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

- 150 -

Оптимальная полоса пропускания РЛС позволяет получить наиболь­ шую дальность обнаружения. При значительном отклонении полосы про­ пускания от Д ^ опт в сторону увеличения улучшается качество вос­

произведения импульсного сигнала, но уменьшается отношение —Р с

Уш

Уш

рается близкой к оптимальной. Б РЛС, для которых первостепенное значение имеет точность измерения дальности, полоса пропускания вы­ бирается больше оптимальной.

Особенности устройства радиолокационного приемника

Большинство радиолокационных приемников импульсных РЛС - это приемники супергетеродинного типа, имеющие высокую чувствительность, избирательность и большую полосу пропускания.

Типовая блок-схема супергетеродинного приемного устройства радио­ локационной станции изображена на рис. 4.-18. Каскады, обведенные пунктиром, могут встречаться не вс всех приемниках.

Входная цепь состоит из одного или нескольких колебательных контуров, настроенных на частоту принимаемых сигналов. Входная цепь позволяет предварительно выделить полезный сигнал в определенной полосе частот.

Конструктивное выполнение входной цепи зависит от диапазона час­ тот, в' котором работает приемник.

На рис. 4.49 изображена входная цепь приемника метрового диапа­ зона. Колебательный контур состоит из катушки индуктивности и кон­ денсатора переменной емкости С .

-152 -

Вдиапазоне метровых и дециметровых волн во входной цепи в качестве колебательной системы используются отрезки длинных линий, чаще всего концентрических (рис. 4 .50). На сантиметровых волнах применяются объемные резонаторы.

Полоса пропускания и связь с линией передачи выбираются из ус­

ний высокой частоты. Усилитель в диапазоне метровых и дециметровых волн может состоять из одного или нескольких каскадов резонансных усилителей. Упрощенная схема резонансного усилителя изображена на рис. 4.51. Переменное напряжение в таком усилителе подается на управляющую сетку лампы, в результате чего в анодной цепи лампы течет пульсирующий анодный ток. В качестве анодной нагрузки для переменных составляющих анодного тока используется колебательный контур с параллельным соединением индуктивности L и емкости С , настроенный на частоту колебаний, действующих в сеточной цепи. При резонансе колебательный контур для переменной составляющей анодно­ го тока, на частоту которой настроен контур, представляет большое сопротивление, что позволяет получить эффект усиления, т .е . увели­ чение амплитуды напряжения У§ых п0 сравнению с амплитудой на­

пряжения U fa .

На метровых и дециметровых волнах (в диапазоне частот 75500 Мгц) в усилителях высокой частоты радиолокационных приемников используются малогабаритные пальчиковые лампы или лампы типа "желудь". Трудность усиления сигналов высокой частоты возрастает

по мере укорочения длины волны. На дециметровых волнах (в диапазо­ не частот 500-2000 Нгц) для усиления по высокой частоте применяют­ ся так называемые маячковые лампы. Конструкция маячкового триода изображена на рис. 4.52. Характерная особенность маячковой лампы состоит в том, что ее электроды - анод, сетка и катод - делаются плоскими с дисковыми выводами. Расстояния между электродами уста­ навливаются очень малыми, благодаря чему уменьшается время проле­ та электронов в лампе, а дисковые выводы уменьшают индуктивность выводов. Бее это дает возможность применять такие лампы на очень коротких волнах.

- 153 -

Сетка

сетки

Рис. 4.52

В приемниках сантиметрового диапазона в качестве усилителей высокой частоты нашли применение лампы бегущей волны (ЛЕВ). Устрой­ ство и принцип работы этих усилителей были рассмотрены выше.

Настойчивые поиски способов увеличения чувствительности прием­ ников привели к открытию возмоаности использовать в радиолокацион­ ных приемниках совершенно новые устройства - параметрические и мо­ лекулярные усилители высокочастотных колебаний.^ Уровень шумоов этих новых приборов оказался значительно нике уровня шумов клист­ ронов и ламп бегущей волны.

Молекулярные усилители высокой частоты. Как уае отмечалось выше, предельная чувствительность радиолокационного приемника определяет­ ся уровнем его внутренних шумов и, в частности, уровнем шумов вход­ ных каскадов.

Принцип действия молекулярного усилителя сводится к следующему.

- 154 -

молекулы вещесхва (электронов, прохонов), их внутренняя энергия может принимать только вполне определенные дискретные значения. На основании квантовой теории можно утверждать, что всякое изме­ нение внутренней энергии атомов и молекул, вызванное той или иной причиной, происходит скачком в пределах определенных энергетиче­ ских уровней.

Устойчивое состояние микросистемы (состояние термодинамическо­ го равновесия) можно иллюстрировать графиком рис.4 .5 3 ,а. На вер­ тикальной оси отмечены энергетические уровни, на горизонтальной - количество элементарных частиц, распределение частиц по энергети­ ческим уровням подчиняется экспоненциальному закону (пунктирная

Такая система способна поглощать энергию внешнего источника. Переход частиц с одного энергетического уровня на другой проис­ ходит при определенной частоте возбуждения:

- 155 -

где h - постоянная Планка.

