции и частота повторения генерируемых импульсов;
длина волны генерируемых колебаний, диапазон перестройки; надёжность, масса, габариты;
стабильность несущей частоты, амплитуды и длительности, закона внутриимпульсной модуляции.
Существуют два основных типа передающих устройств, применяемых в РЛС РТВ: "мощный автогенератор" и "задающий генератор-усилитель мощности".
Передающие устройства с автогенератором СВЧ на выходе нашли широкое применение. Они используются, в основном в РЛС старого парка (П-37, 5Н84А, П-18, П-19, ПРВ-13, ПРВ-16, ПРВ-17 и других РЛС). В таких устройствах вся генерируемая энергия СВЧ сигнала вырабатывается мощным автогенератором при подаче на его анод питающего импульсного напряжения.
Передающее устройство рассматриваемого типа включает подмодулятор, модулятор, автогенератор СВЧ и источник питания (рис.3.1).
Подмодулятор усиливает импульсы запуска по мощности до величины, достаточной для управления коммутирующим элементом модулятора. Модулятор формирует мощные импульсы высокого напряжения заданной формы, поступающие в цепь питания генераторного прибора СВЧ.
Генератор СВЧ во время действия модулирующего импульса вырабатывает мощные импульсы электромагнитной энергии СВЧ. Выбор генераторного прибора и его конструкция определяются рабочей частотой, импульсной мощностью, полосой рабочих частот, системой охлаждения и рядом других факторов. В станциях метрового и длинноволновой части дециметрового диапазонов автогенераторы, как правило выполняются на мощных металлостеклянных или керамических триодах. Колебательные системы таких генераторов образуются отрезками коаксиальных линий и междуэлектродными емкостями генераторной лампы. В станциях сантиметрового и коротковолновой части дециметрового диапазонов волн функцию автогенератора СВЧ выполняет магнетрон или стабилитрон.
Источники питания вырабатывают необходимые напряжения для обеспечения электроэнергии элементов передающего устройства. В большинстве РЛС в состав источников питания входит высоковольтный выпрямитель, используемый для заряда электрической энергией накопителя модулятора.
Передающие устройства второго типа включают маломощный задающий генератор (возбудитель) и усилитель мощности (рис 3.2). В таком передатчике стабильность частоты зондирующего сигнала определяется в основном маломощным задающим генератором, частота которого стабилизирована известными методами, например кварцем. Возбудитель может быть выполнен по схеме, позволяющей осуществлять быстрое, в течение нескольких микросекунд, переключение с одной рабочей частоты на другую. Он может также формировать сложные ЛЧМ или ФКМ сигналы.
При формировании сигнала возбудителя можно обеспечить его жесткую связь с частотой гетеродинного сигнала смесителя, что исключит необходимость применения АПЧ. Наконец, в таком передатчике возможно получение пачки когерентных импульсов, что позволяет применять корреляционную автокомпенсацию пассивных помех, а также объединять сигналы различных частот на общий усилитель мощности либо разделять их на отдельные выходы для питания различных элементов рупорного облучателя или излучателей антенной решетки.
Усилитель мощности в передающем устройстве данного типа может состоять из нескольких каскадов усиления. В общем случае каждое усилительное звено должно иметь отдельные подмодулятор и модулятор. В последующем усилительном звене модулирующий импульс должен быть короче по длительности и больше по амплитуде. Это связано с необходимостью устранения или существенного ослабления влияния переходных процессов в усилительных звеньях на параметры зондирующего сигнала и обеспечения необходимой мощности на выходе каждого усилительного звена. В оконечном каскаде должен использоваться усилительный прибор с максимально возможным КПД, поскольку КПД всей усилительной цепочки определяется в основном КПД оконечного каскада. Рабочая ширина полосы пропускания каждого каскада усиления должна быть шире, чем ширина спектра сигнала с выхода возбудителя. В качестве усилительных элементов могут использоваться полупроводниковые, ламповые усилители, а также амплитроны, клистроны, ЛБВ. Полупроводниковые приборы работают на частотах до 10 ГГц и позволяют получить среднюю выходную мощность 10-100 Вт; амплитроны, клистроны и ЛБВ перекрывают диапазон частот от 1 до 100 ГГц при средней выходной мощности до 10 кВт.
