книги из ГПНТБ / Вулконский Б.М. Основы теории радиолокационных устройств самонаведения ракет учебник

ройки контуров Set. С увеличением расстройки ба время установле­ ния уменьшается, но и возрастает выброс амплитуды. При ба < 1 переходный процесс имеет чисто апериодический характер. Для критической расстройки 8акр = 1, выброс амплитуды равен пример­ но 4%. Время запаздывания двойки определим из фазо-частотных характеристик расстроенных каскадов:

<Pi («) = —arctg (а + 8а);

(7-61)

©/ (а) = —arctg (а — 8а),

Так как при условии линейности этих характеристик в пределах полосы пропускания двойки запаздывание каждого из каскадов равно

При критической расстройке контуров (8акр = 1) время запаз­ дывания двойки равно времени запаздывания одиночного каскада

или с учетом (7-57)

0,318

(7-65)

ТдВ- з - П1 •

Но согласно (7-35) полоса пропускания двойки в ]/2 раз боль­ ше полосы пропускания одиночного контура. Следовательно,

Сравним это значение с запаздыванием в двухкаскадиом усили­ теле с одинаково настроенными контурами. Для такого усилителя время запаздывания равно

Заменив Пi на П2 по формуле (7-39), получим

0,407

(7-08)

Т23==^ 7 Г -

Из сравнения (7-66) и (7-68) видно, что при одинаковых полосах частот время запаздывания двойки несколько больше чем двухкас­ кадного усилителя с одинаково настроенными контурами.

290

Для расчета характеристик переходного процесса в Л-касКадйоМ УПЧ, включающем п идентичных двоек, можно пользоваться сле­

дующими формулами. Нормированная передаточная функция УПЧ

откуда при помощи обратного преобразования Лапласа может быть найдена амплитуда огибающей радиоимпульса на выходе УПЧ.

Время установления УПЧ из ~ двоек равно

Приведенные соотношения для характеристик переходных про­ цессов отдельного каскада, двоек расстроенных каскадов и УПЧ в целом позволяют сделать следующие выводы. В общем случае^иногокаскадный УПЧ может быть представлен последовательностью апериодических звеньев.

Время установления, время запаздывания и величина выброса амплитуды переходного процесса в нем зависят от полосы пропу­ скания и расстройки промежуточной частоты сигнала относительно средней частоты настройки усилителя. Отсюда следует, что для обеспечения передачи сигнала через УПЧ без заметных искажений необходимо обеспечить высокую стабильность промежуточной ча­ стоты сигнала и достаточно широкую полосу пропускания УПЧ. При выполнении этих условий искажениями в УПЧ можно прене­ бречь и в задачах, связанных с анализом контуров регулирования, в состав которых входит УПЧ, считать его безынерционным усили­ тельным звеном без запаздывания.

Наряду с искажениями огибающей радиоимпульсов при проек­ тировании моноимпульсных РГС существенный интерес представ­ ляют относительные фазовые искажения. Относительные фазовые сдвиги сигналов промежуточной частоты возникают вследствие неидентичности амплитудно-частотных и фазо-частотных характери­ стик УПЧ отдельных каналов приемного устройства моноимпульс­ ных РГС. Эти паразитные фазовые сдвиги могут исказить полезную информацию, так как она содержится в разности фаз сигналов про­ межуточной частоты, усиливаемых отдельными каналами.

291

ных двоек. Пусть полосы пропускания этих усилителей равны /7„ и Пп', а расстройки промежуточной частоты сигнала относительно средних частот усилителей составляют Д/пр и Д/„р. Можно пока­

зать, что при большом числе каскадов фазочастотная характери­ стика каждого УПЧ описывается формулой [29]

члены второго, а в знаменателе — выше второго порядка, получим

1 - [ ( а / ) 2+ Ы 2] V 2 а - \

292

Из (7-78) видно, что причиной относительного фазового сдвига сигналов промежуточной частоты может явиться различие в поло­ сах пропускания УПЧ, их взаимная расстройка либо одновременно и то, и другое. На практике обычно не удается обеспечить строгую идентичность УПЧ разных каналов приемного устройства, поэтому в них предусматривают элементы фазовой подстройки, которые по­ зволяют компенсировать остаточные фазовые сдвиги.

