|
| |
|
Слаботочка Книги Передатчик / Царкулягпор  схематически в виде окружности с четырьмя ответвлениями-плечами, причем направления пропускания сигнала от одного плеча к соседнему показаны стрелками вдоль окружности. Указанные невзаимные свойства ферритового цирку-лятора делают его почти идеальным антенным переключателем, поскольку передатчик и приемник одновременно подключены к антенне, будучи развязанными между собой. Из-за конечной величины развязки плеч /-5 циркулятора- появляется утечка мощности передатчика в плечо приемника (рис. 1.4). Кроме того, часть мощности передатчика (Ра) отражается от антенно-фидерного тракта (из-за практически всегда имеющегося некоторого рассогласования импедансов) и, возвращаясь в плечо 2, аналогично сигналу Рс также поступает в плечо 5. Мощности Рут и Ра объединяются в этом плече с учетом их фаз колебаний, попадают на УЗП, входное сопротивление которого на высоком уровне близко к короткому замыканию, отражаются от УЗП и в силу свойств циркулятора направляются далее в поглощающую согласованную нагрузку плеча 4. В наузе между импульсами передатчика полезный сигнал Рс из антенны через плечи 2-3 циркулятора н УЗП проходит на приемник. Так работает схема ФАП на высоком и низком уровне. Прежде чем перейти к более подробному анализу свойств а характеристик БАП и ФАП, рассмотрим переключательные элементы, используемые для создания Ап и УЗП. 1.3. Переключательные элементы антенных переключателей. Устройства защиты приемника Перехлючательные элементы АП и УЗП можно разделить на две группы в зависимости от того, требуются ли для их работы или не требуются источники питдни 40 УшройстШо защищы приемника Приемник Рис. 1.4. Схема ферритового антенного переключателя. И (или) урравляющего напряжения (тока): а) элементы и устройсгва управляемые, или активного действия, б) элементы и устройства самоуправляемые, или пассивного действия. Для последней группы приборов, как уже yкaзывaлqcь (§ 1.1), единственным источником питания и управле1ия, под воздействием которого происходит пе-peключeнfe АП и меняется затухание УЗП, является сам СВЧ сигнал, поступающий от передатчика или из антенны. Гакие приборы наиболее желательны для использования в РЛС, т. к. они обеспечивают защиту приемника Bije зависимости от того, включена или выключена РЛС; нормально или ненормально работают ее другие узлы й блоки. Управляемые элементы и устройства требуют ;ля выполнения своих функций подведения питающего ц. (или) управляющего напряжений: постоянного :или игнульсного, синхронизированного с работой передатчика либо того и другого вместе. Поэтому такие УЗП не защищают приемник при выключенной РЛС, а при использовании синхронизированного импульсного питания не всегда могут обеспечить также надежную защиту от внешних несинхронных помех и при включенной станции. В настоящее время в качестве переключательных элементов АП и УЗП практическое применение на СВЧ получили резонансные разрядники, полупроводниковые диодные выключатели и ограничители и быстродействую-WfUe ферритовые переключатели. 1.3.1. Резонансные разрядники Резонансные разрядники относятся в своем большинстве к группе управляемых переключательных элементов и используются в радиолокации»со времени ее зарождения. До сравнительно недавних пор разрядники были едтшственными электронными СВЧ переключателями, пригодными для создания АП и УЗП. В настоящее время, несмотря на наличие полупроводниковых и быстродействующих ферритовых переключателей, разрядники все еще являются приборами, наиболее широко используемыми в РЛС, особенно в коротковолновых диапазонах СВЧ и при больших переключаемых мощностях. * В дальнейшем для краткости будем пользоваться термином «разрядники», поскольку нерезонансиые разрядтшки на см и волнах не применяются. Разрядник представляет собой вакуумно-герметй1нуЮ резонаторную структуру, заполненную газом, главным образом, смесью паров воды с аргоном или водородом, при низком давлении (от единиц до нескольких десятков мм рт. ст. в зависимости от рабочей частоты) [1, 4]. При воздействии СВЧ электрического поля высокого уровня мощности внутри разрядника возникает СВЧ газовый разряд, в результате чего входное сопротивление разрядника становится очень малым, а вносимое им затухание для проходящего через него мощного сигнала резко возрастает. При действии СВЧ поля низкого уровня мощности разряд отсутствует и разрядник ведет себя как СВЧ фильтр (резонатор). Разрядники, применяемые в схемах БАП и ФАП, называются разрядниками защиты приемника (РЗП). По величине добротности на низком уровне мощности СВЧ поля РЗП разделяются на узкополосные (высокодобротные), требующие настройки на рабочую частоту, и широкополосные (низкодобротные) с фиксированной настройкой. Последние обладают рядом преимуществ по сравнению с узкополосными разрядниками, а именно: 1) позволяют работать с перестройкой частоты передатчика, 2) упрощают настройку приемного тракта, 3) имеют меньшие вносимые потери Lnp и значительно большее затухание прямой связи (между входом и выходомна высоком уровне мощности), 4) обладают меньшей зависимостью просачивающейся мощности от изменения импеданса нагрузки, 5) обеспечивают большее ослабление мощности гармоник передатчика* 2, 4, 10]. Все это явилось причиной вытеснения узкополосных РЗП широкополосными и практически повсеместного использования последних на см и мм волнах. Поэтому в дальнейшем будем рассматривать только широкополосные РЗП. Устройство и характеристики узкополосных разрядников приведены в [1, 2, 4, 6, 7]. а) Устройство и характеристики широкополосных РЗП Типичный широкополосный РЗП представляет собой волноводныи полосовой фильтр с четвертьволновыми * На 2- и 3-й гармониках мощность магнетрона на 30-50 дб меньше, чем на основной частоте, и может достигать поэтому единиц и десятков ватт в импульсе. При недостаточном ослаблении гармоник в УЗП это может привести к выходу нз строя полупроводникового диода во входном каскаде СВЧУ [10].  