3.2.2. Простейшая доплеровская рлс.
Доплеровские РЛС с непрерывным (немодулированным) излучением применяются для измерения путевой скорости самолета, скорости подъема самолета с вертикальным взлетом, скорости ветра, скорости автомобильного транспорта при регулировании движения и т.д.
Структурная схема простейшей доплеровской РЛС показана на рис. 3.6. Назначение всех элементов схемы ясно из надписей. Передатчик вырабатывает немодулированные колебания с частотой f0, которые попадают в антенну А через развязывающее устройство, а также ослабленные в определенное число раз на вход приемника (смеситель). Отраженный сигнал с частотой f0 ± Fд поступает через антенну на вход смесителя, где смешивается с прямым сигналом передатчика. При этом возникают биения с доплеровской частотой Fд. Смеситель является фактически детектором, выделяющим биения, которые затем усиливаются усилителем низкой частоты. Частотная характеристика усилителя доплеровской частоты (УДЧ) должна иметь спад в области нижних частот для подавления отражения
Рис. 3.6. Структурная схема простейшей доплеровской РЛС
от неподвижных и малоподвижных целей и должна быть ограничена в области верхних частот, но так, чтобы обеспечить требуемый диапазон частот. Индикатором может служить частотомер, отсчитывающий скорость цели.
Коснемся работы развязывающего устройства. Попадание в приемник прямого сигнала является в данном случае полезным, так как он используется в качестве опорного для выделения колебаний доплеровской частоты. При отсутствии просачивания часть сигнала передатчика должна быть введена в приемник.
Величина допустимого прямого сигнала определяется максимально допустимой мощностью на входе приемника (не вызывающей повреждения смесителя или заметного снижения чувствительности) и величиной шумов передатчика Рш прд из-за паразитной амплитудной модуляции, вызванной нестабильностями, фоном переменного тока и т. д.
Следует отметить, что наряду с паразитной амплитудной модуляцией в сигнале передатчика имеется паразитная фазовая модуляция, которая приводит к появлению ошибок при точном определении скорости цели. Реальные развязывающие устройства (гибридное кольцо, ферритовый циркулятор и т. д.) могут обеспечить развязку порядка 60 дБ. Наилучшая развязка при <. 10 см обеспечивается применением раздельных антенн (около 80 дБ и выше при 3 см). Однако при наличии двух антенн максимально допустимая по габаритам эффективная площадь каждой из них уменьшается примерно в два раза. Кроме того, это приводит к усложнению конструкции. Частичная компенсация просачивающегося сигнала (примерно 10 дБ) обеспечивается путем использования части сфазированного сигнала передатчика.
3.2.3. Доплеровская рлс с ненулевой промежуточной частотой.
Фактически приемник простейшей доплеровской РЛС (рис. 3.6) можно рассматривать как супергетеродинный, но с нулевой промежуточной частотой. Здесь роль гетеродина выполняет прямой просачивающийся сигнал. Однако чувствительность такого приемника мала, так как мощность шумов полупроводниковых приборов и ламп на низких частотах (эффект мерцания, или фликкер-эффект) изменяется приблизительно как 1/f (в отличие от дробовых и тепловых шумов, имеющих равномерный спектр). Отсюда следует целесообразность повышения промежуточной частоты (ПЧ).
При использовании обычного супергетеродинного приемника должны быть приняты меры по обеспечению нужной стабильности передатчика и гетеродина. Это нелегко сделать в диапазоне СВЧ. Поэтому целесообразно использовать иную схему, в которой влияние нестабильностей исключено.
На рис. 3.7 изображена структурная схема доплеровской РЛС, имеющей однополосный супергетеродинный приемник. Колебания стабилизированного генератора ПЧ fпч смешиваются с сигналом передатчика. На выходе смесителя образуются колебания с частотами fо и fо ± fпч. С помощью специального ВЧ фильтра боковой полосы выделяется опорный- сигнал с частотой f0 + fпч. Вместо простого смесителя (детектора) может быть использован балансный, подавляющий колебания с частотой f0 и тем самым облегчающим фильтрацию. Кроме того, ничего не изменится в работе остальной части РЛС, если выделять сигнал, соответствующий не сумме f0 + fпч, а разности f0 - fпч.
На входе смесителя приемника между колебаниями, имеющими частоты fо + fпч и fо ± Fд, образуются биения, огибающая которых имеет частоту fпч ± Fд. Эта огибающая выделяется на выходе смесителя приемника и усиливается усилителем ПЧ. Далее имеется еще один смеситель (второй детектор), где смешиваются колебания fпч ± Fд с
Рис. 3.7. Структурная схема доплеровской РЛС с ненулевой промежуточной частотой
опорными fпч и выделяются колебания с частотой Fд. Остальная часть схемы не отличается от изображенной на рис. 3.5.
Возможен и другой метод измерения доплеровской частоты Fд для случая одной цели. В качестве второго детектора вместо смесителя применяют частотный детектор, у которого центральная частота дискриминатора равна fпч.