Волноводный тракт рлс для чего предназначен

Устройство раздвижного волноводного тракта для многофункциональной антенны рлс

Изобретение относится к судовым устройствам и может найти применение в подъемных устройствах антенн подводных лодок. Устройство раздвижного волноводного тракта, используемого в антеннах РЛС, имеет герметичный корпус, размещенный вне прочной мачты подъемного устройства, внутри которого размещены части собственно волновода с амортизационными вставками. Конструкция герметичного корпуса выполнена раздвижной, а части волновода прямоугольного сечения имеют U-образные концы, на которых установлены амортизационные вставки. Такое конструктивное решение обеспечивает при раздвижении корпуса в процессе подъема антенны образование непрерывного волноводного тракта оптимального сечения. 2 ил.

Изобретение относится к судовым устройствам и может найти применение на подводных лодках (ПЛ) в выдвижных устройствах (ВУ) для антенн РЛС.

Известно выдвижное устройство по патенту США N 3495261 (прототип), которое имеет разомкнутый волновод и направляющие, фокусирующие линзы для направления волн к приемопередатчику. Недостатками такого устройства является то, что из-за разомкнутого волновода имеют место большие энергетические потери, а также невозможность использовать гидравлическую жидкость для подъема устройства. Размещение каких-либо кабельных трасс или приборов в таком устройстве также невозможно.

Настоящим изобретением предлагается раздвижное волноводное устройство, которое обеспечивает замкнутый волновод от антенны до приемопередатчика в выдвинутом положении телескопического ВУ с многофункциональной антенной РЛС.

Предлагаемое устройство иллюстрируется чертежами — фиг. 1 и фиг. 2 и состоит из герметичного корпуса 1, в котором закреплена средняя часть волновода 2, на обоих концах которого установлены амортизационные волноводные вставки 3.

В корпус через сальник с резиновыми уплотнениями входят две трубы 4, в которых закреплены верхняя и нижняя части 5 волновода. Нижняя часть волновода через сальник 6, установленный на корпусе ПЛ, входит внутрь корпуса. Верхняя часть волновода состыкована с головной частью АФУ РЛС 7, при этом сам корпус закреплен на обтекателе первой ступени 8. Концы волноводов 9 имеют U-образную форму. Приводом для раздвижения волноводного устройства является само ПМУ, и работа устройства осуществляется следующим образом: для подъема антенны 7 от судовой системы гидравлики в гидроприводы 10 и 11 подается рабочая жидкость, которая создает усилие и осуществляет одновременный подъем обтекателей 8 и 12. Корпус волноводного устройства, закрепленный на обтекателе 8, перемещается вместе с ним относительно нижней трубы 4, закрепленной на сальнике 6. При этом верхняя труба 4, закрепленная на антенне 7, перемещается вместе с ней, выдвигаясь из корпуса 1. В поднятом положении ПМУ нижняя, средняя и верхняя части волновода соединяются через амортизационные волноводные вставки, образуя непрерывный волноводный канал АФУ.

Особенностью данного устройства является то, что волновод вынесен из прочной трубы мачты, так как все части волновода находятся в герметичных корпусах, что освобождает место в прочной трубе мачты для размещения там кабельных трактов и предварительной аппаратуры АФУ и сам волновод может выполняться оптимальной формы, что позволяет передавать большие мощности, снизить потери и повысить надежность устройства, к тому же труба верхней части волновода может быть расположена таким образом, что будет выполнять роль стержневого виброгасителя ПМУ, что является важным моментом при эксплуатации ПМУ и позволяет существенно повысить скорость ПЛ при эксплуатации АФУ.

Устройство волноводного тракта для многофункциональной антенны РЛС, состоящее из корпуса и волновода с амортизационными вставками, отличающееся тем, что корпус выполнен герметичным и раздвижным, расположен вне прочной трубы мачты и в нем размещен волновод прямоугольного сечения из трех частей, концы которых имеют U-образную форму, при этом амортизационные вставки установлены на концах волновода.

Волноводный тракт рлс для чего предназначен

Основные определения, термины
и понятия по военно-технической подготовке

• Военно-техническая подготовка
• Тактитка зенитных ракетных войск
• Боевое применение зенитного ракетного комплекса

5.9. Антенные системы РЛС

5.9.1. Назначение и состав и характеристики типовой АС

Антенная система (АС) (в общем случае включает приемную и передающую антенны) и аппаратура правления лучом предназначены для формирования диаграмм направленности на передачу и прием и управления их положением в пространстве. Как правило, к антенной системе относят волноводные тракты между АС приемником и передатчиком.

Антенной (от лат. antenna – мачта, рей) называется устройство для излучения или приема радиоволн. Передающая антенна преобразует подводимые к ней электромагнитные колебания в излучаемые электромагнитные волны, приемная — преобразует падающие на нее электромагнитные волны (ЭМВ) в колебания, которые затем воздействуют на приемник.

Работа антенны основана на эффекте излучения — преобразовании энергии переменного тока высокой частоты, протекающего по проводнику, в энергию распространяющихся ЭМВ.

Куда и как будет распространяться радиоволна, определяется размерами и формой антенны-излучателя радиоволн. Самой простой радиоантенной является Вибратор Герца.

Рис. 1. Вибратор Герца (полуволновый вибратор)

Вибратор Герца – это два проводника, расходящиеся в противоположные стороны от «точки подключения энергии». Для лучшего излучения радиосигнала, расстояние от конца одного проводника до конца другого должно быть равно половине длины волны излучаемого (или принимаемого) электромагнитного колебания.

Диаграмма направленности полуволнового вибратора имеет форму тороида вращения – форму «бублика».

Рис. 2.Диаграмма направленности полуволнового вибратора.

Задача формирования узкого луча ДН сводится к формированию плоского фронта волны для излучаемой ЭМВ. ( Фазовый фронт волны это совокупность точек пространства, в которых данная волна имеет одинаковую фазу.)

Площадь плоской антенны или площадь поверхности, ограниченной кромкой отражателя зеркальной антенны, называется раскрывом антенны. Излучающим раскрывом или апертурой антенны называется площадь поверхности, на которой поле антенны является синфазным, формируя практически плоские волны. Она отстоит от поверхности антенны на расстояние в несколько длин волн и соизмерима с геометрической площадью раскрыва. Иначе ее называют эффективной площадью антенны Sэфф.

В общем случае, чем больше геометрические размеры антенного полотна и чем больше длин волн укладывается в его сечении, тем более узкой, при всех прочих равных условиях, может быть диаграмма направленности антенны.

Прямым следствием этого является зависимость линейных размеров антенн от диапазона длин волн. Для получения одинаковой ширины ДН антенна РЛС с длиной волны 3 метра должна быть в 100 раз больше, чем антенна РЛС с длиной волны 3 сантиметра.

Технические характеристики антенных систем РЛС.

Основными техническими характеристиками современных антенных систем являются:

— масса и габариты;

— рабочий диапазон длин волн;

— форма диаграммы направленности и ширина ее главного лепестка;

— время переноса луча из одного положения в другое, или доступная скорость сканирования;

— для ФАР дополнительной характеристикой является ширина рабочего сектора, в пределах которого возможно электронное управление лучом без потери качества ДН.

Антенная система РЛС является одним из самых крупных и тяжелых элементов конструкции. Например, антенная система станции управления стрельбой имеет суммарную площадь раскрыва более 10 м2. Поэтому для обеспечения мобильности аппаратуры во всех РЛС предусмотрена возможность складывания антенной системы.

Рабочий диапазон длин волн для РЛС обнаружения на малых высотах и РЛС управления стрельбой – сантиметровый, для РЛС обнаружения на средних и больших высотах – дециметровый.

Диаграмма направленности антенны это графическое изображение распределения уровней мощности, излучаемой антенной на одинаковом расстоянии от нее в различных направлениях какой-либо плоскости, проходящей через центр или ось антенны.

