Министерство образования и науки российской федерации сибирский федеральный университет
 Скачать 1.71 Mb.
|
|
2.1.1. Общие сведения о радиопередающем устройстве радиолокационной станции ПР 2.1.1.1. Назначение, состав и технические характеристики радиопередающего устройства РПУ формирует мощные кратковременные импульсы энергии высокой частоты в рабочем диапазоне частот. В состав передающего устройства входят генератор (блок 50 с автоматами АП-1, АП-2 и АП-4), модулятор (блок накопителя – блоки блок зарядных кенотронов – блок 104), стабилизатор накала (блок 99), высоковольтный выпрямитель (блок 35). Технические характеристики РПУ: • импульсная мощность Р имп – не менее 180 кВт • длительность зондирующего импульса и – 6 мкс • период повторения зондирующих импульсов Т П – определяется частотой импульсов ЗАП. ПДУ, поступающих с хронизатора, и составляет при симметричном запуске 365 Гц • напряжение высоковольтного выпрямителя U ВВВ – 2,6–4 кВ Глава 2. Тракт генерирования и излучения зондирующего сигнала радиолокационной станции ПР • ток высоковольтного выпрямителя I ВВВ – 120–400 мА • напряжение накала генераторной лампы U НАК – 7,3 В • анодный ток генераторной лампы а – 30–110 мА • сеточный ток генераторной лампы с – 5–35 мА. 2.1.1.2. Принцип работы радиопередающего устройства Рассмотрим принцип работы РПУ. Высоковольтный выпрямитель преобразует переменное трехфазное напряжение 200 В, 50 Гц источника питания в напряжение +2,6...4,0 кВ притоке нагрузки не более 0,4 А [1, рис. 2.3 и 2.4]. Выпрямленное напряжение с высоковольтного выпрямителя подается на модулятор, который формирует мощные модулирующие импульсы напряжения амплитудой 7 кВ, поступающие на анод лампы генератора СВЧ. Длительность (6 мкс) сформированных генератором СВЧ-импульсов определяется параметрами искусственной накопительной линии. Частота повторения сформированных импульсов составляет 365 Гц. Принцип работы модулятора заключается в медленном накоплении электрической энергии искусственной накопительной линией (в интервале времени между импульсами запуска) и быстром ее разряде через первичную обмотку импульсного трансформатора при поступлении импульсов запуска на генератор поджигающих импульсов. В результате формируется высоковольтный импульс напряжения постоянного тока, мощность Р имп которого значительно превышает мощность Р ср первичного источника питания, где Р имп = Р ср пи Под воздействием модулирующих импульсов генератор СВЧ вырабатывает высокочастотные импульсы тока, которые через фишку связи поступают на антенный коммутатор АФС. Перестройка генератора СВЧ в заданном диапазоне частот осуществляется серводвигателем автомата перестройки АП-1. Автоматы перестройки АП-1 и АП-2 производят настройку генератора СВЧ на заданную частоту, согласование его выходного сопротивления с входным сопротивлением АФС и передачу мощности СВЧ-колебаний в нагрузку (антенну. АПЧ генератора СВЧ осуществляется серводвигателем автомата АП-4. 2.1.2. Генератор СВЧ 2.1.2.1. Колебательная система и эквивалентная схема генератора Колебательная система генератора [1, рис. 2.5] состоит из отрезков коаксиальных линий (анодная, сеточная, катодная трубы, образующих с межэлектродными емкостями лампы два колебательных контура анодно 2.1. Радиопередающее устройство радиолокационной станции ПР сеточный Э и катодно-сеточный Э. Эквивалентную схему генератора см. в [1, рис. 2.6]. Линии с одного конца замкнуты по высокой частоте с помощью подвижных плунжеров, служащих для настройки контуров в диапазоне частота с другого конца сочленяются с электродами генераторной лампы. Анодно-сеточная линия Э образована анодной и сеточными трубками, причем первая имеет больший диаметр. Длина линии определяется положением короткозамыкающего плунжера. Входное сопротивление отрезка линии длиной l определяется выражением к вх к / λ ρ , ρ tg2π / где к – сопротивление нагрузки на конце линии. Для данного случая (к = 0) входное сопротивление линии носит реактивный характер Z вх = jХ вх = j ρtg2πl/λ. Для получения индуктивного входного сопротивления анодно-сеточной линии требуется, чтобы длина линии была меньше 4 1 λ или же отличаться от указанной величины на целое число полуволн. Длина анодно-сеточной линии контура Э выбрана меньше 4 3 λ, но больше 2 1 λ. Это сделано вследствие следующих причин. 