Расчет УПЧ (включая ПУПЧ) выполняется из условия обеспе­ чения минимального коэффициента шума. При этом заданными ве­ личинами являются: средняя частота настройки, коэффициент уси­ ления, полоса пропускания и избирательность, длительность усили­ ваемого импульса и допустимые искажения огибающей (время за­ паздывания, величина выброса амплитуды), вес, габариты, способ питания. В ходе расчета требуется выбрать схему УПЧ, типы ламп, определить число каскадов и параметры их электрических цепей

[32, 36, 29].

§ 36. ДЕТЕКТОР ВИДЕОИМПУЛЬСОВ

Назначением детектора видеоимпульсов является преобразова­ ние радиоимпульсов промежуточной частоты в импульсы постоян­ ного напряжения (видеоимпульсы), форма которых повторяет фор­ му огибающей радиоимпульсов. Импульсное детектирование чаще'

Рис. 7-12

всего выполняется на диодной схеме (рис. 7-12,а). В основе диод­ ного детектирования лежит нелинейная характеристика диода, от­ ражающая зависимость между приложенным к диоду напряжением и током через диод. При небольших напряжениях (малых амплиту­ дах сигнала) характеристика диода описывается некоторой функ­ цией г'д= / ( и д), при напряжениях (амплитудах сигнала), равных десятым долям вольта и более, она может быть аппроксимирована линейно-ломаной линие.й (рис. 7-12,6)

гд = 0 при и&< 0;

(7-79)

/д = 5цд при ид > 0,

293

Ru — внутреннее сопротивление диода.

На рис. 7-13 показаны основные процессы, происходящие в ди­ одном детекторе с характеристикой в виде линейно-ломаной линии при воздействии на него радиоимпульса прямоугольной формы. В каждый положительный полупериод входного напряжения через диод проходит импульс анодного тока и конденсатор С заряжается. В промежутках между импульсами конденсатор С разряжается че­ рез сопротивление R. Постоянная времени цепи заряда много мень­ ше постоянной времени цепи разряда < CR), поэтому в пер­ вые полупериоды происходит накопление энергии в конденсаторе.

Однако по мере накопления заряда на конденсаторе С увеличи­ вается напряжение смещения на диоде и возникает эффект отсечки, то есть импульсы анодного тока становятся более короткими и их амплитуда уменьшается. Заряд конденсатора за время действия импульса уменьшается и в конечном счете становится равным раз­ ряду за время между импульсами. Наступает режим равновесия — установившийся режим. В установившемся режиме амплитуде ра­ диоимпульса £/fflBX соответствует амплитуда видеоимпульса £/швых*).

*) Пульсирующее напряжение на выходе детектора обычно сглаживается до­ полнительным фильтром, поэтому в дальнейшем выходным напряжением детекто­ ра будем считать среднее значение пульсирующего напряжения.

294

Отношение этих амплитуд определяет коэффициент передачи де­ тектора.

m вх

В момент возникновения импульса анодного тока в установив­ шемся режиме напряжение на диоде равно

где tH— момент возникновения импульса анодного тока, откуда

Но максимуму амплитуды импульса анодного тока всегда соот­

ветствует угол «пропах = тг • Следовательно, можно записать

Из (7-84) следует, что коэффициент передачи диодного детекто­ ра всегда меньше единицы и тем меньше, чем больше угол 9. Уста­ новим связь угла отсечки 0 с параметрами детектора.

Мгновенное значение анодного тока через диод равно

295

Уравнение (7-87) дает связь угла отсечки с крутизной диода S и сопротивлением нагрузки R. На рис. 7-14 приведено графическое решение (7-87). Пользуясь этим графиком, можно определить угол отсечки детектора и коэффициент его передачи по заданным 5 и R, либо., решить обратную задачу. Пусть, например, требуется опреде­ лить параметры детектора, обеспечивающие коэффициент передачи не менее 0,9.

Находим требуемый угол отсечки

6 = arccos Кц — arccos 0,9 ss 25°.

Из графика (рис. 7-14) выбираем

tg0 — 0 = 0,03.

