книги из ГПНТБ / Семенов Б.З. Теория средств связи и радиотехнического обеспечения учебное пособие
.pdf- 70 -
Импульсный рении излучения позволяет наиболее просто разде лять пряной и отраженный (ретранслированный) сигналы. Порядок работы передатчика и приемника радиолокационной станции показан на рис. 3 .5 .
t
дремр работ ы передат чика
Рис. 3.5
Измерение дальности до объекта при импульсном режиме сводит ся к измеренив времени запаздывания отраженного (ретранслирован ного) сигнала относительно момента излучения импульса передат чика.
При известных величинах c u t дальность до объекта равна
К достоинствам импульсного режима излучения радиоволн по сравнению с непрерывным излучением следует отнести:
- возможность сравнительно просто и быстро осуществлять на блюдение и определение координат одновременно нескольких объек тов;
-возможность использования для передачи и приема одной ан тенны;
-возможность использования генераторов высокой частоты в составе передатчиков с относительно низкой стабильностью час
тоты.
Благодаря этим преимуществам импульсные радиолокационные станции в настоящее время нашли широкое распространение в ВВС и войсках ПВО страны.
Следует, однако, отметить, что, импульсному методу радиоло кации свойственны и некоторые крупные недостатки, которые яв-
|
- |
71 |
|
|
ляются |
причиной новых поисков |
совершенствования радиолокацион |
||
ной техники. В ряде случаев |
эти |
недостатки обусловливают отказ |
||
от импульсной радиолокации и |
переход к непрерывному излучению. |
|||
К характерным недостаткам импульсной радиолокации следует |
||||
отнести: |
|
|
|
|
- наличие у импульсных радиолокационных станций "мертвой зоны1} |
||||
радиус |
которой в направлении |
распространения радиоволн |
равен |
|
с Т |
что затрудняет обнаружение близко расположенных |
объектов; |
||
— , |
||||
- трудность работы с высокими импульсными напряжениями на боль
ших высотах, характерных для современных |
самолетов и ракет |
, а |
также сложность установки мощных бортовых радиолокационных |
стан |
|
ций; |
|
|
- необходимость использования широкой |
полосы пропускания в |
|
радиолокационных приемниках, что затрудняет их защиту от воздей ствия радиопомех.
Однако поскольку импульсные радиолокационные станции наиболее широко распространены в системе радиотехнического вооружения ВВС и ПВО, дальнейшее изложение будет вестись в основном применитель но к этим станциям.
Блок-схема импульсной радиолокационной станции
Радиолокационные станции в зависимости от назначения могут отличаться одна от другой методами измерения координат, разме рами, конструкцией отдельных узлов, числом каналов в простран стве. Однако РЛС имеют, как правило, одинаковые по назначению элементы: синхронизатор, передатчик, антенну, переключатель ан тенны, линию передачи, приемник, индикаторы (или другие выход
ные устройства), |
источники пихания. Блок-схема типовой РЛС изо |
|||||
бражена на |
рис. |
3.6. |
|
|
|
|
С и н х р о н и з а т о р |
согласует по времени работу пере |
|||||
датчика, приемника и индикаторов. |
В нем формируются пусковые |
|||||
импульсы (рис. 3 .7 ,а ). |
|
|
|
|||
П е р е д а х |
ч и |
к |
создает |
мощные импульсы переменного |
||
тока высоко' частоты |
(3 .7 ,6 ). |
В качестве генераторов сверхвысо |
||||
ких часхсх |
.СВЧ) |
применяется |
обычно магнетроны. Перспективно |
|||
- 72 -
Линия передачи *
Рио.3.6
Рис.8.7
- 73 -
применение многокамерных клистронов, платинотронов и других мощных генераторных приборов.
А н т е н н а используется для передачи импульсов радио волн и приема сигналов цели. Как правило, антенна имеет резко направленное действие, что обусловлено необходимостью измере ния угловых координат и концентрацией энергии в узком телесном угле в целях достижения большой дальности действия. Для обзора заданного сектора пространства конструкция антенны должна обес печить перемещение диаграммы направленности в пространстве.