1. Стабильность частоты генератора определяется главным образом стабильностью параметров анодно-сеточного контура, а последняя прямо пропорциональна его добротности З П Э ω , Q P = где Э З – запасаемая в контуре электромагнитная энергия Р п – мощность потерь. Подавляющую часть мощность потерь генератора составляет мощность, отдаваемая в нагрузку (в антенну. Поэтому повышения добротности колебательного контура можно достичь только увеличением запасаемой в ней энергии. В коаксиальной линии энергия запасается в электромагнитном поле, существующем между проводниками линии. Следовательно, для увеличения запасаемой энергии необходимо увеличивать объем поля, те. пространства между трубками коаксиальной линии. Поскольку соотношение между диаметрами труб определяется в значительной степени размерами кольцевых выводов электродов лампы, практически сущест- Глава 2. Тракт генерирования и излучения зондирующего сигнала радиолокационной станции ПР венно увеличить запасаемую энергию можно лишь за счет увеличения длины волны. 2. При увеличении длины линии снижается так называемая плотность настройки q = d λ/dl, те. зависимость приращения длины волны ∆λ от приращения линии ∆l. При пониженной плотности настройки неточность установки корот- козамыкающего плунжера при перестройке РПУ вызовет меньшую ошибку в установке заданной фиксированной частоты. 3. При большой длине линии конструктивно удобнее размещать на ней различные органы регулировки (связи с нагрузкой, органы системы АПЧ и т. д. Катодно-сеточная короткозамкнутая линия Э образована сеточной и катодной трубами. Длина катодно-сеточной линии контура Э меньше 2 1 λ, но больше 4 1 λ, поэтому входное реактивное сопротивление носит емкостный характер. Длина катодно-сеточной линии задается положением емкостного плунжера. Применение емкостного плунжера вместо цельнометаллического обусловлено необходимостью исключить замыкание между сеткой и катодом лампы по постоянному току (для обеспечения работы цепи ав- тосмещения). Через емкость плунжера часть электромагнитной энергии проникает из колебательного контура в нерабочую часть линии и излучается ее открытым концом. Для уменьшения этого излучения на конце линии установлен фильтр Э. Он представляет собой четвертьволновый стакан, надетый на внутреннюю (катодную) трубу открытым концом в сторону плунжера. Реактивная проводимость между сеткой и катодом и реактивная проводимость между анодом и катодом носят емкостный характера реактивная проводимость между анодом и сеткой – индуктивный характер. Таким образом, эквивалентная схема генератора представляет собой схему автогенератора с емкостной обратной связью. Реактивная проводимость между анодом и катодом обусловлена внутриламповой емкостью САК и дополнительной внешней емкостью, образованной за счет введения между анодной и катодной трубами кольца обратной связи Эрис. Через эту суммарную емкость осуществляется обратная связь между контурами Э и Э. Величина обратной связи и длины коаксиальных линий подобраны так, что выполняются условия самовозбуждения и устойчивой работы генератора. Радиопередающее устройство радиолокационной станции ПР 43 2.1.2.2. Установление колебаний в генераторе При поступлении модулирующего импульса генератор самовозбуж- дается. Процесс установления колебаний ничем не отличается от процессов, происходящих в любом ламповом генераторе [1, рис. 2.7]. За каждый период колебаний через анодную и сеточную цепи протекают импульсы токов, которые представляют собой сумму постоянного тока (постоянная составляющая, переменного тока основной частоты первая гармоника) и токов других высших гармонических составляющих. Нагрузкой для постоянной составляющей анодного тока является внутреннее сопротивление