Высокочастотный тракт

Высокочастотный тракт обеспечивает передачу с минимальными потерями электромагнитной энергии от передающего устройства к антенному. Он представляет собой сложный комплекс высокочастотных элементов, соединенных между собой линиями передачи.

Рассмотрим назначение и особенности конструктивного построения отдельных элементов высокочастотного тракта.

Линии передачи. В РЛС обнаружения в качестве линий передач используются прямоугольные волноводы, изготовленные из меди или алюминиевых сплавов, и высокочастотные коаксиальные линии (фидеры).

Антенный коммутатор устанавливается на выходе передающего устройства и представляет собой электронный переключатель, обеспечивающий в режиме передачи подключение тракта к передающему устройству и отключение от тракта приемного устройства. Качество его работы в значительной мере определяет степень влияния передатчика на работу приемного устройства.

В настоящее время используются два основных типа коммутаторов:

Рис. 19.13. Устройство и принцип работы циркулятора 15ЦВФ-3А: а – в режиме «Передача»; б – в режиме «Прием»; в – в режиме работы передатчика на эквивалент; 1 - двойной волноводный тройник; 2 – двухканальный невзаимный 90° фазовращатель; 3 – направленный ответвитель; 4 – вода; 5 – катушки электромагнита

– антенные коммутаторы, построенные на использовании свойств газовых разрядников и резонансных линий. В режиме передачи высокочастотной энергии от передающего устройства происходит поджиг разрядников, и энергия, отражаясь от них, направляется в антенну. В режиме приема маломощный сигнал из антенны проходит через секцию с разрядниками, не вызывая поджига разрядников. Щелевые мосты обеспечивают подачу принятой энергии к приемнику, а просачивающейся через разрядники мощности передатчика – на коаксиальную нагрузку, где производится ее поглощение. Для повышения качества работы коммутатора в нем установлено несколько разрядников, последняя пара их – разрядники с предварительным поджигом. В них создана небольшая ионизация газа постоянным напряжением, подаваемым с высоковольтного выпрямителя. Это обеспечивает практически мгновенный поджиг их при прохождении сигналов небольшой мощности;

– антенные коммутаторы, использующие ферриты. Устройство и принцип работы таких переключателей рассмотрим на примере антенного коммутатора РЛС МР-750, функции которого выполняет ферритовый циркулятор 15ЦВФ-3А (рис. 19.13). Кроме функции коммутатора циркулятор обеспечивает развязку передающего устройства от несогласованного высокочастотного тракта, а также коммутацию высокочастотной энергии от передающего устройства в направлении антенны или эквивалента ее. В состав циркулятора входят:

– двойной волноводный тройник 1, который обеспечивает деление пополам энергии СВЧ-сигнала, поступающего в боковое плечо, и возбуждение при этом каналов невзаимного фазовращателя в противофазе;

– двухканальный невзаимный 90°-й фазовращатель 2, ферритовые пластины которого намагничиваются поперечным магнитным полем, создаваемым электромагнитной системой. При переключении режима работы передающего устройства «Антенна» – «Эквивалент» производится переключение полярности электромагнита, а это изменяет невзаимность каналов фазовращателя. Для отбора тепла от ферритов используется их водяное охлаждение;

– направленный ответвитель шлейфного типа 3, обеспечивающий деление пополам мощности, поступающей в одно из плеч, со сдвигом фазы волн, проходящих через шлейфы, на 90°.

Из рис. 19.14,а, видно, что при работе РЛС в режиме излучения на антенну электромагнитная энергия от передающего устройства направляется в плечо циркулятора, подсоединенное к высокочастотному тракту, так как в него поступают высокочастотные колебания с одинаковой фазой. Во второе плечо, подсоединенное к нагрузке, энергия не проходит, так как высокочастотные колебания приходят в него в противофазе. При работе передатчика на эквивалент (рис. 19.14,б) невзаимность фазовращателя 2 изменяется, что изменяет фазы колебаний в плечах циркулятора, И энергия передатчика подается на нагрузку. В режиме «Прием» циркулятор обеспечивает прохождение высокочастотных сигналов из тракта на приемное устройство.

