книги из ГПНТБ / Семенов Б.З. Теория средств связи и радиотехнического обеспечения учебное пособие

- 120 -

вание и перемещение электронного потока есть результат одновре­ менного воздействия на электронный поток электрического я магнит­ ного полей.

Вое резонаторы связаны между собой пронизывающими их магнитны­ ми и электрическим полями. При этом колебания в двух соседних ре­ зонаторах сдвинуты по фазе на 180°.

Распределение электрических зарядов на выступах резонаторов для одного момента времени показано на рис. 4.32,6. Через полперио­ да знаки на всех выступах изменятся.

Число групп электронов (число "спид" электронного потока) в два'раза меньше количества щелей. "Спицы" непрерывно вращаются. Скорость вращения подбирается с таким расчетом, чтобы время их перемещения от одной щели к другой было равно половине периода высокочастотного колебания. В этом случае группы электронов будут проходить щель в момент действия тормозящего электрического поля и, следовательно, будут отдавать часть своей энергии объемному резонатору.

Высокочастотная энергия выводится из магнетрона при помощи вит­ ка связи, который помещают в один из резонаторов. В результате до­

в которых частота генерируемых колебаний может регулироваться в пределах нескольких процентов.

Существует несколько способов изменения частоты магнетрона. Наиболее распространен механический способ, основанный на изме­

- 122 -

Работа лампы с бегущей волной, как и работа клистрона, основа­ на на взаимодействии электронного потока с высокочастотным элек­ тромагнитным полем. Однако, если в клистроне электронный поток взаимодействует с полем только во время пролета электронами неболь того расстояния между сетками резонатора, то в лампе с бегущей вол ной электроны взаимодействуют с полем на большем расстоянии;

Процесс взаимодействия может быть пояснен следующим образом. При действии на входной (левый) конец спирали высокочастотных ко­ лебаний образуется электромагнитная волна, которая будет распро­ страняться вдоль свернутого в спираль проводника со скоростью С , близкой к скорости 300 000 км/час. При распространении волны по спирали одни участки проводов линии окажутся заряженными положи­ тельно, другие - отрицательно. Между витками спирали образуется электрическое поле, направленное вдоль оси и перемещающееся со скоростью

Электроны, вылетевшие из катода сплошным потоком, пролетая внутри спирали, оказываются под воздействием этого осевого поля. Электроны, попавшие в тормозящую фазу волны, так и останутся в ней, а электроны, попавшие в фазу ускорения, начнут обгонять вол­ ну, перемещаясь в участок торможения.

Таким образом, в пучке начнется группирование электронов в тор­ мозящих фазах волны, причем число ториозящихся электронов вблизи выходного конца спирали будет больше числа ускоряющихся. Полет электрона в тормозящем поле сопровождается отдачей его энергии электромагнитному полю, что и обусловливает усиление подведен­ ных ко входу сигналов.

Лампа будет усиливать проходящую через нее волну лишь в том случае, если энергия электронов, отдаваемая волне при торможе­ нии, будет больше энергии, расходуемой на ускорение электронов. Для этой цели средняя скорость электронов выбирается несколько

замедленных электронов будет больше, чем ускоренных. Усиленная электромагнитная волна отводится по второму волноводу.

Работу лампы с бегущей волной можно сравнить с действием па­

ровой туэб;:::'-!, в которой пар непрерывно "догоняет" лопатки рабо­ чего колеса, отдавая им значительную часть своей энергии.

- 123 -

Интенсивные исследования и разработки электронных усилителей и генераторов класса лаип с бегущей волной привели к открытию новых приборов - лаип с обратной волной, которые иогут работать как в качестве усилителей, так и в качестве генераторов с само­ возбуждением.

В лаипе с обратной волной в отличие от лаипы с бегущей водной электронный поток и электромагнитная волна ииеют противоположные направления.

Большим достоинством лампы с обратной волной, работающей в качестве генератора, является широкий диапазон электронной настрой­ ки: частоту генерируемых колебаний изменяют не путем перестройки контуров или объемных резонаторов при помощи механических манипу­ ляций, как в обычных генераторах, а путем изменения одного или не­ скольких питающих напряжений.

Полоса пропускания лампы с бегущей волной как усилителя высо­ кочастотных колебаний зависит от полосы пропускания радиоволново-.

называется амплитроном. Такой прибор характеризуется, высокими зна­

зи, то он будет работать как генератор с самовозбуждением с боль­ шой степенью стабильности частоты (в 5-10 раз превышающей стабиль­ ность обычного магнетрона). В этом случае платинотрон обычно назы­ вают стабилитроном.

Платинотрон оказался удобным прибором для усиления весьма боль­

дом, поступают в пространство взаимодействия, образованное замед­ ляющей системой I и катодом 5. Аналогично магнетрону здесь между катодом и анодом (замедляющей системой) создается постоянное электрическое поле. Кроме того, платинотрон такие помещается в магнитное поле, силовые линии которого параллельны оси катода.

В)

Рас. 4.34

Подобно явлениям, наблюдаемым в магнетроне, в платинотроне образуются электронные "спицы" (уплотнения), которые под дейст­

близкой к скорости вращения одной из пространственных гармоник высокочастотного поля, поступающего на вход платинотрона 3, то на­ чинается процесс взаимодействия. В результате группировки образу­ ются "спицы" пространственного заряда. Электроны теряют часть сво­ ей энергии и выходят на анод. Эта энергия аналогично процессам, происходящим в АБВ, передается высокочастотному полю электромаг­ нитной волны, в результате чего происходит увеличение амплитуды высокочастотных колебаний, т .е . усиление колебаний, подведенных на вход плалиотрона. Схема взаимодействия электронного потока и элек­ тромагнитной волны показана на рис. 4.34,6.

