takya.ru страница 1страница 2страница 3
скачать файл
ОПРЕТ Тема 1 1

Загальні відомості про радіолокаційну станцію (РЛС).

Заняття №1 Загальні відомості про РЛС. Основні характеристики РЛС і вимоги до них.

Питання заняття



  1. Місце РЛС в радіотехнічній системі.

  2. Узагальнена структурна схема РЛС.

  3. Основні характеристики РЛС і вимоги до них.


Місце РЛС в радіотехнічній системі

РЛ система - це сукупність радіотехнічних засобів, певним чином розташованих на території і функціонально зв’язаних між собою для розв’язання задач збору, обробки і видачі РЛ інформації.
У відповідності з визначенням до складу РЛ систем входять:

  • засоби радіолокації (ЗРЛ);

  • комплекси засобів автоматизації (КЗА);

  • спеціальні засоби.



До ЗРЛ відносяться:


  • засоби активної локації (активні РЛС з пасивною відповіддю);

  • активні РЛС з активною відповіддю, що призначені для роботи із своїми повітряними об'єктами;

  • засоби пасивної локації (пасивні РЛС).


РЛ системи дозволяють розв’язувати широке коло задач, котрі визначаються споживачами - системами більш високого порядку, до яких вони входять.

Наприклад, РЛ система ППО здійснює :

  • РЛ розвідку повітряного простору;

  • розпізнавання повітряних цілей;

  • контроль за польотом своїх літаків;

  • спостереження і видачу даних про метеоумови і т.п.


РЛ інформація, що видається системою, використовується також для оцінки повітряної обстановки і вирішення задач:

  • цілерозподілення;

  • визначення необхідного наряду сил і засобів ППО;

  • цілевказівку ЗРК;

  • наведення винищувальної авіації ППО на повітряні цілі.


Класифікація РЕТ ППО

Класифікація РЕТ ППО

Тактичні ознаки

Технічні ознаки

Цільове призначення

Кількість вимір. координат

Мобільність

Діапазон хвиль

Метод РЛ

Метод дальнометрії

Кількість РЛ каналів

Попередження

Виявлення і наведення

Цілевказівки ЗРК

Виявлення МВЦ

Спеціальні

3-коорд.
2-коорд.

Стаціонарні

Возимі

Рухомі

(м)

(дм)

(см)

Актив. з пасив. відповід.

Актив. з актив. відповід.

Пасивні

Імпульс.

Неперервний

Одноканальні

Багатоканальні


Узагальнена структурна схема РЛС

Незважаючи на різницю ТТХ, варіантів технічних рішень окремих систем і їх елементних баз, РЛС мають багато спільного. Це відноситься в першу чергу до їх функціональної структури.
У відповідності з принципом роботи активні РЛС:

  • формують зондувальні сигнали заданої структури і випромінюють електромагнітну енергію в заданому напрямку;

  • приймають і обробляють відбиті від цілей сигнали;

  • забезпечують прийняття рішень про наявність цілі, вимірювання її координат і параметрів руху.



Рис. 1. Узагальнена структурна схема РЛС


Для виконання цих задач до складу РЛС входять:

  • система формування зондувального сигналу;

  • антенна система, що забезпечує спрямоване випромінювання зондувальних і прийом відбитих сигналів. Для створення необхідної форми зони огляду і забезпечення можливості визначення кутових координат виявлених об’єктів здійснюється сканування (механічним або електричним способом) антенного променя у відповідних площинах;

  • система обробки сигналів, що приймаються антеною, забезпечує максимізацію якості виявлення цілей при наявності різного роду перешкод. Являє собою сукупність пристроїв підсилення сигналів, узгодженої фільтрації і захисту від активних і пасивних завад;

  • система прийняття рішень про наявність цілі, вимірювання її координат і параметрів руху, являє собою систему індикатор РЛС - оператор в РЛС з візуальним зняттям координат;

  • система синхронізації забезпечує синхронну роботу всіх трактів і систем РЛС;

  • система керування режимами роботи РЛС дозволяє обирати оптимальний режим в конкретній повітряно-перешкодовій ситуації;

  • система електроживлення;

  • ряд додаткових систем і пристроїв, котрі забезпечують нормальне функціонування її основних трактів і систем (система вентиляції та охолодження, система контролю, пристрої захисту від перевантажень і т. п.).


Основні характеристики РЛС і вимоги до них

РЛС, що стоять на озброєнні, характеризуються ТТД, котрі являють собою кількісні значення основних характеристик конкретного зразка РЛС для середніх умов його бойового використання і експлуатації. Вони визначаються в результаті ретельної експериментальної перевірки зразків даного типу РЛС.



ТТД визначають бойові можливості РЛС і заносяться в її формуляр. Систему показників, що використовуються для оцінки бойових можливостей РЛС та проведення тактичних розрахунків, називають тактичними характеристиками РЛС.
До тактичних характеристик РЛС відносяться:


  • склад інформації, що видається;

  • зона огляду;

  • точність інформації, що видається;

  • роздільні здатності по вимірювальним координатам;

  • інформаційна здатність;

  • дискретність видачі даних;

  • перешкодозахищеність;

  • надійність;

  • електромагнітна сумісність;

  • маневрені характеристики (час розгортання і згортання, час вмикання, мобільність і т. д.).


Зона огляду:

називається частина простору, у межах якої РЛС забезпечує отримання інформації про ціль із загальним середнім значенням ефективної поверхні з якістю не нижче потрібної.
Під якістю РЛІ розуміють сукупність наступних показників:

  • ймовірність правильного виявлення і хибної тривоги (якість виявлення);

  • точність інформації і дискретність її видачі.


Форму ЗО РЛС прийнято характеризувати графіком або таблицею залежності D=f(H) (де D - дальність до межі ЗО; H - висота польоту цілі над поверхнею землі), а також розмірами зони в азимутальній площині.

Форму ЗО в площині кутів місця для РЛС виявлення і наведення звичайно обирають такою, що для кутів місця emin£ e£e0 забезпечувалась максимально можлива дальність дії (ізодальнісна ділянка зони), а для кутів місця, що перевищують e0 - максимальна висота виявлення (ізовисотна ділянка зони).


Параметрами зони огляду є:

  • розміри зони в азимутальній площині;

  • emin і emах;

  • Hmax;

  • максимально похила дальність дії D.

Параметри ЗО вибираються з урахуванням тактичних вимог і технічних можливостей їх реалізації.

Для РЛС сантиметрового діапазону emin»0,4-0,5°

метрового діапазону emin»7,2l/ha.

Максимальний кут місця emах для виключення ²мертвої вирви² бажано вибрати 90°. Але це призвело б до значного ускладнення конструкції антенної системи. Доцільним вважається вибір значення emах

  • в см. діапазоні хвиль - 35-45°

  • в м діапазоні хвиль – 20-30°




Нmax не повинна бути менша, аніж максимальна можлива висота польоту сучасних і перспективних літаків

Нmax³(20¸40)км.

Максимальна дальність виявлення цілі Dц, що летять на висоті Нmax бажано мати не менш як rпр

Однак це пов’язано із значним підвищенням потужності передавального пристрою (збільшення вартості та об’єму апаратури РЛС).

Тому зараз забезпечують дальність виявлення близьку до дальності прямої видимості тільки для МВЦ і цілей з великою ефективною поверхнею s (стратегічні бомбардувальники).

По цілях з s=1м2 в РЛС виявлення і наведення D=300-400км.


Точність вимірювання координат:

характеризується помилкою вимірювання, яка є різницею між істинним і виміряним значенням координат.

Як характеристики точності найчастіше використовують:

  • математичне очікування m;

  • середньоквадратичне значення помилки вимірювань sDх;

  • серединна (імовірна) помилка Dсер;

  • максимальна помилка Dmax.


Довідка:



де хі = аі - Х - випадкова помилка і-го вимірювання;

аі - результат і-того виміру;

X - істинне значення вимірюваної координати;

n - число вимірювань.

Загальна помилка складається з окремих складових, що зумовлені різними дестабілізуючими факторами. Так, наприклад, середньоквадратична помилка вимірювання незалежної координати (D, b, e) визначається співвідношенням



де sпот - потенціальна помилка вимірювання координати;

sррх - помилка, зумовлена особливостями розповсюдження радіохвиль в атмосфері;

sінст - інструментальна помилка, зумовлена неідеальністю роботи елементів і вузлів РЛС;

sдин - динамічна помилка, зумовлена зміною місцезнаходження цілі за час вимірювання.
Точність вимірювання дальності

Потенційна помилка вимірювання дальності

Ця помилка характеризує граничну досяжну точність і визначається відношенням сигнал - шум і шириною спектра зондувального сигналу



(Рс/Рш)вх.вимір.=g1(R/r)4

де Пе - ефективна ширина спектра зондувального сигналу (Пе=кПзс, к=1,7...3);

g1 – відношення с/ш на вході пристрою зрівняння з порогом при якому забезпечується задана якість виявлення;

(Рс/Рш)вх.вимір - відношення с/ш на вході вимірювального приладу.

Залежність sRпот від параметрів РЛС

sRпот=(0,1-0,2)с(r/R)2/ПзсVγ1

Для зменшення цієї помилки треба підвищувати Пзс та R.

Потенційна помилка вимірювання дальності в РЛС виявлення навіть при використанні порівняно вузькосмугових сигналів звичайно не перевищує значень sRпот=50...150м і складає незначну частину (10...15%) від загальної (сумарної) помилки вимірювання дальності при візуальному зніманні інформації. При автозніманні вона може вносити суттєвий внесок в загальну помилку вимірювання.
Помилка вимірювання дальності за рахунок особливостей розповсюдження радіохвиль.

