книги из ГПНТБ / Терсин, В. Я. Радиоэлектроника и радиотехнические измерения учебник для школ техников ВМФ

Р А З Д Е Л 2

ОСНОВЫ РАДИОЛОКАЦИИ

Г л а в а 9

ОСНОВНЫЕ ПОНЯТИЯ

§ 1. Принцип радиолокации

Обнаружение различных объектов и определение их местоположения с помощью радиоволн называется ра­ диолокацией.

В основу радиолокации положено использование сле­ дующих явлений:

—отражения радиоволн от объекта;

—направленных излучения и приема радиоволн;

—постоянства скорости распространения радио­

волн.

Рассмотрим кратко физическую сущность каждого явления.

О т р а ж е н и е р а д и о в о л н . Сущность процесса отражения радиоволн состоит в том, что они, доходя до объекта, наводят в нем переменные токи той же часто­ ты, что и токи в антенне радиолокатора. Эти перемен­ ные токи создают вокруг объекта собственное перемен­ ное электромагнитное поле, называемое вторичным, в результате чего объект превращается как бы в антенну, переизлучающую падающие на него радиоволны. Это переизлучение падающей на объект энергии радиоволн и есть их отражение.

Отражение энергии радиоволн от объекта при одном и том же количестве падающей энергии происходит тем более эффективно, чем выше проводимость объекта.

Эффективность отражения зависит также от соотно­ шения размеров объекта и длины приходящей волны. Если они соизмеримы или длина волны меньше разме­

121

ров объекта, то эффективность отражения увеличи­ вается.

Н а п р а в л е н н о е и з л у ч е н и е и н а п р а в л е н ­ ный п р и е м р а д и о в о л н . Использование этого принципа позволяет определить направление на объект. Направленное излучение и прием отраженных сигналов производится с помощью специальных антенн направ­ ленного действия.

Для наведения на объект антенна снабжена приво­ дом вращения и устройством для отсчета угловых коор­ динат (пеленг, угол места).

Применяют три метода определения угловых коор­ динат объекта: метод максимума, метод минимума и -метод равносигнальной зоны.

При определении координат методом максимума на­ правление на цель определяется направлением оси ан­ тенны в момент прихода от цели наиболее интенсивного сигнала. Недостаток этого метода — его малая точность.

При определении расположения объекта методом равносигнальной зоны радиолокационная станция дол­ жна иметь две жестко скрепленные антенны с одинако­ выми характеристиками излучения, но несколько сме­ щенные одна относительно другой, чтобы получить рав­ носигнальную зону'от обеих антенн. Положение цели

зоны. Увеличение точности в этом методе получается за счет уменьшения раствора' равносигнальной зоны по сравнению с углом раствора диаграммы направленности каждой антенны, взятой в отдельности.

О п р е д е л е н и е д а л ь н о с т и до о б ъ е к т а основано на использовании принципа постоянства ско­ рости распространения радиоволн в результате измере­ ния времени t, в течение которого радиоволна проходит расстояние до объекта и обратно. При известных вре­ мени t и скорости распространения радиоволн с даль­ ность до цели Д можно найти по формуле

г де с = 3-Ю5 км/с— скорость распространения радио­ волн;

122

При дальностях действия современных РЛС в десят­ ки и сотни километров время t измеряется микро- и миллисекундами. Для 'измерения таких промежутков времени используются электронные устройства индика­ торов РЛС.

§ 2. Тактико-технические характеристики РЛС

М а к с и м а л ь н а я д а л ь н о с т ь д е й с т в и я — наибольшее расстояние, на котором станция еще может

Рпр min — чувствительность приемника.

Дальность действия наземной РЛС ограничивается дальностью прямой радиолокационной видимости и определяется по формуле

Д ,Р = 4,12(КЛ + КЯ),

где h — высота антенны, м;

И — высота цели над поверхностью земли, м.

М а к с и м а л ь н а я д а л ь н о с т ь с о п р о в о ж д е ­ н и я — наибольшее расстояние, на котором станция мо­ жет вести автоматическое сопровождение цели и точно определять ее координаты.

М и н и м а л ь н а я д а л ь н о с т ь д е й с т в и я РЛС — наименьшее расстояние, на котором станция еще может наблюдать и сопровождать цель.

Пространство вокруг станции, в котором цели на­ блюдать невозможно, называется мертвой зоной.

123

Г л а в а 10

ОСОБЕННОСТИ ПЕРЕДАЧИ В РАДИОЛОКАЦИИ

§ 1. Генераторные лампы дециметровых волн

Работа ламповых генераторов, собранных на обыч­ ных триодах, с переходом на сверхвысокие частоты зна­ чительно ухудшается. Объясняется это тем, что на СВЧ время пролета электронов в лампе становится соизме­ римым с периодом колебаний. Это означает, что, пока электроны летят от катода к аноду, напряжение на уп­ равляющей сетке успевает измениться. Поэтому измене­ ния анодного напряжения не соответствуют изменениям напряжения на сетке, что приводит к нарушению рабо­ ты лампы. Другим фактором, нарушающим работу лам­ пы в диапазоне СВЧ, являются междуэлектродные ем­ кости и индуктивности выводов. С увеличением частоты влияние междуэлектродных емкостей и индуктивностей выводов растет, так как междуэлектродные емкости на­ чинают шунтировать электроды ламп, а возрастающее сопротивление индуктивностей выводов вносит в работу лампы дополнительные искажения. Это приводит к не­ возможности использовать на СВЧ обычные лампы, поэтому для работы в этом диапазоне частот изготовля­ ются специальные лампы. Особенности этих ламп — от­ сутствие цоколя, уменьшенное расстояние между элек­ тродами и увеличенное расстояние между их вы­ водами.

