книги из ГПНТБ / Левичев В.Г. Радиопередающие и радиоприемные устройства [учеб. пособие]

деляется не максимальной, а средней мощностью, рассеиваемой на аноде.

При импульсном режиме работы радиопередающего устройства необходимо так управлять работой мощного автогенератора СВЧ, чтобы он генерировал кратковременные радиоимпульсы требуе­ мой формы длительности. В этом управлении и заключается процесс импульсной модуляции генератора СВЧ. Устройство, управляющее генератором СВЧ, называется импульсным моду­ лятором.

Импульсный модулятор обычно вырабатывает мощный видео­ импульс высокого напряжения, который используется в качестве напряжения анодного питания генераторных ламп. Во время дей­ ствия этого модулирующего видеоимпульса генератор вырабаты­ вает радиоимпульс, форма и длительность которого соответствуют форме и длительности видеоимпульса. Такой вид импульсной мо­ дуляции называется анодной импульсной модуляцией.

В триодных генераторах СВЧ, кроме анодной импульсной мо­ дуляции, возможна также сеточная модуляция. В последнем слу­ чае модулирующий видеоимпульс подается на управляющие сетки генераторных ламп, предварительно запертых большим отрица­ тельным смещением. Однако сеточная модуляция вследствие ряда причин менее выгодна, чем анодная. Одной из таких причин яв­ ляется необходимость иметь специальный источник постоянного смещения. Кроме того, при сеточной модуляции увеличивается мощность потерь на аноде за счет термоэлектронной эмиссии сет­ ки на анод. При анодной модуляции термоток сетки на анод от­ сутствует, так как во время паузы между импульсами анодное напряжение равно нулю. К достоинствам анодной импульсной мо­ дуляции следует также отнести то, что вследствие инерционности ионизационных процессов при анодной модуляции повышается электрическая прочность лампы и других детален генератора, на­ ходящихся под высоким анодным напряжением. Поэтому в настоя­ щее время сеточная импульсная модуляция почти не применяется. Очевидно, что в магнетронных генераторах возможна только анод­ ная модуляция.

Импульсная модуляция усилительных клистронов средней и большой мощности осуществляется подачей модулирующих им­ пульсов на коллектор или резонаторы клистрона. В маломощных -клистронах модулирующие импульсы могут подаваться на управ­ ляющий электрод.

Импульсная модуляция ЛБВ производится подачей модули­ рующих импульсов на первый или второй анод.

На рис. 1.133 показана структурная схема передатчика радио­ локационной станции, работающего в режиме анодной импульсной -модуляции. Как показано на схеме, импульсный модулятор со­ стоит из двух основных элементов: накопителя энергии и комму­ тирующего устройства. При разомкнутом коммутирующем устрой­ стве во время паузы между импульсами происходит накопление энергии в накопителе (заряд накопителя}. При замыкании комму-

170

татора накопленная энергия за время длительности импульса рас­ ходуется на питание генератора.

В качестве коммутирующего устройства используются или электронная лампа, или газоразрядные (ионные) приборы — тира­ троны.

Основным преимуществом коммутирующих устройств на элек­ тронных лампах является малая инерционность, позволяющая включать и выключать лампу на любое время с помощью мало­ мощного управляющего импульса, подаваемого на сетку коммута­ тора. Однако электронные лампы обладают большим внутренним сопротивлением, и поэтому коммутаторы на электронных лампах имеют сравнительно низкий КПД.

I Модулятор

Рис. 1.133. Структурная схема радиолокационного пере­ датчика, работающего в режиме импульсной модуляции

Ионные коммутирующие устройства обладают малым внутрен­ ним сопротивлением и легко пропускают токи в десятки и сотни ампер. Недостатком ионных коммутирующих устройств является то, что с помощью управляющего импульса можно точно опреде­ лить только момент начала разряда накопителя. Управлять же размыканием ионного коммутатора значительно труднее. Поэтому окончание разряда накопителя определяется временем разряда накопителя, т. е. зависит от параметров самого накопителя. Форма модулирующего видеоимпульса, получающегося при этом, хуже, чем при использовании электронного коммутатора.

3. Схемы импульсной модуляции с электронными коммутирующими устройствами

Использование электронного коммутатора позволяет получить двухстороннее управление процессом разряда накопительного эле­ мента, т. е. дает возможность работать не при полном, а при частичном его разряде. При этом модулятор может формировать импульсы, весьма близкие по форме к прямоугольным, с большой частотой повторения.

171

Функциональная схема такого импульсного модулятора пока­

Рис. 1.134. Принцип работы импульсного модулятора с частичным разря­ дом накопительного конденсатора:

а — функциональная схема; б — г р а ф и к и напряжении

Емкость накопительного конденсатора определяется величиной допустимого спада напряжения &U на вершине формируемого ви­ деоимпульса и может быть определена из следующей приближен­ ной формулы:

ную лампу, являющуюся безынерционным переключателем, можно сконструировать модулятор на любую практически необходимую длительность импульса т п и частоту повторения Fn.

Формирование управляющего импульсного напряжения, пода­

172

тельного конденсатора и коммутирующим устройством на элек­ тронных лампах: модулятор с шунтирующей нагрузку индуктивно­ стью и модулятор с выходным импульсным трансформатором.

С х е м а и м п у л ь с н о й м о д у л я ц и и м а г н е т р о н а с з а р я д н о й и н д у к т и в н о с т ь ю

Схемы импульсных модуляторов, построенные по функциональ­ ной схеме, показанной на рис. 1.134, имеют тот недостаток, что не­ возможно заземлить общую точку, соединяющую источник пи­ тания, коммутирующее устройство и генератор СВЧ. Обычно им­ пульсный модулятор строится по несколько иной схеме (рис. 1.135,о и б).