Атмосфера є неоднорідним середовищем, в якому спостерігається зміна швидкості і порушення прямолінійності розповсюдження радіохвиль. Все це призводить до виникнення помилки вимірювання дальності. В РЛС виявлення sRррх=10...15м і її можна не враховувати, тому що вона суттєво менш потенційної.
Інструментальна помилка вимірювання дальності.

Її складовими sRінстр є:

  • помилка за рахунок зміни часу запізнення сигналу tзап при проходженні через приймальний тракт tзап=(0,3...3)tі stзап=0,1-0,2мкс;

  • помилка знімання координат.


Помилка, що виникає при зніманні координат, залежить від виду знімання.
При візуальному зніманні вона обумовлена:

  • неточністю формування масштабних міток дальності;

  • неточністю визначення центра відмітки;

  • інтерполяцією положення центра відмітки відносно ММД.




При автоматичному зніманні дальність вимірюється по номеру каналу дальності N, в якому знаходиться сигнал цілі r*=NDr,

де Dr - діапазон дальностей, котрий перекривається одним каналом дальності.

Причиною виникнення помилки знімання дальності в цьому випадку являється дискретизація по дальності і нестабільність частоти повторення імпульсів дискретизації.
При напівавтоматичному зніманні помилка вимірювання дальності обумовлена:

  • неточністю визначення центра відмітки;

  • неточністю суміщення маркера із центром відмітки;

  • дискретністю представлення дальності.

Динамічна помилка.

Динамічна помилка обумовлена зміною дальності до цілі за час знімання, що визначається як інтервал часу від початку опромінювання цілі до моменту вводу в канал зв’язку інформації про її дальність.

sRдин=Vцtзнcosq,

де tзн - середній час знімання (візуальне - 5с, напівавт - 2-3с, авт - 0с);

q – ракурс цілі (кут між напрямком на ціль і напрямком її руху);

Vц – шляхова швидкість цілі.
Для зниження sRдин треба використовувати автоматичне або напівавтоматичне знімання інформації.

Точність вимірювання азимуту.

Потенційна помилка

Потенційна помилка вимірювання кутових координат визначається формою та шириною діаграми направленості антени у відповідної площині, відношенням сигнал/перешкода на вході вимірювача і способом вимірювання координат.

В загальному випадку: Систематичні помилки при вимірюванні азимуту виникають при неточному орієнтуванні антенної системи РЛС, а також внаслідок невідповідності між істинним положенням антени і електричною масштабною шкалою азимуту.

Випадкові помилки вимірювання азимуту bц обумовлюються нестабільністю роботи системи обертання антени, схеми формування масштабних відміток азимуту, а також помилками знімання (при візуальному зніманні).



де gb - коефіцієнт погіршення точності визначення азимуту реальної РЛС.





Точність вимірювання висоти.

Помилка вимірювання висоти складається з помилки вимірювання дальності і помилки вимірювання кута місця. Визначається виразом:



При sR=0, або при малих кутах місця: sн=rcossee ® sн=rse.

Якщо r=300км se=5¢, то sн=450м. Це свідчить про значний вплив se на sн. При se=0 ® sн=(sine+r/Rз_екв)sRRsine

Якщо e=30° sR=500м, то sн=250м, тобто вплив помилок вимірювання дальності також дуже суттєвий.

Для зниження sн в трикоординатних РЛС знімання координат r і e та їх ввід в ЕОМ повинно проводитись автоматично, або, по крайній мірі напівавтоматично.
Роздільна здатність по координатам:

розуміють таку мінімальну різницю в даній координаті у двох цілей при співпаданні у них інших координат, за якою цілі спостерігаються роздільно.

Тактичні вимоги до роздільної здатності визначаються, в першу чергу, щільністю бойових порядків ЗПН, котра залежить від льотно-технічних даних літаків, їхнього навігаційного обладнання, а також бойових можливостей вогневих засобів ППО.

При виборі бойових порядків противник намагається:

  • уникнути поразки однією ракетою двох сусідніх літаків;

  • забезпечити навігаційну безпеку польоту;

  • забезпечити вигідні умови захисту від винищувачів ППО.


Для роздільного спостереження цілей треба щоб роздільна здатність по площинним координатам dx,y була не гірша за значення безпечних інтервалів і дистанцій.

Зв’язок між РЗ по площинним координатам dx,y і РЗ по дальності dR і азимуту db визначається співвідношенням:



Вплив РЗ на перешкодозахищеність РЛС від пасивних завад пояснюється тим, що вона визначає імпульсний об’єм. Чим нижча РЗ, тим більший імпульсний об’єм РЛС і тим більша кількість заважаючих відбивачів попадає до нього, створюючи більш потужний відбитий перешкодовий сигнал. Для виділення корисного сигналу, в цьому випадку, потрібне більше значення коефіцієнта придушення пасивної перешкоди, котре не завжди можна забезпечити внаслідок збільшення градієнта швидкості вітру в імпульсному об’ємі.

Перешкодозахищеність:

це властивість РЛС виконувати свої задачі з допустимим зниженням якості за умовами перешкод.

Вплив активних і пасивних перешкод на РЛС проявляється різним чином, що ускладнює введення єдиного критерію оцінки перешкодозахищеності.

В якості критерію оцінки перешкодозахищеності РЛС за умов АШП використовують максимальну дальність виявлення цілей з заданою ЕПР за умов АП Rуап або коефіцієнт стискання зони огляду. Кстиск=Rуап/R при заданих якості виявлення, способу постановки перешкод, дальності до ПАП та спектральної щільності перешкод, що випромінюється ПАП у напрямку на РЛС.
Шляхи підвищення перешкодозахищеності РЛС за умов АШП.

Вихідним співвідношенням при обгрунтуванні і виборі шляхів підвищення перешкодозахищеності є рівняння, що визначає зв’язок дальності дії РЛС з параметрами селекції, АШП і місцезнаходженням ПАП



де Nn_вх - спектральна щільність АШП на вході приймача РЛС;

Ап_еф - максимальне значення ефективної площини приймальної антени;

gуап - коефіцієнт розрізнюваності (с/ш) за яким забезпечується задана якість;

W з_екв_уап - тілесний кут зони огляду при дії ПАП;

Ез_уап - енергія, що випромінюється в зону за час однократного огляду.

З аналізу рівняння випливає, що для забезпечення потрібного ПЗ РЛС від АШП можна застосувати:

  • метод силової боротьби, котрий передбачає підвищення щільності потоку енергії, що випромінюється РЛС в зону виявлення, або в якийсь сектор зони, замаскований активною завадою;

  • метод просторової селекції, котрий передбачає створення умов, що ускладнюють постановку АШП по основному пелюстку ДН антени і знижує рівень завадових сигналів, які приймаються боковими пелюстками ДН;

  • метод поляризаційної селекції, котрий передбачає підбір поляризації передавальної і приймальної антен, за яких АП створює найменший вплив на ефективність роботи РЛС;

  • метод частотної селекції, котрий передбачає створення умов, які знижують ефективність або ускладнюють застосування противником прицільних за частотою перешкод.


Найпоширенішими способами створення ПП є скидання з літака постановника дипольних відбивачів (ДВ) у вигляді стандартних пачок і політ на малих висотах.

Перешкодозахищеність РЛС в умовах застосування противником ДВ звичайно характеризують кількістю пачок на 100 м шляху (лінійною щільністю ДВ), при якій забезпечується виявлення цілей з потрібною якістю і визначається Rупп Кстиск=Rупп/R.

Відмінною особливістю сигналів, відбитих від місцевих предметів, є відсутність допплерівського зсуву частоти і вузький спектр флуктуацій, внаслідок чого ступень їх придушення практично однозначно визначається технічними можливостями апаратури захисту РЛС від ПП. Тому перешкодозахищеність РЛС за таких умов звичайно оцінюється коефіцієнтом придушення заважаючих відбиттів або коефіцієнтом підперешкодової видимості.
Інформаційна здатність (ІЗ):

максимальна кількість цілей, по яких РЛС може видавати інформацію заданої якості і дискретності (період оновлення).

Потенційні можливості РЛС, щодо інформаційної здатності, визначається кількістю цілей, що спостерігаються роздільно. Однак можливості реалізації потенційної ІЗ не обмежуються пристроями знімання інформації.

Реальне ІЗ розраховується за формулою: Ni=mitgi/tSi,

де і - індекс параметра ( r, b, H і т.д. );

tgi - дискретність інформації по і-му параметру;

- кількість кінцевих пристроїв РЛС, з яких зчитується інформація про і-й параметр;

tSі - сумарний час, витрачений на вимірювання і ввід в канал зв’язку інформації про і-й параметр.

З виразу видно, що відповідність ІЗ РЛС тактичним вимогам може бути забезпечена шляхом збільшення числа кінцевих пристроїв і автоматизацією процесу знімання РЛ інформації.
Надійність:

властивість РЛС виконувати і зберігати у часі задані функції в заданих режимах і умовах застосування, технічного обслуговування, ремонту, зберігання і транспортування.

Кількісно надійність РЛС оцінюється показниками безвідмовності, довговічності, ремонтопридатності і збереженості (схоронності).

Найбільш поширеними показниками безвідмовності є:

  • середня напрацювання на відказ Т0;

  • інтенсивність відказів;

  • імовірність безвідмовної роботи.

