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

отражателя в соответствии с частотной характеристикой клистрона в рабочей зоне генерации. Следовательно, циклические изменения анодного напряжения Л3 сопровождаются циклическими измене­ ниями частоты клистрона (рис. 7-29,г). При этом электрический ре­ жим схемы выбирается так, чтобы частота клистрона изменялась симметрично относительно средней частоты рабочей зоны генера­ ции Дер, а ее наибольшее отклонение не выходило за пределы этой зоны. Режим поиска продолжается до тех пор, пока промежуточная частота эхо-сигналов не попадает в полосу пропускания УПЧ. На рис. 7-29 это соответствует моменту to.

Пусть в t2 отклонение промежуточной частоты от номинальной таково, что на выходе' видеоусилителя (катодного повторителя) им­ пульсы имеют отрицательную полярность (рис. 7-29,а и б). В этом случае на выходе детектора напряжение равно нулю и разряд кон­ денсатора С0 продолжается. Но по мере разряда С0 меняется часто­ та клистрона, и промежуточная частота эхо-сигналов стремится к номинальной. В момент t3 ее значение совпадет с номинальным и дальше начнет нарастать рассогласование другого знака.

На выходе видеоусилителя возникнут импульсы положительной полярности с нарастающей амплитудой. Эти импульсы создадут ток в нагрузочном сопротивлении детектора, который направлен встреч­ но току разряда конденсатора С0 через это же сопротивление. В ре­ зультате скорость разряда С0 начнет уменьшаться, и в момент, когда эти токи уравновесятся, разряд прекратится, то есть схема прекратит поиск. Напряжение на аноде Л 3 (на отражателе клис­

Если в момент U по какой-то причине произойдет резкое изме­ нение промежуточной частоты в пределах полосы частот дискри­ минатора так, что амплитуда положительных импульсов на выхо­ де видеоусилителя увеличится, то это повлечет за собой превыше­ ние управляющего тока над током разряда через нагрузочное со­ противление детектора-/?. Отрицательный потенциал управляю­ щей сетки Л3 начнет возрастать, напряжение на аноде лампы бу­ дет увеличиваться, а частота клистрона падать. По окончании пе­ реходных процессов схема придет в новое устойчивое состояние, при котором напряжение на анодр Л3 примет значение иа", частота клистрона /г", остаточная амплитуда видеоимпульсов U"mH0Cr и

промежуточная частота / пр.и о м

Если в момент t$ будет иметь место резкий уход промежуточной частоты другого знака, то управляющий ток окажется меньше тока разряда, и конденсатор С0 начнет разряжаться через сопротивле­ ние R. Напряжение на аноде лампы Л3 начнет линейно падать, а частота клистрона линейно нарастать (как и в режиме поиска).

320

При переходе промежуточной частоты через значение / пр.Ном (мо­ мент ^б) через сопротивление R начнет проходить управляющий ток. Скорость разряда С0 начнет уменьшаться.и схема придет в но­

особенностями. Она обеспечивает подстройку частоты при рассог­ ласовании только одного знака. При рассогласовании другого зна­ ка цепь регулирования разрывается и замыкается вновь при пере­ мене знака рассогласования. Подстройка частоты осуществляется в схеме с запаздыванием и не обеспечивает точной отработки рас­ согласования. Каждому установившемуся состоянию схемы соот­ ветствует некоторое остаточное рассогласование Л/ост. В теории ре­ гулирования такие схемы называются односторонними, инерцион­ ными схемами статического регулирования. Остаточное рассогласо­ вание в них зависит от начального рассогласования и приближенно равно [38, 39, 29]

коэффициент Аупт дополнительных пояснений, не требует, поэтому остановимся лишь на величинах At и Ккл.

Коэффициент передачи пикового детектора определяется как коэффициент пропорциональности между постоянной составляющей выходного напряжения ид и амплитудой входных импульсов

R

Здесь Riд и Явх — внутренние сопротивления открытого диода и источника импульсов (катодного повтори­ теля) ;

v— скважность импульсов;

R — нагрузочное сопротивление детектора.