лампы, нагрузкой для постоянной составляющей сеточного тока служит сопротивление автосмещения, а нагрузкой для переменных токов основной (рабочей) частоты является эквивалентное сопротивление настроенной на эту частоту колебательной системы генератора. В процессе установления колебаний, при увеличении амплитуды напряжения возбуждения, постоянная составляющая сеточного тока, протекающего через резистор автосмещения, увеличивается. Напряжение ав- тосмещения, приводящее схему к работе с отсечкой анодного тока, увеличивается по абсолютной величине, смещая влево рабочую точку на анодно-сеточной характеристике. Процесс установления колебаний периодически повторяется при каждом последующем импульсе модулятора. 2.1.2.3. Связь генератора с нагрузкой Максимальное значение мощности, отдаваемой генератором в нагрузку, устанавливается путем изменения расстояния от фишки связи Ф до анодного плунжера контура Э с помощью серводвигателя автомата перестройки АП-2. Развиваемая генератором мощность зависит от величины эквивалентного сопротивления экв колебательной системы генератора экв к вн ρ , R r r = + где ρ – волновое сопротивление контура к – эквивалентное сопротивление потерь ненагруженного контура r вн – вносимое в контур сопротивление, зависящее от связи с нагрузкой и от которого зависит коэффициент полезного действия η генератора к к вн η r r r = + Глава 2. Тракт генерирования и излучения зондирующего сигнала радиолокационной станции ПР Связь с нагрузкой (величина r вн ) выбирается такой, чтобы генератор работал в недонапряженном режиме, близком к критическому, где величина мощности, отдаваемой генератором в нагрузку, имеет максимальное значение. С приближением фишки связи Ф к анодному плунжеру связь генератора с нагрузкой уменьшается, а эквивалентное сопротивление между анодом и катодом увеличивается. Следовательно, уменьшается полезная мощность, отдаваемая генератором в нагрузку. Анодно-сеточный контур Э является высокочастотным трансформатором, преобразующим входное сопротивление нагрузки в активное сопротивление между анодом и катодом, необходимое для нормального режима работы генераторной лампы. Величина генерируемой мощности зависит также от коэффициента обратной связи и положения рабочей точки на анодно-сеточной характеристике лампы. Требуемый коэффициент обратной связи устанавливается подбором длины катодно-сеточной линии. Плунжер линии перемещается вручную. В диапазоне перестройки генератора необходимости изменять коэффициент обратной связи не возникает. Перемещение плунжера производится только при смене лампы генератора. Оптимальный энергетический режим работы генератора обеспечивается при угле отсечки анодного тока 70–90°. Однако при этом рабочая точка находится на начальном участке анодно-сеточной характеристики лампы, где крутизна характеристики мала, а следовательно, самовозбуждение генератора затрудняется. С целью обеспечения самовозбуждения генератора применен режим мягкого самовозбуждения, для чего напряжение смещения на сетке лампы создается с помощью цепи автосмещения за счет протекания через нее сеточного тока. Выбором параметров цепи автосмещения обеспечивается необходимый угол отсечки анодного тока в установившемся режиме. 2.1.2.4. Стабилизация частоты генерируемых колебаний Стабильность частоты генератора определяется добротностью колебательных контуров. При вращении антенны реактивная составляющая полного сопротивления антенны может изменяться как по величине, таки по знаку. При этом параметры анодно-сеточного контура Э из-за сильной связи с нагрузкой также изменяются и не могут оказать полного стабилизирующего действия, что приводит к изменению генерируемой частоты. Для уменьшения расстройки контура применена система точной АПЧ генератора с помощью короткозамкнутого витка. Виток выполнен 2.1. Радиопередающее устройство радиолокационной станции ПР в виде медной пластины, которая поворачивается на угол ±45° (относительно среднего положения) с помощью автомата подстройки АП-4. Поворот пластины параллельно магнитным