Довговічність кількісно оцінюється строком служби (напрацювання) до ремонту і до списання, ремонтопридатність - середнім часом відновлення Тв, а схоронність - строком схоронності.
Електромагнітна сумісність (ЕМС):

називається властивість радіоелектронних засобів (РЕЗ) функціонувати без погіршення якісних показників в заданій ЕМ обстановці.

РЛС не повинна створювати перешкод іншим РЕЗ і сама протистояти їх впливу.

За умов великої насиченості військ РЕЗ вимоги до ЕМС для РЛС навіть є вкрай важливими. Невиконання цієї вимоги може привести до зриву виконання бойових задач РЛС навіть за відсутністю організованих перешкод з боку противника.
Маневрені характеристики.

До них відносяться:

  • час розгортання (згортання) РЛС;

  • час підйому і опускання антенного пристрою;

  • час вмикання РЛС від штатних агрегатів живлення і від промислової мережі;

  • час проведення контролю функціонування;

  • можливість транспортування різними видами транспорту;

  • середня швидкість транспортування.


Маневрові характеристики РЛС в значній мірі визначають її живучість, мобільність і оперативність виконання задач, що виникають раптово.
ОПРЕТ Тема 2

Радіопередавальні пристрої ЗРЛ РТВ ППО

Заняття №1 Загальні відомості про передавальні пристрої. Основні типи передавачів та їх характеристики.
Питання заняття

  1. Призначення, класифікація і характеристики передавальних пристроїв ЗРЛ РТВ ППО.

  2. Автогенератори.

  3. Помножувачі частоти.

  4. Підсилювачі потужності НВЧ на клістронах.


Призначення, класифікація і характеристики передавальних пристроїв ЗРЛ РТВ ППО

Передавальні пристрої призначені для створення електромагнітних коливань, які можуть використовуватися (передаватися на відстані у вигляді ЕМ хвиль) в інформаційних або енергетичних цілях.

Передавальні пристрої, що використовуються в інформаційних цілях (ЗРЛ) для передачі радіосигналів називаються радіопередавачами.

В передавальному пристрої за рахунок перетворення енергії джерела живлення (ДЖ) створюються (генеруються) ЕМ коливання певної частоти і потужності. Для отримання інформаційного сигналу ЕМ коливання керуються (модулюються) по одному, або декількох параметрах (амплітуді, фазі, частоті)
Радіопередавальні пристрої (РПерП) можна класифікувати за наступними основними ознаками:

за діапазоном хвиль:

  • метрові;

  • дециметрові;

  • сантиметрові;

за видом модуляції:

  • амплітудної (АМ);

  • імпульсної (ІМ);

  • частотної (ЧМ);

  • фазової (ФМ);

  • амплітудно-імпульсної (АІМ);

  • фазоімпульсної (ФІМ);

  • широтноімпульсної (ШІМ);



за типом побудови генераторної частини:

  • однокаскадні;

  • багатокаскадні.


Однокаскадні РПерП працюють в автоколивальних режимах і є потужними автогенератороми.

Багатокаскадні РПерП працюють в режимі підсилення коливань стороннього джерела (задавального генератора) і будуються за схемою - задавальний генератор-підсилювач потужності.
за типом генераторного приладу:

  • лампові (тріоди, тетроди) (НЧ);

  • магнетронні (НВЧ);

  • клістронні (НВЧ);

  • платинотронні (НВЧ);

  • напівпровідникові;

  • транзисторні (тріодні);

  • діодні:

а) на тунельних діодах;

б) діодах Ганна;

в) лавинопролітних діодах;

за потужністю:

  • малої;

  • середньої;

  • великої;

за мобільністю:

  • стаціонарні;

  • пересувні (бортові);

  • переносні.




Рис. 1. Структурна схема однокаскадного РПерП


Рис. 2. Часові діаграми роботи однокаскадного РперП


Рис. 3. Структурна схема багатокаскадного РПерП


Рис. 4. Структурна схема задавального генератора

Оскільки процес генерування електромагнітних (ЕМ) коливань заключається в перетворенні енергії джерела живлення в енергію коливань електромагнітного поля, то існують різні методи генерування ЕМ коливань і відповідні типи і принципи роботи генераторів НВЧ.

Тому розрізняють такі види генераторів:

  • з самозбудженням (автогенератори);

  • з зовнішнім збудженням (підсилювачі потужності);

а також розрізняють три основних класи генераторів:

  • електронні;

  • іонні;

  • квантові.


Оскільки процес генерування електромагнітних (ЕМ) коливань заключається в перетворенні енергії джерела живлення в енергію коливань електромагнітного поля, то існують різні методи генерування ЕМ коливань і відповідні типи і принципи роботи генераторів НВЧ.

Тому розрізняють такі види генераторів:

  • з самозбудженням (автогенератори);

  • з зовнішнім збудженням (підсилювачі потужності);

а також розрізняють три основних класи генераторів:

  • електронні;

  • іонні;

квантові.
Найбільший інтерес для ЗРЛ РТВ ППО являють електронні генератори, в зв'язку з цим розрізняють два метода вирішення задачі підтримки незатухаючих НВЧ коливань:

1. Електричне управління електронним потоком.

На цьому методі основана робота:

  • лампових ( тріодних,тетродних);

  • транзисторних;

  • діодних генераторів.

2. Електродинамічне управління електронним потоком.

На цьому методі основана робота:

  • клістронних;

  • магнетронних;

  • ЛБХ, ЛЗХ;

  • гібридних генераторів.


Найбільший інтерес для ЗРЛ РТВ ППО являють електронні генератори, в зв'язку з цим розрізняють два метода вирішення задачі підтримки незатухаючих НВЧ коливань:

1. Електричне управління електронним потоком.

На цьому методі основана робота:

  • лампових ( тріодних,тетродних);

  • транзисторних;

  • діодних генераторів.

2. Електродинамічне управління електронним потоком.

На цьому методі основана робота:

  • клістронних;

  • магнетронних;

  • ЛБХ, ЛЗХ;

  • гібридних генераторів.


Конструктивні характеристики генераторних приладів.
1. Напруга на аноді (Ua) (колекторі) - визначає розміри і вартість джерела живлення (ДЖ) і ІМ, а також інтенсивність рентгенівського випромінювання, тому необхідно застосовувати спеціальні методи для захисту особового складу.

2. Коефіцієнт підсилення приладу (Кпідс) - визначає в основному ступінь складності підсилювального ланцюжка.

3. Смуга пропускання (Df) - визначає складність системи АПЧ.

4. ККД - коефіцієнт корисної дії визначає масу, вартість РПерП, ставить високі вимоги до систем ПО, РО і потужності первинних джерел живлення.

5. Інтенсивність паразитних коливань і шумів - визначає необхідність застосування спеціальних дій для їх зниження на виході тракту на передачу.

Орієнтовні границі досяжних максимальних потужностей різних типів генераторів в неперервному режимі роботи в залежності від діапазону довжин хвиль показані на рис. 5.



Рис. 5. Максимальні потужності різних типів генераторів
Більш повні характеристики деяких основних типів електронних автогенераторів і підсилювачів потужності представлені в таблицях 1, 2.
Таблиця 1 Потужні автогенератори (ЗНИЗУ)

Тип генератора

Діапазони, см

Діапазон перестр.

Середовища

 







механіч.

електрон.

ККД

Pu, Мвт.

Тріодні, тетродні

200¸50

50

-

50

до 1

Магнетронні

50¸1

10

-

30¸70

до 10

Клістронні

30¸0.1

15

-

6¸15

до 10

Стабілітронні

50¸1

10

-

60

до 10

ЛЗХ М-типу

30¸1.5

-

15

40

до 0,1

Транзисторні

10¸5

50

30

30¸50

0,001

ЛПД

30¸0,3

50

30¸40

10¸20

до 0,01

Діоди Ганна

10¸0,5

50

30¸40

20¸12

до 0,001



Таблиця 2 Потужні підсилювачі (ЗНИЗУ)


Тип підсилювача.

Діапазон, см

Смуга

пропускання

Ку, Дб

ККД, %

Pu, МВт

Тріодні, тетродні

200¸50

1¸5

5¸10

50

5

Магнетронні

100¸1

10

10¸20

60

до 10 та вищ

Клістронні

150¸1

1

40

40

40

Стабілітронні

100¸0,6

10

30

30

5

ЛЗХ М-типу

50¸1,5

10

3¸10

60¸70

10

Транзисторні

10¸1,5

10

5¸10

30¸50

0,001

ЛПД

7¸0,4

10

5¸10

3¸18

0,001

Діоди Ганна

8¸0,7

10

10¸30

2¸12

0,0001


Таким чином тип генераторного прибора в основному і визначає технічні (основні) характеристики РПерП.
Технічні характеристики РПерП.

1. Імпульсна потужність (Рi). Визначає дальність дії РЛС (разом із Fn, tі) дальність розвідки противником, а також вимоги до електричної міцності АФТ і впливає на перешкодозахищеність РЛС за умов дії АШП, встановлює вимоги до джерел живлення.

2. Середня потужність (Рсер)

Рсері/Q, де Q=Tn/tі (скважність)

визначає середнє значення потужності ЗС за період повторення Tn.

3. Потужність, що споживається (Рспож) - визначає вимоги, що пред’являються до первинних і вторинних джерел живлення (габарити, маса, потужність та ін.), а отже визначає час готовності РЛС і мобільності.