Формула (7-177) дает практически правильный результат при условии

Для пикового детектора АПЧ условие (7-178) обычно выпол­ няется. Величина КАв схемах АПЧ имеет порядок 0,5 ч-0,8.

Отражательный клистрон, как управляемый элемент схемы АПЧ, характеризуется зависимостью между приращением частоты генерации и приращением напряжения на отражательном электро­ де относительно средних значений в рабочей зоне генерации, (рис. 7-30). Полоса 2Д/т кл соответствует рабочему диапазону час­ тот, за которым мощность генерируемых колебаний падает больше чем в два раза относительно мощности при среднем значении час­ тоты в зоне генерации. Она называется полосой электронной наст­ ройки клистрона.

322

клистрона. Главным требованием к клистрону является превыше­ ние диапазона его электронной настройки (2Д/ШКл) над полосой возможных взаимных уходов частот клистрона и магнетрона. Кро­ ме того, должны учитываться эксплуатационные и электрические характеристики клистрона (долговечность, необходимость охлаж­

Амплитуда напряжения поиска Umпоиска (амплитуда изменения напряжения на аноде фантастрона в режиме поиска) устанавли­ вается в соответствии с шириной полосы электронной настройки клистрона (по его характеристике). Далее определяется необходи­ мая скорость поиска. Она находится из условия минимального пис­ ала импульсов А^„, нужного для надежной остановки поиска и осу­ ществления подстройки частоты. Обычно N„ составляет 4 -г-5. Ско­ рость поиска Упоиска должна удовлетворять неравенству [2 9]

323

И з ( 7 - 1 8 4 ) О п р е д е л я ю т н е о б х о д и м у ю ч а с т о т у П О И С К а П о и с к а =

= — —— . Р а с ч е т з а в е р ш а е т с я о п р е д е л е н и е м н е о б х о д и м о г о к о э ф -

(7 485)

Р а с п р е д е л е н и е у с и л е н и я п о э л е м е н т а м п р о и з в о д и т с я п о ф о р м у л е ( 7 - 1 7 5 ) с у ч е т о м в о з м о ж н о с т е й к а ж д о г о э л е м е н т а .

Рис. 7-31

Рассмотренная схема АПЧ является замкнутой схемой импульс­ ного регулирования. Однако поскольку время переходных процес­ сов в ней много больше периода повторения импульсов, ее анализ на устойчивость может быть выполнен методами теории непрерыв­ ного регулирования. Структурная схема АПЧ при небольших Откло­ нениях промежуточной частоты и после линеаризации нелинейного элемента (пикового детектора) может быть представлена четырь­ мя звеньями (рис. 7-31). Безынерционное звено с коэффициентом передачи К\ включает в себя УПЧ, частотный дискриминатор, ви­ деоусилитель и катодный повторитель. Коэффициент передачи Ki равен

стоянного тока представлены в схеме как последовательные соеди­ нения безынерционных и апериодических звеньев с передаточными функциями

324

и

где т3, тр— постоянные времени заряда и разряда детектора; v — скважность импульсов.

Постоянная времени УПТ т:уПТ определяется величиной анодной нагрузки и распределенной емкостью каскада.

Клистрон является практически безынерционным звеном и его передаточная функция равна коэффициенту передачи.

§ 39. АВТОМАТИЧЕСКАЯ РЕГУЛИРОВКА УСИЛЕНИЯ ПРИЕМНОГО УСТРОЙСТВА (АРУ)

Широкий динамический диапазон возможного изменения вход­ ных сигналов приемного устройства РГС является в основном след­ ствием быстрого сближения ракеты с целью (уровень сигнала из­ меняется обратно пропорционально четвертой степени изменения дальности), непостоянства во времени условий распространения ра­ диоволн и флуктуаций величины эффективной отражающей пло­ щади цели.

