Характеристика аналогового приемника панорамной РЛС

Особенности радиосигнала. РПУ обрабатывает импульсные РС прямоугольных импульсов, отраженных от наземных и воздушных объектов. Информация о типе, физических своиствах объектов отображается в закономерности изменениях амплитуды отраженных радиоимпульсов.

Структурная схема (рис.38,г).

– Радиоприемник выполняется по супергетеродинной схеме с однократным или двухкратным преобразованием частоты для обеспечения высокой реальной чувствительности, помехозащищенности и стабильности работы в жостких условиях эксплуатации.

– Особенности схемы относительно типовой супергетеродина АМС.

· Антенно – фидерная устроиство (АФУ) общее для РПДУ и РПУ.

а. Назначение. Обеспечивает канализацию мощности от РПДУ к антенне (А) и защиту полупроводниковых приборов на входе РПУ от мощных зондирующих импульсов, а также передачу мощности сигнала от А на вход РПУ с малыми потерями.

б. Состав функциональных элементов (рис. 39,а) параболическая антенна с диэлектрическим излучателем , фидер в виде волноводной или плосковой линии, волноводной переключатель (Ц1) и средства защиты от мощного зондирующего импульса (Ц2- волноводный вентиль, ГР-газовый разрядник, VD₁- диодный резонансный СВЧ- ограничитель ).

в. Принцип работы:

-режим передачи. В период воздействия зондирующего импульса РПДУ канал 1-2 трехплечевого волноводного переключателя Ц1 открыт, энергия импульса излучается А с ослаблением 0.2-0.5 дБ . Канал 1-3 ослабляет импульс на 30 дБ. Волноводный вентиль Ц2, нагруженный на соглассованную нагрузку R_H , обеспечивает передачу импульса на газовый разрядник ГР через канал 1-2 с малым затуханием. ГР срабатывает и создает режим к.з, отраженная энергия импульса просачивается через ГР, ее может оказаться достаточным для отказа полупроводниковых приборов в составе первых каскадов РПУ. Для предотвращения такого результата предусмотрен резонансный СВЧ- ограничитель, VD₁ включенный в основную полосковую линию через отрезок λ/4. Полупроводниковый диод обеспечивает ослабление зондирующего импульса на 15- 20 дБ.

-режим приема. Отраженный от цели эхо- сигнал поступает из А. с незначительным ослаблением проходит через каналы: 2-3 9 (Ц1) , 1-2 (Ц2), прямые потери через потухший разрядник (0.3-1.5) дБ и на участке диодного ограничителя (0.1-0.3) дБ, попадает на первый каскад РПУ .

· Тракт сигнальной частоты

а. Назначение . Обрабатывает радиоимпульсный сигнал СМВ.

б. Решаемые задачи:

-защищает полупроводниковые приборы от мощных импульсных колебаний;

-усиливает сигнал для обеспечения повышенной реальной чувствительности радиоприемника;

-обеспечивает частотную селекцию относительно опасных помех.

в. Структурные каскады и звенья:

-ферритовые волноводные циркуляторы (Ц1 и Ц2) , газовый разрядник (ГР) и диодный ограничитель (VD₁) – (рис.39,а).

-резонансный полосовой фильтр (ПФ) на полосковых линиях ;

-апериодический малошумящий усилитель СВЧ (УСЧ) на транзисторе с ОЭ (рис.39,б) или туннельном диоде.

· Тракт промежуточной чачтоты (ТПЧ).

а. Назначение ТПЧ обрабатывает радиоимпульсный сигнал на промежуточной частоте.

б. Решаемые задачи:

-преобразование несущей РС в промежуточную;

-обеспечение повышенной помехозащищенности по внутреннему шуму, комбинационным и соседним помехам;

-обеспечение усиления РС от реальной чувствительности до значения амплитуды напряжения на входе видеодетектора , при котором возможно линейное детектирование;

-сжатие динамического диапазона;

-повышенная точность настройки и стабильность частоты.