Все антенны РЛС способны обеспечить ширину луча порядка 1 градуса. Однако следует учесть, что кроме основного луча ДН, у всех антенн есть еще боковые и фоновые лепестки ДН (рис. 3). Уровень боковых лепестков на 30-40 дБ (в 1000 – 10000 раз) ниже уровня основного лепестка.

Форма главного лепестка тоже может быть различной: для максимально точного определения двух угловых координат на больших дальностях следует использовать ДН игольчатой формы, а для одновременного просмотра всех доступных углов места на каждом конкретном азимуте следует формировать ДН узкую по азимуту и широкую по углу места – веерную или косекансную (рис. 4).

Рис. 4. Сечения диаграмм направленности в угломестной плоскости.

Важность учета формы ДН обусловлена тем, что обнаруживать слабые сигналы от цели РЛС может только главным лепестком ДН, а принимать мощные помеховые сигналы РЛС может и по боковым и по фоновым лепесткам. При этом помеховый сигнал, принятый боковым лепестком за счет высокой мощности (на 70-80 дБ больше целевого сигнала) помехи будет препятствовать обнаружению целей по главному лепестку.

Именно на постановке помех по боковым лепесткам ДН основывается применение СВКН бортовой аппаратуры постановки активных помех в режиме взаимного прикрытия.

Для обзорных РЛС важным параметром является скорость сканирования, прямо пропорциональная скорости обновления информации о воздушной обстановке. Она составляет от 6 до 25 оборотов в минуту у различных типов РЛС из состава ЗРС. Дополнительно к механическому круговому сканированию ФАР могут использовать электронное управление лучом, расширяя возможности станции.

Для современных РЛС управления стрельбой круговое сканирование не имеет смысла. Важность приобретает время переноса луча с одной цели на другую в пределах рабочего сектора, ширина которого может превышать 1000.

5.9.2. Зеркальные АС

Плоский фазовый фронт создается с помощью отражающих поверхностей – зеркал. Поэтому они называются — антенны отражательного типа или зеркальные антенны. Их основными элементами являются облучатель, который подводит высокочастотную электромагнитную энергию от передатчика к антенне, и рефлектор (отражатель), фокусирующий ее в узконаправленный луч заданной конфигурации.

Облучатель помещается в фокусе отражателя, в качестве которых применяют параболические или сегментно — параболические цилиндры, усеченные параболоиды вращения и другие аналогичные поверхности. Наиболее распространены однозеркальные антенны, облучаемые из фокуса или фокальной плоскости (рис. 1)

Рис.1 Принцип действия зеркальной антенны

В РЛС дециметрового и сантиметрового диапазонов облучателем чаще всего является рупор, которым оканчивается волновод, в метровом диапазоне для этого используются вибраторы, размеры которых зависят от длины генерируемой станцией волны.

Недостатком зеркальных антенн является необходимость механического (т.е. медленного) перемещения антенны для изменения направления излучения.

АС РЛС обнаружения на малых высотах.

Для увеличения дальности прямой видимости АС размещается только на вышке высотой от 20 метров.

АС включает приемную и передающую зеркальные антенны разделенные экраном для защиты приемника от проникающего сигнала передатчика (рис. 2).

Рис. 3. Приемная и передающая зеркальные антенны

Антенная система позволят формировать диаграммы направленности двух видов: косекансную или игольчатую. В азимутальной плоскости диаграммы обоих видов имеют одинаково малую ширину примерно в один градус. В угломестной плоскости рабочая часть косекансной диаграммы направленности обеспечивает примерно одинаковую интенсивность отраженных сигналов при различных наклонных дальностях до цели (т. е. передача и прием в направлении более удаленных целей ведутся с большей интенсивностью).

Диапазон длин волн — сантиметровый. Круговое сканирование по азимуту осуществляется за счет вращения антенной системы, совместно с аппаратным контейнером со скоростью более 20 оборотов в минуту.

Для защиты от АШП, действующих по боковым лепесткам ДН, в АС применяется антенна подавления боковых лепестков (ПБЛ).

Для определения государственной принадлежности целей в состав АС входит антенна наземного радиозапросчика.

5.9.3. АС на базе фазированных антенных решеток (ФАР)

Рост боевых возможностей средств воздушного нападения потребовал сокращения времени переноса луча с одной цели на другую.

Суть подобного управления заключается в замене одного мощного источника излучения (рупора) множеством элементарных слабонаправленных излучателей, расположенных непосредственно в плоскости раскрыва антенны и строго упорядоченных по строкам и столбцам. За счет явления интерференции (сложения с учетом фазы) суммарная энергия излучения в направлении цели остается прежней. Однако, если изменить начальные фазы элементарных облучателей антенная система приобретет новое свойство – направление излучения изменится, без механического перемещения антенны. Таким образом расположив управляемые по фазе элементарные излучатели в узлах жесткой решетки, получаем антенну с хорошими направленными свойствами но с электронным управлением положением луча.

Подобные системы называются фазированными антенными решетками (ФАР). Решетками потому, что конструктивно излучающие элементы располагаются в виде решетчатой структуры, образуя антенное полотно, а фазированными потому, что имеется возможность управлять процессом формирования диаграммы направленности зондирующего сигнала.

Наиболее просты в реализации ФАР проходного типа, в которых управляемые элементы не генерируют ЭМВ самостоятельно, а лишь переизлучают сигнал от мощного неуправляемого по фазе источника.

Рис. 1. Управляемый излучатель ФАР

Управляемый излучатель состоит из управляемого ферритового фазовращателя (ФВ), двух диэлектрических излучателей и схемы управления. Фазовращатель выполняет роль управляемой задержки сигнала на время, не превышающее периода СВЧ колебаний.

Антенное полотно представляет собой прямоугольный каркас, в котором расположены антенные элементы (управляемые излучатели) и другая необходимая радиоаппаратура. Всего в составе ФАР может быть несколько тысяч таких управляемых излучателей. Они идентичны по своим характеристикам, одинаково ориентированы в пространстве и располагаются на некотором расстоянии друг от друга, образуя строки и столбцы антенной решетки.

Рис.2. Принцип действия ФАР

Принцип работы ФАР проходного типа:

1. Слабонаправленный рупор – источник передаваемого сигнала формирует ЭМВ со сферическим фазовым фронтом (на рис. 2 показана черным цветом).

2. Для формирования узкой ДН сферический фазовый фронт необходимо преобразовать в плоский, для чего формируется первая часть фазового распределения, компенсирующая кривизну сферического фазового фронта (на рис. 2 показана синим цветом).

3. Поскольку ЭМВ всегда распространяется по нормали к фазовому фронту, для управления положением луча необходимо наклонить весь фазовый фронт. Для этого формируется вторая часть фазового распределения (на рис. 2 показана красным цветом).

4. С помощью цифрового вычислителя фазы (ЦВФ) формируется суммарное фазовое распределение и заносится в управляющие цепи фазовращателей.

5. При прохождении полотна ФАР сферическая волна преобразуется в плоскую, имеющую необходимый наклон, что ориентирует луч выбранном направлении.

Аналогично ФАР работает и при приеме отраженного от цели сигнала. При этом падающая плоская волна преобразуется в сферическую с вогнутым фронтом и фокусируется на приемном рупоре, поскольку состояние фазовращателей осталось прежним.

АС РЛС обнаружения на средних и больших высотах

Основным элементом АС является приемо-передающая антенна на базе ФАР проходного типа. Диаграмма направленности антенны игольчатая, ширина главного лепестка составляет примерно 1,5 градуса. Диапазон частот — дециметровый.