-125 -

§3. Линии передачи

Линии передачи в РЛС используются при излучении радиоволн

нения блоков станции между собой. Линии передачи могут быть вы­ полнены в виде двухпроводных длинных линий (фидеров) или радио­ волноводов.

Конструктивное выполнение линий передачи зависит от диапазо­ нов радиолокационной станции. Главное требование, предъявляемое к линии передачи - это сведение к минимуму потерь за счет излу­ чения электромагнитной энергии, а также потерь на разогревание проводников и диэлектриков.

В диапазоне метровых и дециметровых волн применяются открытые

•Экран

Рис. 4.35

Открытая двухпроводная линия проста по устройству: она со­ стоит из двух параллельных проводов, закрепленных на изолирую­ щих распорках. Однако вследствие сравнительно больших потерь на излучение и поверхностный эффект на сверхвысоких частотах двух­ проводная линия приценяется на волнах не менее 2-3 м. Для умень­ шения потерь на излучение двухпроводную линию иногда экранируют металлической оболочкой.

Более широко применяется коаксиальная (концентрическая) линия (рис.4.36,в ). Концентрические линии бывают двух видов: жесткие и

- 126 -

гибкие. В жестких линиях наружный проводник имеет форму метал­ лической трубки. В гибких линиях внешний проводник выполняется в виде металлической оплетки, а пространство нейду внешним и внутренним проводниками заполняется диэлектриком.

Коаксиальная линия (коаксиальный кабель), по существу, являет­ ся также двухпроводной линией. Роль второго проводника выполняет металлическая трубка или оплетка, окружающая центральный провод­ ник.

Электромагнитное поле в концентрической линии заключено в про­ странстве между внутренним и внешним проводниками линии, благода­ ря чему существенно снижаются потери на излучение. Концентриче­ ские линии применяются на волнах длиннее Ю см.

На сантиметровых волнах передача энергии, как правило, осуще­ ствляется по волноводам - полым металлическим трубам круглого или прямоугольного сечения (рис.4.35,д и е ). Передача электромагнит­ ной энергии по волноводам наиболее выгодна, так как при отводе энергии от передатчика к антенне или от антенны к приемнику поте­ ри на излучение значительно меньше потерь в сравнении с двухпро­ водными линиями.

Свойства двухпроводной линии передачи

Двухпроводная линия представляет собой электрическую цепь с распределенными постоянными: каждая единица длины линии характе­

Параметры линии зависят от диаметра проводов, расстояния меж­ ду ними, а также от материала проводов и диэлектрика.

Величину волнового сопротивления линии можно определить,зная

параметры линий и :

- 127 -

где R - внутренний диаметр оплетки;

?- диаметр внутренней жилы;

£- относительная диэлектрическая проницаемость.

Для коаксиального кабеля

При передаче энергии по линии используется режим бегущих волн, при котором энергия распространяется вдоль линии от источника ее питания к потребителю (нагрузке) без отражений. Для создания та­ кого режима требуется, чтобы нагрузка на конце линии представля­ ла собой активное сопротивление, равное волновому сопротивлению линии. Приценяющиеся в радиолокационных станциях открытые двух­

равно ее волновому сопротивлению, в линии одновременно существуют две волны: одна - прямая бегущая волна, переносящая энергию от генератора к нагрузке, другая - отраженная волна, переносящая энергию в обратном направлении,от нагрузки к генератору. В резуль­ тате сложения прямой и отраженной волн в линии образуются стоя­ чие волны. Нарушение условий согласования линии с нагрузкой имеет

- 128 -

своим следствием уменьшение коэффициента полезного действия двух­ проводной линии передачи, определяемого отношением

К.П. }

где Р н - мощность, поглощаемая нагрузкой;

Р г - мощность, посылаемая генератором в линию.

Свойства радиоволн овод об

Передача электромагнитной энергии по волноводам более эффек­ тивна по сравнению с другими видами линий передач, так как в вол­ новоде отсутствуют внутренние проводники и электромагнитное поле распространяется внутри прямоугольной или круглой металлической трубы, что в значительной мере способствует уменьшению потерь энергии.

Другое положительное качество волновода состоит в тон, что он допускает передачу больших мощностей в сравнении с коаксиаль­

ными линиями, так как у волновода в сравнении с коаксиальной лини­ ей меньше опасность пробоя при передаче одинаковых мощностей.

Однако распространение электромагнитных волн в волноводе воз­ можно только в случае, когда размеры поперечного сечения волново­ да соизмеримы с длиной волны.

Электромагнитная волна, имеющая длину .Л , будет распростра­ няться по волноводу в случае, если удовлетворяются следующие ус­ ловия:

- для прямоугольного радиоволновода

А ^ 2 а ,

- для круглого

А Ф 6,8 D ;

где <2 - размер большей стенки прямоугольного волновода;

D - диаметр круглого ьолноьода.

гоа'."-"н,'ески геометрические размеры прямоугольных волноводов,

Следует отметить, что величина пробивного напряжения уменьша­ ется с понижением давления воздуха. По этой причине в самолетных радиолокационных станциях волноводы герметизируют в целях устране­ ния пробоя с подъемом на высоту.

§ 4. Антенны радиолокационных станций

Антенная система радиолокационной станции может состоять из антенны и механизма ее поворота. При помощи антенны осуществляет­ ся излучение сигналов передатчика и прием сигналов цели. Антенны РЛС обладают, как правило, сильно выраженными направленными свой­ ствами и обеспечивают определение угловых координат объектов, раз­ решающую способность по угловым координатам, увеличение дально­ сти 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 направлений.

Характеристика радиолокационных антенн

Плотность потока мощности - это плотность потока энергии, пере­ носимой радиоволнами в единицу времени через единицу площади.Связь между величинами Е и В устанавливается выражением