4. Час готовності (tгот) - визначає час готовності РЛС в цілому і залежить в основному від часу готовності первинних джерел живлення і часу готовності генераторного приладу.
5. Довготривала відносна нестабільність несучої частоти (може сягати Df£10-4) і суттєво впливає на перешкодозахищеність РЛС і на ефективність подавлення ПП в системах СРЦ.

6. Ширина основного пелюстка енергетичного спектра ЗС визначається на рівні 0,25 амплітуди і вимірюється в (МГц) - визначає розмір імпульсного об'єму РЛС по дальності і впливає на роздільну здатність по дальності, а також на перешкодозахищеність РЛС в умовах ПП і точність виміру дальності.

7. Амплітуда бокових пелюстків енергетичного спектра (%) - визначає перешкодозахищеність РЛС.

8. Тривалість ЗС (tі) - визначає енергію імпульсу (Eі=Pіtі) і при відсутності внутрішньої імпульсної модуляції роздільну здатність і точність визначення дальності (dД, DД), що впливає на перешкодозахищеність, а отже на життєвість РЛС.
9. Довжина хвилі (l) впливає на:

а) перешкодозахищеність за умов ПП, т.я. вiд l залежить:

  • кількість сліпих швидкостей в діапазоні можливих швидкостей польоту цілі (Vrсп=Fnl/2);

  • роздільна здатність (dVr=dFD2l/2) по швидкості;

  • точність виміру;

  • середнє квадратичне розкидування FD в спектрі сигналу, відбитого від джерела ПП;

  • середнє значення ЕПР (ЕВП) гідрометеорів s=(l/l), де l - лінійний розмір гідрометеора.

б) дальність визначення, т.я. від l залежить:

  • середнє значення ЕПР цілей sц;

  • коефіцієнт шуму Kш (зі збільшенням l, Kш зменшується).

  • втрати за рахунок затухання радіохвиль в атмосфері (зі збільшенням l, втрати зменшуються);

  • степінь впливу підстиляючої поверхні на зону виявлення РЛС (інтерференційний помножувач землі Фг,в(Q)).

в) роздільну здатність по кутовим координатам:

dQ@l/Lант (Lант - лінійний розмір антени).

10. Діапазон перестроювання - визначає можливість РЛС працювати за умов АШП, тобто її перешкодозахищеність.

Висновок: Таким чином перспективними для РЛС РТВ ППО є багатокаскадні РПерП, які дозволяють забезпечити високу стабільність параметрів ЗС, високу потужність і ремонтоздатність, а отже малий час відновлення.

Перспективними генераторними приладами, що працюють у режимі підсилення є багаторезонаторні прольотні клістрони і, безумовно, напівпровідникові діодні генератори (на діодах Ганна, ЛПД).

Схемне рішення, тип генераторного приладу, технічні характеристики РПерП в цілому мають суттєвий вплив практично на всі основні характеристики (бойові можливості) РЛС.
Автогенератори



Рис. 6. Структурна схема автогенератора
Автогенератор створює коливання тільки при одночасному виконанні балансу амплітуд і балансу фаз вимушених і власних коливань, що залежить від правильного вибору параметрів ланцюга ЗЗ.

При розірваному ланцюгові ЗЗ коефіцієнт підсилення визначається виразом:



де jу - зсув фаз між вхідною і вихідною напругами, причому Uвих=SсрZekUвх, де Sср - середня крутизна ВАХ підсилювального елемента; Zek - модуль опору еквівалентного контуру, тоді:



При замкнутому ланцюгові ЗЗ результуючий коефіцієнт передачі визначається виразом:



причому



де jзз - зсув фаз в замкнутому ланцюзі ЗЗ, тоді:



З отриманого рівняння отримуємо умову балансу амплітуд:

КззSсрZek=1

і умову балансу фаз

jу+jзз=2pn

Внесення енергії в контур еквівалентно внесенню від’ємного опору, завдяки чому зменшуються втрати в контурі.

В зв’язку з цим самозбудженням в автогенераторі наступає тільки в тому випадку, коли внесений за рахунок ланцюга ЗЗ і підсилювального елемента від’ємний опір по абсолютній величині перевищить опір втрат контуру або стане рівним йому.
В коливальний контур може вноситися від’ємний активний опір, якщо між першою гармонікою Uвих1 і вихідною напругою Uвих зсув фаз, що дорівнює 180° (p), тобто jу=180°.

Якщо ця умова виконується, то в коливальний контур вноситься тільки активний від’ємний опір і частота коливань автогенератора відповідає власній резонансній частоті контуру


де, L,C - індуктивність і ємність еквівалентного резонансного контуру.

На практиці jу¹180°, відповідно частота коливання відрізняється від власних коливань резонансної частоти W0, що визначається характером реактивної складової опору, що вноситься в коливальну систему автогенератора.
Автогенератори можуть мати декілька режимів самозбудження:

а) з м’яким самозбудженням;

б) з жорстким самозбудженням.

Для автогенераторів з м’яким збудженням характерна можливість збудження при появі достатньо малої амплітуди напруги на вході підсилювального елемента, тобто, за рахунок флуктуацій електронного струму.

Для автогенераторів з жорстоким збудженням характерним є те, що малі коливання на вході підсилювального елемента не можуть викликати самозбудження. Забезпечити самозбудження можливо тільки при великій початковій амплітуді вхідної напруги.

На практиці жорсткий режим реалізується шляхом подачі на підсилювальний елемент від’ємної напруги зміщення, яка запирає лампу або транзистор і при якій малі амплітуди вхідної напруги не можуть викликати струму в вихідному ланцюзі.

Від режиму самозбудження залежить форма вихідного струму підсилювального елемента. У випадку а) - підсилювальний елемент працює без відсікання, а в випадку б) - з відсіканням вихідного струму. Відповідно випадок а) більш корисний, оскільки автоколивання виникають і самостійно встановлюються зразу після вмикання автогенератора. Але працювати у встановленому режиму зручніше при малих кутах відсікання , так як при цьому можна отримати:

  • більш високий ККД;

  • менші теплові втрати;

  • більш високу стабільність частоти автогенератора.

Можна знайти і компромісне рішення, при якому в момент включення автогенератор збуджується в м’якому режимі (подача певного Езм), а потім автоматично переходить в режим жорсткого самозбудження (шляхом зміни Езм в процесі встановлення автоколивань при використанні ланцюжка автозміщення).
Автогенератори на тріодах

можуть бути:

  • одноконтурними;

  • двоконтурними.

Більшість схем лампових автогенераторів може бути зведено до узагальненої схеми рис. (7).

В цій схемі всі активні і реактивні опори представлені Zі оскільки лампа під'єднується до коливальної системи в трьох точках, то такі схеми прийнято називати триточковими.


Рис. 7. Узагальнена триточкова схема автогенератора.
Одноконтурні автогенератори
а) Індуктивна триточка



- - -


б) Ємнісна триточка




в) з трансформаторним ЗЗ



Частота генерованих коливань у таких автогенераторів близька до власної частоти контуру і може змінюватися в широких межах. Такі автогенератори надійні, прості і економічні, але через те, що контур є навантаженням і має низьку добротність, такі автогенератори характеризуються невисокою стабільністю частоти, а також працюють на відносно довгих хвилях, т.я. вже на КХ плавне регулювання ланцюга ЗЗ стає неможливим.
Двоконтурні автогенератори

В таких схемах є можливість розділити функції стабілізації частоти і виділення потужності між двома контурами, причому можливість виділення в другому контурі вищих гармонік, тобто сильна розстройка контурів, сприяє їх розв’язці, а значить стабільності частоти.

Якщо еквівалентний опір першого контуру значно більше опору другого контуру, то в ньому буде виділятися основна доля генерованої потужності, і його ж слід зв’язувати з навантаженням. В наслідок того, що зв’язок між контурами в таких генераторах здійснюється за рахунок загального електронного потоку, вони отримали назву - автогенератори з електронним зв’язком (або з електричним управлінням електронного потоку). Зв’язок контурів відбувається через одну з міжелектродних ємностей, загальна точка контурів, як правило, заземляється по високій частоті і відповідно до цього схеми розрізняють:
а) Двоконтурні автогенератори з загальним катодом


б) Двоконтурні автогенератори з загальною сіткою



в) Двоконтурні автогенератори з загальним анодом



В діапазоні метрових і дециметрових хвиль знайшли широке застосування автогенератори з загальною сіткою. Настроювання такого автогенератора проводять анодно-сітковим контуром, регулювання зворотного зв’язку катодно-сітковим.

Автогенератори з загальним анодом і загальним катодом мають більш кращу стабільність частоти, але менший діапазон перестроювання. Крім того, в таких автогенераторах для плавного регулювання ЗЗ потрібен додатковий орган для змінювання ємності, причому перестроювання анодно-катодного контуру змінює не тільки величину ЗЗ, але і опір навантаження, що негативно впливає на вихідну потужність (Рвих) та коефіцієнт корисної дії.
Транзисторні автогенератори

характеризуються низьким рівнем власних шумів, високою стабільністю частоти і здатністю змінювати її в широких межах під впливом керуючих сигналів. Такі автогенератори застосовуються в якості опорних (задавальних) генераторів у збуджувачах багатокаскадних РПерП, гетеродинів приймальних пристроїв, контрольно-вимірювальної апаратури та ін.

Корисна потужність складає величину від декількох міліват до десятків ват в залежності від призначення .

