24

Лекция №7

4. Радиолокационные импульсные передатчики

Передатчик импульсной РЛС (рис.4.1) содержит следующие основные элементы: генератор сверхвысокой частоты (ГСВЧ), модулятор, источник питания (выпрямитель). Генератор вырабатывает мощные кратковременные импульсы

колебаний сверхвысокой частоты. В диапазоне сантиметровых и миллиметровых волн генераторами СВЧ являются магнетроны.

Управление колебаниями генератора осуществляется модуляторным устройством, которое состоит из импульсного модулятора и подмодулятора.

Рис.4.1. Упрощенная функциональная схема радиолокационного передатчика

4.1. Особенности магнетронных генераторов

Магнетрон представляет собой электровакуумный двухэлектродный прибор с

электромагнитным управлением [4,10].

В передатчиках судовых радиолокационных станций применяют многорезонаторные магнетроны. Разрез такого типа магнетрона показан на рис. 4.2. Основой конструкции магнетрона является анодный блок 2, представляющий собой

массивный медный цилиндр, в котором выточено по окружности четное число

цилиндрических резонаторов 5.

Резонаторы сообщаются с внутренней полостью магнетрона, называемой пространством взаимодействия, с помощью прямоугольных пазов 6. Связь магнетрона с внешней нагрузкой осуществляется

посредством проволочной медной петли 8. Эта петля одним

концом припаяна к стенке одного из резонаторов, а другим присоединена к внутреннему проводу 9 короткой коаксиальной линии, проходящему через стеклянный спай 4 в волновод.

В центре анодного блока расположен цилиндрический

оксидный подогревный катод 1. Этот катод имеет значительный

диаметр для

получения достаточного эмиссионного тока.

С обеих сторон катода расположены так называемые

охранные диски, улучшающие структуру поля у краев анодного блока и препятствующие утечке электронов из пространства

взаимодействия в торцовые области магнетрона. Катод укреплен внутри магнетрона с помощью держателей 7, которые служат

одновременно выводами тока.

Держатели проходят через стеклянные спаи в Рис. 4.2. Устройство магнетрона цилиндрических трубках, укрепленных на фланце.

Имеющееся на держателе утолщение выполняет

роль высокочастотного дросселя препятствующего выходу высокочастотной энергии

через выводы накала.

С торцовой стороны анодного блока имеются связки — проводники 3,

соединяющие сегменты анодного блока. Для охлаждения магнетрона на его

25

наружной поверхности имеются ребра, обдуваемые вентилятором. Исходя из условий удобства охлаждения, безопасности обслуживания и облегчения отвода

высокочастотной энергии, анодный блок заземляется, а к катоду прикладываются импульсы высокого напряжения отрицательной полярности. Магнитное поле

магнетрона создается обычно постоянными магнитами, не показанными на рис.4.2. Эти магниты, изготовленные из специальных сплавов, создают сильное магнитное поле.

На практике широко применяются пакетированные магнетроны (см. рис.4.3), у которых магнитная система 4

является составной частью конструкции самого магнетрона. У пакетированных магнетронов полюсные наконечники входят с торцов внутрь магнетрона. Этим

уменьшается воздушный зазор между полюсами, а, следовательно, и сопротивление магнитопровода, что

позволяет сократить размеры и массу магнитной системы магнетрона.

Рис. 4.3. Пакетированный магнетрон: 1 — медный анодный блок; 2 — ферромагнитные полюсные наконечники; 3 — катод; 4 — магнит

Обычно напряжение накала магнетрона равно 6,3 В, но ввиду того, что катод

работает в режиме усиленной электронной бомбардировки, такое значение напряжения питания катода требуется только для разогрева катода перед подачей высокого напряжения на анод. После подачи анодного напряжения напряжение накала обычно уменьшают автоматически с помощью резистора R до 4 В.

Важным показателем качества работы магнетронного генератора является

стабильность частоты генерируемых колебаний. Основными причинами, вызывающими отклонение частоты магнетрона, являются непостоянство и

несогласованность нагрузки, непостоянство электрического режима, например:

изменения анодного напряжения или анодного тока, колебания температуры анодного блока.

Различают следующие два вида изменения частоты:

а) медленное колебание частоты, когда в течение промежутка времени, равного

длительности отдельного импульса, частота практически остается постоянной;

б) быстрое изменение частоты, при которой нельзя пренебречь уходом частоты даже во время генерации каждого отдельного короткого импульса.

Медленное изменение частоты происходит при вращении антенны, при

плавном изменении напряжения источников питания, при изменении окружающей

температуры. Такого вида нестабильность частоты не искажает спектр

генерируемого импульса, а несколько сдвигает его. Влияние на работу станции такого ухода частоты можно уменьшить применением в приемнике автоматической

подстройки частоты.

При быстром изменении частоты наблюдается искажение формы частотного

спектра импульса и расширение полосы частот. Это может привести к снижению дальности действия радиолокационной станции, так как значительная доля энергии импульса может оказаться вне полосы пропускания приемного устройства.

Из рис. 4.1 видно, что модулятор состоит из подмодулятора и коммутатора.

В качестве накопителя энергии, в НРЛС 50-х - 70-х годов разработки прошлого столетия чаще всего используется конденсатор и, реже, накопительная линия [9].

Рассмотрим некоторые особенности построения импульсных модуляторов.