книги из ГПНТБ / Пелюхов П.И. Основы радиолокации учебное пособие

электронов выбирается несколько большей скорости волны вдоль оси спирали: vB.'-vocea. В этом случае электроны, ус­ коренные на одном участке, попадут в соседнее тормозящее поле и отдадут ему свою энергию, а общее число замедлен­ ных электронов будет больше, чем ускоренных. Усиленная электромагнитная волна отводится по второму волноводу.

Работу лампы с бегущей волной можно сравнить с дей­ ствием паровой турбины, в которой пар непрерывно «догоня­ ет» лопатки рабочего колеса, отдавая им значительную часть своей энергии.

Интенсивные исследования и разработки электронных усилителей и генераторов класса ламп с бегущей волной привели к открытию новых приборов — ламп с обратной вол­

ющей в качестве генератора, является широкий диапазон электронной настройки: частоту генерируемых колебаний из­ меняют не путем перестройки контуров или объемных резона­ торов при помощи механических манипуляций, как в обычных генераторах, а путем изменения одного или нескольких пи­ тающих напряжений.

Полоса пропускания лампы с бегущей волной как усили­ теля высокочастотных колебаний зависит от полосы пропус­ кания радиоволноводов, по которым высокочастотные коле­ бания подводятся к лампе и отводятся от нее.

Платинотрон. В последние годы в радиолокационной тех нике начинает применяться новый электровакуумный при­ бор — платинотрон.

В том случае, когда платинотрон используется как усили­ тель, он называется амплитроном. Такой прибор характери­ зуется высокими значениями к. п. д., достигающими 50—80%, и усилением порядка 5—20 дб в полосе около 10% относи­ тельно средней рабочей частоты.

Если к илатипотрону подключить специальную цепь об­ ратной связи, то он будет работать как генератор с само­ возбуждением с большой степенью стабильности частоты (в 5—100 раз превышающей стабильность обычного магне­ трона). В этом случае платинотрон обычно называют стаби­ литроном.

диапазонов радиолокационной станции. Главное требование, предъявляемое к линии передачи,—-это сведение к минимуму потерь за счет излучения электромагнитной энергии, а также потерь на разогревание проводников и диэлектриков.

В диапазоне метровых и дециметровых волн применяются открытые и экранированные двухпроводные или коаксиальные линии (рис. 55,а и б).

Открытая двухпроводная линия проста по устройству: она состоит из двух параллельных проводов, закрепленных па изолирующих распорках. Однако вследствие сравнительно больших потерь на излучение и поверхностный эффект на сверхвысоких частотах двухпроводная линия применяется на волнах не менее 2—3 м. Для уменьшения потерь на излучение двухпроводную линию иногда экранируют металлической обо­

лочкой.

Более широко применяется коаксиальная (концентриче­ ская) линия (рис. 55,в). Концентрические линии бывают двух видов: жесткие и гибкие. В жестких линиях наружный про­ водник имеет форму металлической трубки. В гибких линиях внешний проводник выполняется в виде металлической оп­ летки, а пространство между внешним и внутренним провод­ никами заполняется диэлектриком.

Коаксиальная линия (коаксиальный кабель) по существу является также двухпроводной линией. Роль второго провод­ ника выполняет металлическая трубка или оплетка, окружа­ ющая центральный проводник.

Электромагнитное поле в концентрической линии заклю­ чено в пространстве между внутренним и внешним провод­ никами линии, благодаря чему существенно снижаются поте-

внрсш

J Z Z F '

84

ри на излучение. Концентрические линии применяются па волнах длиннее 10 см.

На сантиметровых волнах передача энергии, как правило, осуществляется по волноводам — полым металлическим тру­ бам круглого или прямоугольного сечения (рис. 55,г). Пере­ дача электромагнитной энергии.по волноводам наиболее вы­ годна, так как при отводе энергии от передатчика к антенне Или от антенны к приемнику потери на излучение значитель­ но меньше потерь в сравнении с двухпроводными линиями.

Свойства двухпроводной линии передачи

Двухпроводная линия представляет собой электрическую Цепь с распределенными постоянными: каждая единица дли­ ны линии характеризуется некоторым значением индуктив­ ности L\. емкости СЧ и активного сопротивления Ri. Эти ве­ личины принято называть параметрами линии.

Параметры линии зависят от диаметра проводов, расстоя­ ния между ними, а также от материала проводов и диэлект­

Для коаксиального кабеля величины L\ и Ci могут быть определены по следующим формулам:

При передаче энергии по линии используется режим бегу­ щих волн, при котором энергия распространяется вдоль ли­ нии от источника ее питания к потребителю (нагрузке) без отражений. Для создания такого режима требуется, чтобы нагрузка на конце линии представляла собой активное сопро­ тивление, равное волновому сопротивлению линии. Примепяю-

85

щиеся в радиолокационных станциях открытые двухпроводные линии имеют волновое сопротивление р=1Е>0—600 ом, ко­ аксиальные фидеры — р= 50—150 ом.

Когда сопротивление нагрузки, подключенное к концу ли­ нии, не равно ее волновому сопротивлению, в линии одновре­ менно существуют две волны: одна — прямая бегущая волна, переносящая энергию от генератора к нагрузке, другая — от­ раженная волна, переносящая энергию в обратном направ­ лении от нагрузки к генератору. В результате сложения пря­ мой и отраженной волн в линии образуются стоячие волны.- Нарушение условий согласования линии с нагрузкой имеет своим следствием уменьшение коэффициента полезного дей­ ствия двухпроводной линии передачи, определяемого отноше­ нием

.Свойства радиоволноводов

Передача электромагнитной энергии но волноводам более эффективна по сравнению с другими видами линий передач, так как в волноводе отсутствуют внутренние проводники и электромагнитное поле распространяется внутри прямоуголь­ ной или круглой металлической трубы, что в значительной ме­ ре способствует уменьшению потерь энергии.