Если не принять специальных мер, то приемное устройство и схема АСН, функционирующие нормально при слабых входных сиг­ налах, окажутся перегруженными при сильных сигналах. Перегруз­ ка приемного устройства сказывается в больших амплитудных ис­ кажениях, возникающих в резонансных каскадах УПЧ и каскадах видеоусилителя, ухудшении частотной избирательности каскадов УПЧ и уменьшении их усиления. Это объясняется тем, что при больших напряжениях на управляющих сетках ламп нарушается линейный режим их работы и в цепях сеток возникают сеточные токи. Сеточные токи уменьшают входное сопротивление ламп и ре­ зонансное сопротивление колебательных контуров УПЧ. В видео­ усилителе сеточные токи приводят к дополнительным искажениям формы усиливаемых импульсов.

Перегрузка схемы ДСН проявляется в ухудшении качества сле­ жения за целью и, в конечном счете, в нарушении устойчивости си­ стемы (в срыве слежения).

Автоматическая регулировка усиления предназначена для обес­ печения нормального функционирования приемного устройства и схемы АСН как при слабых, так и при сильных входных сигналах.

325

Регулировка осуществляется путем подачи на управляющие сетки ламп каскадов УПЧ и Г1УПЧ напряжения смещения, пропорцио­ нального среднему или пиковому уровню принимаемого сигнала. Напряжение смещения, или регулирующее напряжение, сдвигает рабочую точку на сеточной характеристике лампы. И так как в ре­ гулируемых каскадах используются лампы с переменной крутизной сеточных характеристик, то это приводит к изменению крутизны лампы, а следовательно, и к изменению коэффициента усиления каскада.

Схема АРУ направлена на расширение технических возможно­ стей приемного устройства, но вместе с этим она не должна суще­ ственно сказываться на его качестве. То есть схема АРУ не должна вносить заметных искажений в форму усиливаемого сигнала и не должна уменьшать отношение сигнал/шум.

Первый вопрос, который возникает при проектировании АРУ, это вопрос о числе регулируемых каскадов и выборе их из общего чис­ ла каскадов ПУПЧ и УПЧ. Так как назначением АРУ является су­ жение динамического диапазона изменения выходных сигналов по сравнению с диапазоном изменения входных, то требуемое сужение

иявляется критерием для выбора числа регулируемых каскадов. Усилительный каскад на современных пентодах с переменной

крутизной характеристики допускает примерно стократное умень­ шение коэффициента усиления. Однако использовать этот диапазон полностью не следует, так как при этом могут возникнуть нелиней­ ные амплитудные искажения. Поэтому число регулируемых каска­ дов, взятое из расчета полных возможностей одного каскада, нужно увеличить на два-три каскада.

При выборе регулируемых каскадов обычно придерживаются общего правила, по которому регулировка начинается с каскада, предшествующего каскаду, которому угрожает перегрузка, при ус­ ловии, что удельный вес собственных шумов этого каскада не ве­ лик. Специфика приемного устройства РГС состоит в том, что в нем перегрузке подвержены прежде всего либо кристаллический смеси­ тель, либо усилительные каскады, начиная с третьего каскада ПУПЧ. Первый каскад ПУПЧ перегружается позже чем смеситель, а перегрузок второго каскада не возникает вследствие небольшого усиления первого каскада. Поэтому регулировку в приемном уст­

ройстве РГС, целесообразно начинать с третьего каскада ПУПЧ. Это дает возможность поставить первые два каскада ПУПЧ в ре­ жим наилучшего отношения сигнал/шум. Предупреждение перегру­ зок кристаллического смесителя при необходимости может осуще­ ствляться специальной схемой автоматической регулировки мощ­ ности входного сигнала. (АРМ). Управляемым элементом этой схе­ мы является ферритовый аттенюатор в волноводном тракте прием­ ника. Степень ослабления энергии, поступающей на кристалличе­ ский смеситель, регулируется напряжением с выхода схемы АРУ, подаваемым в катушку подмагничивания феррита [29].

