|
| |
|
Слаботочка Книги при Ри>Рзат происходит зажигание РЗП и соответствующее уменьшение проходящей через него мощности. Поэтому для обеспечения надежной защиты полупроводникового диода от воздействия мощных помех, которые могут попасть в антенну РЛС (§§ В.З, 1.1), необходимо, чтобы (1.1)  Рнс. 1.6. Характер изменения во времени просачивающейся мощности н потерь широкополосного РЗП прн н после воздействия мощности передатчика: а) огибающая СВЧ импульса передатчика; б) огибающая просачивающейся мощности РЗП; в) зависимость i.np(0; / - пик просачивающейся мощности; г -плоская часть; 3 - кривая восстановления потерь. где Ридоп - максимально допустимая для полупробод-никового диода импульсная мощность, при которой в условиях эксплуатации не происходит ухудшения-параметров диода. Для РЗП см диапазона Рзаж~100-т-200 мет при длительности импульса Ти~1 мксек. Следует учитывать, что величина Рааж начинает возрастать при уменьшении Ти ниже приблизительно 0,3-0,5 мксек, причем при Ти0,1 мксек мощность Рзаж может возрасти в несколько раз по сравнению с Ти=1 мксек. Такая зависимость Рзаж(т) связана с инерционностью процесса ионизации газа в РЗП. По этой причине в РЗП мм волн, в котором обычно Ти0,1 мксек, величина Рзаж больше, чем на см волнах, и может быть равна 0,5-1 вт и более в завиеи.мости от длительности импульса. Мощность зажигания зависит также от величины тока поджига. При отсутствии последнего (например, в условиях выключенной РЛС) величина Рзаж резко возрастает и может достигать единиц или даже десятков ватт в импульсе. Наиболее важным защитным параметром РЗП является энергия пика, поскольку она воздействует на диод в течение всего времени работы передатчика и, как показывает опыт, чаще всего является основной причиной ухудшения параметров или выхода из строя диода [4, И, 12], вызывая чрезмерный разогрев полупроводниковой структуры диода п, как следствие, нарушение пли выгорание последней. Как известно, при воздействии импульсной мощности на полупроводниковый диод температура в малой области точечного контакта (р-п перехода) последнего, где происходит выделение тепла за счет поглощения мощности, определяется либо энергией, либо мощностью импульса в зависимости от его длительности. Если Ти меньше тепловоц постоянной диода (времени установления стационарной температуры в диоде), то выделяющееся в точечном контакте (рт переходе) тепло не успевает распространиться в толщу полупроводника и возникающая при этом температура определяется энергией импульса, независимо от его формы. Наоборот, если Ти больше тепловой постоянной, то за время действия импульса в диоде успевает установиться стационарный процесс отвода тепла, и возникающая при этом температура в точечном контакте будет пропорциональна импульсной мощности. Поскольку длительность пика просачивающейся мощности РЗП соизмерима с тепловой постоянной диодов (порядка 10~ сек для точечных сме- сйтельных диодов {12]), его характеризуют не мощно-стьЮ; аэнергией. РЗП см и мм волн имеют энергию пика в пределах Un=0,02-0,4 эрг*\ Величина Un зависит от ряда факторов. Она возрастает при уменьшении тока поджига ниже 10-20 мка, а при его отсутствии увеличивается, как и Рзаж, в несколько раз. Un возрастает также при уменьшении Ти ниже 0,1 мксек и при уменьшении частоты посылок импульсов. В первом случае это происходит из-за увеличения крутизны переднего фронта импульса (т. е. сказывается влияние инерционности процесса развития разряда) **; во втором -из-за уменьшения остаточной концентрации электронов между конусами, обусловленной предыдущим СВЧ разрядом, к моменту начала следующего импульса [1]. Просачивающаяся мощность плоской части импульса (Рпл) всецело определяется конструкцией РЗП и его газовым наполнением. Величина Рпл всех РЗП см и мм волн лежит в пределах от единиц до 100-150 мет и обычно не