ФАР, совместно с аппаратурой управления лучом , обеспечивает возможность электронного перемещения луча в угломестной и азимутальной плоскостях в переделах сектора сканирования – от нормали к плоскости антенны 60 – 70° по углу места и ± 52,5° по азимуту. Время переноса луча составляет сотни микросекунд. Азимутальный привод вращения задает вращение всей антенной системы вкруговую с частотой 6 или 12 оборотов в минуту Сканирование пространства по угловым координатам осуществляется последовательно столбцевым методом рис. 3. Перемещение луча по азимуту — за счет вращения антенной системы и, при необходимости, электронным способом, по углу места только электронным способом.

Рис. 3. Сканирование по угловым координатам в импульсной РЛС.

Особенностью антенной системы является возможность формирования луча обеими сторонами ФАР, для чего облучатели размещены по обеим сторонам антенного полотна. Это свойство позволяет визировать сопровождаемые цели с удвоенной частотой обращения (рис. 4).

Рис. 4. Двухстороннее сканирование ФАР

Для определения государственной принадлежности целей в состав АС входит антенна наземного радиозапросчика.

Для защиты от активных шумовых помех (АШП), действующих по боковым лепесткам ДН, выделены антенны компенсационных каналов.

Особенностью волноводного тракта является наличие вращающегося сочленения между неподвижным РПУ и вращающимися АС и РПрУ.

АС многофункциональной РЛС.

Основным элементом АС является приемо-передающая антенна на базе ФАР проходного типа.

Диаграмма направленности антенны игольчатая, ширина ее главного лепестка зависит от выбранного режима работы и может составлять величину менее одного градуса. Диапазон длин волн — сантиметровый.

Рабочее положение АС – наклонное (т.е не вертикальное). ФАР, совместно с аппаратурой управления лучом , обеспечивает возможность электронного перемещения луча в вертикальной и наклонной плоскостях, относительно нормали проведенной к антенному полотну. Максимальное отклонение луча в обеих плоскостях ограничено размерами рабочего сектора. Время переноса луча составляет сотни микросекунд.

Для изменения положения рабочего сектора применен азимутальный привод, обеспечивающий механический разворот антенной системы и контейнера с приемопередающей аппаратурой.

Для определения государственной принадлежности целей в состав АС входит ФАР наземного радиозапросчика.

Для защиты от АШП, действующих по боковым лепесткам ДН, используются дополнительные слабонаправленные компенсационные антенны, также реализованные на базе ФАР.

Антенная система установлена на аппаратном контейнере с приемо-передающей аппаратурой и может эффективно вести боевую работу как с шасси автомобиля МАЗ (рис. 5), так и с вышки высотой 20 или 40 м.

Рис. 5. АС РЛС управления стрельбой

Приемный и передающий облучатели ФАР должны находиться в фокусе антенны, поскольку в одной точке расположить два облучателя невозможно, то для обеспечения их пространственного разноса и развязки между приемным и передающим трактами используется поляризационный фильтр (рис. 6).

Рис. 6. Принцип действия поляризационного фильтра.

Он представляет собой систему металлических струн, натянутых параллельно вектору напряженности электрического поля излучаемой ЭМВ. Расстояние между струнами выбрано таким, чтобы падающий на них зондирующий сигнал (волна с горизонтальной поляризацией) отражался в плоскость антенной решетки, а принимаемый отраженный (это волна с вертикальной поляризацией) проходил практически без потерь в приемный облучатель.

После отражения от поляризационного фильтра СВЧ энергия от передатчика проходит через поляризатор, преобразующий линейную поляризацию волны в круговую.

Поляризатор представляет собой систему плоских параллельных металлических пластин, образующих сферическую поверхность. Пластины расположены под углом 45° к направлению вектора электрического поля падающей волны, которую можно представить в виде суммы двух составляющих: параллельной плоскости поляризатора и перпендикулярной ей.

Первая из них проходит между пластинами как в волноводе и изменяет свою скорость, а вторая (перпендикулярная) проходит через устройство без изменения фазовой скорости. В результате на выходе поляризатора между ними возникает фазовый сдвиг. Ширина пластин выбрана такой, чтобы этот сдвиг составлял 90° и обеспечивал тем самым образование волны с круговой поляризацией и левым направлением вращения.

В пространстве ЗС отражается от цели. При этом сохраняется круговая поляризация, но направление ее вращения меняется на противоположное.

При работе АС на прием на поляризатор падает волна с круговой поляризацией и правым направлением вращения, которая после прохождения через него преобразуется в волну с линейной вертикальной поляризацией, проходит через поляризационный фильтр и фокусируется в приемной облучателе.

В рассматриваемой РЛС используется суммарно-разностная обработка принимаемых сигналов, поэтому приемный облучатель имеет три канала: один суммарный и два разностных и называется моноимпульсным приемным облучателем (МПО). Конструктивно он представляет собой систему рупоров, состоящую из основного облучателя и четырех дополнительных рупоров (рис.7).

Рис. 7 Внешний вид моноимпульсного приемного облучателя.

Основным двухрупорным облучателем является сдвоенный прямоугольный волновод с общей стенкой в Н-плоскости. При своем возбуждении он формирует в каждой плоскости пеленгации по две парциальные (то есть частичные) приемные диаграммы направленности (рис. 8), разнесенные в пространстве на половину ширины и имеющие единый фазовый центр.

Дополнительные рупоры располагаются попарно вертикально и горизонтально относительно основного облучателя и участвуют только в формировании разностных диаграмм. МПО имеет три выходных канала, сигналы которых с помощью волноводных тройников формируются из сигналов, принимаемых различными ДН приемного облучателя.

Рис. 8. Парциальные диаграммы направленности МПО.

Выход å основного облучателя формирует суммарный сигнал на основе принимаемой всеми рупорами СВЧ энергии.

Выход Djв формирует разностный сигнал в вертикальной плоскости.

Выход Djн — формирует разностный сигнал в наклонной плоскости.

Таким образом, с выходов МПО по приемному волноводному тракту, также состоящему из трех каналов, на входное приемное устройство сопровождения одновременно поступает три сигнала — суммарный и два разностных.

Антенно-волноводное устройство РЛС JFS 32 R

Канализация энергии СВЧ между передатчиком и антенной осуществля­ется специальной волноводной линией передач. Излучение и прием электромагнитных колебаний производит попе­ременно одна и та же направленная антенна. Подключение передатчика и приемника к антенне в соответствую­щие промежутки времени осуществля­ет антенный переключатель, конструк­тивно располагаемый в блоке СВЧ приемопередатчика. В построении всех этих устройств имеется много общего, поскольку в их основе использован волновод.

Волноводы. Электромагнитная энер­гия от передатчика к антенне и от ан­тенны к приемнику должна переда­ваться с возможно меньшими потерями в линии передачи.

Электрические силовые линии в волноводах (рис. 2) направлены па­раллельно вибратору, с помощью кото­рого в волновод вводятся (или выво­дятся) колебания, т. е. векторы поля Еперпендикулярны широкой стенке вол­новода и уменьшаются до нуля, при­ближаясь к узким стенкам. Магнитное поле имеет вид замкнутых силовых ли­ний, направленных в каждой точке по вектору λ, густота силовых линий наибольшая у узкой стенки волновода.

Так как электрическое и магнитное поля сосредоточены внутри волновода, то излучение отсутствует и электро­магнитная энергия распространяется по волноводу от одного конца к дру­гому.

Токи высокой частоты протекают только по внутренней поверхности сте­нок волновода, занимая сравнительно большое сечение, поэтому при хорошей электрической проводимости стенок и отсутствии в них неровностей потери на активном сопротивлении невелики.

Длина волны генератора, при кото­рой размер широкой стенки волновода а равен половине длины волны (а = λ /2), называется критической: λкр = 2а.

По волноводу при данном размере широкой стенки могут быть переданы без потерь и все другие колебания длиной волны меньше критической (λ<λ_кр). Так как потери в волноводе уменьшаются при увеличении размера его широкой стенки, то рабочую волну выбирают несколько меньше критиче­ской (или ширину стенки а делают не­сколько больше, чем λ/2). При этом ши­рина узкой стенки b во избежание электрического пробоя между широ­кими стенками не должна быть малой и обычно равна приблизительно поло­вине широкой стенки а.

