8.Обеспечение электромагнитной совместимости рлс

8.1. Пути обеспечения электромагнитной совместимости рлс

Электромагнитная совместимость (ЭМС) в настоящее время является одной из основных проблем при проектировании и эксплуатации РЭТ, в том числе и РЛС [21, 22, 23]. Существо этой

Рис. 8.1. Источники непреднамеренных электромагнитных помех

проблемы сводится к созданию образцов РЭТ с совокупностью свойств (характеристиками паразитных каналов приёма и излучения, структурой спектра рабочего сигнала) и условий работы (размещение на местности, разнос по рабочим частотам, временное регламентирование работы), при которых не возникало бы помех, нарушающих функционирование других образцов РЭТ, и в тоже время обеспечивалось нормальное функционирование своих трактов и систем.

Существует большое количество источников непреднамеренных электромагнитных помех (ЭМП), классификация которых приве­дена па рис. 8.1.

Электромагнитная совместимость РЛС обеспечивается как организационными, так и техническими мерами. К организационным относится выполнение норм и рекомендаций, регламентирующих разнос частот, ширину полосы излучения, стабильность частоты передатчиков, уровень побочных излучений, а также взаимное размещение РЛС.

Выполнение норм и рекомендаций обеспечивается, в первую очередь, соответствующими техническими решениями: выбором формы и структуры зондирующих сигналов, схем усилителей мощности и генераторов. Существенное влияние на ЭМС оказывают и такие технические меры, как правильный выбор промежуточной частоты, увеличение избирательности тракта приема и выделения сигналов, использование в тракте приёма схем защиты от взаимных помех, фильтрация не основных излучений радиопередающих устройств, экранирование межблочных кабелей, передающих и при­емных устройств, синхронизация работы РЛС и т. д.

8.2. Технические решения, обеспечивающие ослабление неосновных излучений рлс

Виды не основных излучений. Излучения на частотах, лежащих вне полосы частот основного излучения, называют не основными излучениями. Их принято делить на побочные и внеполосные.

Причина возникновения побочных излучений — различного рода нелинейные эффекты в элементах передающего устройства, связанные с процессом как полезной, так и паразитной (например, за счёт нестабильности питающих напряжений или каких-либо других флюктуационных явлений) модуляции. Основными видами побочного излучения (рис. 8.2} являются [21]:

Рис. 8.2. Примерный вид спектра излучений

излучения на гармониках основной частоты;

излучения на субгармониках;

паразитные излучения;

комбинационные излучения;

интермодуляционные излучения;

шумовые излучения.

Побочные излучения РЛС могут создавать помехи РЭС, которые работают на частотах, существенно отличающихся от основной рабочей частоты ее передатчика.

Ослабление излучения на гармониках основной частоты. В генераторах, собранных на вакуумных лампах с внешними колебательными системами, гармоники, кратные основной частоте, возникают в каскадах, работающих в перенапряжённом режиме (с отличным от нуля углом верхней отсечки) и с углом нижней отсечки Θотс < 180°.

Уменьшение уровня излучения гармоник в данном случае достигается фильтрацией их промежуточным и антенным контурами. При включении фильтра непосредственно перед антенной не­обходимо учитывать следующее:

фильтры поглощающего типа ввиду рассеяния в них значительных мощностей имеют большие габариты, массу и высокую стоимость;

излучение на гармониках осуществляется не только антенной, поэтому наряду с использованием фильтров целесообразно экранировать элементы передатчика.

В диапазоне СВЧ, где в качестве генераторных приборов ис­пользуются магнетроны, лампы бегущей волны и клистроны, гармоники основной частоты возникают за счёт того, что в пространстве дрейфа прибора происходит модуляция электронного потока по плотности, и форма тока резко отличается от синусоидальной. Для уменьшения уровня излучения на гармониках здесь применяются различного рода полноводные и коаксиальные фильтры.

Ослабление излучения на субгармониках. Частоты таких излучений в целое число раз меньше основной частоты передатчика. Излучения на субгармониках основной частоты свойственны пере­датчикам, в которых используются умножители частоты. Уменьшение интенсивности субгармоник достигается с помощью фильтров, упомянутых выше.