в. Структурные каскады и звенья (рис. 38, г): СМ,Г,АПЧ,УПЧ,ВАРУ (временная АРУ)

г. СМ одноконтурный балансный на диодах (точечный или с барьером Шотки). Конструктивно схема БС включает две смесительные секции и СВЧ мост (рис. 40, а). Его принципиальная и эквивалентная схемы изображены на рис. 40 , в, г.

д. Гетеродин выполняется на отражательном клистроне или лампе обратной волны, которые позволяют осуществить электронную перестройку частоты генерируемых колебаний.

е. АПЧ двухканальная частотная. В ее состав входит аттенюатор (АТ),СМ,УПЧ, различитель и управитель. Настройка осуществляется в два этапа : поиск, если ƒ_пр=ƒ-ƒ_с выходит за пределы полосы пропускания УПЧ и слежения- в пределах полосы пропускания.

ж. Усилители промежуточной частоты:

-схемотехническое исполнение. Конструктивно УПЧ выполнен в виде двух блоков: предварительного усиления промежуточной частоты (ПУПЧ) и основного УПЧ;

-ПУПЧ и БС размещены возможно ближе к А , что позволяет уменьшить потери мощности в линии передачи и уменьшить коэффициент шума ВЦ. ПУПЧ обеспечивает линейную АЧХ, малый K_u=20 – 100, работу на соглассованный кабель. Выполняется на транзисторах СВЧ по каскадной схеме с одиночным ПФ и питающем напряжением 30 – 40 В;

-основной УПЧ размещен на значительном расстоянии от ПУПЧ и связан с ним с помощью высокочастотного кабеля (рис. 41, а) Он обеспечивает основное усиление радиоканала, определяет помехозащищенность по внешним помехам, формирует полосу пропускания (П_РПУ≈П_УПЧ) и логарифмическую амплитудную характеристику (ЛАХ). Выполняется в виде многокаскадного широкополосного УПЧ, на входе которого подключен ФСИ а на выходе ПФ с полосой пропускания в (2 – 5) раз шире, чем ФСИ. Последний снижает уровень собственных шумов УПЧ. Апериодические усилители формируют АЧХ тракта вида

U_вых=S_AXlgU_вх,Н ,

где S_AX- крутизна ЛАХ; U_вх,Н – начальное входное напряжение с которого формируется ЛАХ (рис. 41,г). ЛАХ сжимает динамический диапазон УПЧ , т.е. при одинаковом изменении выходного напряжения с линейной амплитудно частотной характеристикой U_вых=S_AXU_вх (рис. 41,в), позволяет расширить диапазон изменения амплитуды входного напряжения с 4 до 10⁴. Сжатие необходимо для обеспечения нормального функционирования ЭЛТ, которая способна изменять контрастность изображения при изменении амплитуды напряжения сигнала в 12 – 15 раз.

Формирование ЛАХ. Наиболее широкое применение получила схема формирования ЛАХ методом последовательного детектирования выходных напряжений каскадами основного УПЧ, переходящими по мере увеличения уровня входного сигнала в режим детектирования и суммирования полученных видеосигналов (рис. 41,б). При входном напряжении U_вх , не превышающим некоторый начальный уровень U_вх,Н , все каскады УПЧ работают в линейном режиме. Напряжение с выхода последнего n-каскада УПЧ детектируется с помощью ВД и через суммирующий ВУ поступает на выход блока, т.е. К_и=тах=Соnst.

При входном напряжении U_вх≥U_вхН последний каскад УПЧ переходит на режим насыщения и напряжения и напряжение на его выходе не увеличивается и амплитуда напряжения видеоимпульсов, снимаемых с ВД, по мере роста входного напряжения переходят в режим насыщения последовательно (n-1), (n-2) и т.д. каскады УПЧ. Вместе с насыщением в этих каскадах протекает режим детектирования. При этом на суммирующий ВУ с этих каскадов поступают видеоимпульсы образующие в сумме выходные напряжения с ЛАХ. Чем больше уровень входного сигнала, тем больше каскадов УПЧ работает в режиме детектирования и тем больше амплитуда видеоимпульсов на выходе схемы. При правельном выборе основания логарифма и при условии, что ЛАХ начинается с уровня собственных шумов основного УПЧ удается динамический диапазон входных сигналов 80…100 дБ, сжать до 10…20дБ. Погрешность формирования ЛАХ составляет примерно 10%.

