|
| |
|
Слаботочка Книги вокупности с КСВ следующего за АП антенно-фидерного тракта определяет согласование СВЧ нагрузки передатчика. 2.Потери передачи (Lnep), равные отношению номинальных мощностей в плечах /-2 антенного переключателя (рис. 1.1,а) и характеризующие потери мощности передатчика в АП. 3. Развязка плеч АП {Lp), равная отношению номинальных мощностей в плечах 1-3. Развязка характеризует величину Рут и проверяется в АП, не содержащих элементов УЗП. 4. Потери запирания УЗП (Laan), характеризующие ослабление сигнала высокого уровня при его прохождении через УЗП. Этот параметр используется в СВЧ выключателях и ограничителях, рассматриваемых ниже. 5. Просачивающаяся мощность (Рпрос), характеризующая мощность передатчика на выходе УЗП *). 6. Время восстановления (в), определяющее продолжительность перехода АП и УЗП из режима передачи в режим приема, т. е. время перехода от схемы рис. 1.1,а к схеме рис. 1.1,6. Параметр /в есть время, по истечении которого приемник восстанавливает способность принимать слабые сигналы после прекращения импульса передатчика, т. е. сигналы, отраженные от близко расположенных целей. К основным параметрам низкого уровня относятся: 1. Потери в режиме приема (Z-np), характеризующие ослабление принимаемого сигнала при его прохождении через АП и УЗП (рис. 1.1,6). В устройствах, выполняющих только функции УЗП, этот параметр называют еще потерями пропускания. Величина Lnp определяется как отношение номинальных мощностей в плечах 2-3 АП или на входе - выходе УЗП. 2. КСВ антенного переключателя и УЗП в режиме приема (рпр) при согласованной нагрузке. Этот параметр позволяет определить возможное изменение общих потерь приема при работе этих устройств на рассогласованную нагрузку. Кроме перечисленных, для обеих групп параметров общим является также диапазон рабочих частот (полоса пропускания) Af. * В § 1.3 будуг рассмотрены два вида этого параметра энергия пика и плоская часть просачивающейся мощности, которыми характеризуют ряд УЗЦ. При проектировании АП и УЭП необходимо руковбД-ствоваться следующими общими требованиями, вытекающими из § В.4, а именно: величины параметров Lp, Lgan и Af должны быть максимальны, а остальные минимальны. Требование большой развязки Lp обусловлено тем, что при его выполнении облегчаются условия как разработки, так и использования УЭП, поскольку уменьшается поступающая на УЗП часть мощности передатчика. Создание больших потерь запирания Lgan необходимо для обеспечения надежной работы следующего после УЗП каскада (усилителя или смесителя). Требование малых потерь передачи Lnep является очевидным для сохранения мощности передатчика, а малое КСВ при передаче Рпер необходимо обеспечить, главным образом, потому, что мощность СВЧ генератора передатчика (в частности магнетрона) может уменьшиться при работе на рассогласованную нагрузку, т. е. при КСВ, заметно превышающем единицу. Одновременное выполнение всех общих требований к электрическим параметрам АП и УЗП не всегда является обязательным и зависит от конкретных условий использования этих устройств: назначения РЛС, диапазона рабочих частот и т. д. Например, для РЛС дальнего и сверхдальнего обнаружения малое время восстановления необязательно, а при работе передатчика иа фиксированной частоте не требуется широкая полоса пропускания. Наконец, весьма важное общее требование к УЗП- обеспечение защиты приемника без использования каких бы то ни было питающих и управляющих (импульсных) напряжений, формируемых вне УЗП. Другими словами, требуется пассивная работа УЗП, при которой единственным управляющим сигналом, под воздействием которого меняется затухание УЗП (от Lnp до /-зап), будет сама СВЧ мощность, поступающая на вход УЗП. Это требование в настоящее время еще не всегда выполнимо. 1.2. Классификация и схемы антенных переключателей Из всех известных схем АП достаточно широкое практическое применение в РЛС получили три схемы: а)от8етвительный АП ЮАП), б) балансный АП (БАП), а) ферритовый АП (ФАП). 