§ 12.2. Особенности линейного тракта радиоприемника импульсного сигнала

Современные приемники импульсных сигналов строятся по супергетеродинному типу. Усиление в УПЧ такого приемника более стабильно и реализуется проще, чем на СВЧ. Кроме того, относительная полоса частот, занимаемая сигналом на промежуточной частоте, больше, чем на высокой, а это упрощает фильтрацию сигнала.

Типовая схема входной цепи приемника. Типовая схема входной цепи приемника импульсной РЛС, показанная отдельно на рис. 12.9, состоит из двух ферритовых трехплечих У-циркуляторов (Ц₁, Ц₂), с помощью которых происходит разделение сигналов, проходящих в тракте передатчик — антенна и антенна — приемник. Далее установлено устройство защиты приемника, состоящее из разрядника защиты приемника (РЗП) и ограничительного диода (ОД), предназначенного для ограничения уровня сигнала, подаваемого на МШУ. Если МШУ отражательного типа, например двухконтурный параметрический усилитель или усилитель на туннельном диоде, то он включается

$ тракт приемника черен ферритовые ниркуляторы Ц₃ — Ц₅, которые не только развязывают вход усилителя от выхода, но и обеспечивают стабильность усиления за счет стабилизации входной и выходной нагрузок МШУ. Для подавления шумов зеркального канала между МШУ и балансным диодным смесителем (БДСм) включают полосовой СВЧ-фильтр (СВЧФ), настроенный на частоту сигнала.

Таким образом, во входной цепи приемника имеется большое число устройств, создающих потери для принимаемого сигнала. Эти потери определяются соотношением L =

⁼ ^ап ^рзп ^-од Ец, где L_An, ^рзш ^-од, ^-ц — потери в антенном переключателе, разряднике защиты ¹ приемника, ограничительном диоде и циркуляторе МШУ соответственно. Уровень этих потерь в диапазоне 3 см имеет следующие значения: L_An = 0,8 дБ, /_р_ЗП = 0,5 дБ, Z-од = 0,5 дБ, L\x = 0,4 дБ. Таким образом, общие потери L — 2,2 дБ. Они увеличивают коэффициент шума приемного устройства и ограничивают его чувствительность, поэтому при построении входной цепи принимают меры для их уменьшения.

Особенности входных цепей приемников импульсных сигналов были описаны в гл. 3.

Чувствительность приемника.

Чувствительность приемника определяется потерями во входной цепи и такими параметрами МШУ, как эффективная шумовая температура 7\,_ф и коэффициент усиления по мощности Кр (см. гл. 3).

Пороговая чувствительность приемника определяется соотношением

Здесь k постоянная Больцмапа; Тщ — эффективная шумовая температура приемной системы, отнесенная к входу антенны: П_лчи — шумовая полоса линейного тракта приемника.

В свою очередь,

Г,_ф-= Г* 4-7_вц (*—!) + + 7мшу L + TqmL I Кр,

где Т_А, Г_вц, Тмшу, Т_Сн — эф фективные шумовые температуры ан тенны, входной цепи совместное РЗП МШУ и смесителя, отнесенные кс входам соответствующих устройств.

Шумовая полоса ЛЧП определи ется амплитудно-частотной характе ристикой УПЧ приемника, которук обычно выбирают соответствен не спектру принимаемого сигнала. Та ким образом, для увеличения чувстви тельности приемника необходим» уменьшать потери во входной цепи i применять МШУ с малым уровнем шу мов и большим коэффициентом уси ления по мощности.

В приемнике импульсной РЛС об наружения чувствительность опреде ляется «качеством приема» по рабоче! характеристике (рис. 12.3). Устанав ливая конкретные значения Р_п0 i Р„._т, находят требуемое отношение q

где Т — длительность импульсной сигнала.

Из последнего соотношения опре деляют чувствительность приемник, РЛС

Преобразователь частоты. В пре

образователях частоты СВЧ-приемни ков импульсных сигналов использую смесители на точечно-контактных дис дах, диодах с барьером Шотки (на ча стотах до 150 ГГц) и полевых транзис торах с барьером Шотки (на частота до 70 ГГц). Наибольшее распростране ние получили диодные балансны смесители с барьером Шотки. Осное ными параметрами этих смесителей которые влияют на чувствительност приемника, являются коэффициен шума и потери преобразования. Так ДБШ на основе арсенида галлия имс ет потери преобразования L 4ч-1 дБ и коэффициент шума К_ш -

2-7-7,5 дБ. Особое влияние они приобретают в случае, когда на входе приемника отсутствует МШУ. Если же применяется МШУ с большим коэффициентом усиления по мощности, то влиянием преобразователя частоты на чувствительность приемника можно пренебречь. Схемы диодных смесителей и их особенности были подробно рассмотрены в гл. 5.