Искажения сигнала, вносимые возбудителем или усилителем мощности, влияют на качество обработки эхо-сигналов при приеме. Такие искажения появляются в результате нелинейных явлений в процессе модуляции в либо в тракте СВЧ. Отраженные в СВЧ тракте усиленные сигналы могут вновь переотражаться от усилительных приборов, изменяя их режим работы. Поэтому в усилительной цепочке непосредственно у выхода каждого каскада усиления, как правило, устанавливаются вентили или устройства согласования. Применение устройств согласования позволяет получить стабильность фазы усиливаемого сигнала в пределах нескольких градусов.
Рассмотрим принцип построения передающих устройств данного типа, предназначенных для формирования широкополосных сигналов.
Формирование ЛЧМ импульсов возможно активным и пассивным методами.
Формирование ЛЧМ сигнала активным методом с электронной подстройкой линейности (рис.3.3), осуществляется следующим образом.
Частотный подмодулятор вырабатывает пилообразные импульсы напряжения, определяющие закон изменения частоты выходного сигнала передатчика. Частотный модулятор усиливает видеосигнал с выхода схемы суммирования до величины, необходимой для управления задающим генератором. Задающий генератор вырабатывает высокочастотный радиоимпульс, частота которого изменяется по линейному закону.
Схема электронной АПЧ предназначена для автоматического поддержания заданной линейности закона частотной модуляции. Принцип работы системы АПЧ основан на сравнении закона модуляции выходного сигнала задающего генератора с эталонным. В случае несоответствия вырабатывается сигнал ошибки, который подаётся на второй вход сумматора частотного подмодулятора. При этом изменяется амплитуда пилообразного напряжения, поступающего на частотный модулятор, а значит, и закон изменения частоты задающего генератора - в сторону уменьшения ошибки.
Достоинством активного метода является возможность получения большого значения девиации частоты, а следовательно, коэффициента сжатия такого сигнала в оптимальном фильтре. В качестве недостатков можно отметить низкую стабильность параметров формируемого сигнала и технические сложности, связянные с обеспечением линейности закона изменения частоты. Поэтому данный метод формирования ЛЧМ сигнала применяется только при наличии системы АПЧ.
При пассивном методе формирования ЛЧМ сигнал получают путем возбуждения дисперсионной линии задержки (ДЛЗ) коротким радиоим-пульсом, вырабатываемым генератором импульсов на частоте fз (рис.3.4). Выходной ЛЧМ сигнал ДЛЗ преобразуется в смесителе на высокую частоту и через полосовой фильтр поступает на усилитель мощности.
Достоинствами пассивного метода являются высокая стабильность параметров формируемого сигнала, хорошее согласование его характеристик с аналогичным по параметрам оптимальным фильтром. К недостаткам данного метода относится относительно невысокий коэффициент сжатия такого сигнала в оптимальном фильтре (ксж < 300...400).
Формирование ФКМ сигнала также может быть осуществлено активным или пассивным способом.
В первом случае (рис.3.5) с помощью генератора видеокода происходит попеременная передача на вход усилителя мощности двух когерентных противофазных колебаний. Изменение фазы выходного напряжения задающего генератора осуществляется в соответствии с кодом.
Эпюры напряжения, поясняющие принцип формирования ФКМ сигнала, приведены на рис.3.6. Данный метод позволяет формировать ФКМ сигналы большой длительности, с любым числом дискрет. Однако сформированный сигнал обладает недостаточной стабильностью параметров.
При пассивном методе (рис.3.7) в качестве формирователя ФКМ сигнала используется n-отводная линия задержки, в каждый из отводов которой включен фазовращатель. Число отводов n в линии задержки равно числу дискрет ФКМ сигнала. Последовательно во времени на каждый вход сумматора поступает радиоимпульс длительностью о. Значение фазы радиоимпульса (0, ) определяется установленным в данном отводе линии задержки фазовращателем. Радиоимпульсы, последовательно действуя на выходах линии задержки, складываются в сумматоре, формируя n-позиционный фазокодоманипулированный сигнал. Достоинством пассивного метода является высокая стабильность параметров формируемого сигнала, недостатком - сложность формирования сигналов большой длительности (из-за затухания сигнала в линии задержки).