Максимальна робоча частота визначається частотою генерації напівпровідникових приладів і може сягати 5¸6 ГГц. Крім того, транзисторні автогенератори мають миттєвий час включення у порівнянні з ламповим, а це дуже важливо, оскільки визначає час готовності РПерП до роботи.
а) Транзисторні автогенератори індуктивної триточки



б) Транзисторні автогенератори ємнісної триточки


Магнетронні автогенератори

В дециметровому і сантиметровому діапазонах хвиль ефективним автогенераторним приладом є багаторезонаторний магнетрон (БМ).

БМ дециметрового діапазону мають 8¸12 резонаторів, в міліметровому діапазоні кількість резонаторів зростає до 40.

Крім того, діапазонні магнетрони можуть мати механізм перестроювання частоти. Простір між анодним і катодним блоками називається простором взаємодії. Керування електронами в магнетроні здійснюється шляхом дії на електронний потік постійних електричного і магнітного полів. Ці поля діють в площинах перпендикулярних одна одній (схрещені поля). Постійне електричне поле направлено радіально від анодного блоку до катоду, а постійне магнітне поле є рівномірним в просторі взаємодії і направлено уздовж катода.
Форми ламп (магнетронів)

а) Кругла (зворотна) | Форми ламп (магнетронів)



б) Лінійна (зворотна) | Форми ламп (магнетронів)
Кварцові атогенератори

В задавальних генераторах багато каскадних РПерП широко використовуються лампові і напівпровідникові генератори з кварцовою стабілізацією частоти.

Кристали кварцу (КК) характеризується ПРЯМИМ і ЗВОРОТНІМ п’єзоелектричним ефектом, тобто здатністю змінювати свої параметри (розміри) під дією різниці потенціалів і навпаки, при наявності деформації виробляти електричні заряди. Ця властивість і дозволяє зв’язати його механічні коливання з електричними. Кварц являється кристалічним мінералом природного або штучного походження. Характерними для КК є сталість властивостей, висока пружність і велика твердість.
ОПРЕТ Тема 3.1

Антенні та фідерні пристрої ЗРЛ.
Заняття №1 Загальні відомості і принцип дії фідерних пристроїв.

Питання заняття

  1. Призначення та характеристики ліній передачі.

  2. Основні різновиди фідерних трактів.

  3. Основні елементи фідерних трактів.



Призначення та характеристики ліній передачі

Фідером або лінією передачі називається пристрій призначений для передачі енергії електромагнітних хвиль в певному напрямі.
В ЗРЛ фідерні тракти використовуються для передачі зондувальних сигналів від передавача до антени і приймальних сигналів від антени до приймача.
Лінія передачі називається довгою, якщо її довжина сумірна з довжиною хвилі генератора, або перевищує її. (В ЗРЛ, виходячи з вище сказаного, лінії передачі є довгими). (Для промислової мережі f=50(Гц), l=600(км)).

Лінія передачі називається регулярною, якщо в поздовжньому напрямку не змінюється її поперечний переріз і електромагнітні властивості середовища, що її заповнюють.
Лінія передачі називається однорідною, якщо поперечний переріз заповнено однорідним середовищем.
Кожна лінія передачі характеризується наступними електричними характеристиками і параметрами:
1. Хвильвий опір
2. Режими роботи:
режим бігучої хвилі в лінії передачі має місце, якщо навантаження узгоджене з лінією передачі (Z0=RH) і повністю поглинає падаючу на неї потужність, то відбиття хвилі не буде (коефіцієнт відбиття Р=0);

режим стоячої хвилі в лінії передачі має місце, якщо навантаження не розсіює активну потужність і повністю відбиває падаючу хвилю (коефіцієнт відбиття Р=1). В точках де фази напруги (струму) падаючої і відбитої хвилі співпадають, амплітуди напруги і струму вдвічі зростають. Umax=2U; Imax=2I. В цих перетинах лінії передачі можливі пробої.

змішаний режим, в лінії передачі буде мати місце, якщо навантаження на кінці лінії поглинає тільки частину падаючої на нього потужності, а частина відбивається (коефіцієнт відбиття 0
).


3. Характеристики режимів роботи:

  • коефіцієнт біжучої хвилі Kбх=Umin/Umax=Imin/Imax

  • коефіцієнт стоячої хвилі Ксх=1/Кбх

(режим біжучої хвилі Кбх=1, Ксх=1, Р=0; режим стоячої хвилі Кбх=0, Ксх=¥, Р=1) (змішаний режим 0бх<1; 1сх<¥ ; 0
).

4. Максимальна пропускна потужність обмежується електричним пробоєм або перегрівом провідників і ізоляторів лінії передачі. (В імпульсному режимі більш небезпечний пробій, в неперервному - перегрів. Рпропус=25…30% від потужності, яка веде до пробою або перегріву).
5. Коефіцієнт затухання α=lg[P(0)/P(l)] дБ/м

Р(0) - потужність яка переноситься хвилею через початковий переріз фідера, Р(l) - потужність яка переноситься хвилею через кінцевий переріз фідера. Коефіцієнт затухання збільшується з приростом частоти. (В діелектриках a пропорційне f, а в провідниках a пропорційне

)

6. Тип хвилі, яка розповсюджується вздовж лінії:

  • поперечні електромагнітні хвилі - ТЕМ (вектори Е і Н лежать в площині поперечній напрямку розповсюдження. ТЕМ - хвилі розповсюджуються тільки в середовищах з однорідним діелектриком);

  • поперечні електричні хвилі ТЕ (або магнітні Н - хвилі), Ez=0; Hz¹0 не мають поздовжніх складових електричного поля;

  • поперечні магнітні хвилі ТМ (або електричні Е - хвилі), Ez¹ 0; Hz=0 не мають поздовжніх складових магнітного поля.



Основні різновиди фідерних трактів
На даний час використовуються наступні типи фідерних трактів (або ліній передачі):


  • двохпровідні;

  • коаксіальні;

  • хвилеводні;

  • смужкові;

  • волоконно-оптичні.


Двохпровідні лінії можуть виконуватись у відкритому, закритому і в екранованому варіанті.


Використовуються в основному для живлення симетричних, довгохвильових і середньохвильових антен (l=10км¸100м). На більш коротких хвилях використанню двохпровідних ліній заважає помітне випромінювання і збільшення затухання у фідері. Хвильовий опір двохпровідної лінії залежить від діаметру її провідників d (l) і відстані між ними D.



Еквівалентна схема двохпровідної лінії без урахування втрат

Якщо до лінії підключити RH=Z0 вона буде вести себе як безкінечно довга і в ній встановиться режим бігучої хвилі, тобто вся енергія від генератора буде поглинатись навантаженням.

Лінія розімкнена на кінці, повністю відбиває падаючу хвилю. Причому струм на розімкненому кінці завжди дорівнює нулеві, а напруга - подвоєній напрузі падаючої хвилі.

Лінія замкнена на кінці, також повністю відбиває хвилю що передається. Причому напруга на замкненому кінці рівна нулеві, а струм - подвоєному струмові падаючої хвилі.



Розімкнена лінія : Великий опір навантаження трансформується через відрізок l/4 в малий (понижуючий

Замкнена лінія: Малий опір навантаження трансформується через відрізок l/4 в великий.
Коаксіальні лінії можуть бути жорсткими або гнучкими. Область їх використання охоплює хвилі довжиною 10см¸10м. Хвильовий опір фідера залежить від співвідношення D/d і магнітних властивостей діелектрика. Коефіцієнт затухання обумовлений втратами в провідниках та діелектрику a=aМ+aД, де aД - визначається параметрами діелектрика і робочою довжиною хвилі. aМ - залежить від розмірів провідника.

Перевагою коаксіальних ліній передачі є надійність екранування електромагнітного поля хвилі від зовнішнього простору.
Хвилеводні лінії - це порожнисті металеві труби, що використовуються для передачі електромагнітних хвиль.


Прямокутний хвилевід утворюється із 2-х провідної лінії, провідники якої зв’язані безкінечною кількістю короткозамкнених чвертьхвильових відрізків.

Хвилеводи використовуються в дм, см та мм діапазонах хвиль.
По хвилеводу можуть розповсюджуватись коливання, якщо їх довжина хвилі приблизно на 10% менше критичної.

Структура електричних та магнітних полів хвилі Н10 в прямокутному хвилеводі.
Смужкові лінії широко використовуються в дм і см діапазонах хвиль в основному для утворення складних розгалужених трактів.


Волоконно-оптичні лінії використовуються в субміліметровому і оптичному діапазоні хвиль. Найбільш розповсюджені для цього типу є хвилеводи в формі ниток товщиною 150мкм з особливо чистого кварцу.
Основні елементи фідерних трактів

Згини, куточки, скрутки.

Різкі згини тракту викликають великі відбиття, тому часто використовують плавні згини. Оптимальні їх характеристики будуть в тому випадку, коли довжина згину складає ціле число напівхвиль в хвилеводі, а сам згин є плавним.



Куточки. Смуга пропускання частот складає біля 10% а КСВ<1,05. Більш широкосмуговими є згини (кутки) з подвійним поворотом по 45° і L=l/4. В цьому випадку відбиття від першого згину компенсується відбиттям від другого




Скрутки дозволяють змінювати напрямок поляризації. При цьому найкраща узгодженість буде при довжині скрутки, що дорівнює декількох напівхвилям в хвилеводі Df6% Ксх<1,1.

Поглинальні навантаження.