На рис. 10.1 показана генераторная лампа типа ГИ-17 — триод с катодом косвенного накала. Анод этой лампы цилиндрический, верхняя часть его выходит из баллона наружу и имеет ребра для охлаждения.

125

На рис. 10.2 показана металлокерамическая генера­ торная лампа типа ГИ-7Б. Это также триод с косвенным накалом. Баллон лампы выполнен из керамики, выводы электродов сделаны в виде цилиндров разного диаметра. Внешняя поверхность анода металлизирована и имеет ребра для охлаждения. -

На рис. 10.3 показана лампа типа 6С5Д (маячковый триод). Она подобна металлокерамической лампе, толь­ ко имеет стеклянный баллон, дисковые выводы и усту­

ние нашли триодные автогенераторы СВЧ.

На рис. 10.4 приведена одна из возможных схем триодного автогенератора СВЧ. Лампа 1 с коаксиальными анодно-сеточным 2 и сеточно-катодным 3 резонаторами образуют замкнутую колебательную систему. Настрой­ ка генератора производится изменением длины анодно­ сеточного контура с помощью плунжера 4. Регулировка коэффициента обратной связи, а следовательно, и режи­ ма его работы осуществляется изменением полбжения плунжера 5 сеточно-катодного контура. Естественно, при перемещении плунжера 5 несколько изменяется и рабочая частота генератора.

Энергия СВЧ колебаний от генератора к антенне пе­ редается через высокочастотный вывод 6.

Обратная связь между анодно-сеточным и катодно­ сеточным контурами обеспечивается междуэлектродными емкостями лампы. Иногда для ее увеличения исполь­ зуются индуктивные элементы (в приведенной схеме.для этой цели используется емкостный штырь 7 с диском-на конце).

Анодное напряжение + Л а обычно подводится к ра­ диатору лампы, соединенному с ее анодом. Смещение на сетку задается автоматически -с помощью сопротив­ ления Rc. В качестве разделительной емкости в сеточ­ ной цепи используется емкостной плунжер 5.

Накал лампы осуществляется переменным напряже­ нием Us.

§2. Клистронные генераторы

Всхемах преобразователей частоты сантиметрового диапазона используются гетеродины, т. е. генераторы, вырабатывающие вспомогательные напряжения для

127

сложения с напряжением сигнала (основного гене­ ратора).

В последнее время в радиотехнических установках широко применяются клистронные генераторы и особен-’ но отражательные. Отражательный клистрон — высоко­ частотный электронный прибор с одним резонатором, в котором для получения колебаний высокой частоты ис­ пользуется принцип электронной группировки. Он со­ стоит из следующих элементов (рис. 10.5):

— электронного прожектора, состоящего из подо­ гревного катода, управляющего или ускоряющего элек­ трода 1\

—объемного резонатора 2;

—отражательного анода <3;

—петли связи 4.

Рис. 10.5. Устройство клистрона

Конструктивно отражательный клистрон может быть выполнен в виде специальной стеклянной или ме­ таллической лампы в зависимости от диапазона генери­ руемых частот. Объемный резонатор представляет со­ бой колебательный контур с распределенными парамет­ рами.

Принцип работы отражательного клистрона основан на взаимодействии электронного потока с объемным ре­ зонатором. Вылетающие из катода электроны разгоня­ ются положительно заряженными сетками резонатора до больших скоростей. В пространстве между сетками и отражателем электроны тормозятся отрицательным полем отражателя и, не долетая до него, возвращаются

128

обратно. На обратном пути электроны, пролетая между сетками резонатора, возбуждают в нем колебания и поддерживают их.

Втот момент, когда сетки резонатора, лежащие впе­ реди по пути движения электронов, заряжены положи­ тельно, высокочастотное поле ускоряет движение элек­ тронов, и они получают часть энергии от резонатора.

Вдругой полупериод высокочастотных колебаний, когда лежащая впереди сетка резонатора заряжена от­ рицательно, высокочастотное поле тормозит движение электронов, и они отдают часть своей энергии резона­ тору, поддерживая в нем колебания.

Таким образом, электроны будут поддерживать ко­ лебания в объемном резонаторе в том случае, если они будут пролетать через него в тот момент, когда высоко­ частотное электрическое поле резонатора будет для них тормозящим.

Необходимо помнить, что высокочастотное поле су­ ществует только внутри резонатора и с электронами, на­ ходящимися вне его, оно не взаимодействует. На эти электроны действуют только постоянные электрические поля, образуемые потенциалами, приложенными к резо­ натору и отражателю.

Сплошной поток электронов не может поддерживать колебания в резонаторе. Высокочастотные колебания в клистроне поддерживаются за счет того, что электроны пролетают внутри резонатора группами и именно в тот момент, когда высокочастотное поле является для них тормозящим. На графике (рис. 10.6) показано измене­ ние напряжения в резонаторе по времени и пути элек­ тронов, проходящих сетки резонатора в различное время.

Вылетевший из катода электрон А проходит участок между сетками в момент Д и ускоряется электрическим полем. Электрон Б, вылетевший из катода на ’Д перио­ да позже электрона А, пролетает пространство между сетками в момент Д, когда заряды на сетке отсутствуют, поэтому его скорость не изменяется. Электрон В, выле­ тевший из катода через ’Д периода после электрона Б, пролетает пространство между сетками в момент Д и тормозится электрическим полем.

Вследствие различной скорости электронов направ­ ление их полета изменяется на различном расстоянии

129