Другое положительное качество волновода состоит в том, что он допускает передачу больших мощностей в сравнении

скоаксиальными линиями, так как у волновода в сравнении

скоаксиальной линией меньше опасность пробоя при переда­

че одинаковых мощностей.

Однако распространение электромагнитных волн в волно­ воде возможно только в случае, когда размеры поперечного сечения волновода соизмеримы с длиной волны.

Электромагнитная волна, имеющая длину 7., будет рас­ пространяться по волноводу в случае, если удовлетворяются

SS

Практически геометрические размеры прямоугольных вол­ новодов, применяемых в радиолокационных устройствах, вы­

Размер узкой стенки в выбирается в зависимости от мак­ симальной мощности, передаваемой по волноводу, т. е. из условий, при которых может наступить пробой.

Следует отметить, что величина пробивного напряжения уменьшается с понижением давления воздуха. По этой при­ чине в самолетных радиолокационных станциях волноводы герметизируют в целях устранения пробоя с подъемом па высоту.

Переключатели антенны

Большинство импульсных радиолокационных станций имеет одну общую антенну для передачи и приема. Переклю­ чение антенны, как было указано выше, осуществляется авто­ матически действующим переключателем.

При передаче вся высокочастотная энергия передатчика направляется к антенне; приемник в этом случае должен на­ дежно запираться с целью предохранения его от воздейст­ вия мощного импульса передатчика. Для приема вся улав­ ливаемая энергия радиоволн должна направляться только/ к приемнику.

Проследим работу переключателя антенны на примере двухпроводной линии передачи, условно изображенной на рис. 56. На участке линии, присоединенной к приемнику, меж­ ду проводами линии включен газовый разрядник.

Рис. об

Разрядник представляет собой газоразрядный прибор, со стоящий из стеклянного баллона и электродов, расположен-

87

пых на некотором расстоянии относительно друг друга. Точ­ ка включения разрядника выбирается на расстоянии, равном

четверти длины волны л от разветвления линии передачи. 4

Во время прохождения мощного импульса передатчика к антенне между проводами линии и, следовательно, между электродами разрядника возникает очень высокое напряже­ ние. В результате газовый разрядник пробивается и образует­

ся короткозамкнутая л и т к длиной — . 4

Свойства короткозамкнутой двухпроводной линии заклю­ чаются в следующем.

В линии устанавливается режим стоячих волн тока и на­

в сторону приемника при прохождении импульса передатчика будет незначительным — приемник блокируется.

Одновременно с пробоем первого разрядника пробивает­ ся второй, расположенный от линии передачи также на рас-

к .

стоянии — . Аналогично рассмотренному случаю ответвления

энергии в сторону второго разрядника наблюдаться не будут, так как при прохождении импульса передатчика сопротивле­ ние в точках бч, бг будет большим.

Отраженные от цели сигналы в сотни тысяч раз слабее импульса передатчика. Напряжение, действующее при прие­ ме на электродах разрядника, очень мало и недостаточно для

88

его пробоя, поэтому энергия сигнала цели оеспрепятетвенно подводи геи к приемнику.

Чтобы избежать ответвления энергии отраженного импуль

случае отсутствия потерь на активном сопротивлении, опре­ деляется по закону:

89

Работа ферритового антенного переключателя основана на вращении плоскости поляризации электромагнитной волны при изменении внешнего магнитного поля, в котором нахо­ дится феррит.

Па рис. 57 показана одна из конструкций ферритового переключателя. К круглому волноводу А подсоединены два выхода прямоугольных волноводов В и С, расположенных под утлом 90° одним к другому. Если плоскость поляризации такова, что в волновод В волна проходит без потерь, то в волновод С такая волна пройти не может. При повороте плос­ кости поляризации па 90° волна проходит без потерь в вол­ новод С и не может пройти в волновод В.

Поворот плоскости поляризации электромагнитной волны в переключателе достигается при помощи феррита, заполня­ ющего круглый волновод. Если напряженность магнитного' поля, создаваемого внутри круглого волновода катушкой подмагпичивания Л, равна нулю, то положение плоскости по­ ляризации волны соответствует прохождению энергии в вол­ новод В. Протекание в катушке подмагпичивания К тока определенной величины вызывает появление магнитного поля, под действием которого плоскость поляризации волны по­ вернется па 90° и энергия пойдет в волновод С.

§ 11. АНТЕННЫ РАДИОЛОКАЦИОННЫХ СТАНЦИИ

Антенная система радиолокационной станции может со­ стоять из антенны и механизма ее поворота. При помощи антенны осуществляется излучение сигналов передатчика и прием сигналов цели. Антенны РЛС обладают, как правило, сильно выраженными направленными свойствами и обеспечи­ вают определение угловых координат объектов, разрешающую способность по угловым координатам, увеличение дальности обнаружения за счет концентрации энергии в направлении на объект, пространственное выделение (селекцию) полезного сигнала за счет приема с направления на объект и ослабление мешающего действия помех, приходящих с других направ­ лений.

Характеристика радиолокационных антенн

Диаграмма направленности. Направленные свойства гщрс дающей или приемной антенны отображаются ее функцией направленности, графическое выражение которой называется диаграммой направленности.

Интенсивность излучения антенны на расстоянии D можно характеризовать напряженностью поля Е или плотностью потока энергии в единицу времени (плотностью потока мощ­ ности) 5.

90