В РЛС, работающих в импульсном режиме, одна |
и та же антенна |
|
применяется для излучения и приема. |
|
|
П е р е к л ю ч а т е л ь |
а н т е н н ы |
автоматически |
подключает антенну на время генерирования кратковременного импуль
са к передатчику, |
а в течение |
паузы между импульсами - к приемнику. |
|||
Л и н и я |
п е р е д а ч и |
служит для передачи энергии ко |
|||
лебаний высокой частоты от передатчика к антенне и от антенны |
к |
||||
приемнику. |
|
|
|
|
|
П р и е м н и к |
выделяет |
полезные сигналы из шумов, усилива |
|||
ет и преобразует сигналы в вид, удобный для |
использования их в |
ин |
|||
дикаторе и |
другом выходном устройстве (рис. |
3 .7 ,г ) . Для выделения |
|||
сигналов из шумов (помех) в составе приемного канала имеются, как правило, различные помехозащитные устройства.
И н д и к а т о р ы позволяют вести наблюдение за отметками целей и определять координаты объектов. Кроме визуальных индика торов, рассчитанных на обязательное участие операторов, в каче стве выходного устройства могут использоваться автоматические устройства, выдающие координаты целей в виде пропорциональных напряжений в счетно-решающие устройства непрерывного действия или автоматические устройства, выдающие координаты объектов в виде чисел в ЭВМ дискретного действия.
работа импульсной радиолокационной станции в общих чертах сво дится к следующему. Синхронизатор через равные промежутки време ни Тц посылает кратковременные импульсы к передатчику и индика тору. Эти импульсы называются пусковыми, так как они используют ся для запуска передатчика и индикатора. Передатчик через проме жуток времени Ти создает мощные импульсы переменного тока высо кой частоты (рис. 3 .7 ,6 ). Импульсы передатчика по линии передачи поступают к антенне. ■
- 74 -
Для предохранения приемника ох воздействия мощного импуль са передатчика переключатель антенны автоматически запирает вход
приемника на время прохождения импульса от передатчика к антенне. Однако незначительная часть энергии импульса передатчика просачи вается в приемник, усиливается, преобразуется и подается па инди катор. После излучения импульса радиоволн переключатель антенны подключает антенну к приемнику радиолокационной станции.
Радиоволны, излученные антенной направленного действии, рас пространяются от радиолокационной станции в заданных направлени ях. Встречая на своем пути препятствие (цель), они отражаются от него по многим направлениям, в том числе и в направлении на ра диолокационную станцию. Отраженные радиоволны принимаются антен
ной |
станции. |
Сигналы цели от антенны поступают в приемник |
(р и с .З .о ,в ), |
где они усиливаются, преобразуются и далее поступают |
|
на |
индикатор. |
|
При помощи индикатора измеряется время запаздывания отраженных сигналов относительно импульсов передатчика. Время запаздывания пропорционально расстоянию до обнаруженной цели.
Направление на цель определяется по положению антенны в момент приема отраженного сигнала, измерение угловых координат цели осу ществляется при помощи специальных индикаторов или того не инди катора, по которому ведется определение дальности. Число индика торов и их вид зависят от назначения радиолокационной станции.
|
- 75- |
|
|
|
Г л а в а |
iy |
|
ОСНОВЫ УСТРОЙСТВА ИМПУЛЬСНЫХ РЛС |
|||
й I . |
Элементы импульсной техники |
||
Переходные процессы в |
цепи |
0 и R |
|
При воздействии |
на электрическую цепь |
постоянного напряжения |
|
в цепи установится постоянный ток. Падения напряжения на отдель ных участках цени в установившейся режиме будут постоянными. Одна ко, если в цепи имеются реактивные элементы (конденсатор или катуш ка индуктивности), то стационарные значения токов и напряжений устанавливаются не мгновенно, а спустя некоторое время. В цепи на блюдается неустансвившийся переходный процесс, т .е . процесс пере хода от одного установившегося режима к другому. Переходные про цессы будут иметь место при включении источника э .д .с . в цепь,при выключении и изменении параметров цепи.
