Приемный тракт обеспечивает преобразование отраженных СВЧ-сигналов в сигналы промежуточной частоты, их усиление на промежуточной частоте и детектирование. В приемном тракте осуществляется формирование полосы пропускання принятых сигналов, формирование логарифмической амплитудной характеристики приемного тракта, временная автоматическая регулировка усиления с регулируемой глубиной и оперативная регулировка усиления.
Построение приемного тракта приведено на рис.18.3.
В состав тракта входят радиочастотный узел ВЧ и смеситель, регулируемый УПЧ и узел УПЧ и элементы коммутации и управления (на схеме не показаны)
На входы тракта поступают:
– отраженные СВЧ-сигналы на частоте Ав из передающего тракта;
– непрерывные СВЧ-колебания "Сигн. гетеродина" с несущей частотой из тракта гетеродина;
– импульсы "Запуск упреждений" и "Запуск совпад." из передающего тракта;
– сигнал управления масштабами изображения из индикатора кругового обзора.
Выходным сигналом тракта является видеосигнал, выдаваемый в канал отображения навигационной обстановки.
Формирование сигнала промежуточной частоты в приемном тракте осуществляется следующим образом:
На один вход преобразователя поступают непрерывные СВЧ - колебания гетеродина с частотой , где AВ – несущая частота СВЧ зондируещего импульса передатчика. На второй вход этого преобразователя поступают отраженные СВЧ-сигналы, проходящие через ферритовый вентиль, разрядник защиты приемника и полосовой волноводный фильтр.
В преобразователе осуществляется смешение частот гетеродина и сигнала, в результате чего на смесительных диодах преобразователя выделяются сигналы разностной частоты . Для сигналов, отраженных от препятствий, облученных зондирующими импульсами передатчика РЛС, и . Сигналы, отраженные от препятствий, облученных другими РЛС, или зондирующие сигналы других РЛС, принятые антенной своей станции, отличаются по частоте от значения , и промежуточная частота этих сигналов отличается от частоты 60 МГц.
Разрядник во входной цепи приемника запитывается постоянным напряжением 600 В от выпрямителя ФУ4, входящего в блок 1Е31.2, и защищает смесительные диоды преобразователя от выжигания мощными СВЧ-сигналами. Такими СВЧ-сигналами являются СВЧ зондирующие импульсы собственного передатчика, часть мощности которых просачивается через ферритовый циркулятор, расположенный в РЧГ блока IE31.2, а также СВЧ зондирующие импульсы других РЛС с длиной волны 3,2 см. При достижении СВЧ-сигналом, проходящим через разрядник, мощности порядка 300 МВт разрядник зажигается и закорачивает волновод, защищая вход преобразователя.
Волноводный полосовой фильтр Э1 защищает вход преобразователя от прохождения на него СВЧ-сигналов зеркальной частоты , которые на выходе преобразователя создают сигналы промежуточной частоты .
Полосовой фильтр настроен так, что СВЧ-сигналы зеркальной частоты затухают на нем.
В состав преобразователя входит предварительный усилитель промежуточной частоты, осуществляющий усиление и передачу сигнала промежуточной частоты в УПЧ.
Усиление сигналов промежуточной частоты осуществляется усилителем промежуточной частоты, размещенным в двух узлах – УПЧ регулируемом и узле УПЧ. В первом из них происходит регулирование усиления приемного тракта и формирование
полосы пропускания приемника, во втором – усиление сигналов, промежуточной частоты и формирование амплитудной характеристики приемного тракта.
Регулируемый УПЧ работает следующим образом. Сигналы промежуточной частоты поступают через диодный коммутатор (Д1, Д2) на регулируемый усилитель. На управляющие входы диодного коммутатора и регулируемого усилителя поступает с выхода суммирующей цепи положительное напряжение регулировки усиления, позволяющее линейно изменять затухание этого участка УПЧ не менее чем на 40 дБ,
Напряжение регулировки усиления на выходе суммирующей цепи представляет собой сумму постоянного напряжения ручной оперативной регулировки усиления, снимаемого с резистора КОНТРАСТНОСТЬ (R2-1), и импульсного напряжения ВАРУ.