3* 35 Отвегвительная схема АП является одной йз наиболее ранних схем АП, применявшихся в радиолокации. Она широко использовалась в РЛС до появления БАП на щелевых мостах и ферритового АП. Работа схемы ОАП основана на использовании двух различных переключательных элементов, включенных в линию передачи между передатчиком и антенной. В качестве переключательных элементов применяют специальные газоразрядные приборы СВЧ - резонансные разрядники. Антенна РбП РЗП ........ г-Ь-1 Передат-О  fПриемник Рис. 1.2. Схема ответвительного антенного переключателя. Известно несколько вариантов последовательного и параллельного включения разрядников в волновод АП [I, 2, 3]. Одна из распространенных схем ОАП (рис. 1.2) содержит параллельно включенный разрядник в ответвлении приемника и последовательно включенный разрядник в волноводе передатчика и использует свойства ко-роткозамкнутого и разомкнутого отрезков линии длиной Л/4 и Л/2 соответственно [4]. Во время излучения мощного импульса передатчика оба разрядника пробиваются и представляют собой сопротивления, близкие к короткому замыканию. Поэтому мощность передатчика лишь с небольшими потерями проходит в антенну. Функции УЗП в этой схеме выполняет разрядник в плече приемника, называемый разрядником защиты приемника (РЗП). При приеме сигнала низкого уровня разрядники не горят. Поэтому разрядник, последовательно включенный в плечо передатчика и называемый разрядником блокировки передатчика (РБП), создает для сиг-36 Мала Рс полувслновый разомкнутый на конЦе ofpeaoli волновода, имеющий очень большое входное сопротивление. (При необходимости приема сигналов в относительно широкой полосе частот - до 5% от средней частоты рабочего диапазона - используют два последовательно включенных РБП [1].) РЗП, включенный параллельно, в этом случае «прозрачен» для сигнала Рс и пропускает его с незначительными потерями в приемник. По своим электрическим параметрам ОАП заметно уступает схемам БАП и ФАП. Наиболее существенный его недостаток - ограниченная широкополосность (Л/7/о4-4-5% даже при использовании двух РБП) из-за сильного влияния импеданса негенерирующего передатчика на величину максимально возможных потерь приема Lnp {!]. Другими недостатками схемы ОАП являются: необходимость использования двух типов разрядников (РЗП и РБП) общим числом до трех и связанные с этим ограничения по долговечности и надежности АП, значительные потери передачи из-за потерь в РБП, наличие большого КСВ рпер, действующего кратковременно до момента возникновения разряда в разрядниках на начальном участке импульса передатчика. Например, в тщательно отработанной конструкции ОАП (рис. 1.2) .3-сл диапазона с двумя РБП получено: 1пер=1,11,5 дб (в зависимости от конструкции сопряжения РБП с волноводом) при Рпер = 10 кет, Z.np=2 дб иа краях полосы частот Af/fo=4,57o (потери приема ОАП измеряли, как это обычно принято, при самом неблагоприятном импедансе негенерирующего передатчика, имитируемого подвижным короткозамыкающим поршнем в волноводе). Схему ОАП следует считать устаревшей. В настоящее время в новых разработках РЛС см. и мм. волн она не применяется. Поэтому ответвительный АП в этой книге далее не рассматривается. Вопросы его проектирования детально изложены в [1]. Расчет характеристик ОАП дан в [1, 3, 5], параметры РЗП и РБП приведены в [1, 2, 6, 7]. В отличие от ОАП, балансный и ферритовый АП являются четырехплечными СВЧ устройствами (плечи /, 2. 3, 4 на рис. 1.3, 1.4). Рассмотрим их работу в самом общем виде (белее подробно см. в §§ 1.4, 1.5). Схема БАП (рис. 1.3) состоит из двух одинаковых волноводных мостов (§5.1) и двух одинаковых переключательных элементов (§ 1.3), включенных между мостами. Работа схемы основана на определенном соотношении (балансе) амплитуд и фаз СВЧ колебаний, распро-страняюпдихся в двух волноводных каналах схе.