Магнетроны – импульсные СВЧ – генераторы.

Для создания мощных зондирующих импульсов в передатчиках РЛС применяются импульсные магнетроны. Магнетрон – это, упрощенно, диод, обычно цилиндрический, помещенный в магнитное поле, создаваемое постоянным магнитом. Магнетрон является генератором сверхвысокой частоты (ГСВЧ) с самовозбуждением и предназначен для преобразования энергии постоянного тока в энергию колебаний СВЧ. Преобразование происходит в зоне взаимодействия, находящемся между цилиндрическим катодом и анодным блоком. В анодном блоке параллельно его оси просверливают ряд резонаторных камер, открытых в пространство взаимодействия таким образом, что поверхность анода состоит из чередующихся сегментов и щелей. Мощность отбирается из одного из резонаторов в волновод с помощью петли связи. Высокочастотное поле, взаимодействуя с постоянным электрическим и магнитными полями, заставляет электроны двигаться по спирали к анодному сегменту. Основной недостаток магнетрона - плохая стабильность частоты, около 10 ^{– 4} и невозможность генерации непрерывных колебаний. В настоящее время разработаны и находят широкое применение безнакальные магнетроны. Их отличает высокая надежность (наработка на отказ более 10 000 час.) и отсутствие накальных цепей, что повышает надежность и КПД передатчика. Данные магнетроны имеют особую конструкцию катода (в виде острия тоньше человеческого волоса). В сочетании со специальным материалом катода и приложенным высоким напряжением это позволяет создать на поверхности катода напряженность поля, способного вырывать электроны со сверхтонкой поверхности без применения накала.

Импульсные модуляторы.

Импульсные модуляторы предназначены для формирования видеоимпульсов высокого напряжения, которые подаются на катод магнетрона для выработки радиоимпульсов СВЧ заданной длительности, формы и частоты следования. Разработаны различные схемы модуляторов, обеспечивающих получение модулирующих импульсов заданной формы, длительности, частоты следования и амплитуды. Модуляторы бывают двух типов ламповые и магнитные. В современных судовых РЛС модуляторы способны формировать импульсы длительностью 0,05 – 1,0 мкс. С частотой следования 400 – 1300Гц. и импульсной мощностью 1,5 – 80кВт.

 

Тема № 5

Приемные устройства РЛС.

Приемное устройство РЛС усиливает принятые от целей отраженные сигналы, преобразует их в видеоимпульсы, которые после преобразования в цифровой код поступают в устройство первичной обработки компьютерного индикатора. Упрощенная структурная схема приемного устройства показана на рисунке. С выхода антенного переключателя отраженные от целей зондирующие радиоимпульсы поступают на смеситель, на второй вход которого подается

Местный гетеродин

АЦП и Сигнальный процессор

Многокаскадный видеоусилитель

Детектор

Многокаскадный УПЧ

Смеситель

Антенный переключатель

опорная частота от СВЧ – гетеродина. Радиосигналы, несущая частота которых преобразуется в промежуточную частоту 60 МГц, поступают на многокаскадный усилитель промежуточной частоты (УПЧ), а затем на вход амплитудного детектора.

 

 

От передатчика Регулировка усиления Ручная регулировка регулировка видеосигнала ослабления помех от моря

 

Ручная подстройка

частоты

к САРП

Видеосигнал

На выходе детектора видеоимпульсы усиливаются с помощью многокаскадного усилителя и после преобразования в цифровой код подаются на сигнальный процессор первичной обработки. Из-за низкой стабильности частоты магнетрона передатчика несущие частоты РЛС могут отличаться от номинала (9410 или 3053МГц) на ± 30МГц. Поэтому в РЛС предусматривается ручная и автоматическая подстройка частоты СВЧ – гетеродина. Для борьбы с помехами от моря в РЛС имеется ручная регулировка коэффициента усиления УПЧ и видео усилителя

Гетеродины.

В качестве гетеродинов в РЛС используются генераторы непрерывных колебаний СВЧ. Стабильность частоты такая же, как и у магнетронов 10^-4. Наиболее распространенными типами гетеродинов являются отражательные клистроны, полупроводниковые гетеродины. Основными преимуществами клистронов является возможность работы в широком диапазоне частот на сантиметровых и миллиметровых волнах; возможность автоматического управления частотой гетеродина; небольшие размеры и масса. К недостаткам следует отнести использование для питания клистрона высокостабильного источника питания. Полупроводниковый гетеродин содержит активный полупроводниковый элемент, колебательную систему – резонатор. В качестве активных элементов применяется полупроводниковые лавинно-пролетные диоды (ЛПД) и диоды с объемным эффектом (ДОЭ), получившие название диодов Ганна. По сравнению с клистронами они более экономичны, обладают большим сроком службы, меньшими габаритами и массой. Диод Ганна содержит тонкую пластину арсенида галлия размером 0,1× 0,15мм, на обе поверхности которой нанесены металлические контакты. Электрод, на который подается положительное напряжение, называется анодом, а второй электрод – катодом. Процесс преобразования постоянного тока в энергию колебаний СВЧ в диодах Ганна, в отличие от диодов с p-n переходом, происходит во всем объеме полупроводника. Когда приложенное к полупроводнику постоянное напряжение окажется больше предельного, между контактами в узком слое полупроводника образуется очень сильное электрическое поле и у катода создается дипольный объемный заряд, называемый электрическим доменом. Домен с определенной скоростью перемещается от катода к аноду и, достигнув анода исчезает. Частота появления и исчезновения домена зависит от толщины пластины. В момент появления и исчезновения домена ток в цепи диода резко изменяется, т. е. имеет импульсный характер. Первая гармоника импульсного тока возбуждает высокочастотные колебания в объемном резонаторе.

СВЧ – смесители.

В сантиметровом диапазоне волн в качества смесителей используются кристаллические детекторы (диоды) с нелинейной вольтамперной характеристикой. Конструктивно смесительный диод расположен в смесительной камере, которая выполнена в виде отрезка волновода. Принимаемые импульсные сигналы из антенны поступают через разрядник защиты приемника в смесительную камеру и воздействуют на диод. В эту же камеру поступают колебания гетеродина. Частота гетеродина выбирается выше частоты сигнала на величину промежуточной частоты (60 МГц) приемника. В результате смешения этих двух частот образуются на выходе диода импульсные сигналы промежуточной частоты, которые по коаксиальному кабелю поступают на вход УПЧ.