Розділяють малопотужні і потужні поглинальні навантаження. Малопотужні використовуються в направлених відгалужувачах, послаблювачах, малопотужних циркулярах. В ролі поглинального матеріалу часто використовують гетинаксові пластини покриті з одної сторони або обох сторін шаром графітової або вугільної суспензії. Для зменшення відбиття край поглинального матеріалу роблять зрізаним, клиноподібним або східцями. В останньому випадку частково заповнена частина довжиною l/4 має хвильовий опір, рівний середньому геометричному із хвильових опорів частин хвилеводу, заповненого і незаповненого поглиначем.


Потужні поглинальні навантаження використовуються для розсіювання великих потужностей. Корпус таких навантажень роблять ребристим для покращення відведення тепла. Поглинальний матеріал роблять із металокераміки, до складу якого входить порошкове залізо або суміш піску з вугільним порошком.


Переходи

Для з’єднання хвилеводів різних розмірів і типів часто приходиться використовувати спеціальні переходи:

  • плавний і східчасти перехід;

  • від коаксіальної лінії до прямокутного хвилеводу;

  • перехід від прямокутного хвилеводу до циліндричного.

Плавний перехід прямокутного хвилеводу представляє собою неоднорідну лінію з неперервно-змінюваними погонними параметрами, призначену для узгодження двох однорідних ліній з різними хвильовими опорами. Довжина перехідної секції хвилеводу вибирається не менше 2l. Східчасті переходи використовують, як правило, в межах розмірів стандартних хвилеводів одного і того ж діапазону.




Переходи від коаксіальної лінії до прямокутного хвилеводу. Хрестовий перехід є більш широкодіапазонним.


Відгалуження хвилеводів.

На практиці часто зустрічаються наступні відгалуження хвилеводів:

  • Т - подібне з'єднання прямокутних хвилеводів;

  • подвійний хвилеводний трійник;

  • щілинний міст.

Т - подібні з'єднання мають наступний вигляд і розподіл електричного поля в них:



Т - подібні з'єднання прямокутних хвилеводів для хвилі Н10 мають такі властивості:

  • завжди можна вибрати таке положення площини короткого замикання в одному плечі, при якому зв'язку між двома іншими не буде;

  • якщо трійник симетричний, то можна вибрати положення площини короткого замикання таким чином, що зв'язок між двома іншими плечами проходить без відбиття;

  • Т - подібні з'єднання повністю узгодити практично не можливо.


Подвійний хвилеводний трійник представляє комбінацію із двох Т - подібних з'єднань і має вигляд:



Якщо бокові плечі 3 і 4 симетрично навантажені, то потужність яка поступає на плече 1, порівну ділиться між боковими плечами 3 і 4 і не поступає в плече 2. На основі властивості зворотності можна стверджувати, що якщо з бокових плеч приходить дві хвилі Н10 з рівними амплітудами і фазами, то вони складаються в плечі 1 і взаємно компенсуються в плечі 2. При живленні із плеча 2 і симетрії навантажень в бокових плечах потужність ділиться між боковими плечами і не поступає в плече 1.
Із наведених властивостей випливає, що плечі Е і Н подвійного трійника взаємно розв'язані, тобто енергія хвилі Н10 не може переходити із плеча Е в плече Н і навпаки. Якщо в обох плечах головного хвилеводу розповсюджуються хвилі з рівними амплітудами і до Т - з'єднання вони приходять в протифазі, то амплітуда хвилі в відгалуженому хвилеводі буде рівна подвоєній амплітуді хвилі в головному хвилеводі для Е - трійника і нулеві для Н - трійника. Якщо ж хвилі приходять до Т - з'єднання в фазі, то в відгалуженому хвилеводі амплітуда хвилі буде рівна нулеві для плеча Е і подвоєною для плеча Н.

Щілинний міст представляє собою з'єднання двох прямокутних хвилеводів, зв'язаних між собою через отвір (щілину) довжиною l в загальній вузькій стінці (висота отвору в загальному випадку дорівнює висоті хвилеводу) і має наступний вигляд:



Якщо в каналі 1 розповсюджується хвиля Н10, то на початку щілини (перетин 1) розподіл поля хвилі Н10 змінюється. Утворюються два типи хвиль - Н10 і Н20, які переносять однакову потужність. Згідно зі структурою обох хвиль їх поля мають однакову фазу в каналі 1 і обернену в каналі 2. При цьому в канал 2 хвиля практично не поступає (проникає менше 2% потужності). При русі хвиль Н10 і Н20 в щілині зсув по фазі між ними постійно змінюється, так як їх фазові швидкості в хвилеводі різні (явище дисперсії) тобто на ділянці подвоєного хвилеводу хвиля Н20 буде випереджати по фазі хвилю Н10. Можна підібрати таку довжину щілини, щоб зсув фаз між сигналами в каналах 3 і 4 був 90°. Потужність хвилі вхідної в канал 1, ділиться порівну в каналах 3 і 4. Для отримання зсуву фази на 90° довжина щілини l постійно береться 1,4а. В щілинний міст вставляють вкладку, для того щоб в щілині не збуджувались хвилі вищого типу. Для вирівнювання потужностей в каналах 3 і 4 вводять ємнісний регулювальник за допомогою реактивного штира, який розміщується по середині щілини зв'язку.
Антенні перемикачі (АП).

АП в імпульсній РЛС підключає антену до передавача під час випромінювання і одночасно захищає приймач, а під час приймання підключають антену до приймача і блокує ланцюг передавача.
Відомо три типи схем АП:

  • відгалужувальні схеми з розрядником;

  • балансні схеми;

  • феритові циркулятори.


феритовий циркулятор


Сигнал потрапивши в плече 1 ділиться навпіл щілинним мостом і зсувається по фазі на 90°. При проходженні феритових пластин відбувається додатковий зсув фази, в наслідок чого сигнали складаються в фазі в плечі 2. Розглядаючи далі проходження сигналу ми бачимо, що він іде суворо в визначеній послідовності 1-2-3-4-1.
ОПРЕТ ТЕМА 3 2

Військовий інститут

Київський національний університет імені Тараса Шевченка

Кафедра бойового застосування і експлуатації радіолокаційних, радіотехнічних та метрологічних засобів Повітряних Сил
Кафедра бойового застосування і експлуатації радіолокаційних, радіотехнічних та метрологічних засобів Повітряних Сил

для проведення занять з студентами

зі спеціальності ВОС-044000, 444000
Навчальна мета: Надати призначення і загальну характеристику фідерних трактів, принцип дії її основних елементів.
Навчальні питання:

1. Призначення і основні характеристики антенних пристроїв

2. Основні типи антенних пристроїв

3. Принцип частотного сканування променем

4. Методи формування парціальних діаграм направленості
Питання 1. Призначення і основні характеристики антенних пристроїв
1.1. Призначення антен.

Антена служить необхідною сполучною ланкою між електромагнітними хвилями, що поширюються у вільному просторі і коливаннями, що генеруються передавачем або прийнятими приймачем РЛС. Таким чином, антена призначена для перетворення НВЧ-струмів, що поступають по фідерному тракту, в енергію електромагнітних хвиль і навпаки.

У більшості випадків антена РЛС служить одночасно і для прийому, і для передачі, але в спеціальних випадках для цього можуть використовуватися окремі антени.
1.2. Загальні відомості про характеристики антенних систем.

Здатність антени концентрувати енергію у певному напрямку або бути більш чутливою до прийому енергії, що приходить із визначеного напрямку називається направленою дією антени.

Введено два різноманітних, але пов'язаних між собою параметра, що характеризують направлену дію антени.

Перший параметр - коефіцієнт направленої дії (КНД). КНД антени (Д) називається число, яке показує виграш у щільності потоку потужності або в випромінюваній потужності Р, що дає в точці спостереження антена направленого випромінювання в порівнянні з антеною ненаправленого випромінювання (рис.1).



де Пå(q,j) - щільність потоку потужності, створювана в даній точці розглянутої антени.

- амплітуди напруженості поля антени (Е).

П0 - щільність потоку потужності, створюваного ненаправленою антеною.

Рå0 - потужність, що випромінюється розглянутою антеною.

Рå - потужність, що випромінюється ненаправленою антеною.

Цей параметр характеризує виграш по потужності, обумовлений направленими властивостями антени. Для повної оцінки виграшу необхідно враховувати також і втрати в антені.
Коефіцієнтом підсилення G антени називається число, що показує дійсний виграш у щільності потоку потужності або в випромінюваній потужності, що дає антена направленого випромінювання, тобто виграш з урахуванням втрат:

G (q,j) = Д (q,j) ∙ hА де hА – ККД антени

Ефективна площа антени Аеф є іншим параметром, що характеризує направлені властивості антен при прийомі сигналів. Вона дорівнює добутку коефіцієнта використання поверхні Кип та геометричної площі антени:

Аеф = Sг ∙ Кип

Ефективна площа антени пов’язана з іншими параметрами залежністю (для випадку повного узгодження антени з приймачем):



Опором випромінювання Rå називається коефіцієнт, зв’язуючий випромінювану антеною потужність з квадратом амплітуди (J) в даній точці антени:


Вхідним опором (ZА) антени, що передає, називається опір, на який навантажений фідер, що живить антену. Визначається як відношення комплексної амплітуди напруги Uвх до комплексної амплітуди струму, Jвх на вході антени:

де Rвх - активна складова вхідного опору, що характеризує витратну активну потужність в антені, тобто суму потужності випромінювання і потужності втрат.



Реактивна складова вхідного опору характеризує реактивну потужність, зосереджену поблизу антени.
1.3. Вимоги до діаграм направленості антен ЗРЛ РТВ різного призначення.