Распространение радиоволн в вол­новоде происходит при многократном отражении их от стенок, т. е. отлича­ется от характера распространения ра­диоволн в свободном пространстве. Поэтому длина волны в волноводе λ_в не равна длине волны колебаний, по­ступающих в волновод, и определяет­ся из соотношения:

Связь между волноводами, т. е. ответвление энергии от одного волно­вода к другому, может осуществляться либо с помощью тройников-ответвителей, либо с помощью отверстий и ще­лей в боковых стенках волновода (рис. 3).

Ответвление от широкой стенки (рис. 3, а) равносильно последова­тельному подключению к двухпровод­ной линии двух участков. В этом слу­чае в точках, находящихся на одинако­вых расстояниях от разветвления, на­пряженности электрического поля противоположны по фазе. Ответвление от узкой стенки (рис. 3, б) равносильно параллельному подключению двух уча­стков к двухпроводной линии, поэто­му на обеих сторонах на одинаковых расстояниях от разветвления напря­женности электрического поля совпа­дают по фазе.

В тех случаях, когда возникает не­обходимость подавать энергию в вол­новод через ответвления обоих типов, применяют двойной тройник (рис. 3, в), полностью развязывающий от взаимного влияния ответвления А и Б.

Для уменьшения габаритов, двой­ного волноводного тройника его сим­метричные отростки могут быть отог­нуты под углом 90° в одной плоскости с ответвлением Б (рис. 3, г).

Иногда энергию ответвляют через щели, прорезанные в боковых стенках волновода (рис. 3, д, е) так, чтобы они располагались в месте наибольше­го сгущения магнитных силовых ли­ний, которые должны быть направле­ны вдоль щели.

Волноводная линия передачи не всегда прямолинейна. На некоторых участках она может иметь изгибы, скручивания и т. д. При большой про­тяженности волноводной линии для уменьшения потерь в ней желательно иметь большое сечение волновода. Для уменьшения габаритов аппаратуры це­лесообразно используются волноводы малого сечения. От волновода больше­го сечения к меньшему сечению или наоборот переходят путем плавного уменьшения (или увеличения) стенок волновода на некоторой его длине. Возможен переход от прямоугольного к круглому сечению и наоборот. Такая конструкция позволяет осуществлять вращающийся переход в антенном устройстве.

Соединение отдельных волноводов друг с другом осуществляют с помо­щью специальных дроссельных флан­цев, благодаря которым предотвраща­ется утечка энергии в месте соедине­ния отдельных секций волновода.

Регулировка уровня колебаний, проходящих через волновод, осущест­вляется с помощью аттенюатора (осла­бителя), который представляет собой диэлектрическую пластину с токопроводящим покрытием, вводимую на раз­личное расстояние от его узкой стенки внутри волновода. Для существенного ослабления отводимых от волновода колебаний их выводят через неболь­шие отверстия (предельные аттенюа­торы) .

При попадании в волновод влаги и грязи увеличиваются потери в нем вплоть до полного прекращения передачи энергии, появляется коррозия внутренней поверхности. Поэтому волновод мон­тируют герметически закрытым и он снабжен устройством для его осушки. Если волноводные соединения должны быть жесткими, то для герме­тизации между ними в специальных пазах укладывают резиновые кольца, а сами фланцы стягивают винтами. Во вращающихся волноводных соединени­ях между секциями оставляют зазор, но всю конструкцию закрывают кожу­хом.

Выходы волновода для герметиза­ции закрыты полистироловыми плас­тинками. Для осушки волновода при­меняют влагопоглотительные патроны с селикагелем, вмонтированные в вол­новодные секции небольшой длины.

Антенна. В РЛС JFS32R применяется щеле­вая антенна, обладающая при сравни­тельно небольших габаритах хороши­ми направленными свойствами.

Щелевая антенна (рис. 4) пред­ставляет собой волновод, в стенке ко­торого прорезано несколько одинаковых щелей на равном расстоянии друг от друга. Длину щелей делают прибли­зительно равной половине длины вол­ны излучаемых колебаний. Щели расположены так, что при излучении, они излучают колебания, совпадающие по фазе.

Для получения наиболее эффектив­ного излучения щель расположена вдоль магнитных сило­вых линий волновода на участке с наи­большей напряженностью магнитного поля.

На широкой стенке (рис. 4, а) ще­ли могут располагаться либо поперек волновода на расстоянии друг от дру­га, равном λ_в, т. е. длине волны в вол­новоде, либо на расстоянии λ_в/2 при расположении их в шахматном поряд­ке вдоль оси волновода и смещении от средней линии к стенке.

На узкой стенке могут располагать­ся продольные щели на расстоянии между центрами, равном λ_в, и наклон­ные щели через расстояния, равные λ_в/2. Угол наклона щели относительно оси волновода ≈ 70°.

Щели располагают с наклоном в разные стороны. Они занимают часть широкой стенки, так как размер узкой стенки меньше λ/2. Щели, про­резанные в волноводе таким образом, дают синфазное излучение (плоский фронт волны); такой волновод являет­ся направленной антенной.

Направленность щелевой антенны в плоскости, проходящей через ось вол­новода перпендикулярно его излучаю­щей стенке, тем больше, чем больше количество щелей в волноводе, т. е. чем больше его длина.

При длине волновода не более 3 . 3,5 м диаграмма направленности в горизонтальной плоскости на 3,2-сантиметровой волне не уже 0,7°.

Направленность в плоскости, пер­пендикулярной оси волновода, незна­чительна — фронт волны почти сфери­ческий, поэтому щелевую антенну конструируют совместно с го­ризонтально расположенным рупором (рис. 4, б), сжимающим диаграмму направленности в вертикальной плос­кости до 17°.

В антенне РЛС JFS32R щели отделены друг от друга металлическими перего­родками, образующими своеобразную решетку снаружи волновода. Эти пе­регородки, будучи расположены друг от друга на расстоянии, меньшем кри­тического для данной длины волны, устраняют вертикальную составляю­щую электрического поля излучаемой волны.

Наклонные щели создают некото­рое рассогласование в волноводе и приводят к внутреннему отражению волны. Для согласования в волноводе на конце его размещают поглотитель. Другой конец волновода через фланец соединен с вращающимся волноводным переходом, связанным с приемопере­датчиком. Для герметизации рупор за­крывают с торцов металлическими стенками и на раскрыве — высокоча­стотным диэлектриком.

Вращение антенны осуществляется через замедляющий редуктор от элек­тродвигателя, получающего питание от бортовой сети. В цепи питания элек­тродвигателя предусматривается за­щита от перегрузки или обрыва фазы питающей сети. Включение и выключение вращения антенны производятся с панели управления индикатора.

В антенном устройстве, помимо са­мой антенны, вращающегося волноводного перехода и двигателя с редук­тором, размещаются вращающиеся трансформаторы или другие типы уг­ловых датчиков для передачи курсово­го угла антенны в индикатор и контак­ты отметки курса собственного судна. Для просушки всех устройств, разме­щенных в корпусе антенного устройст­ва, и облегчения работы редуктора при низкой температуре в нем предусмотре­ны спирали подогрева, включаемые по мере надобности из индикатора РЛС.

Антенные переключатели выполня­ются на газонаполненных разрядни­ках и специальных волноводных сек­циях, которые перекрываются или от­крываются под действием импульса передатчика. Благодаря этому энергия СВЧ колебаний направляется (цирку­лирует) в определенную цепь. В связи с этим иногда антенные переключате­ли называют антенными циркуляторами.