Наличие переходных процессов объясняется тем, что всякий пере ход от одного установившегося режима к другому связан с изменением запаса энергии, сосредоточенной в электрическом и магнитном полях конденсаторов и катушек индуктивности. По этой причине не могут мгновенно изменяться токи в катушках ши напряжения на обкладках конденсаторов.
Переходные процессы, происходящие в цепях под воздействием им пульсных напряжений и токов, имеют очень большое значение, по скольку длительность импульсов, используемых в радиолокационной
технике, |
соизмерима |
с |
длительностью переходных процессов. |
||
Рассмотрим первоначально процессы, происходящие при заряде |
|||||
конденсатора через |
активное сопротивление (рис. |
4 .1 ). При установ |
|||
ке переключателя П |
в |
положение I конденсатор |
С |
через сопротив |
|
ление R |
подключается |
к источнику напряжения U 6 |
. вцепи воэни- |
||
Рис. 4.1
|
|
|
|
|
|
|
|
- 76 |
- |
|
|
|
|
|
|
кает |
ток |
заряда |
i* |
|
. В |
процессе |
заряда |
напряжение |
ис |
||||||
повышается, |
так |
как |
|
1/с |
= |
— у |
|
|
|
|
|
|
|||
где |
^ |
- |
заряд конденсатора; |
|
|
|
|
|
|
|
|||||
|
С |
- |
емкость |
конденсатора. |
|
|
|
|
|
|
|||||
Согласно второму закону Кирхгофа для каждого момента времени |
|||||||||||||||
справедливо равенство: |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||
|
|
|
и Б = и с + |
UP =UC + ^ |
R > |
|
|
|
(4.1) |
||||||
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||
где |
значение |
тока |
1^, |
пропорционально |
производной |
от |
напряже |
||||||||
ния на конденсаторе |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
|
|
|
|
|
d t |
|
|
d t |
|
|
|
|
|
(4.2) |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
После |
подстановки уравнения |
(4.2) в |
выражение |
(4.1) |
получим: |
||||||||||
|
|
|
|
RC |
d u |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
или |
|
|
|
d и. |
+ |
Л с _ |
_ |
U Б |
. |
|
|
|
(4.3) |
||
|
|
|
|
d t |
|
|
RC |
|
RC |
|
|
|
|
|
|
Решением этого линейного дифференциального уравнения первой |
|||||||||||||||
степени |
с учетом начального условия |
ис |
= 0 |
при |
t |
= О будет: |
|||||||||
|
|
|
|
и с = и Б |
( 1 - е ™ |
) , |
|
|
|
|
(4.4) |
||||
где е = 2,718 - основание натурального логарифма. 8арядный ток согласно уравнению (4.2)
_t_
(4.5)
} |
R |
■ |
- 7? -
Закон изменения напряжения на сопротивлении
г 7 |
|
|
_ ± _ |
г> |
ТГ |
-КС |
|
U* ~ iJ - R |
' ‘ UБ е |
(4.6) |
|
Построенные в соответствии с формулами (4.2) и (4.4) кривые (рис. 4.2) называются э к с п о н е н ц и а л ь н ы м и или э к с п о н е н т а м и . На рисунке по оси абсцисс отложены ве
личины — .