Можно, например, рблучить систему электромагнитной энергией такой частоты ^ _ 3 , чтобы был вызван переход частиц с первого

уровня сразу на третий. Поглощаемая при этом энергия

равновесие системы нарушается - на втором уровне частиц оказыва­ ется больше, чем на первом.

Если теперь облучить систему слабой электромагнитной волной, частота которой соответствует частоте перехода между вторым и

ваемый парамагнитный молекулярный усилитель, устройство которого показано на рис. 4 .54 .х^

х) Молекуляоные усилители, в которых в качестве парамагнитного вещества применяют кристаллы, называют квантово-механическими уси­ лителями.

-156 -

Вход Выход

Кристалл вещества, содержащего парамагнитные ионы, помещается внутри объемного резонатора, настроенного на две частоты. Часто­ та ^ соответствует частоте возбуждающей электромагнитной волны, вызывающей переход частиц с первого уровня на третий. Чаотота £ меныю частоты ^ и соответствует частоте усиливаемых электромаг­

нитных колебаний. Резонатор установлен в сосуд с жидким гелием в жидким азотом.

до одному из волноводов в резонатор подводятся возбуждающая и усиливаемая электромагнитные волвы соответственно на частотах

резонатор помещается в сильное магнитное поле. Величина маг­ нитного поля обеспечивает установление разности энергии между первый и вторым уровнями. Этой разности соответствует частота

Использование кристаллов в молекулярных усилителях позволило сделать эти усилители достаточно оирокополосныни, что имеет су­ щественное значение при усилении радиолокационных сигналов.

- 157 -

Молекулярные усилители на твердой теле нашли применение в качестве предварительных усилителей в радиолокационных приемни­ ках сантиметрового диапазона. Их выходная мощность измеряется • пока долями ватта.

Исключение воздействия на работу такого усилителя шумов вход­ ных цепей приемника достигается путем включения между усилителен и приемником ферритовых вентилей, пропускающих электромагнитные колебания только в одном направлении - от усилителя к приемнику.

Необходимость охлаждения до низких температур, близких к аб­ солютному нулю, значительные габариты усилителя являются сущест­ венными недостатками молекулярных усилителей; эти два недостат­ ка сдерживают их широкое распространение в радиолокационной тех­ нике. Однако эти усилители перспективны, так как они позволяют значительно увеличить чувствительность радиолокационного прием­ ника и, следовательно, дальность обнаружения целей.

За последнее время имеется возможность широкого применения квантово-механических усилителей и генераторов на волнах оптиче­ ского диапазонаЭти приборы иногда называют лазерами. В основе их построения заложены те же принципы, что и в молекулярном уси­ лителе.

Преобразователь частоты, в супергетеродинном приемнике осуще­ ствляется преобразование принимаемых сигналов по частоте.- Сигнал

местных колебаний, создаваемых маломощным генератором высокой ча­ стоты - г е т е р о д и н о м .

Преобразователь в своем' составе имеет такие элементы, как гете­ родин, смеситель и колебательный контур, включенный в анодную цепь смесителя и настроенный на промежуточную частоту.

Процесс преобразования радиоимпульсов сводится к следующему, на смеситель одновременно подаются колебания на двух несущих частотах:

сигнала Uc =U(t)sinU)c t и гетеродина иr =UmSinu)r t . В смесителе

-158 -

врезультате воздействия на нелинейное сопротивление образуются колебания с новыми частотами. Среди этих колебаний будет и коле­

бание с частотой, равной разности £ i =f r ~ f c '

Выделение колебаний разностной частоты осуществляется посред­ ством колебательного контура, настроенного на промежуточную ча­ стоту, р а в н у ю ^ - ^ с .

В отличие от коротковолновых и длинноволновых супергетеродин­ ных приемников в радиолокационных приемниках на сантиметровых волнах в качестве смесителя используется кристаллический диод, а в качестве гетеродина - отражательный клистрон. Применение для

преобразования частоты на сантиметровых волнах оСычных многоэлектродных ламп затруднено ввиду того, что эти лампы создают большой уровень шумов и имеют малое входное сопротивление. Оба эти факто­ ра отрицательно сказываются на усилении полезного сигнала.

Устройство кристаллического преобразователя (детектора) пока­ зано на рис. 4.55. Кристаллический диод состоит из металлического острия, соприкасающегося с кристаллическим полупроводником. В ка­ честве контактной пары металл - полупроводник могут быть ьзятк вольфрам и кремний.

В патроне (рис.4.55) установлен кристалл кремния, с которым соприкасается острие вольфрамовой проволочки. Кристалл припаивает­ ся к винту, а проволочка укрепляется во вкладыше. Конструкция по­ мещена в керамический кристаллодержатель. Внутренность кристаллодержателя для предохранения от встряхивания контакта заполнена специальной высокообразной массой.

Кристаллический детектор, подобно электронной лампе-диоду, об­ ладает односторонней проводимостью. Однако в отличие от обычного лампового диода время пролета электронов в контактном промежутке кристаллического детектора ничтожно мало и, кроме того, мал уро­ вень внутренних шумов.

Принципиальная схема преобразователя на кристаллическом детек­