представляет опасности для полупроводниковых диодов. В широкополосных РЗП из-за поочередного зажигания разрядных промежутков и входного окна уровень просачивающейся мощности после окончания пика непостоянен (рис. 1.6,6) [1,4]. Измеряемое на практике значение Рпл соответствует средней величине за время импульса. При Ти<0,2ч-0,3 мксек плоская часть просачивающегося импульса почти отсутствует. Величины ип и Рпл почти не зависят от уровня импульсной мощности на входе РЗП. Практически их можно считать неизменными при Ри>1 вт [1, 10, 13]. Следует иметь в виду, что значения защитных параметров Рзаж, Wa и Рпл зависят от температуры окружающей среды (возрастают с ее увеличением) и от импеданса нагрузки РЗП. При значительном КСВ нагрузки и определенной (наихудшей) фазе коэффициента отражения величины Рзаж. и Рпл широкополосных РЗП возрзстают в 1,5- 2 раза {10, 11]. Рассмотрим время восстановления РЗП. Величина /в зависит от различных факторов и может изменяться в процессе эксплуатации в значительных пределах. В начале срока службы при максимальной рабочей мощности *) 1 эрг= 10- джоуля. ** По этой же причине иа величину Wn влияет крутизна переднего фронта СВЧ импульса передатчика при неизменной длительности ТиГ с увеличением крутизны величина Wn растет. Римакс У различных РЗП см И мм волн /в~ 1-10 мксек. Из-за постепенного уменьшения содержания паров воды в процессе работы РЗП к концу срока службы /в возрастает в 2-3 раза. Характерными являются также следующие зависимости параметра t. Величина ts уменьшается по мере уменьшения импульсной мощности по отношению к Римакс И ПрИ Ри<0,5 КвТ ВрСМЯ ta СОСтав- Ляет во многих случаях десятые доли мксек. Время восстановления уменьшается также с уменьшением длительности импульса [1, 13]. Весьма нежелательным свойством РЗП, обусловленным содержанием в нем паров воды, является значительная зависимость параметра 4 от температуры в области отрицательных температур окружающей среды /окр- При /окр=-(40-60) °С из-за уменьшения содержания паров воды в объеме разрядника величина может возрасти в несколько раз и в некоторых типах РЗП достигает десятков микросекунд. Рабочие уровни импульсной мощности РЗП ограничены не только сверху, но и, как правило, снизу. При мощности Римакс ПРОИЗВОДИТСЯ испытание РЗП на долговечность. Величины Римакс И Римин ззвисят ОТ назначения РЗП. в разрядниках, предназначенных для работы в схемах ОАП и БАП, величина Римакс чаще всего лежит в пределах от 100 до нескольких сот киловатт, а значение Ри мпн, определяемое минимальной мощностью передатчика (обычно единицы кет), во много раз больше мощности зажигания и не всегда нормируется. РЗП, работающие в схемах ФАП, имеют Римакс от 1-10 кет {мм волны) до нескольких десятков кет {см волны), в схеме ФАП, как показано в § 1.5, величина Ри, поступающая на РЗП в процессе работы может меняться в широких пределах вплоть до достаточно малых значений. Поэтому в таких РЗП Римин=1-5 вт и, как правило, оговаривается в технических условиях. Это минимальная импульсная мощность, которую необходимо подвести к РЗП в реальных условиях работы (с учетом влияния рассогласованной нагрузки), чтобы обеспечивалось его надежное зажигание. Потери мощности высокого уровня в РЗП (Lnep) обусловлены поглощением мощности в дуге разряда и в герметизирующем диэлектрике входного окна. Эти потери приводят к нагреву РЗП и влияют на его долговечность. С точки зрения общих характеристик АП потери разрядника Z-nep важны только в схемах ОАП и БАП, в кото- рых они увеличивают общие потери АП в режиме передачи. Характерные значения потерь разрядника Lnep= = 0,10.4 дб. б) Особенности РЗП миллиметровых волн Известно, что по мере укорочения рабочей длины волны, величины напряженности электрического поля, при которых возникает и протекает СВЧ разряд, возрастают [1, 4]. Это приводит к