Импульс ВАРУ уменьшает усиление приемника на малых дальностях, предотвращая засветку экрана ИКО мощными отраженными сигналами от морской поверхности и целей на малых дальностях. Этот импульс формируется под действием двух сигналов, поступающих из передающего тракта: импульса "Запуск упрежденный", поступающего за 2,2 мкс до зондирующего СВЧ импульса передатчика, и импульса "Запуск совпад.", совпадающего во времени с зондирующим СВЧ импульсом. Первый из них, пройдя через дифференцирующую цепь и ограничитель, устанавливает своим задним фронтом формирователь, собранный по схеме триггера, в состояние, соответствующее "1*. Импульс "Запуск совпад.", пройдя через дифференцирующую цепочку в ограничитель-инвертор, возвращает своим передним фронтом формирователь в состояние "О". Положительный импульс с выхода формирователя через эмиттерный повторитель поступает на ограничитель снизу. Со второго выхода формирователя отрицательный импульс поступает на дифференцирующую цепь, с выхода которой короткий положительный импульс, образующийся в момент переключения формирователя из состояния "1" в состояние "О", подается на ограничитель снизу (Д6) по двум цепям: через аттенюатор ключевой, интегрирующую, эмиттерный повторитель и через линию задержки, аттенюатор ключевой, эмиттерный повторитель, усилитель-инвертор. Элементы этой схемы на схеме (рис.18.2) не показаны.
Интегрирующая цепь с момента подачи на нее положительного импульса формирует положительный всплеск (быстрый заряд конденсатора), амплитуда которого сравнительно медленно убывает по экспоненциальному закону за счет разряда конденсатора через большое сопротивление. Длительность разряда устанавливается резистором ДЛИТ.ВАРУ при регулировке станции в пределах 15 – 110мкс, что соответствует дальности 1,2+4,9 мили.
Величина напряжения импульса оперативно регулируется резистором ВАРУ на ИКО. Напряжение, снимаемое с движка этого резистора, регулирует амплитуду на выходе ключевого аттенюатора Д3.
Линия задержки задерживает короткий положительный импульс, поступающий с выхода дифференцирующей цепи исовпадающий по времени с моментом излучения СВЧ зондирующего импульса, на 0,05 – 0,25 мкс. Аттенюатор ключевой и резистор АМПЛ.СТРОБА ВАРУ (R18) обеспечивают регулировку амплитуды импульса, поступившего с линии задержки, а усилитель-инвертор изменяет полярность импульса, делая его отрицательным.
Таким образом, импульс ВАРУ, поступающий с выхода ограничителя снизу на вход суммирующей цепи УПЧ регулируемого, представляет собой положительный импульс, состоящий из трех частей: положительной прямоугольной части с постоянной амплитудой, экспоненциально убывающей части с оперативно регулируемым начальным значением и короткой отрицательной врезки (строба ВАРУ).
Прямоугольная часть устанавливает в регулируемом УПЧ минимальное усиление не менее чем на 40 дБ на период, непосредственно предшествующий излучению зондирующего СВЧ импульса передатчика. Экспоненциальная часть импульса ВАРУ обеспечивает экспоненциальное увеличение усиления в регулируемом УПЧ от минимального значения, оперативно устанавливаемого резистором ВАРУ, до максимального значения, начиная с момента излучения зондирующего СВЧ импульса (нуля дальности) до дальности, устанавливаемойпри регулировке станции в пределах 1,2 – 4,9 мили. Отрицательная врезка обеспечивает кратковременное увеличение усиленияв регулируемом УПЧ непосредственно вслед за излучением СВЧ зондирующего импульса на время восстановления разрядника Ppl, компенсируя вносимое им затухание и обеспечивая обнаружение целей на минимальной дальности действия РЛС (окало 30 м, что соответствует времени задержки 0,2 мкс).
Формирование полосы пропускания в регулируемом УПЧ осуществляется следующим образом. Напряжение с выхода регулируемого усилителя через буферный усилитель подается на два фильтра сосредоточенной селекции: ФСС, =18 МГц и ФСС, =4МГц, выходы которых через ключевые устройства подключены к эмиттерному повторителю.
Один из ФСС пропускает сигналы (по уровню минус ЗдБ) в полосе частот 51 – 69 МГц (– =18 МГц), второй – в полосе 58 – 62 МГц ( =4МГц)
Коммутация ФСС происходит по сигналам с ИКО выбором соответствующего масштаба шкалы дальности и соответствующей ему длительности импульса.