силовым линиям поля в контуре Э приводит к уменьшению частоты генератора, а поворот перпендикулярно магнитным силовым линиям поляк увеличению частоты. При значительной расстройке частоты генератора, когда система точной АПЧ не может полностью ее скомпенсировать, включается канал грубой АПЧ. Исполнительным органом канала грубой АПЧ является анод- но-сеточный плунжер, приводимый в движение автоматом перестройки АП-1. После окончания грубой подстройки частоты вновь включается канал точной АПЧ. 2.1.2.5. Элементы защиты генератора Фильтр, состоящий из дросселя L1 и конденсаторов С, Си С, защищает цепи модулятора от высокочастотных токов. Короткозамкнутые четвертьволновые стаканы Э и Э представляют собой фильтры (на высшей частоте диапазона, предназначенные для уменьшения излучения высокочастотной энергии через открытые концы труб. Блокировочные контакты КП1 и КП2 обеспечивают безопасную работу операторов. При открывании крышки фильтра блока 50 контакты КП1 размыкаются, высокое напряжение с передающего устройства автоматически отключается. При открывании крышки лампового отсека размыкаются контакты КП2, автоматически отключая высокое напряжение и накал с передающего устройства. Блокировочные контакты КП3 предотвращают случайное столкновение анодного плунжера и фишки связи. Когда расстояние между ними становится менее 70–80 мм, контакты КП3 замыкаются с помощью рычажного приспособления, снимая питание с автоматов перестройки. Ток накала мощного генераторного триода ГИБ составляет большую величину. В момент включения ток может увеличиться в несколько раз из-за малого сопротивления холодной нити накала. Сильное магнитное поле, создаваемое таким током, может вызвать механическую деформацию и даже разрушение нити накала. Поэтому напряжение накала на генераторную лампу подается двумя ступенями. В момент включения накала станции включается первая ступень, составляющая около 50 % от номинального значения напряжения. Одновременно включаются электродвигатели вентиляторов охлаждения генераторной лампы. Реле давления, установленное на воздухопроводе, исключает возможность включения накала лампы без охлаждения. Глава 2. Тракт генерирования и излучения зондирующего сигнала радиолокационной станции ПР Через одну минуту после включения накала станции на генераторную лампу подается полное напряжение накала 7,5 В. Еще через две минуты автоматически включается высокое напряжение, соответствующее мощности генератора. Амплитуда модулирующих импульсов, поступающих на анод генераторной лампы, составляет 7–9 кВ. Амплитуда модулирующих импульсов повышается до 10–13,5 кВ при включении 100 % мощности. Рабочим режимом генератора является режим 100 % мощности. 2.1.3. Модулятор радиопередающего устройства Модулятор предназначен для формирования мощных импульсов напряжения положительной полярности с заданной частотой повторения и длительностью, используемых для осуществления анодной модуляции генератора, а также для формирования импульсов синхронизации блоков 5, 27, 75, 76, 90. Принцип работы модулятора заключается в медленном накоплении электрической энергии искусственной накопительной линией (в интервале времени между импульсами запуска) и быстром ее разряде через первичную обмотку импульсного трансформатора при поступлении импульсов запуска на генератор поджигающих импульсов. В результате формируется высоковольтный импульс напряжения постоянного тока, мощность Р имп которого значительно превышает мощность Р ср первичного источника питания. В качестве накопителя энергии используется искусственная линия с резонансным зарядом. Время заряда искусственной линии выбрано несколько меньше периода максимальной частоты повторения запускающих импульсов, чем обеспечивается возможность работы модулятора с меньшими частотами повторения ив режиме несимметричного запуска. Модулятор собран по схеме с полным разрядом накопителя – искусственной линии [1, рис. 2.8]. Модулятор включает в себя • зарядный дроссель, размещенный в шкафу 5; • блок зарядных кенотронов (блок 104); • блок накопителя (блок 47); • импульсный трансформатор, размещенный в шкафу 5. Для реализации рассмотренного принципа построения модулирующего устройства в модуляторе имеется два основных канала схема формирования модулирующих импульсов и канал поджигающих импульсов блока 47. 