соответствующему увеличению параметров Рзаж и ип. Кроме того, в РЛС км волн используются, как правило, весьма короткие импульсы (ти 0,1 мксек), длительность которых становится соизмеримой с временем развития разряда. При работе с малыми Ти, как уже отмечалось, величины Рзаж и Wn также возрастают. С другой стороны, с укорочением длины волны уменьшается устойчивость усилительных и смесительных СВЧ диодов к перегрузкам СВЧ мощностью. По этим причинам на мм волнах, особенно в коротковолновой части диапазона, возникает существенный разрыв между величиной защитных параметров РЗП и макси-*** мально допустимыми уровнями мощности диодов. В частности, не удается выполнить условие (1.1). На мм волнах Рзаж -0,51 вт и более и может на порядок и более превышать допустимую мощность Ри доп для диодов. Приблизительно так же обстоит дело и с энергией пика РЗП в коротковолновой части мм диапазона. Для снижения величины Wn в этом диапазоне волн можно использовать схему БАП (см. § 1.4). Таким образом, если на см волнах РЗП в большинстве случаев способны выполнять функции устройства защиты приемника но крайней мере при включенной РЛС (т. е. при наличии напряжения на электроде поджига), то в мм диапазоне даже в этих условиях одиночный РЗП уже не в состоянии выполнять все функции УЗП без использования дополнительных элементов защиты. Характерным для РЭП мм волн является также уменьшение полосы пропускания (Д /п л; 2,55%), возрастание потерь приема (до2 дб) и КСВ (до ~2,5), сни51ние Римакс (до 5-10 кет) л долговечности (до нескольких сот часов). Ухудшение параметров низкого уровня связано, главным образом, с конструктивными и технологическими трудностями изготовления резонансных структур с малыми размерам.и и жесткими допусками на них. 50 Из приведенных данных видно, что на мм волнах с помощью РЗП можно обеспечить защиту приемника только от просачивающейся мощности собственного передатчика, а от несинхронных внешних помех защита не обеспечивается. Последнее обстоятельство является, вообще говоря, существенным недостатком РЗП в мм диапазоне. Полагают, однако, что на мм волнах вероятность по;1адания на вход приемника РЛС мощных помех меньше, чем в см диапазоне из-за более узкой диаграммы направленности антенны. Поэтому отсутствие защиты от этих помех до некоторой степени менее опасно, чем на см волнах. Учитывая это, в некоторых случаях может оказаться целесобразным (при отсутствии других, более эффективных УЗП) испсльзовать на мм волнах, особенно в коротковолновой части этого диапазона, не обычные РЗП, а так называемые управляемые разрядники * [6]. В последних, в отличие от обычных РЗП, используется не СВЧ разряд, а импульсный разряд, возникающий под воздействием видеоимпульса напряжения, подводимого к специальному электроду поджига разрядника. Управляющий (поджигающий) ймпульс напряжения подается синхронно и с некоторым опережением по отношению к импульсу передатчика, так чтобы к моменту начала последнего в разряднике успел сформироваться разряд. Затухание, вносимое управляемым разрядником, может достигать 100 дб и более [14], вследствие чего просачивающаяся мощность на его выходе может быть меньше 1 мет, а пик просачивающейся мощности из-за опережающего поджига вообще отсутствует. Таким образом может быть обеспечена весьма надежная защита от собственного передатчика. Очевидно, что от внешних сигналов защита не обеспечивается. в) Предварительные разрядники защиты приемника Предварительные РЗП являются разновидностью рассмотренных широкополосных РЗП и предназначены, главным образом, для ослабления мощности, падающей на вход последующего РЗП, а также для защиты электроннолучевых малошумящих усилителей (например ЛБВ), выдерживающих без повреждения значительные им- * Иногда нх называют также импульсными аттенюаторами. 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 |