Газонаполненный разрядник — это двухэлектродный прибор, наполненный смесью водорода и водяных паров. Электроды имеют форму конусов, расположенных в разряднике с не­большим зазором между ними. При отсутствии напряжения между элек­тродами газ внутри разрядника не ионизирован, прибор имеет большое со­противление, обеспечивая размыкание цепи. При подаче на электроды доста­точно высокого напряжения происхо­дит ионизация газа, разрядник зажи­гается, в результате чего сопротивле­ние прибора резко падает, обеспечивая практически короткое замыкание це­пи. После снижения напряжения про­исходит деионизация газа и цепь раз­рядника вновь разрывается.

Для увеличения чувствительности разрядника и уменьшения времени срабатывания до нескольких сотых до­лей микросекунды он объединен с объемным резонатором, настроенным на используемую в РЛС JFS32R частоту коле­баний СВЧ.

Для устранения короткого замыка­ния источника, питающего поджига­тельный электрод, и для уменьшения тока в поджигающей цепи (что дает возможность увеличить срок работы разрядника) последовательно с под­жигающим электродом включают ог­раничительное сопротивление.

Подключение разрядника к волно­воду осуществляют либо с помощью специальной волноводной секции, либо через щель в объемном резонаторе, подсоединяющую его к узкой или ши­рокой стенке волновода.

Ферритовый антенный переключа­тель представляет собой два прямо­угольных волновода, состоящих из не­скольких секций, связанных между со­бой по узкой стенке, в сочетании с од­ним газонаполненным приемным раз­рядником (рис. 5). Ферритовый пе­реключатель включает: щелевой мост (ЩМ); ферритовую секцию (ФС); двойной свернутый волноводный трой­ник (ДСВТ); поглотитель (на рисунке не показан); газовый разрядник (ГР).

Феррит является магнито-диэлектриком, обладающим высокой магнит­ной проницаемостью и малой электро­проводностью. Под действием попереч­ного внешнего магнитного поля проис­ходит намагничивание ферритовой пластинки, в результате чего фаза про­ходящей через нее электромагнитной волны изменяется. Величина фазового сдвига зависит от напряженности поля постоянного магнита, размеров ферри­та и от направления распространения электромагнитной волны.

В ферритовом антенном переклю­чателе величина и направление поля постоянного магнита, расположение ферритов подобраны так, что при дви­жении волн по каналам 3, 5 и 4, 6 сле­ва направо волна в точке 5 опережает по фазе на 90° волну в точке 6.

При обратном движении, справа налево, волна канала 3 отстает по фа­зе от волны канала 4 тоже на 90°. Это необратимое свойство ферритов, про­являющееся в действии их на фазу проходящей волны, играет основную роль в работе ферритового переклю­чателя. Изменяя направление внешне­го магнитного поля на обратное, мож­но изменить знак фазового сдвига на противоположный.

Двойной свернутый волноводный тройник (см. рис. 5 и 3, г) характе­ризуется тем, что волны, поступающие в фазе из точек 5 и 6, суммируются в ответвителе 7, если же они в противофазе, то суммируются в ответвителе 8. При поступлении волны из точки 7 справа энергия делится поровну меж­ду каналами 5, 3 и 6, 4, не попадая в ответвитель 8.

Поглотитель, подключенный в от­ветвителе 8, поглощает без отражения всю попадающую в него энергию вол­ны.

Газовый разрядник — обычный ши­рокополосный не настраивающийся разрядник с поджигающим электро­дом, предназначенный для защиты ка­нала приемника.

Работа антенного переключателя происходит следующим образом. При поступлении импульса передатчика в канал 2 энергия колебаний делится пополам между каналами 3 и 4 и, сум­мируясь в ответвителе 7, идет полно­стью в антенну, практически не потребляясь в ответвителях 2 и 8. В точках 5 и 6 фазы колебаний при этом совпада­ют, так как феррит в канале 3—5 ком­пенсирует отставание по фазе в кана­ле 2—3. Разрядник ГР, находящийся в зажженном состоянии, предохраняет приемник от выхода из строя попада­нием в канал 2 части энергии импуль­са передатчика. Энергия отраженного импульса из антенны в точке 7 развет­вляется на два равновеликих по мощ­ности потока, обеспечивая в точках 5 и 6 одинаковую их фазу колебаний. От­ставание колебаний по фазе на 90° в канале 5—3 (относительно канала 6—4) и в канале 4—1 (относительно канала 3—1) обеспечивает при погас­шем разряднике подачу к приемнику всей энергии отраженного импульса. В канал 2 энергия отраженного им­пульса не поступает, поскольку в точ­ке 2 оба колебания оказываются в противофазе.

При передаче энергии от передат­чика в антенну вследствие обычно име­ющейся несогласованности волновода с антенной происходит многократное отражение импульса от концов волноводного тракта. Эти отраженные мощные импульсы вызывают зажигание приемного разрядника, пе­рекрывая вход приемника на время приема импульсов, отраженных от ближних объектов, т. е. увеличивают мертвую зону РЛС JFS32R.

Импульс энергии, отразившейся от разрядника из канала 1, получает та­кой сдвиг фаз колебаний в обоих кана­лах, что в точках 5 и 6 они оказывают­ся в противофазе. Следовательно, мощ­ность этого импульса полностью погасится в ответвителе 8. Многократного отражения в волноводном тракте не будет и разрядник погаснет, как только окончится импульс, отразившийся от него.

В антенном переключа­теле РЛС JFS32R чувствительность приемного га­зового разрядника резко снижается при снятии с него поджигающего на­пряжения, что происходит при выклю­чении РЛС JFS32R. Поэтому, в выключенной РЛС JFS32R волновод автоматически пере­крывается заслонкой, не допускающей попадания импульсов соседней РЛС JFS32R в приемник.

Лабораторная работа №5

Тема: Приемное устройство РЛС JFS32R

Цель работы.

1.1. Изучить структурную схему и работу приемного устройства РЛС JFS32R, назначение основных узлов.

2. Порядок выполнения работы.

2.1. Ознакомиться до прихода в лабораторию с приемным устройством РЛС JFS32R, используя предлагаемую инструкцию, техническое описание РЛС JFS32R и рекомендуемую литературу.

2.2. В лаборатории на РЛС JFS32R ознакомиться с органами управ­ления приемного устройства и расположением основных блоков и узлов.

3. Содержание отчета.

3.1. Записать основные элементы построения приемника РЛС JFS32R.

3.2. Ответы на контрольные вопросы.

4. Контрольные вопросы.

4.1. Для чего служит приемник РЛС JFS32R?

4.2. Чем производится УПЧ поступающих из смесителя РЛС JFS32R?

4.3. Почему возникает необходимость подстраивать частоту гетеродина РЛС JFS32R?

Приемник РЛС JFS 32 R

Приемник РЛС JFS32R предназначен для преобразования поступающих из антен­ны отраженных от объектов импульсов СВЧ в импульсы промежуточной ча­стоты, усиления импульсов промежу­точной частоты и их детектирование. Кроме того, в приемнике предусматри­вается временная регулировка усиле­ния (ВРУ), укорочение видеоимпуль­сов с помощью дифференцирующей це­пи с малой постоянной времени (МПВ), автоматическая подстройка частоты (АПЧ) и некоторые другие регулировки.

Преобразователь частоты. Преобра­зование частоты в радиолокационном приемнике производится с помощью кристаллических диодных смесителей, размещенных в специальных волноводных секциях, к которым подводятся непрерывные колебания СВЧ от гете­родина и отраженные импульсы из антенны. Гете­родин, смеситель приемника и смеси­тель АПЧ располагаются в одном об­щем блоке СВЧ, в котором конструк­тивно размещен и антенный переклю­чатель.

В качестве маломощного непрерыв­но работающего генератора СВЧ в приемнике используется генератор на диоде Ганна.

