Выбор и обоснование структурной схемы
С учетом изложенного выше, реализация приведенных ТТХ возможна в рамках структурной схемы, приведенной на рис. 19.2 и 20.2.
20.2.1. Передающее устройство
Передающее устройство предназначено для формирования и усиления до необходимого уровня мощности когерентных радиоимпульсных зондирующих сигналов.
Передающее устройство имеет технические характеристики, приведенные в табл. 20.1, структурная схема передатчика приведена на рис 20.2 .
Непрерывный СВЧ сигнал первого гетеродина формируется восьмью модулями-формирователями сигнала первого гетеродина. Генерирование сигнала той или другой частоты каждым из модулей производится по командам управления, поступающим на каждый из модулей из системы управления или контроля. При этом в любой момент времени формируется сигнал только одной из восьми частот. Таким образом, есть возможность оперативно переключать частоту зондирующего сигнала по командам от рабочего места оператора.
Таблица 20.1
Основные ТХ передатчика РЛС
| Частоты усиливаемых сигналов
| 8 фиксированных частот в диапазоне (2885 – 3100) мГц
| | Импульсная выходная мощность
| не менее 130 кВт
| | Длительность импульсов
| (43,3 ± 0,3) мкс
| | Скважность
| менее 22
| | Внутриимпульсное отклонение
фазы
| не более 0,75 рад
|
|
Выходы всех модулей-генераторов соединены со входами сумматора, который выполняет роль объединителя выходов всех четырех модулей 794ГБ01 на один выход. В сумматоре сигналы генераторов объединяются в один СВЧ-тракт, усиливаются и поступают на смеситель сигнала для формирования излучаемого СВЧ-сигнала, а также в приемник для преобразования принятого сигнала в сигнал первой промежуточной частоты.
Усилитель сигнала первого гетеродина – аналог модуля усиливает сигнал только при поступлении на шкаф команд на включение режима формирования контрольного сигнала ("Выравнивание" или "КФ"). При отсутствии таких команд модуль запирается, и сигнал гетеродина не поступает на смеситель контрольного сигнала. Делается это с целью уменьшения уровня сигналов, просачивающихся по тракту контрольного сигнала в приемную систему в рабочем режиме. Команда управления на модуль 794ГФ08 поступает от ячейки управления И2ХК190.
Генератор-формирователь формирует сигналы, обеспечивающие формирование ЛЧМ-радиоимпульса: тактовые импульсы, управляющие работой форпмирователя ЛЧМ сигнала, непрерывные синусоидальные сигналы частотой 60 и 600 мГц.
При поступлении импульса запуска на вход формирователя ЛЧМ-сигнала он формирует радиоимпульсный ЛЧМ-сигнал длительностью 43,3 ms. При этом закон изменения частоты внутри импульса (убывающий или возрастающий) определяется, соответственно, наличием или отсутствием команды "Наклон" на его управляющем входе. Сформированный ЛЧМ-сигнал с центральной частотой 19,178 мГц с выхода формирователя ЛЧМ-сигнала поступает на вход смесителя 1, в котором смешивается с сигналом частотой 60 мГц, поступающим с генератора-формирователя.
Полученный в результате смешивания и отфильтрованный от побочных составляющих радиоимпульсный ЛЧМ-сигнал с центральной частотой fПЧ2=79,178 мГц (вторая промежуточная частота) дополнительно проходит через запирающее устройство модуля, пропускающее сформированный радиоимпульс только в момент присутствия импульса запуска. Делается это с целью уменьшить уровень сигнала, просачивающегося на выход приемника в промежутках между импульсами, и для уменьшения длительностей фронта и спада радиоимпульса. Далее ЛЧМ-сигнал второй промежуточной частоты поступает на вход смесителя 2.
Полученный в результате смешивания радиоимпульсный ЛЧМ-сигнал частотой 679,178 мГц (первая промежуточная частота) фильтруется от побочных составляющих, усиливается и поступает на выход смесителя 3, где смешивается с одним из восьми сигналов, генераторами 1 – 8 .После предварительного усиления СВЧ ЛЧМ-сигнал поступает на усилитель мощности.
На предоконечный усилитель поступает радиоимпульсный ЛЧМ-сигнал мощностью (0,45 – 0,95) Вт где он усиливается предоконечным усилителем мощности до уровня (6 – 10) Вт и через управляемый p–i–n диодный аттенюатор поступает на вход клистрона КИУ-115-1. Постоянное отрицательное ускоряющее напряжение величиной (17 – 20) кВ поступает на катод клистрона от высоковольтного выпрямителя. Импульсная модуляция клистрона по бестоковому электроду (сетке) с частотой и длительностью несколько превышающей длительность зондирующих импульсов осуществляется с помощью специального импульсного сеточного модулятора
Усиленный клистроном мощный радиоимпульсный ЛЧМ-сигнал через механически развязывающую гибкую секцию по внутреннему и внешнему СВЧ-трактам поступает на антенну для излучения в окружающие пространство
Принцип работы клистрона КИУ-115-1 описан по схеме прибора, приведенной на рис. 20.3.
|
Рис. 20.3. Схема многолучевого клистрона
|
1 – катод;
2 – управляющий электрод;
3 – электродинамическая система;
4 – входной резонатор с вводом энергии;
5 – магнитная система;
6 – электроразрядный насос;
7 – выходной резонатор с выводом энергии;
8 – коллектор.