326

В радиолокационной технике известно много разновидностей схем АРУ, что соответствует многообразию задач, которые ими решаются [29, 36, 39, 32]. Рассмотрим лишь схемы, которые наибо­ лее полно отвечают задачам координатора РГС. В координаторах РГС с коническим сканированием может использоваться усиленная по постоянному току, задержанная,инерционная АРУ. Ее функцио­ нальная схема изображена на рис. 7-32. В состав схемы входят: де­ тектор, усилитель постоянного тока и фильтр.

Рис. 7-32

Видеоимпульсы захваченной РГС цели с выхода видеоусилителя ВУ, в общем случае промодулированные по амплитуде сигналом ошибки (частотой сканирования), в схеме АРУ подвергаются де­ тектированию*). Пульсирующее напряжение с выхода детектора усиливается и фильтруется, в результате чего на управляющие сет­ ки ламп регулируемых каскадов ПУПЧ и УПЧ подается постоян­ ное выпрямленное напряжение, пропорциональное среднему уровню принимаемой последовательности эхо-импульсов. Временные диа­ граммы напряжений в различных точках рассматриваемой схемы АРУ показаны на рис. 7-33. Из диаграмм понятно, что нормальная работа схемы возможна, если постоянная времени детектора вы­ брана много больше периода следования импульсов, а постоянная времени (инерционность) фильтра — много больше периода скани­ рования. Невыполнение этих требований приводит к просачиванию высокочастотных и низкочастотных (с частотой сканирования) пульсаций на управляющие сетки ламп УПЧ. Первые могут вы­ звать самовозбуждение усилительных каскадов, вторые уменьшают глубину полезной амплитудной модуляции выходного сигнала, и

*)' Прохождение через УПЧ и видеусилитель сигналов только захваченной цели обеспечивается стробированием приемного устройства РГС. Вопросы стро­ бирования рассматриваются в § 40.

327

При малых уровнях входных сигналов уменьшать усиление при­ емного канала нецелесообразно, поэтому в схему вводят так назы­ ваемое напряжение задержки (на рис. 7-32 обозначено U3). За­ держка устанавливается либо в детекторе, либо в УПТ. Она разры­ вает цепь регулирования до момента, пока средний уровень вход­ ных сигналов не достигнет определенной величины.

Система АРУ является сцстемой автоматического регулирова­ ния. Однако ее существенное отличие от обычных следящих систем состоит в том, что регулирующее действие здесь достигается не пу­ тем сравнения заданной величины с действительной, а путем изме­ нения параметра системы регулирования, каким является коэффи­ циент усиления. Такие системы регулирования называются пара­ метрическими. Методы анализа параметрических систем отличают­ ся от методов анализа обычных следящих систем. Они сложнее и с их помощью анализ не всегда удается довести до строгих практиче­ ских результатов.

В практике проектирования систем АРУ пользуются данными анализа статического режима работы системы и результатами при­ ближенного анализа динамического режима. Статический режим, т. е. поведение системы при медленных изменениях входного сигна­ ла, позволяет синтезировать систему, пригодную для работы в за­ данном диапазоне изменения входных сигналов. Результаты дина­ мического анализа позволяют выбрать параметры системы, при ко­ торых она обладает достаточным запасом устойчивости, а -ампли­ тудные и фазовые искажения полезного сигнала за счет переход­ ных процессов не превосходят допустимых.

328

Основными статическими характеристиками системы АРУ яв­ ляются: амплитудная характеристика цепи АРУ, амплитудная и ре­ гулировочная характеристики регулируемого усилителя.

Амплитудная характеристика цепи АРУ представляет собой за­ висимость напряжения регулирования от амплитуды сигнала на выходе регулируемого усилителя

Вид этой характеристики для задержанной АРУ показан на рис. 7-34,а.

Угол наклона характеристики к оси абсцисс ф определяет коэф­ фициент усиления цепи АРУ. При правильном выборе параметров АРУ рабочий участок амплитудной характеристики цепи АРУ дол­

жен быть линейным.

Амплитудная характеристика регулируемого усилителя связы­ вает амплитуду сигнала на его выходе с амплитудой на входе

(рис. 7-34,6)

329