RC
Рис. 4.2
Произведение RC , имеющее размерность времени, называется
п о с т о я н н о й |
в р е м е н и |
ц е п и |
и обозначается |
Г» • |
|
|
|
Действительно, |
|
|
|
П?С1= |
он*фарада= SOiSMSB. = |
ом, - |
ампер |
сек. |
= сек. |
||||||||||
|
|
-* |
|
|
|
Т5птгг.ч* |
|
|
|
талтгг'т» |
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
БОЛЫ |
|
|
|
ВОЛЫ |
|
|
|
||
|
При t |
= 0 |
напряжение на |
|
конденсаторе и с = 0, ток заряда и |
||||||||||
напряжение на |
сопротивлении |
имеют наибольшие величины: |
|||||||||||||
|
|
|
|
|
|
и Е |
|
|
|
и „ = U к . |
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
Г |
R |
’ |
|
|
R |
|
б |
|
|
|
|
Спустя время |
t |
= |
|
|
, |
напряжение |
на |
конденсаторе |
||||||
£/ |
С |
= 0 ,6 3 [ / с |
, |
ток |
заряда |
i |
V |
=0,37 |
J |
глих |
, |
напряжение на |
|||
|
|
О |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
сопротивлении |
|
U = 0,37 U6 . |
|
|
|
|
|
||||||||
|
|
|
- |
78 |
- |
|
|
|
|
|
|
|
Практически процесс заряда можно считать законченный спустя |
||||||||||||
время, равное 5Т„ . В этой случае |
у |
с |
= 0,99 |
17 |
, |
i . =0,007.7___ |
||||||
|
v |
|
|
|
|
|
о |
|
т |
|
тих |
|
и UR = 0,00717 б |
. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Постоянная времени цепи в известной степени характеризует |
||||||||||||
скорость и, следовательно, продолжительность |
переходного |
про |
||||||||||
цесса (в данном случае скорость |
и продолжительность |
заряда |
кон |
|||||||||
денсатора). |
|
|
|
|
П |
|
|
|
|
|
|
|
Установим теперь |
переключатель |
|
в положение |
3 |
(рис. |
4 .1 ). |
||||||
При этом конденсатор |
С |
окажется замкнутым на сопротивление R |
||||||||||
и начнет разряжаться. Согласно второму |
закону Кирхгофа |
сумма на |
||||||||||
пряжений на R |
и С |
в любой момент времени |
должна |
быть |
равна |
|||||||
нулю: |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
ис + |
UR = 0 . |
|
|
|
|
|
|
|
(4.7) |
|
Падение напряжения на активном сопротивлении будет:
UR = i O R > 1Р
где ip - ток разряда.
Ток разряда определяется ' как уменьшение заряда конденсатора
/ |
- A ± - = n |
d u Q |
(4.8) |
У |
d t |
d t |
|
Заменяя UR в |
выражении |
(4 .7 ), имеем: |
|
|
d ue . |
ис - = 0 . |
(4.9) |
|
d t |
RC |
|
Решение этого дифференциального уравнения первого порядка при начальном условии, что при t = 0 ис = Ucmax » имеет вид:
RC
Ус |
m a x ^ |
' |
(4. 10) |
|
|
|
- |
79 - |
|
Отсюда напряжение на |
сопротивлении |
|
|||
= - |
U |
|
е |
RC |
(4. I I ) |
|
с max |
|
|
||
и ток разряда конденсатора |
|
|
|
|
|
|
|
ст ах |
rc |
(4.12) |
|
|
|
|
|
|
|
Р R е
Из полученных выражений (4.10), (4 .II) и (4.12) видно, что напряжение на зажимах конденсаторов, ток разряда и напряжение на сопротивлении убывают согласно изменению экспоненциальной функции, и это убывание происходит тем быстрее, чем меньше по стоянная времени. График изменения напряжения на конденсаторе и сопротивлении, а также разрядного тока соответствует зависимо сти (рис. 4.2)
<7
7
“ m a x
Теоретически переходные процессы при разряде закончатся через
бесконечно большой промежуток времени, |
т .е . Uc |
- о при t |
= с« . |
|||||
Однако |
спустя |
время |
t= Tg |
ug = 0,37 U'crT,a x, |
ip = 0,37 3 |
maj> |
||
а при |
Ь = |
5 Т |
U = 0,00(7 |
, |
i = 0,007О |
|
||
|
|
о |
с |
стах |
|
р |
р т а х |
|
Поэтому практически переходный процесс полагают законченным спу стя (3-5) Тд
Дифференцирующая и переходная цепи
ДиФшеоенцирующая цепь. Схема простейшей дифференцирующей цепи изображена на рис. 4 .3 ,а. Наиболее часто такая цепь применяется для получения импульсов меньшей длительности по сравнению с дли тельностью входного импульса. Дифференцирующие цепи применяются в синхронизаторах, индикаторах и других элементах радиолокацион ной станции.