Діаграмою направленості називається залежність щільності потоку потужності (П) або амплітуди напруженості поля антени (Е) від напрямку в просторі при постійній відстані до точок спостереження і незмінних умов збудження антени.

Під нормованою ДН розуміють відношення значення ДН у довільному напрямку до максимального значення ДН.

Нормована ДН по полю:

Нормована ДН по потужності:



Просторова (об'ємна) ДН симетричного вібратора, розташованого вертикально, має вигляд:


Просторова ДН незручна для зображення. Тому на практиці користуються її плоскими перетинами (рис. 3).

Просторова ДН незручна для зображення. Тому на практиці користуються її плоскими перетинами (рис. 3).







Для РЛС потрібні антени, які мають гостронаправлені ДН, які можуть бути створені системою найпростіших випромінювачів або антеною спеціальної форми.

На рис. 4 показане застосування форми ДН системи напівхвильових вібраторів від кількості випромінювачів. Із збільшенням направленості з'являються побічні (поза головною пелюсткою) випромінювання, які називаються бічними пелюстками. Наявність бічних пелюстків небажано, тому що вони марно "відносять" багато енергії, а при прийомі знижують перешкодостійкість, крім того, заважають нормальній роботі розташованих поруч інших радіотехнічних засобів і т.п.
(П вібраторів)



ДН класифікуються в залежності від їхньої форми. Для РЛС різноманітного призначення потрібно ДН антенних систем різноманітної форми, із можливо меншим рівнем бічних пелюсток.

Для радіолокаційних дальномірів необхідна вузька ДН (віялова ДН, рис.5) в азимутальній і широка у вертикальній площинах. Крім того, вона повинна мати ізодальнісну та ізовисотну зони, що забезпечує сталість рівня відбитого сигналу, від цілей, які знаходяться на різноманітних відстанях від РЛС у межах радіуса її дії. Цим умовам задовольняє косекансна ДН, обумовлена у вертикальній площині рівнянням:

F (e) = sin eb*cosec e при e1 ≤ e ≤ emax

Радіолокаційні висотоміри повинні мати вузьку (0.50 для точного визначення e) у вертикальної і широку (≈2) у горизонтальній площині ДН. Цим вимогам задовольняє лопаткова ДН.

Питання 2. Основні типи антенних пристроїв
Дротові антени. Цей клас антен можна розділити на два основних підкласи: вібраторні та спіральні.

У вібраторних антенах основним елементом є симетричний вібратор довжиною біля l/2 (рис.6.). Ряд таких вібраторів, однаково орієнтованих і розміщених на деякій відстані один від одного, утворять вібраторні решітки.



Розглянемо два основних типи решіток: з поперечним та осьовим випромінюванням.

Розглянемо два основних типи решіток: з поперечним та осьовим випромінюванням.

У решітках першого типу максимум випромінювання направлений по нормалі до площини решітки або відхилений від нормалі на деякий кут. Приклад такої решітки - антена "синфазне полотно" (рис.7). Вібратори живляться синфазно. Максимум випромінювання направлений по нормалі до площини полотна. Для того щоб випромінювання в подібних антенах було направлено в одну сторону, застосовують рефлектор (металевий лист, сітку або аналогічну решітку вібраторів), установлений від решітки на відстані, рівному приблизно, чверті довжини хвилі.

У решітках з осьовим випромінюванням вібратори живляться біжучою хвилею. Максимум випромінювання направлений уздовж лінії розташування вібраторів. Прикладом подібної системи є дуже проста по конструкції директорна антена (рис.8). У цій системі живиться лише один вібратор – “активний”, поле якого збуджує інші “пасивні” вібратори. Необхідні фази струмів у вібраторах забезпечуються шляхом підбору довжин хвиль вібраторів і відстаней між ними.

Крім простоти конструкції перевагою антен осьового випромінювання є формування порівняно вузької діаграми направленості одночасно в двох взаємно перпендикулярних площинах за рахунок збільшення одного лінійного розміру - довжини антени, у той час як в антені з поперечним випромінюванням для цього необхідно збільшувати обидва розміри полотна.

Недолік антен осьового випромінювання (у порівнянні з антенами з поперечним випромінюванням) - великий рівень бічних пелюсток.

Спіральні антени. До них відноситься циліндрична спіраль (рис.9), що застосовується з рефлектором. Якщо довжина, витка спіралі приблизно дорівнює довжині хвилі у вільному просторі, то максимум випромінювання направлений уздовж осі.

Крім циліндричної використовуються й інші види спіральних антен - конічна, із змінним кутом намотки, плоска і т.д.

Перевагою спіральних антен є їх діапазонність і кругова поляризація поля, яке створюється в напрямку осі спіралі.

До дротових антен відносять також антени, що складаються з тонких проводів або металевих стрічок: прямолінійних або у вигляді зигзагу, рамки і т.д.



Антени акустичного типу. До них відносять хвилевідні випромінювачі та рупорні антени.
Найпростішим хвилевідним випромінювачем є відкритий кінець прямокутного або круглого хвилеводу (рис.10 а, б). Направленість випромінювання такої антени невелика. Крім того, вона погано узгоджена з вільним простором.



Для збільшення направленості і покращення узгодження і відкритий кінець хвилеводу виготовляють у вигляді рупору, що у конструктивному відношенні подібний акустичному рупору.

Можливі типи рупорів: пірамідальний, секторний і т.д. (рис.10 в, г, д.)

Рупорні антени прості і широкосмугові. Вони широко застосовуються як самостійні антени (особливо у вимірювальній техніці), так і в якості елементів більш складних антен.

Недоліком рупорних антен є складність одержання вузьких діаграм направленості.

З штучного діелектрика виготовляють лінзи, подібні діелектричним (рис.13), але більш дешеві і легші за масою.

На відміну від оптики у радіодіапазоні використовуються не тільки лінзи, що уповільнюють з коефіцієнтом переломлення більше одиниці, але і лінзи що прискорюють, наприклад, металопластинчасті (рис.14).

Якщо вектор рівнобіжний пластинам, то фазова швидкість у лінзі більше швидкості світла, що відповідає коефіцієнту переломлення.


Перевага лінзових антен у порівнянні з дзеркальними: відсутність елементів, затіняючих випромінюючий розкрив, що сприяє пониженню рівня бічного випромінювання; широкі можливості формування бажаної діаграми направленості шляхом зміни профілю двох поверхонь, зміна розмірів коефіцієнта переломлення і закону зміни його усередині лінзи; можливість створення антен для хитання променя в широкому секторі. Загальний недолік усіх типів лінзових антен, використовуваних у радіодіапазоні - велика маса і складність конструкції.

Дзеркальні і лінзові антени є основними типами антен оптичного діапазону хвиль.
Щілинні (дифракційні) антени (рис.15) - це системи щілин (частіше всього напівхвильових), прорізаних на поверхні хвилеводу, коаксіального кабеля або об'ємного резонатора. По направленим властивостях щілинні антени багато в чому аналогічні вібраторним антенам. Подібно до вібраторних антен можливі щілинні системи з поперечним випромінюванням системи осьового випромінювання, у яких щілини живляться біжучою хвилею.

Переваги щілинних антен - простота і відсутність частин, що виступають за межі поверхні, на якому прорізані щілини обумовили їх широке застосування в якості антен літальних апаратів, що не виступають. Недоліком щілинних антен є їх вузькосмуговість.


Антени поверхневих хвиль. (рис.16.) Основним елементом у цих антенах є уповільнююча структура, що формує поверхневу хвилю. Хвиля, що випромінюється рупором, поступово трансформується в поверхневу. Це сприяє збільшенню направленості системи в порівнянні із направленістю рупора.

Можливі численні варіанти конструктивного виконання антен поверхневих хвиль (АПХ), що відрізняються типом структури, що уповільнює, (гладка - рис.16 а, в або періодична - рис.16 в, г) і її геометрію (плоска - рис.16 в. г. стрижнева - рис.16 а, б і ін).

Перевагою АПХ є широкосмуговість (особливо для АПХ із гладкими структурами, що уповільнюють), малі розміри по висоті (для плоских АПХ), дають можливість створення різноманітних діаграм направленості шляхом варіювання параметрами структури.

Недоліки АПХ - помітні втрати і обмеження по пропускній потужності.

Питання 3. Принцип частотного сканування променем
Метод частотного сканування одержав найбільше поширення в системах огляду повітряного простору. У порівнянні з іншими методами він більш економічний і порівняно простий. Створені сучасні РЛС з механічним обертанням по азимуті і частотному скануванні по куті місця для визначення трьох координат повітряних цілей.

Для пояснення принципу частотного сканування розглянемо ряд випромінювачів, рознесених на відстань d (рис.17).

Положення хвилястого фронту, а отже, і положення променя (тета) у просторі залежать безпосередньо від фазових співвідношень електричних коливань у випромінювачах.



Хвильовий фронт площини – це лінія, уздовж якої сигнал, що випромінюється елементом 1 знаходиться у фазі з сигналом елемента 2. Електромагнітна хвиля, що випромінюється елементом 1, проходить у вільному просторі відстань d*sinq, а до елементу 2 електромагнітні коливання проходять додатково відстань S у провіднику, що з'єднує обидва елементи. Якщо позначити через l довжину хвилі у вільному просторі і через lв довжину хвилі в провіднику і прийняти, що затримки по фазі рівні в обох каналах проходження сигналів до хвильового фронту, дійсна наступна рівність:


звідси:


Тобто напрямок головного максимуму переміщається як за рахунок зміни довжини хвилі l так і за рахунок зсуву фаз між струмами збудження сусідніх випромінювачів j.

