3.11 Потери в тракте приема радиолокационных сигналов

Тракт приема радиолокационных сигналов является, наряду с трактом формирования и излучения зондирующих сигналов, основным трактом любой РЛС. Его конечной задачей является обнаружение полезного сигнала (т.е. отраженного от реального воздушного объекта) на фоне помех всех видов, а именно: собственных шумов приемной системы; активных помех различной природы; пассивных помех различной природы.

На предыдущих занятиях обсуждались вопросы, связанные с потенциальными возможностями РЛС по обнаружению целей. При этом мы, как правило, абстрагировались от целого ряда условий, имеющих место при реальном функционировании столь сложного устройства, каковым на самом деле является РЛС. На сегодняшнем занятии мы рассмотрим, где и в чем реальный тракт приема РЛС отличается от его «идеальной» модели, а также каким образом можно эти различия учесть, а затем и повлиять на аппаратуру приемного тракта РЛС для уменьшения этих различий.

Указанную степень отличия реального приемного тракта от идеального можно учесть через так называемые коэффициенты потерь. С этим понятием мы сталкивались в курсе дисциплины Д-136 при рассмотрении вопроса о дальности действия РЛС.

3.11.1 Методика учета потерь в тракте приема радиолокационных сигналов

В уравнение дальности действия РЛС входит коэффициент различимости, т.е. отношение сигнал-шум на входе приемника, при котором обеспечивается заданное качество обнаружения. При этом верна следующая формула:

 = ₁·L,

где  – коэффициент различимости; ₁ – отношение сигнал-шум на входе устройства сравнения с порогом, при котором обеспечивается заданное качество обнаружения; L – коэффициент потерь.

Количество факторов, приводящих к потерям энергии принятого сигнала довольно велико. Учесть влияние всех этих факторов можно при расчете коэффициента различимости следующим образом:

где L_i – коэффициент потерь, обусловленный i-ым фактором.

В наиболее обобщенном виде суммарный коэффициент потерь можно представить следующим образом:

L = L_твч·L_лпр·L_дет·L_обр, (3.41)

где L_твч – коэффициент потерь в тракте высокой частоты; L_лпр – коэффициент потерь в линейной части приемника (до детектора); L_дет – коэффициент потерь, вносимый детектором; L_обр – коэффициент потерь последетекторной обработки сигнала.

3.11.2 Потери в тракте высокой частоты

Структурная схема тракта высокой частоты приведена на рис.3.63.

Рис.3.63. Структурная схема тракта высокой частоты.

Из анализа этой схемы можно сделать вывод, что потери в тракте высокой частоты складываются из потерь в каждом его составном элементе. Согласно рассмотренной методике:

L_твч = L_ант·L_ап·L_ак·L_вс·L_с·L_лп, (3.42)

где L_твч – коэффициент суммарных потерь в ТВЧ;

L_ап – коэффициент потерь в антенном переключателе;

L_ак – коэффициент потерь в антенном коммутаторе;

L_вс – коэффициент потерь во вращающемся сочленении;

L_с – коэффициент потерь в соединителях тракта;

L_лп – коэффициент потерь в линии передачи.

Коэффициент потерь в приемной антенне есть величина, обратная коэффициенту ее эффективности W_ант, который связывает эффективную площадь приемной антенны и ее геометрическую площадь:

А_эфф = А_г·W_ант; L_ант= 1/W_ант.

Коэффициент эффективности приемной антенны с параболическим зеркалом можно представить в виде:

W_ант = W₁·W₂·W₃·W₄·W₅, (3.43)

где W₁ – коэффициент использования площади приемной антенны;

W₂ – коэффициент полезного действия облучателя;

W₃ – коэффициент, учитывающий утечку энергии через зеркало антенны;

W₄ – коэффициент, учитывающий отличие геометрической конструкции антенны от идеальной;

W₅ – коэффициент, учитывающий омические потери в антенне.

На практике для зеркальных антенн W₁ имеет значения порядка 0.65...0.7.

Коэффициент полезного действия облучателя учитывает степень согласования антенны с нагрузкой. Рассогласование можно уменьшить путем настройки и согласования облучателя с помощью согласующих устройств в тракте от облучателя к приемнику, использования так называемой вершинной пластины, а также антенн со смещенным облучателем.

Вследствие того, что зеркало антенн как правило делают несплошным, имеет место утечка энергии. Значение коэффициента W₃, близкое к единице, обеспечивается при размерах ячеек l_я< 0.1.

Числовое значение коэффициента W₄ зависит от степени совпадения реальной и идеальной геометрии конструкции антенны. На практике профиль зеркала может отличаться от параболической формы вследствие случайных или систематических ошибок при производстве или из-за механической деформации зеркала в ходе эксплуатации РЛС.

Коэффициент W₅ определяется соотношением:

W₅ = R_изл /(R_изл + R_п),

где R_изл – сопротивление излучения антенны (характеризует полезный энергетический эффект взаимодействия антенны с пространством и определяется как такое эквивалентное сопротивление, на котором выделялась бы мощность, равная мощности, фактически излучаемой антенной); R_п – сопротивление потерь.

Числовое значение коэффициента W₅ = 0.9...0.95. Результирующее значение W_ант, обусловленное всеми перечисленными факторами, для зеркальных антенн составляет 2...5 дБ. Первая цифра относится к параболическим антеннам с облучателем в фокусе, последняя - к антеннам со сложной системой облучателей и к антеннам с зеркалом двойной кривизны.

При современном уровне развития технологии изготовления узлов и элементов ТВЧ потери энергии полезного сигнала при прохождении через них составляют:

• антенный переключатель L_ап= 0.7...1.5 дБ;

• антенный коммутатор L_ак= 0.1...0.5 дБ;

• вращающееся сочленение L_вс= 0.3...0.5 дБ;

• соединители L_с = 0.05...0.1 дБ.

Потери в линии передачи определяются следующим образом:

L_лп= L⁰·l_лп,

где L⁰ – потери в одном погонном метре линии передачи; l_лп – длина линии передачи.

Значения L⁰ составляют 0.01...0.05 дБ/м для прямоугольных волноводов, 0.05...0.5 дБ/м для коаксиальных и полосковых линий.

Таким образом суммарные потери в ТВЧ без учета потерь в приемной антенне составляют 2...3 дБ (аналогичные потери в режиме передачи зондирующего сигнала составляют 0.5...1 дБ).