Ослабление паразитных излучений. Возникновение паразитных излучений связано с выполнением условий самовозбуждения на частотах, отличных от несущей частоты зондирующего сигнала. Наиболее эффективный метод борьбы с паразитными колебаниями — нарушение баланса амплитуд уменьшением обратной связи или увеличением затухания колебательной системы, для чего в неё вводятся активные, так называемые антипаразитные резисторы.

В генераторах СВЧ, не имеющих внешних колебательных цепей и цепей обратной связи (например, в магнетронах), паразитные колебания возникают чаще всего из-за того, что вследствие тех или иных причин (например, нестабильности источников питания, эффекта длинной линии) срываются колебания основного типа и возникают колебания других типов, частоты которых существен­но отличаются от основной частоты. Стабилизация источников питания и использование фазовых трансформаторов позволяют обеспечить ослабление паразитных излучений в генераторах подобного типа.

Ослабление комбинационных излучений. Комбинационные излучения возникают при формировании зондирующего сигнала путём преобразования колебаний двух или большего числа вспомогательных генераторов нелинейными устройствами (рис. 8.3). На выходе смесителя имеют место колебания с частотами fсм, определяемыми суммами и разностями гармоник исходных частот:

Где n и m — любые целые числа.

Рис 8.3 Вариант построения задающего генератора

Излучения на комбинационных частотах могут возникать в таких передатчиках как вследствие того, что при некоторых значениях n и m частота fсм может попасть в полосу прозрачности полосового фильтра, так и из-за конечной избирательности фильтра.

Уменьшение уровня комбинационных излучений обеспечивается выбором АЧХ фильтра.

Ослабление интермодуляционных излучений. Интермодуляцион­ные излучения образуются в тех случаях, когда несколько передатчиков работают на общую антенну или когда РЛС расположены в непосредственной близости друг от друга. При взаимодействии колебаний с различными частотами на нелинейных элементах передатчика и антенно-волноводного тракта образуются колебания с новыми частотами подобно тому, как это имеет место при образовании комбинационных излучений. Как правило, наибольшей интенсивностью обладают интермодуляционные составляющие c суммарными и разностными частотами взаимодействующих, колебаний.

Уменьшить интермодуляционные излучения можно применением специальных устройств согласования, улучшением развязки взаимодействующих цепей и экранированием.

Ослабление шумовых излучений. Спектр шумовых излучений чрезвычайно широкий. Природа флюктуационного шума в передатчиках такая же, как и в приёмниках, однако спектральная плотность шумов электровакуумных и полупроводниковых приборов, применяемых в передатчиках, много больше, чем в аналогичных приборах приёмников. Уровень шумов каскадов передатчика зависит от нелинейности характеристик и режима работы каскадов.

Для передатчиков, в которых применяется многократное умножение частоты, с целью уменьшения шумовых излучений рекомендуются следующие меры:

выбор оптимальных углов отсечки умножительного каскада;

уменьшение общего числа умножителей и рациональный выбор умножителей: использование двух удвоителей вместо одного учетверителя, утроитель частоты целесообразно ставить последним умножительным каскадом;

применение фильтров во всех каскадах передатчика, особенно в первых.

Ослабление внеполосных излучений. Уменьшение внеполосных излучений может быть достигнуто за счет рационального выбора структуры зондирующего сигнала. На рис. 8.4 представлены гра­фики, иллюстрирующие зависимость относительного уровня излучений от формы огибающей зондирующего сигнала. Из рисунка видно, что наименьший уровень внеполосных излучений имеет РЛС с зондирующим импульсом колоколообразной формы. Однако формирование такого сигнала связано с целым рядом трудностей: усложнением конструкции, модулятора, возрастанием требований

к электрической прочности антенно-волноводного тракта из-за необходимости увеличения пиковой мощности при заданной энергии зондирующего сигнала. Поэтому наиболее ра­дикальным путем уменьшения внеполосных излучений является применение высокочастотных фильтров на выходе передатчика.

Рис. 8.4. Зависимость относительного

уровня излучения от формы огибающей

зондирующего сигнала