Рис. 19.14. Устройство и принцип работы СРЧК в режиме сумматора: а – при прохождении сигналов первого частотного канала; б – при прохождении сигналов второго канала

Сумматор-разделитель частотных каналов (СРЧК). Этот элемент высокочастотного тракта используется в двухканальных РЛС для обеспечения работы на две антенны двух частотных каналов с использованием одного приемно-передающего высокочастотного тракта. Устройство и работу сумматора-разделителя частотных каналов рассмотрим на примере СРЧК, используемого в РЛС МР-750. Конструктивно он состоит из двух волноводных направленных ответвителей шлейфного типа, между которыми включены два одинаковых полосовых фильтра, настроенные на первый частотный диапазон. Как видно из рис. 19.14, при работе СРЧК в качестве сумсумматора, когда к плечу подключено передающее устройство первого канала, к плечу 2 – передающее устройство второго канала, к плечу 3 – высокочастотный тракт, идущий к антенне, к плечу 4 – нагрузка, энергия, поступающая от передатчиков, объединяется в плече 3. Это объясняется тем, что высокочастотная энергия, поступающая на направленные ответвители, делится на две равные части со сдвигом фазы волн, прошедших через шлейфы, на 90°. Так как фильтры настроены на первый частотный диапазон, энергия от передатчика первого канала из плеча 1, пройдя через направленные ответвители и фильтры, подается в плечо 3. В это плечо высокочастотные колебания приходят в одинаковой фазе (рис. 19.14,а). Высокочастотная энергия передатчика второго канала отражается от фильтров. При этом происходит сдвиг фазы колебаний на 180°. К нему добавляется сдвиг фазы в 90° при прохождении волн через шлейфы направленного ответвителя. В плечо 3 колебания также поступают в одинаковой фазе. Мощность передатчиков направляется в высокочастотный тракт. Принцип работы СРЧК в качестве разделителя аналогичен рассмотренному. При этом энергия, поступающая в плечо 3, делится на две части: высокочастотные колебания первого частотного канала направляются в плечо 1, высокочастотные колебания второго частотного канала – в плечо 2.

Переключатель эквивалент-антенна (ПЭА)обеспечивает подачу высокочастотной энергии, идущей от передающего устройства, либо на антенну, либо на эквивалент. Конструктивно переключатель представляет собой барабан с входным и двумя выходными волноводными окнами (рис. 19.15). Внутри барабана размещен ротор в виде волноводного девяностоградусного Е-уголка. При переключении ПЭА ротор путем своего поворота с помощью специального двигателя обеспечивает соединение входа с одним из выходов. При этом свободный выход автоматически закрывается притертой заслонкой.

Рис. 19.15. Переключатель эквивалент-антенна с нагрузкой

Эквивалент антенны (ЭА) представляет собой поглотитель высокочастотной мощности. В зависимости от уровня поглощаемой мощности и используемого принципа поглощения энергии ЭА может иметь различную конструкцию. Например, в РЛС МР-750 в качестве эквивалента используется волноводная нагрузка (НВ), представляющая собой закороченный отрезок волновода, внутри которого по широкой стенке приклеены кремний-керамитовые поглощающие пластины (рис. 19.15). Для улучшения теплоотдачи нагрузка имеет снаружи ребра и окрашена в черный цвет.

Герметизирующая секция (СГ) служит для разделения воздушных потоков, образующихся за счет перепада температур при выходе тракта за пределы отапливаемого помещения. Она препятствует конденсации влаги в тракте. СГ представляет собой отрезок волновода, между контактными фланцами которого находится фторопластовая пластина. Для отвода воды из тракта, образующейся за счет конденсации, и подключения дегидратора в секции имеются специальные отверстия.