2.1. Радиопередающее устройство радиолокационной станции ПР Искусственная линия, зарядный дроссель и зарядные кенотроны позволяют осуществить накопление энергии. Импульсный трансформатор служит для изменения полярности модулирующих импульсов и повышения их амплитуды. С импульсного трансформатора снимаются также пусковые импульсы, служащие для синхронного запуска блоков станции. Тиратрон выполняет роль коммутирующего элемента, замыкающего в определенные моменты времени искусственную линию на первичную обмотку импульсного трансформатора. Управление тиратроном осуществляется с помощью усиленных импульсов запуска. В промежутках времени между импульсами запуска тиратрон заперт. После окончания действия предыдущего импульса запуска конденсаторы искусственной линии начинают заряжаться от высоковольтного выпрямителя через зарядный дроссель и зарядные кенотроны блок 104). 2.1.3.1. Работа схемы модулирующих импульсов Процесс резонансного заряда происходит следующим образом. На модулятор от высоковольтного накопителя подается напряжение U 0 = +4 кВ. При заряде линии происходит сравнительно медленное изменение зарядного тока. Поэтому катушки индуктивности линии оказывают на процесс заряда малое влияние и линия может рассматриваться вовремя заряда как некоторая зарядная емкость. Из-за большой индуктивности дросселя ток заряда нарастает сравнительно медленно и достигает максимальной величины в момент времени t 1 , когда напряжение на конденсаторах искусственной линии равно напряжению высоковольтного выпрямителя U 0 [1, риса. Дальнейший заряд конденсаторов искусственной линии осуществляется за счет магнитной энергии дросселя, запасенной вовремя заряда конденсаторов до напряжения U 0 , при этом зарядный ток уменьшается. В момент t 2 зарядный ток становится равным нулю, а напряжение на конденсаторах искусственной линии равно почти удвоенному напряжению высоковольтного выпрямителя 2U 0 = +7 кВ. Зарядные кенотроны фиксируют это напряжение на линии до момента прихода импульсов поджига тиратрона. Если бы не было зарядных кенотронов, то при отсутствии поджигающих импульсов дальнейшее изменение напряжения на конденсаторах искусственной линии происходило бы по закону затухающих синусоидальных колебаний [1, риса, пунктирная линия. Вследствие наличия зарядных кенотронов достигнутое максимальное напряжение на конденсаторах искусственной линии не изменяется до прихода очередного поджигающего импульса, что позволяет работать с различными частотами повторения запускающих импульсов. Глава 2. Тракт генерирования и излучения зондирующего сигнала радиолокационной станции ПР С приходом поджигающего импульса тиратрон открывается. Искусственная линия быстро разряжается через тиратрон и первичную обмотку импульсного трансформатора, на которой выделяется импульс напряжения амплитудой л = 3,5 кВ отрицательной полярности. На вторичной обмотке импульсного трансформатора выделяется импульс положительной полярности амплитудой 13,5 кВ, который подается на анод генераторной лампы. В РЛС предусмотрена работа при 50 % мощности передатчика. В этом случае с высоковольтного выпрямителя на модулятор подается пониженное напряжение (2,6 кВ. При разряде напряжение линии распределяется между волновым сопротивлением линии и эквивалентным сопротивлением обмотки импульсного трансформатора (нагрузкой. При обеспечении условий согласования линии с нагрузкой эти напряжения равны Если волновое сопротивление линии Z равно сопротивлению нагрузки н, то форма импульса близка к прямоугольной. Если же сопротивление нагрузки неравно волновому сопротивлению линии, то процесс разряда линии протекает по ступенчатому закону. Ступени имеют один и тот же знак, если н > Z, или периодически меняют знак, если н < Z. |