Усилитель промежуточной частоты. Усилитель промежуточной частоты приемника импульсных сигналов определяет такие показатели ЛПЧ, как избирательность по соседнему каналу, ширина полосы пропускания, отношение сигнала к шуму на выходе, усиление и динамический диапазон выходного сигнала. Поскольку обычно ширина полосы входной цепи и МШУ оказывается больше, чем в УПЧ, ширина полосы ЛЧП определяется главным образом УПЧ. Последняя зависит от длительности импульса, которая обычно мала (1,0-7-0,01)- 10^_в с и выбирается из условия получения либо наибольшего отношения мощности сигнала к шуму на выходе, либо заданных искажений огибающей выходного импульса.

При расширении полосы ЛЧП увеличивается уровень шума, что приводит к уменьшению динамического ди-

Та блица 12.1

	Динамический лиапаюн. дВ
Входные устройства приемника
Балансный диодный
смеситель	95	75
Транзисторный МШУ	85	65
Усилитель на ЛБВ	77	57
Параметрический уси-
литель	67	47
Усилитель на тун-
нельном лноде	62	42

апазона линейного тракта, который определяется отношением уровней максимального сигнала и шума на выходе. Он зависит от типа входных устройств (табл. 12.1) и свойств УПЧ. Из-за недостаточного динамического диапазона внешние помехи могут вызвать перегрузку или насыщение ЛЧП, подавляя или маскируя полезные сигналы. Для расширения динамического диапазона УПЧ применяют различные системы автоматического регулирования усиления и специальные усилители с логарифмической амплитудной характеристикой.

В радиоприемниках РЛС обнаружения различие в уровне принимаемых сигналов определяется различием эффективных площадей рассеяния (ЭПР) объектов и дальностей до них.

Влияние дальности ослабляют применением в УПЧ временной регулировки усиления, при которой усиление изменяется во времени по закону /<упч « const x'i, где т₃ — время запаздывания сигнала. Такая регулировка изменяет усиление в соответствии со средним ожидаемым уровнем отражений от местных предметов на различных дальностях. Но отклонения от этих уровней величины сигнала в зависимости от ЭПР объектов, а также сигналы от других источников излучений могут нарушить работу приемника. Поэтому целесообразна такая система регулировки усиления, при которой суммарный уровень помех на выходе приемника поддерживался бы на определенном фиксированном уровне. Система АРУ могла бы поддерживать уровень помехи постоянным, но обычно ее не применяют из-за медленной реакции на изменение уровня помех. Для решения поставленной задачи в УПЧ обычно используют логарифмические усилители. Логарифмическим называют усилитель, амплитудная характеристика" которого описывается выражением с/_вых = г7_вЫх._н (log_A,^—Ь

4- 1), (t/_Bx > t7_BX.„), где сУ_вЫх._н. £/_вх._и амплитуды выходного и входного напряжений, соответствую-

щих началу логарифмического участка характеристики. При 0_вХ < ^ с/_вхн амплитудная характеристика всегда линейна: с7_вых - KU_BX.

Логарифмическую амплитудную характеристику обычно получают методом кусочной аппроксимации. Примером реализации такой характеристики параллельным суммированием сигналов может служить усилитель на ИМС К174УП2, фрагмент схемы которого показан на рис. 12.10. Каждый отдельный дифференциальный каскад усилителя имеет в некоторых пределах входного сигнала (0— 100 мВ) амплитудную характеристику, которую можно приближенно считать прямой (рис. 12.11, а). Кроме того, все четыре каскада этого плеча ИМС обладают различными коэффициентами усиления за счет применения аттенюаторов на входах второго (Г₄, 7„), третьего (Т₇, Г₉) и четвертого (T_UI, Т_и) каскадов. При суммировании выходного сигнала первого - четвертого каскадов на транзисторах Т₁₂Т_Ы амплитудная характеристика всего усилителя оказывается близкой к логарифмической (рис. 12.11, б) [27].

На рис. 12.12 показана схема включения усилителя на ИМС К174УП2 для получения двухканаль-ного логарифмического усилителя, каждый канал которого имеет динамический диапазон входных сигналов 50 дБ. На этой ИМС можно построить также одноканальный усилитель с динамическим диапазоном <— 100 дБ.