Занятие 8 Радиопередающие устройства Военный учебный центр Томского политехнического университета
 Скачать 1.61 Mb.
|
|
1 Тема №2 Основы радиолокации Занятие №8 Радиопередающие устройства Военный учебный центр Томского политехнического университета 1. Структурная схема радиопередающего устройства РЛС. 2. Генераторы СВЧ . 2 Вопросы занятия: Литература: 1. Учебное пособие «Основы построения ЗАК»-2013 г., стр. 96-100 2. Учебное пособие «Основы построения РЛС обнаружения и РЭБ» ТУСУР - 2003 г., стр. 29-36. 3 Вопрос 1 Структурная схема радиопередающего устройства РЛС Передатчик - служит для формирования кратковременных импульсов СВЧ энергии. Передатчик 4 Синхронизатор запуска Синхронизатор запуска обеспечивает одновременный запуск передатчика, разверток индикаторов и аппаратуры селекции движущихся целей(СДЦ), а также других систем РЛС. Синхронизатор запуска определяет период повторения зондирующих импульсов. Модулятор Модулятор является накопителем энергии в паузах между импульсами синхронизатора и трансформацией ее генератору СВЧ во время запуска передатчика. Подмодулятор усиливает импульсы запуска до величины, необходимой для включения модулятора . (В некоторых РЛС подмодулятор выполняет функции синхронизатора запуска всех систем РЛС). Источник питания Источник питания состоит из первичного источника (промышленная сеть или ДЭС) и высоковольтного выпрямителя. Высоковольтный выпрямитель повышает первичное напряжение до десятков киловольт с последующим выпрямлением в напряжение постоянного тока. Передатчик 5 Генератор СВЧ Генератор СВЧ вырабатывает мощные зондирующие импульсы СВЧ, длительность и форма огибающей которых определяется формой импульса модулятора. Система управления, защиты и контроля (СУЗиК) СУЗиК сводится к включению, защите передатчика в аварийных случаях и контролю за параметрами и работой передатчика. Тракт излучения Тракт излучения состоит из антенны, антенного переключателя и фидерных линий передачи энергии СВЧ. Антенна РЛС предназначена для преобразования тока СВЧ генератора в энергию электромагнитных волн и направленного излучения их в пространство, для приема эхо-сигналов, преобразования ее токи СВЧ и передачи в радиоприемное устройство станции. Антенный переключатель подключает к антенне генератор СВЧ передатчика на время излучения и приемник во время приема отраженных сигналов. Фидерная линия обеспечивает канализацию энергии генератора СВЧ к антенне, а энергии отраженных сигналов к приемнику. 6 Принцип работы передатчика При включении источника питания его энергия накапливается в модуляторе Синхронизатор запуска вырабатывает импульсы запуска малой амплитуды, которые подаются в подмодулятор и в индикаторы РЛС для запуска разверток по дальности (включается электронный секундомер для измерения времени задержки). Импульсы запуска усиливаются в подмодуляторе до величины, необходимой для управления модулятором (сотни вольт). Усиленные импульсы запуска с подмодулятора выдаются на модулятор, который подключает накопленную энергию источников питания к генератору СВЧ. 7 Принцип работы передатчика Энергия модулятора подводится к генератору СВЧ в виде высоковольтного напряжения требуемой амплитуды (десятки киловольт), длительности и формы. С приходом модулирующего импульса генератор СВЧ вырабатывает мощные импульсы СВЧ, которые через антенный переключатель, фидерную линию подводятся к антенне и излучаются в пространство в виде энергии электромагнитного поля. Длительность и форма зондирующего импульса определяются параметрами модулятора, а амплитуда и частота – параметрами генератора СВЧ. Часть энергии генератора через антенный переключатель подводится к системам СДЦ и АПЧ для обеспечения их работы. Основные технические характеристики 1. Несущая частота (рабочая длина волны), F нес . 2. Мощность в импульсе, Р имп 3. Частота повторения импульсов, F п 4. Длительность( t и ) и форма высокочастотных импульсов. 8 Эти параметры оказывают существенное влияние на работу РЛС. Обычно длительность импульса лежит в пределах 0,1 – 10 мксек. Его форму стремятся создать близкой к прямоугольной с максимальной крутизной переднего фронта, что обеспечивает наибольшую точность отсчета дальности. 4. Длительность и форма импульса Мощность в импульсе – это мощность, которая развивается на выходе передатчика в период генерирования импульса. От мощности в импульсе зависит дальность действия станции. После кратковременного излучения генератор выключается на непродолжительное время в течение которого его мощность равна нулю. Поэтому в течение периода повторения Т (время импульса и паузы) передатчик через антенну излучает некоторую среднюю мощность, которая во много раз меньше импульсной. i 0 t T Пауза Р τ τ 0 (Мощность в иппульсе) Р U Импульсная мощность t Средняя мощность Р ср 9 2. Мощность в импульсе , ср F Р Т Р P и и Рср – средняя мощность ПРД; Ри – импульсная мощность; t – длительность импульса; Т – период повторения; F – частота повторения. Частота повторения импульсов – это количество высокочастотных импульсов, излучаемых РЛС за одну секунду. С периодом повторения Т ее связывает соотношение: 1 Т F Fп имп определяет максимальную дальность действия РЛС. Пауза между ВЧ импульсами должна обеспечивать возвращение импульсов, отраженных от целей, расположенных в пределах дальности действия РЛС. В противном случае отраженные импульсы от целей, находящихся за пределами ее дальности действия, вернутся после излучения следующего импульса, а на экране индикатора РЛС они могут возникнуть где-то в начале развертки. В этом случае не решается однозначно связь между истинным местоположением целей и их отображением на индикаторах. 