Узел УПЧ, осуществляющий усиление сигналов на промежуточной частоте и формирование амплитудной характеристики приемного тракта, включает в себя семь каскадов усиления – услителей – етекторов, общую для всех каскадов регулируемую нагрузку, два видеоусилителя, подключенных к двум последним каскадам усиления, видеоусилитель и эмиттерный повторитель, включенные на выходе УПЧ.
Каждый каскад усиления имеет два выхода – выход усиленного сигнала промежуточной частоты, подаваемого на вход следующего каскада усиления, и выход продетектированного в данном каскаде сигнала-видеосигнала. Видеосигналы первых пяти каскадов усиления непосредственно, а видеосигналы двух последних каскадов через видеоусилители суммируются на общей регулируемой нагрузке, с которой суммарный видеосигнал положительной полярности через видеоусилитель выдается в канал отображения навигационной обстановки. Помимо этого с эмиттерного повторителя видеосигнал выдается для контроля с помощью КИП.
При отсутствии отраженных сигналов от целей за счет большого усиления последний каскад усиления находится в состоянии насыщения под действием напряжения собственных шумов приемного тракта. (Основную долю собственных шумов приемного тракта составляют шумы смесительных диодов и ПУПЧ преобразователя). Под действием сигнала, по мере увеличения его уровня, происходят постепенное насыщение и остальных каскадов, в первую очередь (при малых сигналах) предпоследнего, затем пятого и т.д. В результате по мере увеличения уровня входного сигнала коэффициент усиления УПЧ уменьшается и зависимость амплитыды выходного сигнала УПЧ от амплитуды входного сигнала имеет вид логарифмической кривой. Такая амплитудная характеристика УПЧ улучшает наблюдательность целей на фоне взволнованной морской поверхности, гидрометеоритов и в дожде.
В отличие от рассмотренной ранее РЛС «Океан», РЛС МР-244 «Экран» построена, в основном, на полупроводниковых приборах и интегральных микросхемах. Пример схемного решения усилителя промежуточной частоты узла УПЧ показана на рис. 18.3 Узел УПЧ выполнен на микросхемах 2Ус282 – усилитель регулируемый и 2Уи182 – импульсный усилитель на отрицательную полярность. Назначение элементов в схеме обычное.
18.4. Тракт гетеродина
Определенный интерес представляет схемное решение задачи автоматической подстройки частоты гетеродина в данной РЛС, поэтому он здесь рассматривается детально.
Тракт гетеродина (рис 18.4 вырабатывает непрерывный СВЧ-сигнал с частотой fr (рис 18.4), и обеспечивает автоматическую подстройку этой частоты таким образом, чтобы величина промежуточной частоты fпр = fг – fв оставалась неизменной, равной fпр= 60 МГц, независимо от уходов несущей частоты СВЧ зондирующих импульсов передатчика fв.
| Рис. 18.4. Эпюры напряжений схемы АПЧ |
Входными сигналами тракта гетеродина являются "Сигнал передатчика" (СВЧ зондирующие импульсы передатчика), поступающий с ответвителя тракта прохождения СВЧ – сигнала, и "Имп. зап.", поступающий из канала синхронизации. Выходным сигналом тракта является "Сигн-гетерод." (СВЧ-сигнал) с частотой fг, поступающий в приемный тракт.
Формирование сигнала гетеродина в тракте осуществляется следующим образом.
Источником сигнала является управляемый маломощный СВЧ-генератор (собственно гетеродин), работающий в режиме непрерывной генерации. Частота СВЧ-колебаний гетеродина определяется величиной управляющего напряжения (Uуnp), подаваемого на СВЧ-генератор с выхода блока АПЧ: изменение этого напряжения в пределах от 0 до +35 В вызывает изменение частоты СВЧ-колебаний генератора fг не менее чем на 65 МГц, причем увеличение управляющего напряжения приводит к увеличению частоты fг. Начальное значение частоты гетеродина (при Uyпр= 0) устанавливается при регулировании приемопередатчика примерно равным 9460 МГц. Для этого в конструкции гетеродина предусмотрен специальный регулировочный элемент.
СВЧ-сигнал гетеродина через ферритовый вентиль (ФВ), уменьшающий влияние нагрузки на генератор, и через аттенюатор, регулирующий величину сигнала гетеродина, поступают в преобразователь и в приемный тракт.
На второй вход преобразователя поступают сигналы передатчика – часть мощности СВЧ зондирующих импульсов, имеющих несущую частоту fв. В преобразователе осуществляется смешение частот, в результате чего на смесительных диодах преобразователя (как и в приемном тракте) выделяются сигналы разностной (промежуточной) в, очастоты fnp=fг.– f огибающая которых имеет форму импульсов с длительностью, равной длительности СВЧ зондирующих импульсов передатчика.