Генератор на диоде Ганна. Диод Ганна представляет собой пластину однородного кристалла арсенида гал­лия, подключаемую через контакты к внешней цепи. Под действием постоян­ного напряжения, приложенного к дио­ду, при малой длине полупроводника в нем создается сильное электрическое поле, способствующее возникновению колебаний СВЧ.

Генератор СВЧ на диоде Ганна — это сочетание диода с объемным резо­натором. Частота генератора зависит от длины кристалла, приложенного на­пряжения, объема резонатора и может изменяться как механическим, так я электрическим способом. Существуют генераторы на диодах Ганна в диапа­зоне частот 1 . 40 ГГц.

Кристаллический смеситель. Обыч­ные электронные лампы в качестве смесителей на СВЧ применены быть не могут из-за сравнительно большого времени пролета электронов (относи­тельно периода колебаний) и большой межэлектродной емкости самой лампы (ее параллельное подключение к кон­туру понижает частоту собственных колебаний). Кремниевый диод имеет миниатюрные электроды, которые соз­дают малую емкость, несмотря на очень малое расстояние между ними. Работает диод с малым уровнем собственного шума 9 дБ. Вольт-амперная ха­рактеристика диода содержит нелинейный участок, благодаря чему стано­вится возможным смешивание на нем двух частот, одновременно поступаю­щих в цепь диода. Преобразование ча­стоты происходит наилучшим образом (ток разностной частоты в цепи диода при этом максимален), если рабочая точка диода выбрана на нелинейном участке с наибольшей крутизной. Вы­бор рабочей точки обычно осуществля­ется регулировкой уровня колебаний, подводимых от гетеродина.

Колебания промежуточной частоты, равной 60 МГц, выделяют с помощью колебательного контура, настроенного на эту частоту и включенного в цепь диода. Размещается диод в волноводе таким образом, чтобы его внутренний проводник был расположен вдоль си­ловых линий электрического поля под­водимых к волноводу колебаний.

Смеситель на одном диоде. В таком смесителе (рис. 1, а, б) диод, кон­структивно оформленный в виде не­большого патрончика цилиндрической формы, устанавливается внутри волно­вода посредине его широкой стенки. Гнездо, в которое устанавливается ди­од, обеспечивает контакт с обоими вы­водами диода. В данной схеме один вывод соединен с волноводом, т. е. с корпусом, другой — с внутренней жи­лой коаксиального кабеля.

Усилитель промежуточной частоты. Усиление импульсов промежуточной частоты, поступающих из смесителя, производится многокаскадным транзи­сторным УПЧ, контуры которого на­строены на фиксированную частоту 60 МГц и имеют полосу пропускания до 20 МГц.

Импульсы на входе приемника в зависимости от расстояния до объекта и его отражающей поверхности изме­няются по мощности в 10 10 .. . 10 12 раз (на 100 . . . 120 дБ) или по амплитуде напряжения в 10 5 . . . 10 6 раз. Равно­мерное усиление приемника в таком диапазоне входных напряжений иметь не обязательно, так как в индикаторе РЛС используют ЭЛТ, у которых уп­равляющий сигнал превышающий шум в 3. 5 раз, вызывает насыщение яр­кости луча на экране.

В приемнике РЛС JFS32R применяется логариф­мический УПЧ.

Эффективна ВРУ лишь для ослаб­ления помех от моря, уровень которых зависит от дистанции. Если же на дан­ном расстоянии имеются объекты с различными отражающими поверхно­стями, то будут теряться слабые сигна­лы или ограничиваться сильные.

Конструктивно УПЧ (вместе с де­тектором) оформлен в виде отдель­ного хорошо экранированного блока. Количество каскадов УПЧ достигает 8. . . 10; каждый каскад имеет полосо­вой фильтр, настроенный на промежу­точную частоту. Необходимая широ­кая полоса частот обеспечивается шун­тированием контуров полосовых фильт­ров активными сопротивлениями. Пе­реключение полосы, осуществляемое в приемнике при изменении длительности излучаемых импульсов, осуществляется ее сужением в одном из каскадов.

УПЧ имеет общую регулиров­ку усиления и ВРУ. Общая регу­лировка осуществляется вручную из­менением коэффициента усиления нескольких каскадов УПЧ с помощью соответствующего потенциометра, раз­мещенного на панели управления РЛС. Временная регулировка усиления до­стигается специальной схемой ВРУ, за­пускаемой синхроимпульсом несколько раньше запуска передатчика. Выраба­тывает эта схема импульс экспоненци­альной формы, плавно спадающий до нуля за несколько десятков микросе­кунд (рис. 2). В результате воздей­ствия импульса ВРУ на 2 . 3 первых каскада УПЧ их усиление изменяется во времени после излучения импульса передатчиком определенным образом. На время излучения передатчика при­емник запирается (для этого в на­чальной части импульса ВРУ имеется прямоугольный участок с постоянной амплитудой), а затем при спаде им­пульса усиление плавно увеличивает­ся. В результате импульсы, отражен­ные от ближних объектов, усиливают­ся слабее, чем импульсы, отраженные от более удаленных объектов. С помо­щью отдельной ручки «Помехи от мо­ря» или «Волны» можно изменять амп­литуду импульса ВРУ и в каждом кон­кретном случае подбирать вариант наилучшего обнаружения ближних объектов, маскируемых отражением от морских волн.

Детектор МПВ. Детектор радио­локационного приемника (рис. 3, а) преобразует импульсы промежуточной частоты в видеоимпульсы. Амплитуда видеоимпульсов в некоторых пределах пропорциональна амплитуде поступа­ющих импульсов промежуточной ча­стоты. В данной РЛС применяется схема диод­ного детектирования, на которую пода­ются колебания с последнего каскада УПЧ.

На рис. 3, б показаны временные диаграммы напряжений на входе де­тектора U и на его выходе U ₂ и после цепи МПВ для трех различных случа­ев: при подаче на входе одиночного от­раженного импульса (положение /), двух сливающихся импульсов (положе­ние //), а также при наложении на от­раженный импульс длительной помехи (положение ///). При двух сливаю­щихся импульсах на входе, например на выходе цепи МПВ, получают два раздельных кратковременных импуль­са положительной полярности, создаю­щих на экране индикатора две раз­дельно светящиеся точки (импульсы отрицательной полярности срезаются диодом VD 2 практически на нулевом уровне, на изображение на экране не влияют).

Цепь МПВ включают в схему по мере надобности. При постоянном ее включении уменьшается амплитуда видеоимпульсов на выходе приемника, поэтому изображение на экране РЛС JFS32R получается менее ярким. Из-за укоро­чения импульсов при дифференцировании береговая черта может иметь раз­рывы и опознавание ее становится за­труднительным.

Логарифмический УПЧ. Усилитель этого типа имеет логарифмическую за­висимость между выходным и входным напряжениями (рис. 4, а). Благода­ря этому при большом диапазоне изме­нения амплитуд входных сигналов на выходе УПЧ амплитуды сигналов из­меняются лишь в несколько раз. Такой УПЧ действует без инерционно, и позво­ляет ослабить как регулярные, так и случайные помехи. Это дает возмож­ность использовать его для уменьше­ния помех от моря и дождя, а кроме того, для лучшего различения объек­тов с различными отражающими свой­ствами.

Применение логарифмического УПЧ с дифференцирующей цепью, име­ющей малую постоянную времени (МПВ), позволяет снизить уровень от­ражений от моря и дождя до уровня собственных шумов (рис. 4, б). От­ражение от моря и дождя (снега) складывается из множества отдельных отражений в облучаемой площади. Не­прерывное изменение (флюктуация) суммарного уровня такого отраженно­го сигнала подчиняется определенному закону, а именно: среднее квадратическое отклонение флюктуации от сред­него значения сигнала пропорциональ­но среднему значению. На рис. 4, б для диаграммы входного сигнала это дает большой размах ее заштрихован­ной части и большую приподнятость при меньшем расстоянии.