мы. Как йзЁёстно, в силу свойств моста любого типа {§ 5.1) при подаче СВЧ колебаний в одно из его плеч их мощность поровну распределяется между двумя другими (баланс амплитуд), не ответвляясь в четвертое плечо, при этом возникает определенный сдвиг фаз колебаний в. плечах, куда шоступает мощность. Величина относительного сдвига фаз зависит от типа моста. Мощность передатчика Рпер, подводимая кплечу 1 БАП (рис. 1.3), делится мостом (1) пополам с относительным сдвигом фаз ф и по- Нагрузка  Пере- датчик Волноводныи. Mocm(t) Переключательные элементы ВолнобоЗши. мост (г) УЗ/7 Приемник Рис. 1.3. Схема балансного антенного переключателя. ступает далее к переключательным элементам. Под воздействием этой мощности высокого уровня входное сопротивление переключательных элементов становится близким к нулю, поэтому практически вся падающая на них мощность отражается и возвращается в плечи 2 моста (/). При этом относительный сдвиг фаз отраженных колебаний на входе плеч 2 определяется не только исходной величиной гр, но и разностью расстояний от моста до каждого переключательного элемента *). Эта разность расстояний выбирается такой, чтобы при обратном распространении через мост (У) мощностей /пер/2 из плеч 2 обеспечивалась бы синфазность их колебаний в плече 2 и противофазность - в плече /. В результате обе отраженные мощности Рпер/2 суммируются в плече 2 и поступают из него в антенну. Таким образом мощность передатчика без заметных потерь оказывается переданной в антенну. ** На рис. 1.3 эта разность расстояний отсутствует (равна нулю), что соответствует частному, но наиболее распространенному случаю БАП, использующему мосты с величиной i)=90°. Более подробно этот случай см. в § 1.4. Некоторая часть мощности передатчика просачивается через переключательные элементы и попадает в плечи 5, 4 моста (2). Расстояния от переключательных элементов до этого моста делают такими, чтобы (с учетом исходного фазового сдвига колебаний на входе переклю-чательных элементов) получить такой относительный фазовый сдвиг просачивающихся колебаний на входе плеч 5, 4, при котором после прохождения этих колебаний через мост (2) они были бы синфазпы в плече 4 и противофазны в плече 5. Таким образом просачивающиеся мощности переключательных элементов склады-ваются в плече 4 и поглощаются там согласованной нагрузкой (Рпрос s)- к приемнику поступает лишь небольшая часть (Рпрос д) этой мощности, обусловленная не-ндеальным балансом амплитуд и фаз просачивающихся колебаний в плече 3 (неодинаковость амплитуд и неполная -противофазность). По этой и некоторым другим причинам (§ 1.4) иногда оказывается необходимым использовать на выходе БАП дополнительное устройство защиты приемника (рис. 1.3). При приеме из антенны сигнала Рс низкого уровня переключательные элементы обладают весьма малым затуханием. Поэтому сигнал Рс, распространяясь через мост (/), делится им по мощности пополам с соответствующим фазовым сдвигом, проходит через переключательные элементы и мост (2) и снова объединяется в единый сигнал на выходе плеча (5), т. е. на входе приемника. Такое прохождение сигнала Рс из плеча 2 в плечо 3, как нетрудно убедиться на основе вышеизложенного, полностью аналогично прохождению части мощности передатчика (в виде просачивающейся мощности Рпрос s) из плеча 1 в плечо 4. Так осуществляется в схеме БАП разделение путей следования мощностей высокого и низкого уровня. Работа ферритового АП основана на использовании невзаимных свойств четы кулятора (рис. 1.4) [8, 9 свойств заключается в эехплечного ферритового цир-Сущность этих невзаимных „„..... следующем. При подведении к какому-либо плечу циркулятора, например к первому, СВЧ сигнала последний пройдет только в плечо 2, заметно не ответвляясь ни в какое другое. Если же подать сигнал в плечо 2, вся его мощность выйдет из плеча 5, а не из плеча /, как это было бы в устройстве со взаимными свойствами. На рис. 1.4 циркулятор изображен 0 1 2 3 [4] 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 |