1.Сложение Мощностей генераторов

Общие сведения

При проектировании новых или модернизации существующих систем связи часто возникает необходимость создания передатчиков мощностью, превышающей номинальную мощность имеющихся типов ламп, транзисторов и т. п. Не всегда электронная промышленность в состоянии за короткий срок разработать и освоить выпуск нового усилительного прибора требуемой мощности. К тому же стоимость разработки нового прибора может превысить стоимость передатчика в целом. Известно, что на данной достаточно высокой частоте не удается получить сколь угодно большую мощность. В связи с этим используют различные методы сложения мощностей генераторов (в общем контуре, окружающем пространстве и т. д.). Кроме получения большой мощности сложение мощностей позволяет повысить надежность работы передатчика. В случае отказа одного из генераторов передатчик сохраняет свою работоспособность при пониженном уровне выходной мощности. В таких областях, как телевидение, радиовещание, это требование иногда оказывается решающим. Широкое распространение находят методы сложения в транзисторных передатчиках для получения полезной мощности от десятков ватт до единиц и десятков киловатт.

Впервые метод сложения мощностей нескольких генераторов в выходном контуре был применен академиком А. Л. Минцем при строительстве 500-киловаттного длинноволнового передатчика имени Коминтерна в 1933 г. В настоящее время такую схему не применяют из-за присущих ей недостатков: изменения режима всех блоков при неисправности в одном, необходимости регулировки связи всех блоков при отключении одного, взаимного влияния блоков и др.

Сложение мощности в пространстве

Сложение мощности в пространстве производят в тех случаях, когда требуется на непродолжительное время увеличить напряженность электромагнитного поля, излучаемого передатчиком в заданном направлении. Обычно такая необходимость возникает при обеспечении радиосвязи и вещания в диапазоне коротких волн на сверхдальние расстояния в условиях плохого прохождения радиоволн. В последнее время этот способ применяют в радиолокационных СВЧ-устройствах фазированных антенных решеток (ФАР) с управляемой электрическим способом диаграммой направленности. В авиации ФАР являются, чуть ли не единственным способом построения бортовых радиолокационных устройств.

Сущность способа поясним на примере сложения мощности двух передатчиков. Для работы в режиме сложения мощности в пространстве рекомендуют применять однотипные передатчики П1 иП2 (рис. 1.1). Источником ВЧ-колебаний служит возбудитель В1. Возбудитель В2 другого передатчика является резервным. Каждый передатчик работает на свою антенну А направленного действия. Чтобы иметь слабую связь между выходными каскадами передатчиков, нужно разнести антенны на возможно большее расстояние друг от друга, хотя сближение антенн экономит место на антенном поле, улучшает их общую диаграмму направленности, повышает коэффициент направленного действия. Обычно расстояние между антеннами составляет (3/4)λ ,. Для контроля диаграммы направленности совместно работающих антенн применяют измерители напряженности поля, которые размещают на расстоянии не менее нескольких длин волн от антенн.

рис.1.1

Подбирая соотношение фаз ВЧ-колебаний, питающих антенны, можно обеспечить изменение направленности главного лепестка антенн на ±10-20° и переместить его в заданную зону обслуживания. Регулирование фазы ВЧ-колебаний осуществляют с помощью управляемого фазовращателя Ф, включенного на входе одного из передатчиков. Наличие настраиваемых колебательных контуров, конечная стабильность частоты возбудителя, а также большое число антенн (по две антенны на каждое направление) усложняют подготовку оборудования к работе и требуют периодического контроля направления диаграммы направленности антенн. Необходимо иметь в виду, что направленные коротковолновые антенны, например синфазные типа СГД, очень дороги, хотя и весьма эффективны. По этой причине сложение мощности в пространстве почти не используют в коротковолновых передатчиках.

Сложение мощности в пространстве применяют в СВЧ-диапазоне в устройстве вида ФАР. Упрощенная структурная схема ФАР изображена на рис. 1.2.

рис 1.2

Возбудитель совместно с устройством деления мощности и блоком управляемых канальных фазовращателей обеспечивают канальные усилители синфазным высокочастотным напряжением возбуждения. Блок управления фазовращателями представляет собой небольшую ЭВМ, которая по определенной программе управляет канальными фазовращателями и изменяет в тракте каждого канального усилителя фазу высокочастотного напряжения, в результате чего осуществляется изменение направления излучения ФАР в пространстве. Канальные усилители состоят из транзисторных усилителей мощности; в некоторых случаях сюда же входят варакторные умножители частоты. На выходе каждого усилителя включен полосовой фильтр, обеспечивающий необходимое подавление побочных гармонических составляющих вне рабочего диапазона частот. Каждый усилитель работает на свою антенну. Обычно усилитель и антенну объединяют конструктивно в одно устройство, называемое модулем Системы ФАР имеют от нескольких тысяч до десятков тысяч модулей. При таком большом числе усилителей ручной контроль работы каждого усилителя в отдельности невозможен. Эту функцию выполняет автоматизированная система контроля, которая отключает неисправные усилители, кроме того, результаты контроля работы усилителей могут поступить в ЭВМ блока управления фазовращателями.

Вследствие применения большого числа модyлeй, работающих независимо друг от друга, достигаются высокая надежность в работе и возможность получения больших уровней излучаемой мощности в диапазоне СВЧ. Основным условием эффективной работы ФАР является обеспечение узкого основного лепестка антенны и управление его направленностью в пространстве с высокой точностью. Как уже отмечалось, эта задача решается с помощью специальной ЭВМ, размещенной в блоке управления фазовращателями. Несмотря на сложность изготовления и настройки, системы ФАР находят все большее применение в радиолокационных системах.