Переходы качек. При наличии в РЛС стабилизации антенного поста по качкам в состав высокочастотного тракта включаются специальные переходы, обеспечивающие передачу энергии из неподвижного относительно плоскости корабля тракта в «качающуюся» (стабилизированную по качкам) антенну. Рассмотрим конструкцию переходов качек, используемых в МР-750 (рис. 19.16).

Рис.19.16. Вращающийся переход качек

Они представляют собой вращающиеся переходы, состоящие из двух волноводно-коаксиальных переходов с общей коаксиальной частью. Отработка качек осуществляется за счет подвижных дроссельных сочленений (разъемов), размещенных в коаксиальной части этих блоков. Контактным поршнем обеспечивается согласование блоков в требуемом диапазоне частот при изготовлении их на заводе. В РЛС обнаружения находят применение и другие конструкции переходов. Например, в РЛС МР-600 используется шарнирный переход качек.

Вращающийся переход (ВП). Назначением его является передача высокочастотной энергии по волноводному тракту при вращении антенного поста в горизонтальной плоскости. Конструкция ВП аналогична конструкции вращающихся переходов качек, описанной выше (рис. 19.16). Так как на антенном посту (прибор 1) кроме антенн РЛС размещаются еще и антенны сопряженной с РЛС аппаратуры государственного опознавания, вращающийся переход тракта РЛС (ВП) обычно конструктивно соединен с вращающимся переходом тракта аппаратуры опознавания (ВПО), который является коаксиальным. Поэтому внутренний проводник ВП сделан утолщенным, чтобы пропустить кабельный тракт опознавания.

Гибкие волноводные секции (ГТ) представляют собой участок гофрированного и обрезиненного волновода. Они обеспечивают механическую развязку элементов волноводного тракта при тряске и вибрации, что исключает деформацию соединительных волноводов.

Построение высокочастотного тракта и взаимодействие элементов его между собой при работе на передачу рассмотрим на примере тракта РЛС МР-750 (рис. 19.17). Высокочастотная энергия от двух передающих устройств (с приборов 2УМ-1, 2УМ-2) через антенные коммутаторы (АК), гибкие волноводные секции (ГТ) по соединительным волноводам поступает на плечи 1 и 2 сумматора-разделителя частотных каналов (СРЧК). В СРЧК энергия суммируется. Суммарная энергия, выходящая через плечо 3, далее последовательно проходит через переключатель эквивалент-антенна (ПЭА), герметизирующую секцию (СГ), вращающиеся переходы бортовой и килевой качек (ВПК–1, ВПК-2), вращающийся переход (ВП) и поступает в плечо 3 второго СРЧК. В нем энергия разделяется на два частотных канала. Высокочастотные сигналы первого частотного канала через плечо 1 и полосовой фильтр ФП-1, обеспечивающий дополнительную взаимную развязку между каналами, поступают на антенный блок А-1. Высокочастотные сигналы второго частотного канала через плечо 2 СРЧК и ФП-2 поступают на антенный блок А-2.

При включении передающих устройств в работу на эквивалент по команде с пульта управления РЛС производится переключение антенных коммутаторов (путем изменения полярности питающих напряжений электромагнитов в циркуляторах 15ЦВФ-ЗБ) и переключателя эквивалент-антенна (путем разворота внутреннего ротора). В результате этого энергия передатчиков направляется в поглощающие нагрузки (ПН), подключенные к АК, а просачивающаяся через АК энергия СВЧ поглощается волноводной нагрузкой (НВ), подсоединенной к выходу ПЭА. С высокочастотным трактом РЛС конструктивно объединен тракт системы опознавания, включающий в себя конусный переход, вращающийся переход опознавания (ВПО) и переключатели ЗБ6, ЗБ9, обеспечивающие подключение тех или иных антенн к тракту.