полнения этого условия можно, например, взять диод с крутизной

Как видно из (7-84) и (7-87), коэффициент передачи детектора не зависит от величины емкости С, а определяется только отноше­ нием нагрузочного сопротивления R к внутреннему сопротивлению диода R {д (сопротивление /?-1д обратно пропорционально крутизне диода S). Величина емкости С в установившемся режиме сказы­ вается лишь на величине высокочастотных пульсаций выходного напряжения детектора. Выбором параметров S и R по заданному

296

коэффициенту передачи и выбором емкости С по допустимой вели­ чине пульсаций в установившемся режиме можно было бы и огра­ ничить расчет диодного детектора. Однако такой расчет не учиты­ вает переходных процессов в детекторе, и найденные параметры мо­ гут не удовлетворять требованиям по точности воспроизведения формы огибающей радиоимпульсов.

Переходные процессы в диодном детекторе обусловлены инер­ ционностью схемы и, как следует из рис. 7-13, проявляются в иска­ жении переднего и заднего фронтов видеоимпульса. Растягивание переднего фронта характеризуется временем установления ту, ра­ стягивание заднего фронта — временем спада тсп.

Определение заднего фронта видеоимпульса каких-либо затруд­ нений не вызывает. Задний фронт формируется после окончания ра­ диоимпульса в результате свободного разряда конденсатора С че­ рез сопротивление R по экспоненциальному закону

пульса до момента, когда выходное напряжение упадет до 0,1 от ^Лпвых получим

сложной задачей. Здесь нужно учитывать, что детектор подключен к контуру L'C' выходного каскада УПЧ и заряд конденсатора С происходит через этот контур, поэтому необходимо принимать во внимание влияние входного сопротивления детектора на резонанс­ ное сопротивление контура L'C'.

Входное сопротивление детектора /?вх характеризует нагрузку, которую составляет детектор для выходного каскада УПЧ. Опреде­ ляется оно как отношение амплитуды напряжения на входе детек­ тора к амплитуде первой гармоники тока во входной цепи. Можно показать, что /?вх связано с углом отсечки детектора 0и крутизной диода 5 следующей зависимостью [29, 35, 36]

297

В процессе установления выходного напряжения детектора угол 0 меняется, что и обусловливает сложность этого процесса и труд­ ность точного аналитического описания его. Приближенный анализ

R' и С' — резонансное сопротивление выходного контура УПЧ и его

емкость.

Время установления ту, в течение которого выходное напряже­ ние нарастает до 0,9 от Дтвых, при этом оказывается равным

Сопоставление формул для коэффициента передачи детектора, времени установления и спада показывает, что при расчете детек­ тора его параметры приходится выбирать исходя из противоречивых требований. Для однозначного решения этой задачи необходимо задать либо допустимые искажения фронтов, либо требуемый коэф­ фициент передачи.

На практике обычно задаются допустимыми искажениями (ту ц тсп). Параметры детектора рассчитываются по формулам (7-89) и (7-93), после чего по формуле (7-84) определяют коэффициент передачи, который обеспечивает детектор с выбранными парамет­ рами.

До сих пор рассматривался случай, когда характеристика диода могла быть аппроксимирована линейно-ломаной линией, то есть случай сильных сигналов. При проектировании приемных устройств РГС не меньший интерес представляет случай слабых сигналов, когда диод имеет характеристику вида

Этот случай соответствует приему слабых сигналов на предель­ ных дальностях обнаружения целей, на дальностях захвата. В от­ личие от предыдущего, здесь при Двх(/) = 0 через диод проходит ток / о, который создает на диоде напряжение смещения До-

Значение анодного тока Д легче всего определяется графиче­ ским построением, как показано на рис. 7-15.

298

Выходное напряжение 7/твЬ|Х создает на диоде дополнительное напряжение смещения, и результирующее напряжение на диоде бу­ дет равно

Тейлора

/д = / [U * (*)] = f i~U o У + Г (~Uo) ( ^ bx sin mnpt - и авых) 4-

+ A . / " ( - 7 / 0) ( 7 / mBSsina)np Z i - t / raBblx) 2 + > . .

Так как в случае слабых сигналов напряжение UBX(t) и создан­ ное им выходное напряжение f/mBblx малы, то мала и их разность, то есть ряд можно заменить его тремя первыми членами

откуда находим среднее значение тока через диод

299