10 3. Частота повторения импульсов 11 Вопрос 2 Генераторы СВЧ. Магнетрон Магнетронный генератор Магнетронный генератор - для создания мощных импульсов СВЧ колебаний. Состав: - генераторная лампа-магнетрон - постоянный магнит, между полюсами которого устанавливается магнетрон. 12 13 Устройство магнетрона: Катод являющийся источником электронов подогревается нитью накала , выводы которой изолированы от анодного блока стеклянными изоляторами. Анодный блок - металлический цилиндр, в котором высверлены восемь полостей ( резонаторы ), соединенных с центральной полостью щелями Каждая из полостей вместе со щелью является резонансным контуром, который связан центральной полостью с другими контурами. Петля связи введена в один из контуров анода. При помощи ее энергия колебаний передается из магнетрона в АВС. Устройство магнетрона: 1. Катод. 2. Выводы накальные. 3. Анодный блок. 4. Резонаторы. 5. Петля связи(щелевой мост). 6. Вывод СВЧ энергии(волновод). 14 15 Работа магнетронного генератора: 1. Электроны эмитируются из нагретого катода в пространство взаимодействия, где на них воздействует: - постоянное электрическое поле анод-катод, постоянное магнитное поле и поле электромагнитной волны. 2. Если бы не было поля электромагнитной волны, электроны бы двигались в скрещённых электрическом и магнитном полях по сравнительно простым кривым: эпициклоидам (кривая, которую описывает точка на круге, катящемся по наружной поверхности окружности большего диаметра, в конкретном случае — по наружной поверхности катода) 16 Работа магнетронного генератора: 3. При достаточно высоком магнитном поле (параллельном оси магнетрона) электрон, движущийся по этой кривой, не может достичь анода (по причине действия на него со стороны этого магнитного поля силы Лоренца), при этом говорят, что произошло магнитное запирание диода. В режиме магнитного запирания некоторая часть электронов движется по эпициклоидам в пространстве анод-катод. Под действием собственного поля электронов, а также статистических эффектов (дробовой шум) в этом электронном облаке возникают неустойчивости, которые приводят к генерации электромагнитных колебаний , эти колебания усиливаются резонаторами Энергия колебаний передается из магнетрона в АВС через петлю связи. 17 Работа магнетронного генератора: 4. Электрическое поле возникшей ЭМВ может замедлять или ускорять электроны. Если электрон ускоряется полем волны, то радиус его циклотронного движения уменьшается и он отклоняется в направлении катода. При этом энергия передаётся от волны к электрону. Если же электрон тормозится полем волны, то его энергия передаётся волне, при этом циклотронный радиус электрона увеличивается и он получает возможность достигнуть анода. Поскольку электрическое поле анод-катод совершает положительную работу только если электрон достигает анода, энергия всегда передаётся в основном от электронов к электромагнитной волне. 5. Однако если скорость вращения электронов вокруг катода не будет совпадать с фазовой скоростью электромагнитной волны, один и тот же электрон будет попеременно ускоряться и тормозиться волной, в результате эффективность передачи энергии волне будет небольшой. Если средняя скорость вращения электрона вокруг катода совпадает с фазовой скоростью волны, электрон может находиться непрерывно в тормозящей области, при этом передача энергии от электрона к волне наиболее эффективна. Такие электроны группируются в сгустки (так называемые «спицы»), вращающиеся вместе с полем. Многократное, в течение ряда периодов, взаимодействие электронов с ВЧ-полем и фазовая фокусировка в магнетроне обеспечивают высокий коэффициент полезного действия и возможность получения больших мощностей. 18 Применение магнетронного генератора В РЛС волновод от магнетронного генератора подсоединён к антенне, которая может представлять собой как щелевой волновод, так и конический рупорный облучатель в паре с параболическим отражателем (так называемая «тарелка»). Магнетрон управляется короткими высокоинтенсивными импульсами подаваемого напряжения, в результате чего излучается короткий импульс микроволновой (СВЧ) энергии. Небольшая порция этой энергии отражается обратно антенне и волноводу, где она направляется к чувствительному приёмнику. После дальнейшей обработки сигнала он появляется на электронно-лучевой трубке (ЭЛТ). Конец занятия 19 Задание на самоподготовку: Изучить материал занятия по конспекту и учебному пособию. 20 Дополнительные материалы http://elektrikaetoprosto.ru/priemper.html https://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%A0%D0% B0%D0%B4%D0%B8%D0%BE%D0%BF%D 0%B5%D1%80%D0%B5%D0%B4%D0%B0 %D1%82%D1%87%D0%B8%D0%BA |