Настоящий клистрон относится к классу мощных многолучевых усилительных клистронов пакетированной конструкции с управлением по бестоковому электроду. Он включает в себя систему формирования и фокусировки электронных лучей 1, 2, электродинамическую систему 3 и коллектор 8.
Система формирования и фокусировки электронных лучей состоит из катодной ножки 1, формирующей 19 лучей и магнитной системы 5 для фокусировки лучей, обеспечивающей четырехреверсное магнитное поле.
Магнитная система включает в себя стальные полюсные наконечники, впаянные внутрь клистрона, накладные радиальные магниты и наружные стальные пластины, соединенные с магнитами и служащие для корректировки неоднородности и величины магнитного поля.
Катодная ножка 1 включает катодный узел с 19 катодами, подогреватель и управляющий электрод 2.
Электродинамическая система состоит из шести резонаторов 3, электромагнитное поле которых взаимодействует с электронными лучами. При работе блок электродинамической системы и коллектор заземляются.
Принцип работы усилительного, многорезонаторного клистрона заключается в преобразовании энергии электронного потока в СВЧ-энергию путем группировки его по плотности под воздействием входного сигнала. Импульсная модуляция клистрона осуществляется по специальному управляющему электроду. При подаче на управляющий электрод относительно катода отрицательного напряжения минус 6 кВ клистрон полностью заперт.
Для отпирания клистрона на управляющий электрод необходимо подать относительно катода напряжение от минус 20 до 5 V, то есть управление осуществляется практически в отрицательной области анодно-сеточной характеристики прибора при отсутствии тока управляющего электрода
| К аналого-цифровой приемной системе
|
| Задающее устройство (когерентный гетеродин)
|
| Передающая ФАР, СВЧ АФС и приемные модули
|
| Процессор управления, синхронизации и контроля РЛС
|
| Блок цифрового формирования сложного сигнала
|
| Рис. 20.2 Структурная схема гипотетической РЛС
|
| f = 60 мГц и
тактовые импульсы
|
| Импульс модуляции по безтоковому электроду (сетке)
|
| - (17 – 20) кВ
от высоковольтного выпрямителя
|
| τ = 43,3 мкС
f = 679,178 мГц
|
| τ = 43,3 мкС
f = 19.,178 мГц
|
| Выбор частоты излучаемого сигнала
|
| Генератор - формирователь
|
| Формирователь
ЛЧМ сигнала
|
| Предварительный усилитель
|
| Предоконечный усилитель и p – i -n
аттенюатор
|
| Усилитель
мощности
(КИУ 115 – 1)
|
| На излучение
τ = 43.,3 мкС
f = 2900 - 3130 мГц
|
| Рис. 20.4. Функциональная схема передающего устройства
|
| fr3 =74.384 мГц
мощность 40 – 60 мВт
|
| fr2 =600 мГц
мощность 200 – 600 мВт
|
| fr1 – n
мощность 200 – 600 мВт
|
| Рис. 20.5. Структурная схема приемного модуля
|
СВЧ-колебания малой мощности (£ 2 Вт) подаются на входной коаксиальный разъем и далее через специальный фильтр гармоник поступают на входной резонатор клистрона. Если на клистрон поданы питающие напряжения и он открыт по управляющему электроду, то электронный поток, проходя через зазор первого резонатора, начинает группироваться по плотности. Далее, проходя несколько промежуточных резонаторов, группировка электронного потока значительно усиливается и, наконец, он проходит через двухзазорный резонатор, в котором сгустки и разрежения электронного потока наводят СВЧ колебания значительной мощности, которые через коаксиально-волноводный переход и вакуумное окно направляется в выходной волновод. Для уменьшения уровня побочных колебаний на выходе клистрона установлен фильтр. Отработанный электронный поток, сохраняющий еще значительную энергию, направляется в коллектор, где отдает ее в виде тепла, уносимого охлаждающей жидкостью. Для поддержания высокого вакуума в клистроне в течение всего срока службы предусмотрен встроенный непрерывно действующий электроразрядный насос, который работает при напряжении (3±0,3) кВ. Электроразрядный насос конструктивно соединен с электродинамической системой клистрона.