Ефективність частотного засобу сканування характеризується куточастотною чутливістю, що визначає величину відношення променя в градусах на один відсоток зміни частоти, тобто

(1)

Сучасні НВЧ - генератори припускають перестроювання по частоті в межах ±50% від несучої. Щоб при такій зміні частоти здійснити переміщення променя в достатньо широкому секторі, куточастотна чутливість повинна складати 5...10 град / %, а іноді і більше.

Розглянемо залежність куточастотної чутливості від параметрів решітки.

Диференціюючи співвідношення (1) і з огляду на, що

та 1 рад = 57,30 (2)
знайдемо

(3)

Куточастотна чутливість залежить від положення променя в просторі: вона підвищується при збільшенні qm, причому при

(нормальна дисперсія)
більш швидко в області негативних кутів.

Для підвищення qf при незмінній відстані d потрібно збільшити похідну


Фізично - це більш різка зміна зсуву фаз j при зміні частоти, що призводить до великої зміни круткості лінійного фазового розподілу в антені і, відповідно, до великого відхилення променя.

При частотному засобі можуть застосовуватися схеми з послідовним і рівнобіжним збудженням

Схема з рівнобіжним збудженням дозволяє пропускати велику потужність у порівнянні з послідовної. Вона менше критична до точності виготовлення елементів, проте складна і потребує застосування великого числа діапазонних дільників потужності.

Головна перевага схеми з послідовним збудженням її простота і надійність.

У послідовній схемі відстань між випромінювачами вибирається з умови відсутності побічних максимумів при скануванні



де () – мінімальна довжина хвилі генератора.
Зсув по фазі між сусідніми випромінювачами

де () - довжина хвилі у фідері, яка залежить від довжини хвилі генератора.

Визначаючи значення () і враховуючи співвідношення (3) отримаємо

(4)
де () – геометричне сповільнення хвилі.
() групове сповільнення хвилі (групова швидкість хвилі, що розповсюджується у фідері)
() фазове сповільнення хвилі (()- фазова швидкість хвилі, що розповсюджується у фідері)

Співвідношення (4) визначає шляхи збільшення куточастотної чутливості антени з послідовною схемою збудження. Збільшення куточастотної чутливості (qf) може бути досягнуте шляхом збільшення групового уповільнення хвилі при ( ) або шляхом збільшення геометричного уповільнення хвилі при невеличкому значенні групового уповільнення.


Для збільшення групового уповільнення застосовують фідерні лінії із системою, що уповільнює, наприклад хвилевід із ребристою структурою. Така структура забезпечує як збільшення фазового уповільнення хвилі (b), так і особливо збільшення похідної (db/df) через підвищення дисперсії системи.
Величини (b та db/df) залежать від геометричних розмірів системи, що уповільнює, що можна розрахувати за умови одержання необхідної куточастотної чутливості.

Недоліком системи зі структурою, що уповільнює, є те, що при збільшенні групового уповільнення хвилі збільшується концентрація електромагнітного поля в поверхні структури, що уповільнює - що призводить до зниження що пропускається потужності і росту омічних утрат.


Другий дуже цікавий шлях підвищення куточастотної чутливості полягає у використанні схем із більшою довжиною відрізка фідера S, що живить, між суміжними випромінювачами збільшення (bг=S/d).

Конструктивно збільшення в L досягається використанням спіральних або змійкових хвилеводів (рис.19).
4. Методи формування парціальних діаграм направленості

Основною проблемою для сучасних РЛС найчастіше є обмеження по швидкості одержання інформації. Ця проблема виникає в силу необхідності створювати вузький промінь (для досягнення високої точності), встановлювати його в певному напрямку на час, що відповідає підсумковому часу поширення сигналу в прямому і зворотному напрямках на максимальну дальність дії РЛС, і забезпечувати при цьому необхідний сектор огляду по азимуту. Більш того, у більшості випадків потрібна багатократність опромінення цілі для одержання заданої точки вимірювання координат, необхідної деталізації даних, селекції рухомих цілей або виділення доплерівської частоти і т.п.

Одним із засобів підвищення швидкості огляду (наприклад за кутом місця) є використання багатопроменевих діаграм направленості (парціальних ДН).
У найпростішому випадку створення багатопроменевої ДН досягається встановленням декількох опромінювачів, винесених із фокуса дзеркальної параболічної антени (рис.20).

Проте, у цьому випадку, при великих відстанях від точки фокуса, відбувається збільшення променя як за кутом місця так і по азимуту, що викликає необхідність використання декількох дзеркал.

Використовуючи властивості дзеркальних антен і антенних решіток, наприклад антен із частотним коливанням променя (ЧКП) і подаючи на вхід антени багаточастотні сигнали, можна одержати парціальні ДН, кожну на певній частоті (рис.21).

При подачі на вхід антени одночасно декількох частот, формується багатопелюсткова ДН, що охоплює всю зону огляду по e, або якусь її частину.




Ширина головної пелюстки і рівень бічних пелюсток діаграми направленості залежать від розподілу поля на апертурі антени і похибок її виготовлення. Зростання рівня бічного прийому відбувається також через перевідбиття сигналів від місцевих предметів.

В даний час приймають заходи для зменшенню рівня бічних пелюсток шляхом оптимізації закону розподілу поля на розкриві антени і підвищення точності її виготовлення. Проте в застосовуваних в даний час дзеркальних антенах домогтися істотного зниження рівня бічних пелюсток важко через малі можливості зміни закону розподілу поля на розкриві дзеркала. Значно великим значенням у цьому відношенні володіють фазовані антенні решітки (ФАР).

Тому на ряду з прийняттям всіх заходів для зниження фону бічних пелюсток в даний час у РЛС здійснюється виборче адаптивне подавлення бічного прийому в напрямку на кожний постановник перешкод шляхом компенсації перешкоди, прийнятої по бічній пелюстці, перешкодою, прийнятою з того ж напрямку допоміжною антеною. Діаграми направленості основної і допоміжної антени показані на рис.22.


Основна антена РЛС працює в основному приймальному каналі, а допоміжна приймальня антена - в допоміжному каналі. Активна шумова перешкода від постановника перешкод в основному каналі приймається по бічних пелюстках основної антени, а у допоміжному каналі - по головній пелюстці допоміжної антени. При цьому забезпечується приблизно однаковий рівень перешкоди в основному і допоміжному каналах прийому.
Тому коефіцієнт підсилення допоміжної антени значно менше, ніж КП основної антени. Діаграма направленості допоміжної антени набагато ширша, ніж основної, і перекриває бічні пелюстки основної антени. Через це, допоміжна антена набагато менша за розмірами і простіша, ніж основна антена РЛС. В якості допоміжних антен у РЛС метрового діапазону звичайно використовують невеликі за розміром решітки з вібраторними випромінювачами. У РЛС сантиметрового діапазону в якості допоміжних антен використовують невеликі за розміром рупорні антени.

Звичайно за допомогою однієї допоміжної антени не вдасться перекрити всі бічні і задні пелюстки основної антени РЛС. Тому використовують декілька допоміжних антен, частина з яких перекриває бічні пелюстки в передній напівсфері, а інша частина - у задній напівсфері. Перешкоди, прийняті в основному і допоміжному каналах прийому, надходять на автокомпенсатор, що їх компенсує.


ОПРЕТ 4.1

Військовий інститут

Київський національний університет імені Тараса Шевченка
Кафедра бойового застосування і експлуатації радіолокаційних, радіотехнічних та метрологічних засобів Повітряних Сил
Дисципліна ВІЙСЬКОВА ПІДГОТОВКА

Предмет “ОСНОВИ ПОБУДОВИ РЕТ“

скачать файл


следующая страница >>
Смотрите также:
Опрет тема 1 1 Загальні відомості про радіолокаційну станцію (рлс). Заняття №1 Загальні відомості про рлс. Основні характеристики рлс І вимоги до них
1319.04kb.
Загальні відомості про твір Твір "Чайка", написаний на слова Андрія Пашка, композитором Євгеном Козаком
151.91kb.
Загальні відомості про електронні і іонні лампи
27.92kb.
Загальні відомості про вчителя
26.93kb.
Тема лекції: Загальні відомості про підсилювачі
83.36kb.
Предмет: Бухгалтерський облік Тема програми: Фінансовий облік
166.06kb.
Повідомлення про виникнення особливої інформації про емітента (дата виникнення «30» липня 2013 року) Загальні відомості Повне найменування емітента: приватне підприємство «метал-сервіс»
24.34kb.
1 Зведені відомості про обсяги товарообігу, виробництва продукції та послуг підприємств, установ, організацій
138.07kb.
Австралія найменший материк Землі. Загальні відомості, своєрідність географічного положення Австралії. Історія відкриття і дослідження. Геологічний розвиток і рельєф
145.42kb.
Програма підтримки молодіжних ініціатив та створення умов для самореалізації молоді у м. Вінниці на 2009-2012 роки Загальні положення
283.95kb.
Чубинської віри петрівни за 2012/2013 навчальний рік Загальні відомості про навчальний заклад Комунальний заклад «Харківська загальноосвітня санаторна школа-інтернат I-II ступенів №11»
254.09kb.
Звіт незалежного аудитора щодо фінансової звітності товариства з обмеженою відповідальністю «мак брок-інвест» станом на 31. 12. 2011 р. Керівництву тов «мак брок-інвест» Основні відомості про товариство
191.9kb.