· Видеодетектор (ВД)

а. Назначение ВД преобразует радиоимпульсные сигналы в видеоимпульсные, форма которых повторяет закономерность модуляции.

б. Принцип исполнения схемы такой же как последовательного АД на диоде (рис. 42,а и 21,г). Однако, в составе схемы ВД может применяться дополнительный фильтр нижних частот L_ф, С’_ф, С’’_ф.

в. Алгоритм преобразования радиоимпульса в видеоимпульс (рис. 42,б):

-входной радиоимпульс с прямоугольной огибающей ;

-выходной радиоимпульс отличается от прямоугольной формы, так как его передний и задний фронты имеют меньшую крутизну, т.е. детектирование протекает с искажением;

-передний фронт видеоимпульса формируется за счет переходного процесса заряда С_ф через VD;

-задний фронт видеоимпульса формируется переходным процессом разряда С_ф через R_ф с момента прекращения действия радиоимпульса.

г. Анализ показателей:

-коэффициент передачи напряжения

↑К_и=cosθ_y=ψ(↓θ_y)≈0.8-0.9,

где θ_у- угол отсечки тока диода в установившемся режиме (рис.42,б).

-входное сопротивление каскада в установившемся режиме R_вх,у≈0.5 R_ф

-время установления импульса.

↓t_y=5C_ф(2 R_i+m² R_э∙cosθ_y)/(I+ m² R_э/R_вх,у)= ψ(↓С_ф ↓R_i ↓m), где

-m- коэфициент включения ПФ УПЧ к ВД;

-R_э – эквивалентное сопротивление ПФ УПЧ;

-время спадания импульса.

↓t_c=2.3 R_фС_ф= ψ(↓С_ф↓R_ф) →↓С_ф ;

-Коэффициент фильтрации колебаний радиочастоты

↓K_ф(С_ф К_ф)= С_д/(С_ф+С_д)=ψ(↑С_ф, ↓С_д) ;

↓К_ф(С_ф R_фL_фС’_фС’’_ф)= С_дС’_ф/(С_ф + С_д)(С’’_ф+ С_ф )= ψ(С’_ф, ↑С’’_ф) ;

· Оконечные устроиства

а. Назначение. Преобразование видеоимпульсных сигналов, содержащих радиолокационную информацию, в форму, удобную для визуального восприятия или принятия решения.

б. Решаемые задачи:

-преобразуют видеоимпульсные сигналы в разнояркостные изображения радиолокационной информации;

-преобразуют видеоимпульсные сигналы в текстовое и цифровое отображение радиолокационной информации;

-преобразуются видеоимпульсные сигналы в команды для пилотажно - навигационного комплекса ЛА.

в. Варианты:

-электронно – лучевая трубка с магнитным управлением и электростатической фокусировкой для получения контрастного отображения визуальной информации ;

- специализированный цифровой вычислитель (СЦВ), связанный с дисплеями или вырабатывающий команды для решения задач автоматического управления полетом.

· Видеоусилитель (ВУ).

а. Назначение. ВУ усиливает видеосигнал до уровня, необходимого для нормальной работы оконечного устроиства.

б. Решаемые задачи :

-усиление широкополосного видеосигнала;

-формирование ступенчатой трехуровневой амплитудной характеристики для получения на экране ЭЛТ, трех ярко выраженных яркостных оттенков: серого, темного, яркого (рис. 42,г).

-обеспечения согласования с различными оконечными устройствами: с индикатором ЭЛТ, аналогово-цифровым преобразователем, пороговым устройством, с устроиством принятия решения и т.д.

в. Схемотехническое решение (рис. 42,в)

Предварительный ВУ двухканальный:

-каждый канал многокаскадный широкополосный усилитель из резисторных каскадов на транзисторах с ОЭ;

-видеоусилитель «Фон» усиливает слабые сигналы;

-видеоусилитель «Выделение» усиливает сильные сигналы;

Сместитель суммирует сигналы трех уровней.

Оконечный видеоусилитель (ОВУ) усиливает сигнал по мощности, имеет линейную амплитудную характеристику.