Аттенюаторы во входной цепи преобразователя обеспечивают при регулировании приемопередатчика выравнивание мощностей сигналов гетеродина и передатчика, поступающих на вход преобразователя, и установку такого уровня мощности этих сигналов, который дает наибольший коэффициент преобразования смесительных диодов.
Автоматическая подстройка частоты гетеродина осуществляется блоком АПЧ путем сравнения поступающих на его вход сигналов промежуточной частоты fnp с эталонной частотой f3г. Если fnp< 60 МГц, то величина управляющего напряжения Uупр, вырабатываемого блоком и подаваемого на гетеродин возрастает, что приводит к возрастанию частоты fr и частоты fnp. Если fnp > 60 МГц, наоборот – величина Uупр уменьшается, что приводит к уменьшению частот fr и fпр
Источником изменения частоты fпp, приводящим к необходимости ее автоподстройки, является нестабильность частот генерации как магнетрона, так и самого гетеродина, вызванная изменениями температуры, напряжений и другими дестабилизирующими факторами.
Основными элементами блока АПЧ, рис 18.5, обеспечивающими управление частотой гетеродина, являются:
– генератор эталонной частоты G;
– элементы сравнения эталонной и промежуточной частот, двоичные реверсные счетчики и декодирующие преобразователи кода в напряжение. Причем счетчик СТ2-2 с преобразователем ПД-1 образует канал грубого отсчета, счетчик СТ2-3 с преобразователем ПД-2 – канал точного отсчета, а счетчик СТ-1 используется в качестве сглаживающего фильтра;
– элементы управления счетчиками – триггеры Т-1, Т-2, логические элементы И–ИЛИ, и (&–4) и пиковый детектор, состоящий из формирователя F–3 и конденсатора С2.
| Рис. 18.5. Схема АПЧГ |
Импульсы счета промежуточной частоты формируются усилителем , триггером Т-1 и формирователем F-1. Усилитель осуществляет усиление сигнала промежуточной частоты fпp, поступающего с выхода преобразователя, и выделение из этого сигнала положительных полупериодов. С выхода усилителя пачки τ положительных импульсов, следующих с частотой fпp, поступают на вход триггера Т-1 и на формирователь F-1.
Триггер осуществляет деление частоты на два и с его выхода снимаются пачки положительных импульсов с частотой f = fпр/2, a формирователь формирует огибающую пачки – прямоугольный импульс длительностью, равной длительности зондирующих импульсов передатчика. Этот импульс используется в качестве строба, разрешающего прохождение импульсов через элементы И (&І, &-2, &-3).
Импульсы счета эталонной частоты формируются кварцевым генератором G и логическим элементом И (&-1). Кварцевый генератор вырабатывает непрерывную последовательность импульсов со стабильной частотой fэт=30 МГц. Логический элемент И (&-1) отпирается стробами, поступающими с выхода формирователя F-1, и выделяет из последовательности импульсов кварцевого генератора пачки импульсов эталонной частоты. Длительность каждой пачки равна длительности пачки импульсов промежуточной частоты. Если fnp/2 = fэт=30 МГц, то количество импульсов в пачке промежуточной частоты и в пачке эталонной частоты больше, чем в пачке эталонной частоты одинаково. Если fnp>fп , то количество импульсов в пачке промежуточной частоты больше, чем в пачке эталонной частоты, если fпр/2 < fэт=30 , то меньше.
Команды управления реверсивными счетчиками формируются из импульсов запуска передатчика формирователем F-2 и триггером Т-2. Формирователь осуществляет усиление импульсов, а триггер – деление их частоты на два. С выхода триггера Т-2 снимаются две последовательности импульсов, одна из которых поступает на вход логического элемента И (&-2), разрешая прохождение импульсов fпр /2, и на входы "–1 двоичных реверсивных счетчиков. Вторая последовательность импульсов триггера Т-2 поступает на вход логического элемента И (&–3), разрешая прохождение импульсов fпр и на входы "+1" двоичных реверсивных счетчиков. Благодаря этому в одном периоде повторения импульсов запуска передатчика на счетный вход Т счетчика СТ2-1 через логический элемент И-ШІИ (&-2 и 1) поступают импульсы счета промежуточной частоты (fпр /2) и в это время по сигналу "–1" счетчик СТ2-1 работает на вычитание. В следующем периоде повторения на этот же счетный вход Т счетчика СТ2-1 через логические элементы И-ИЛИ (&-3 и 1) поступают импульсы счета эталонной частоты fэт и в это время по сигналу "+1" счетчик работает на суммирование. Таким образом, цикл сравнения промежуточной и эталонной частоты занимает по времени два периода повторения зондирующих импульсов передатчика.