На выходе логарифмического УПЧ среднее квадратическое отклонение флюктуации становится постоянным (равным уровню шумов) и не зависит от среднего значения мешающего отра­жения от моря.

После дифференцирующей цепи с МПВ из выходного сигнала УПЧ ис­ключается постоянная составляющая (удаляется среднее значение), и амп­литуда помех от моря будет при лю­бых расстояниях на одном уровне с шу­мом.

Схема логарифмиче­ского УПЧ с последовательным детек­тированием сигналов отдельных каска­дов усиления и их суммированием (рис. 5 а, б).

Суммарный сигнал выделяется на общей нагрузке R_н, с которой поступает на дифференцирую­щую цепь с малой постоянной време­ни.

Линия задержки позволяет всем импульсам с выхода диодов VD 1—VD_n приходить к нагрузке одновременно (учитывается задержка в каждом кас­каде УПЧ). Амплитудная характери­стика каскадов линейна для малых амплитуд и имеет ограничение при ка­ком-то значении £₀гр. Следовательно, импульсы большой амплитуды ограни­чиваются и на сумматор поступают с одинаковой амплитудой, равной £₀гр. Входные импульсы различной ампли­туды (в большом диапазоне измене­ния) ограничиваются в различных кас­кадах УПЧ (самый слабый — в пос­леднем, самый сильный — в первом), и прирост амплитуды выходных импуль­сов при большой амплитуде происхо­дит в меньшей степени, чем при малой амплитуде. В результате амплитудная характеристика состоит из отдельных линейных участков с постепенно умень­шающимся наклоном (см. рис. 4, а), приближаясь по форме к логарифми­ческой характеристике.

Автоматическая подстройка часто­ты. Изменение частоты магнетрона и гетеродина в процессе работы, вызван­ное изменением температуры или пи­тающих напряжений, приводит к изме­нению промежуточной частоты. В ре­зультате этого коэффициент усиления УПЧ, настроенного на номинальную промежуточную частоту, может так сильно уменьшиться, что импульсы на выходе приемника будут иметь очень малую амплитуду или совсем отсутст­вовать. Поэтому возникает необходи­мость подстраивать частоту гетеродина.

Генератор на диоде Ганна имеет возможность подстраивать частоту либо механическим, либо электрическим способом. Механическая подстройка частоты гетеродина производится обычно при его замене или смене магнетрона. Осуществляется она измене­нием частоты объемного резонатора непосредственно в блоке СВЧ приемо­передатчика. Электрическая подстрой­ка производится изменением напряже­ния, дистанционно с панели управле­ния индикатора РЛС.

Для осуществления АПЧ применя­ют специальную схему, которая изме­няет частоту клистрона таким обра­зом, чтобы промежуточная частота всегда оставалась постоянной.

Схема АПЧ работает обычно от собственного смесителя СМ(рис. 6, а). К смесителю АПЧпоступают не­прерывно вырабатываемые колебания гетеродина Гс частотой f_r и импульс­ные колебания магнетрона с частотой f_м, ослабленные до уровня, не опасного для смесителя. Применение отдельно­го смесителя АПЧ обеспечивает неза­висимость работы схемы АПЧ от уров­ня отраженных импульсов.

Импульсы промежуточной частоты, полученные на выходе смесителя, по­ступают в УПЧ, где усиливаются двумя-тремя каскадами, а затем подают­ся на дискриминатор Д— частотный детектор.

Дискриминатор представляет собой детектор, вырабатывающий видеоим­пульсы, полярность и амплитуда кото­рых зависят от знака и величины от­клонения (расстройки) промежуточ­ной частоты f_{п. ч.} = f_r — f_м относительно ее номинального значения. Если про­межуточная частота не равна ее номи­нальному значению, то на выходе дис­криминатора появляются импульсы либо положительной полярности при f_{п. ч}< f_{п. ч. ном.} либо отрицательной при f_{п. ч.} > f_{п. ч. ном.} .Амплитуда этих импуль­сов при расстройке в пределах не­скольких мегагерц от номинального значения промежуточной частоты воз­растает, а затем падает. Амплитуда импульсов на выходе дискриминатора равна нулю, если f_{п. ч.} = f_{п. ч.} ном, а так­же при очень значительной расстройке (рис. 6, б). Вблизи от точки f_{п. ч.}= f_{п. ч. ном.} характеристика линейна и при переходе через эту точку напря­жение на выходе дискриминатора ме­няет знак.

Если на вход дискриминатора по­дается синусоидальное напряжение с частотой f_{п. ч.} ≠ f_{п. ч. ном.} в виде периоди­чески повторяющихся радиоимпульсов с частотой повторения РЛС, то на вы­ходе дискриминатора появятся видео­импульсы, амплитуда и полярность ко­торых зависят от знака и величины расстройки подводимой промежуточ­ной частоты от ее номинального зна­чения. В некоторой полосе слежения зависимость получается линейной.

После усиления импульсов дискри­минатора видеоусилителем они посту­пают в исполнительную схему И, кото­рая преобразует эти импульсы в посто­янное напряжение, управляющее час­тотой гетеродина. Исходное напряже­ние, подаваемое на гетеродин, устанав­ливается потенциометром РПЧтаким образом, чтобы работа схемы АПЧ происходила в пределах полосы слеже­ния. При этом малейшие отклонения частоты от номинального значения от­слеживаются схемой, и промежуточ­ная частота сохраняется всегда посто­янной и равной 60 МГц.

Качество подстройки частоты при­емника всегда может быть проверено с помощью контрольных приборов РЛС JFS32R или непосредственно по изображению на ее экране. В слу­чае неисправности схемы АПЧ пере­ходят на ручную подстройку, добива­ясь наиболее качественного изображе­ния на экране окружающей обстанов­ки с максимальной дальностью обна­ружения удаленных объектов.

Лабораторная работа №6

Тема: Принцип работы и эксплуатация САРП «Бриз-Е»

Цель работы.

1.1 Ознакомится с принципом обработки радиолокационной информации в САРП и технической реализации "Бриз — Е".

Порядок выполнения работы.

2.1 До прихода в лабораторию изучить методическое пособие.

2.2 В лабораторных условиях включить «Бриз – Е» в режим "Тренажера" и вы­полнить все режимы указанные в методпособии.

Содержание отчета.

3.1 Нарисовать упрощенную функциональную схему "Бриз — Е".

3.2 Описать принцип проигрывания маневра

4. Контрольные вопросы.

4.1 Объясните в чем заключается принцип математической обработки радио­локационной информации в САРП.

4.2 Перечислите технические и эксплуатационные характеристики "Бриз — Е".

4.3 Объясните, что входит в первичную и вторичную радиолокационную ин­формацию.

4.4 Объясните назначение отдельных узлов в функциональной схемы "Бриз-Е".

ЗСУ-23-4 «Шилка»

8. Передающая и антенно-волноводная системы РЛС 1РЛ33

1. Назначение, состав, устройство и характеристики передающей системы

Передающая система РЛС 1РЛ33 предназначена для формирования мощных высокочастотных импульсов электромагнитной энергии (ЭМЭ), которые излучаются в пространство через антенно-волноводную систему.

Состав передающей системы:

— передатчик — блок Т-З, в который входят генератор поджига, модулятор и магнетронный генератор;

— высоковольтный выпрямитель — блок Т-29;

— механизм перестройки частоты — блок Т-4М.

Характеристики передающей системы:

количество фиксированных частот

диапазон несущих частот f

частота повторения импульсов Fп:

в штатном режиме

в режиме ВОБУЛЯЦИЯ (изменение частоты повторения)

от 4750 Гц до 3650 Гц

длительность зондирующего импульса tи

импульсная мощность Р имп

Устройство и размещение элементов передающей системы

Как было сказано, передатчик состоит из генератора поджига, модулятора и магнетронного генератора.