нии /?зар. Внутреннее сопротивление генератора при заряде кон­ денсатора бесконечно велико.

При замкнутом коммутаторе К накопительный конденсатор разряжается через сопротивление генератора. В этом случае со­ противление генератора имеет конечную величину. Для того чтобы зарядное сопротивление не шунтировало генератор по разрядному

дуктивности уменьшает влияние паразитной емкости схемы на крутизну заднего фронта формируемого импульса.

173

Принципиальная схема импульсной модуляции магнетрона с частичным разрядом накопительного конденсатора и зарядной ин­ дуктивностью показана на рис. 1.136.

В этой схеме на лампе JIS собран коммутирующий каскад. На сетку лампы Лх подается положительный управляющий импульс (УИ), сформированный в каскадах подмодулятора. Диод Л2— демпфирующий диод, назначение которого будет пояснено ниже.

Рис. 1.136. Принципиальная схема импульсной модуляции магнетрона с накопительным конденсатором

зарядной индуктивности и емкости монтажа. Суммарная паразит­ ная емкость достигает 60—100 иф.

Принцип работы схемы заключается в следующем. Во время паузы между импульсами лампа Лх заперта отрицательным сме­

импульса коммутирующая лампа Л, отпирается, становится про­ водящей и конденсатор СНак разряжается через лампу Лх на маг­ нетрон. При этом большая часть напряжения, до которого заря­ жается накопительный конденсатор, оказывается приложенной к магнетрону и в магнетроне возбуждаются высокочастотные коле­ бания. Внутреннее сопротивление коммутирующей лампы ft. не должно при этом превышать 10% величины статического сопро­

на конденсаторе будет падать на коммутирующей лампе и КПД

обычно имеет величину от 500 до 2000 ом. Поэтому для умень­ шения внутреннего сопротивления коммутирующих ламп и, сле­ довательно, для повышения КПД модулятора часто приходится

174

вместо одной лампы ставить несколько ламп, включенных парал­ лельно.

После окончания управляющего импульса коммутирующая лампа вновь запирается. Накопительный конденсатор отключается от магнетрона, колебания в магнетроне прекращаются. Накопи­ тельный конденсатор начинает вновь заряжаться от источника до тех пор, пока не поступит следующий управляющий импульс.

Рассмотрим влияние паразитных параметров схемы на процесс формирования модулирующего импульса. Крутизна переднего и

Задний фронт модулирующего импульса формируется после запирания коммутирующей лампы (момент t2 на рис. 1.137). На длительность заднего фронта влияет главным образом величина емкости Спар, так как магнетрон продолжает генерировать до тех пор, пока напряжение на емкости С п а р , разряжающейся через маг­ нетрон, не снизится до напряжения, при котором колебания в магнетроне прекращаются. Внутреннее сопротивление магнетрона сравнительно велико, и поэтому постоянная времени разряда ем­

Для укорочения заднего фронта формируемых импульсов па­ раллельно магнетрону включается индуктивность L , которая вме­

175

высокочастотного тока магнетрона к концу импульса. Спад на­ пряжения на вершине происходит как из-за постепенного разряда накопительного конденсатора, так и вследствие нарастания тока в индуктивности, шунтирующей магнетрон. Поэтому величина ин­ дуктивности, включаемой в схему, определяется из допустимого значения тока, ответвляющегося в нее к концу импульса.

Приближенно можно считать, что ток в индуктивности нара­ стает во время действия импульса по экспоненциальному закону:

/- — Л

_ r z -T "

Разложив величину е L в ряд и ограничившись двумя пер­ выми членами разложения, получим:

е ~ ~ ^ Т " « 1

Отсюда согласно формуле (1.106)

макс

Допустимая величина тока / т а к с не должна превышать 10% величины постоянной составляющей тока магнетрона /а п.

при увеличении индуктивности увеличивается период колебатель­ ного процесса и, следовательно, длительность заднего фронта, по­

противление. Его величина ограничивается допустимой длительно­

176

ранию коммутирующей лампы и заряду паразитной емкости. Когда напряжение на магнетроне возрастает до значения £УВ О зб, магнетрон возбудится и в нем возникнут высокочастотные колеба­ ния. От момента t2 до момента t$ формируется плоская вершина импульса. Вследствие уменьшения модулирующего напряжения на величину AU к моменту t5 происходит некоторое уменьшение ам­

L , в контуре LCnap возни­ кает колебательный процесс. После момента t$ отпирает­ ся диод Л2 и колебатель­ ный процесс переходит в апериодический.

дулирующего видеоимпульса, причем крутизна переднего фронта

д е ц и м е т р о в ы х в о л н с и м п у л ь с н ы м т р а н с ф о р м а т о р о м

На рис. 1.139 показана принципиальная схема импульсной мо­ дуляции генератора дециметровых волн на металло-керамической лампе (Л2 ) с накопительным конденсатором и импульсным транс­ форматором. Ее отличие от схемы импульсной модуляции магне­ трона заключается в том, что модулирующий видеоимпульс фор­ мируется в первичной цепи импульсного трансформатора и имеет сравнительно небольшую амплитуду. Импульсный трансформатор

177

Рис. 1.139. Принципиальная схема импульсной модуляции генератора дециметровых волн с накопительным конденсато­ ром и импульсным трансформатором

Применение повышающего импульсного трансформатора в схе­ мах импульсной модуляции генераторов дециметровых волн воз­

он потребляет в несколько раз меньший ток, чем магнетронный ге-

модуляции генератора ДЦ В

нератор средней мощности. Принципиальная схема генератора де­

пертой коммутирующей лампе Л{ накопительный конденсатор С„ л к

т

имод,

же причине длительность высокочастотных импульсов практически равняется длительности модулирующего импульса.

179