Счетчик СТ2-1 осуществляет фильтрацию разностной частоты f = f эт–fnp/2. Благодаря тому, что для дальнейшего счета используется выход только третьего разряда РЗ этого счетчика, малые по величине и быстрые флуктуации разностной частоты f не проходят на выход счетчика, изменяя содержание лишь его первых двух разрядов Р1 и Р2. Этим обеспечивается устойчивость работы АПЧ.
Реверсивные двоичные счетчики СТ2-2, СТ2-3 и декодирующие преобразователи ПД-1, ПД-2 формируют напряжение управления гетеродином следующим образом.
Импульсы счета промежуточной и эталонной частоты с выхода РЗ счетчика СТ2-1 поступают на счетные входы Т счетчиков СТ2-3 и СТ2-2, причем на счетчик СТ2-2 импульсы поступают при наличии разрешающего потенциала на входе элемента И (&-4), подаваемого с формирователя F-3. Счетчики осуществляют суммирование или вычитание импульсов счета в зависимости от наличия сигнала на входе "+1" или “–1”. С выхода счетчиков шестиразрядные двоичные коды подаются на входы декодирующих преобразователей ПД-1 и ПД-2, которые преобразуют эти коды в пропорциональные им положительные напряжения.
Напряжения, снимаемые с выходов декодирующих преобразователей, суммируются на резисторе R9, усиливаются по мощности усилителем через контакты 3 – 1 переключателя АПЧ – РПЧ В1 и контакты Р1 подаются на гетеродин Э8. Причем напряжение с выхода ПД-1 поступает на резистор R9 непосредственно, а напряжение с выхода ПД-2 – через масштабные резисторы R2 и R13, уменьшающие это напряжение приблизительно в 25=32 раза. Благодаря этому изменению шестиразрядного двоичного кода в счетчике СТ2-2 на единицу младшего разряда соответствует изменение напряжения управления на выходе усилителя на В и изменение частоты гетеродина приблизительно на 1 МГц, а такому же изменению кода в счетчике СТ2-3 – изменение управляющего напряжения приблизительно на
и изменение частоты гетеродина приблизительно на 30 кГц. Таким образом, единице младшего разряда Р1 счетчика СТ2-2 соответствует приблизительно единица пятого разряда Р5 счетчика СТ2-3 и счетчик СТ2-2 осуществляет грубую, а счетчик СТ2–3 – очную установку частоты гетеродина.
Подключение счетчика СТ2-2 происходит при больших отклонениях промежуточной частоты fпр от значения 60 МГц и при заполнении 4 – 5 младших разрядов счетчика СТ2–3. В этом случае происходит быстрое заполнение счетчика СТ2-3 и напряжение на выходе декодирующего преобразователя ПД-2 изменяется с большой скоростью, что приводит к увеличению напряжения, подаваемого на вход формирователя F-3 с выхода ПД-2 через усилитель 3 и конденсатор С2. Формирователь F-3 срабатывает и подает разрешающий потенциал на вход элемента И (&–4): счетный вход Т счетчика СТ2-2 подключается к выходу РЗ счетчика CT2-L
Диоды Д1 и Д2 на выходах декодирующих преобразователей осуществляют их развязку, исключая подачу напряжения с выхода одного преобразователя на выход другого преобразователя.
Переключатель АПЧ – РПЧ (В1) используется для проверки приемопередатчика (1Е31) при его настройке при проведении регламентных работ. В положении РПЧ переключателя В1 размыкается цепь автоматической подстройки частоты гетеродина и включается цепь ручной подстройки частоты, осуществляемой с помощью резистора РПЧ (R1), регулирующего напряжение управления гетеродином.
Реле Р1 используется при заводской настройке приемопередатчика (1Е31) и блока АПЧ (1Е31.4). В этом случае напряжение управления гетеродином U™ и команда включения реле "–27 В вкл.РПЧ" подаются из технологического пульта.