Генератор поджига предназначен для преобразования запускающих импульсов, поступающих из системы дальности, в положительные прямоугольные импульсы, которые управляют работой модулятора.

Модулятор предназначен для преобразования энергии высоковольтного выпрямителя в импульс­ную энергию, амплитудой 13-15 кВ, не­обходимую для возбуждения магнетрона.

Магнетронный генератор предназначен для генерирования колебаний СВ частоты. Основным его элементом является магнетрон — мощный генератор импульсных колебаний СВЧ сантиметрового диапазона волн

Магнетрон состоит из катода, который окружен цилиндрическим анодным блоком с отверстиями – объемными резонаторами (рис. 1). Управление электронным потоком осуществляется электрическим и магнитным полями. Для этого магнетрон размещается между полюсами магнитной системы

Высокое импульсное напряжение отрицательной полярности прямоугольной формы подается на катод магнетрона. Высокочастотная энергия выводится из магнетрона с помощью петли связи, помещаемой в одном из резонаторов.

Рис.1. Конструкция магнетрона

Работа магнетрона заключается в следующем (рис. 2). Электроны, вылетевшие из катода, под воздействием электрического и магнитного полей не попадают на анод, как в обычных лампах, а завихряются и, описав кривую в виде лепестка, попадают обратно на катод. Затем электроны снова уходят от катода, описывая все новые и новые петли своей траектории. При непрерывном излучении электронов с катода образуется поток электронов, вращающихся вокруг катода.

Этот поток возбуждает колебания в объемных резонаторах анодного блока, и магнетрон начинает генерировать колебания СВЧ, которые через петлю связи выводятся далее в схему.

Рис. 2. Принцип работы магнетрона

Частота электромагнитных колебаний определяется объемом резонаторов. Перестройка частоты генерируемых магнетроном колебаний осуществляется путем изменения размеров сразу всех резонаторов.

Исполнительный механизм перестройки и подстройки частоты магнетрона обеспечивает перестройку магнетрона с одной фиксированной частоты на другую и автоподстройку частоты колебаний, генерируемых магнетроном при уходе его частоты от номинальной.

В ходе работы магнетрон сильно нагревается, поэтому наружная поверхность анодного блока делается ребристой и, кроме того, осуществляется его охлаждение вентилятором.

Механизм перестройки позволяет перестраивать частоту генерируемых магнетроном колебаний на одну из двух фиксированных частот.

Передатчик и механизм перестройки размещены в шкафу Т-44 (рис. 3) сзади оператора поиска-наводчика, высоковольтный выпрямитель — в шкафу Т-43 сзади оператора дальности.

Рис. 3. Размещение элементов передающей системы

2. Работа передающей системы

Рис. 4. Функциональная схема передающей системы

Запускающие импульсы (ЗИ) вырабатываются в системе измерения дальности (рис. 4). Генератор поджига преобразует их в прямоугольные импульсы, необходимые для управления модулятором.

Модулятор управляет работой магнетрона. В модуляторе имеется накопительный элемент — линия формирования, которая в промежутках между поступлениями ЗИ заряжается от высоковольтного выпрямителя. При поступлении очередного ЗИ модулятор подключает заряженную линию к магнетрону, возбуждая в нем колебания СВЧ большой мощности. Время работы магнетрона составляет доли микросекунды. Генерируемый магнетроном зондирующий импульс поступает по волноводу в антенно-волноводную систему.

3. Назначение, состав, устройство и характеристики антенно-волноводной системы

Антенно-волноводная система (АВС) предназначена для передачи колебаний СВЧ от передатчика к антенне, направленного излучения их в пространство, приема отраженных от цели сигналов и передачи их в приемную систему.

АВС состоит из (рис. 5):

— антенны (блок Т-81);

— волноводного устройства, в составе переключателя антенна-нагрузка и ферритового переключателя;

— устройства настройки высокочастотного тракта, в составе эквивалента антенны и контрольного резонатора.

Рис. 5. Функциональная схема антенно-волноводной систем

ширина диаграммы направленности в вертикальной и горизонтальной плоскостях

пределы вращения антенны:

сектор поиска по углу места

Устройство и размещение элементов антенно-волноводной системы

Антенна предназначена для формирования узкого луча и излучения в пространство импульсов передатчика и приема отраженных сигналов и состоит из (рис. 6):

4 — радиопрозрачного колпака;

5 — заднего кожуха.

Рис. 6. Схема антенны

В режиме передачи импульсы СВЧ излучаются через облучатель. Отражаясь от контррефлектора и рефлектора, энергия СВЧ формируется в узкий луч (диаграмму направленности шириной 1,5°) и излучается в пространство (рис. 7).

В режиме приема импульсы, отраженные от цели, отражаются от рефлектора и контррефлектора, попадают в облучатель и далее в АВС.

Положение антенны по углу места может изменяться в пределах от -9º до +87º, по азимуту — от 0 до 360º.

При работе РЛС в режиме поиска обзор пространства осуществляется за счет неограниченного вращения антенны по азимуту и электронного сканирования луча антенны в секторе 15º по углу места.

Рис. 7. Принцип работы антенны

Волноводное устройство предназначено для передачи электромагнитной энергии от передатчика к антенне и от антенны к приемной системе. Оно включает в себя:

— ферритовый переключатель , который служит для переключения высокочастотного тракта с передачи на прием. Ферритовый переключатель выполняет роль ключа. В режиме передачи ЭМЭ поступает от передатчика в антенну, а в режиме прием – принятые антенной сигналы поступают в приемную систему.

— переключатель антенна — нагрузка , который изменяет направле­ние распространения ЭМЭ к антенне или к эквиваленту.

Устройство настройки высокочастотного тракта предназначено для настрой­ки высокочастот­ного тракта РЛС без излучения ЭМЭ передатчика в пространство. В его состав вхо­дят:

— эквивалент антенны — отрезок прямоугольного волновода, который поглощает энергию СВЧ и рассеивает ее в виде тепла;

— контрольный резонатор — устройство для измерения частоты излучаемой ЭМЭ.

Антенна размещена на башне ЗСУ, а другие элементы АВС расположены в блоке Т-7 шкафа Т-44 за спиной оператора поиска-наводчика (рис. 8)

Рис. 8. Размещение элементов антенно-волноводной системы

4. Работа антенно-волноводной системы

При работе АВС на передачу (рис. 9) импульсы от магнетрона мощностью 90-120 кВт поступают в ферритовый переключатель. С ферритового переключателя ЭМЭ поступает на пере­ключатель антенна – нагрузка , и далее в антенну, которая формирует узкий луч (диаграмму направленности) и излучает энергию в пространство.

Рис. 9. Функциональная схема антенно-волноводной систем

При работе на прием отраженные от цели сигналы последовательно проходят весь волноводный тракт, но в обратном на­правлении, до ферритового переключателя, который обеспечивает прохожде­ние эхо-сигналов в приемную систему и блокирует прохо­ждение сигналов к передатчику.

При установке переключателя антенна-нагрузка в положение нагрузка энергия магнетрона попадает на эквивалент, который поглощает энергию СВЧ и рассеивает ее в виде тепла. Часть энергии попадает в контрольный резонатор, который позволяет измерять частоту излучаемой ЭМЭ и осуществлять настройку передатчика без излучения энергии в пространство. Этим самым повышается скрытность работы ЗСУ-23-4.

Все соединительные волноводы АВС выполнены из волновода прямоугольного сечения. Антенная колонка Т-2 с элементами АВС в боевом отсеке башни ЗСУ соединяется гибким волноводом.

Для создания электрической прочности осуществляется подкачка волноводного тракта АВС — в нем создается избыточное давление 0,6 -1,1 кгс/см2 (ат). Подкачка осуществляется помпой, расположенной в заднем отсеке башни. Избыточное давление поддерживается автоматически и контро­лируется по манометру, установленному над шкафом Т-44, сзади оператора поиска-наводчика.