о я и о ч о с о i£ О о. к £с Вт go-о ш (- s о о. я о о я е > 1 § I г. к о о с £ 2 I Ч я т i - 3 5 m га ка Я" 5 о , S  связями, состоящий из четырех резонансных элементов: двух резонансных разрядных промежутков и двух ваку-умно-герметичных резонансных окон связи (рис. 1.5). Конструктивно такой РЗП выполняют в виде отрезка прямоугольного волновода, имеющего длину около ЗЛ/4 и размеры поперечного сечения, стандартные для рабочей частоты РЗП прн колебаниях типа Я,о. Каждый резонансный промежуток состоит из двух индуктивных диафрагм и двух емкостных конусов, расположенных навстречу друг другу в середине широких стенок волновода, где напряженность электрического поля максимальна. Зазор между конусами (т. е. емкость) устанавливают таким, чтобы получить резонанс. Для уменьшения порогового уровня мощности (так называемой мощности зажигания Рзаж), при котором в разряднике возникает СВЧ разряд, во всех РЗП используют вспомогательный тлеющий разряд на постоянном токе, создаваемый специальным электродом, называемым электродом поджига *\ Вспомогательный разряд, действующий непрерывно, создает начальную концентрацию свободных электронов в газе, благодаря котооой происходит ионизация при меньших напряЖенностях СВЧ электрического поля. Для получения малой Рпрос электрод поджига всегда устанавливают в разрядном промежутке, ближайшем к выходному окну. Используют два конструктивных варианта введения электрода поджига - коаксиальный и боковой. В первом случае (рис. 1.5 электрод поджига расположен внутри одного из конусов разрядного промежутка (при этом вспомогательный разряд оказывается в значительной степени экранированным от объема, где имеется СВЧ поле), во втором -вне kohvcob, но в том же сечении волновода. Боковой электрод поджнга вводится через середину узкой стенки волновода перпендикулярно направлению электрического поля, при этом конец электрода поджига располагают вблизи зазора между конусами [1]. На низком уровне мощности РЗП представляет собой полосовой фильтр, характеристики которого 6 диапазонах см и мм волн лежат в следующих пределах: Af/fo= = 3-12%, Z.np<0,7H-2 дб, рпр< 1,3:2,5 (худшие значения этих параметров относятся к мм волнам). С увеличением мощности, действующей на входе РЗП, при некотором пороговом ее значении Рзаж происходит зажигание разрядника. Первым возникает СВЧ разряд между конусами, где расположен электрод поджига, затем разряд перебрасывается на первую пару конусов, поскольку * Для краткости мы будем пользоваться этим широко распространенным термином, хотя более точным является название «электрод вспомогательного разряда». она оказывается в пучности стоячей волны напряжения закороченного (разрядом второй пары) четвертьволнового отрезка волновода (сопротивления разрядных промежутков при возникновении разряда в них близки к нулю). Наконец, при достаточной входной мощности возникает разряд на входном окне, причем высокая проводимость плазмы этого разряда практически закорач1ивает окно [1, 4]. СВЧ разряд в начале каждого импульса передатчика возникает не мгновенно. Время установления разряда равно iylQ- сек. В течение этого времени через РЗП просачивается значительная энергия СВЧ колебаний, называемая энергией пика (Wu) просачивающейся мощности. Пик просачивающейся мощности обусловлен не только конечным временем установления разряда, но и тем, что напряжение зажигания дуги разряда больше напряжения горения. После возникновения разряда просачивающаяся мощность уменьшается, при этом ее величина обусловлена падением напряжения в дуге СВЧ разряда и называется просачивающейся мощностью плоской части (Рпл) импульса (рис. 1.6,6). После окончания импульса передатчика разряд прекращается и начинается процесс деионизации и деэлектро-низации газового наполнения РЗП, при этом происходит постепенное восстановление величины потерь приема до исходного значения Z-np. Количественно длительность этого процесса характеризуется временем восстановления h. отсчитываемым от момента окончания импульса передатчика до момента, когда потери РЗП в заданное число раз Z-b больше их величины в полностью восстановившемся состоянии (рис. 1.6,в). Обычно выбирают Z-b = 3 дб или б дб. К параметрам РЗП высокого уровня мощроти, кроме названных (Рзаж, Wu. Рпл, в), относятся также максимальная и минимальная рабочие импульсные мощности, падающие на РЗП (Римакс, Римин), и потери мощности высокого уровня в РЗП (Z-nep). Параметры Рзаж, и Рпл называются защитными параметрами, т. к. их величина определяет пригодность РЗП обеспечивать защиту следующего за ним каскада на полупроводниковом диоде (усилитель, смеситель). Рассмотрим параметры высокого уровня более подробно. Мощность Рзаж пpeдcтaвлйet собой Максимальную импульсную мощность, которай проходит через РЗП так Же, как слабый сигнал, без существенного Ослабления. 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 |