3. Содержание практических занятий
3.1.Практическое занятие № 1
Приемопередатчики НРЛС. Назначение, состав, принцип работы.
3.1.1. Учебная цель.
Знать устройство, состав, назначение приемопередатчиков НРЛС.
Уметь выполнять подготовку к работе приемопередатчика и проверку работоспособности.
3.1.2. Содержание занятия:
- радиолокационные передатчики их назначение, состав, принцип работы;
- радиолокационные приемники, их назначение, состав, принцип работы;
-краткие теоретические сведения;
–перечень контрольных вопросов.
3.1.3.Радиолокационные передатчики, (см. рис.1). Назначение, состав, принцип работы Передатчик импульсной РЛС вырабатывает мощные кратковременные СВЧ импульсы, момент излучения которых строго согласован с началом развертки индикатора.
В передающее устройство входят:
блок подмодулятора (для раскачки основного каскада модулятора);
блок модулятора;
генератор магнетронный;
узел питания;
блок преобразователей напряжения;
узел выпрямителя накала магнетрона;
блок высоковольтного выпрямителя.
Работой модулятора (подмодулятора) управляет синхронизатор РЛС, т.е. после поступления на модулятор синхронизирующих импульсов последний вырабатывает мощные модулирующие импульсы. С помощью этих импульсов осуществляется модуляция генератора СВЧ (магнетрона), вырабатывающего СВЧ колебания, которые поступают в антенну и излучаются в пространство с определенной частотой следования, определяемой синхронизатором импульсов.
На форму излучаемых импульсов, а также на их длительность и амплитуду влияют параметры как модулятора, так и самого генератора СВЧ.
Блоки и узлы, входящие в состав передатчика, составляют канал формирования зондирующего импульса.
В качестве генератора сверхвысокой частоты используются магнетроны и полупроводниковые генераторы СВЧ (диоды Ганна).
Как правило, в РЛС X и S диапазонов (3,2см и 10см) применяются магнетронные генераторы. Магнетронный генератор представляет собой двухэлектродный вакуумный прибор, выполненный как единое целое с резонансной системой в виде объемных резонаторов. Управление электронным потоком в магнетроне осуществляется электрическим и магнитным полями. Магнитное поле создается внешним постоянным магнитом, электрическое поле – за счет подачи на анод высокого (до 7…14 кВ) постоянного напряжения. На накал катода подается переменное напряжение 6,3 В. Анод магнетрона, являющийся корпусом прибора, заземляется. Выводы катода, также как и накала, тщательно изолированы от корпуса. Во избежание перегрева магнетрон обдувается вентилятором. Мощность колебаний магнетрона регулируется изменением амплитуды импульса модулятора. Вывод СВЧ колебаний из магнетрона в волновод производится с помощью четвертьволнового излучателя.
В модуляторах для создания высоковольтных кратковременных импульсов используется принцип накопления энергии, благодаря чему от сравнительного маломощного источника питания (выпрямителя) можно получить за счет накопления энергии мощный высоковольтный импульс. В качестве накопителей энергии используются конденсаторы, которые в промежуток между посылками импульсов заряжаются небольшим током от высоковольтного выпрямителя. В момент подачи на модулятор запускающего импульса от синхронизатора конденсатор подключается между катодом и анодом магнетрона и разряжается. Длительность генерирования СВЧ колебаний определяется временем разряда конденсатора через магнетрон. Широкое применение в РЛС получили магнитные модуляторы, в которых также используется принцип накопления энергии, однако осуществляется это с помощью цепей, содержащих как конденсаторы, так и нелинейные катушки индуктивности с магнитными сердечниками. Такие цепи могут формировать импульсы прямоугольной формы с достаточно короткой длительностью до 0,1…0,05мкс.
Основные характеристики передатчика:
импульсная мощность, влияющая на дальность действия РЛС, которая для передатчиков различных РЛС может быть в пределах от 3…5 кВт до 50…80 кВт.
заданная форма и длительность импульсов;
стабильность частоты генератора;
- высокий КПД.
3.1.4.Радиолокационные приемники, назначение, состав, принцип работы (см. рис.2).
Слабые отраженные от цели сигналы, принятые антенной, через антенный переключатель поступают на вход приемника, где они преобразуются в импульсы промежуточной частоты, затем усиливаются и детектируются. Кроме того, в приемнике предусматривается временная регулировка усиления (ВРУ), запускаемая синхроимпульсами от синхронизатора, укорочение видеоимпульсов с помощью дифференцирующей цепочки с малой постоянной времени (МПВ), автоматическая подстройка частоты (АПЧ) и другие регулировки. Приемники судовых НРЛС характеризуются высокой чувствительностью, широкой полосой пропускания, большим усилением и устойчивостью настройки на частоту приемных сигналов. Это достигается выполнением приемников по супергетеродинной схеме и применением автоматической подстройки частоты (АПЧ).
Основными характеристиками радиоприемника РЛС являются: чувствительность; коэффициент шума; избирательность; полоса пропускания; коэффициент усиления; динамический диапазон; выходная мощность и качество воспроизведения сигналов.
Основные конструктивные характеристики: механическая прочность; влагостойкость; устойчивость к колебаниям температуры; габаритные размеры.
В
приемное устройство входят:
Рис. 1. Приемопередатчик П10 (10 см) и П3 (3,2 см)
блок сверхвысокой частоты СЧ (для прибора П10) или узел балансной смесительной камеры БСК (для прибора П3)
гетеродин;
-
узел предварительного усилителя
промежуточной частоты УПЧ 1;
узел усилителя промежуточной частоты УПЧ;
узел автоматической подстройки частоты АПЧ;
узел питания
Блоки и узлы приемного устройства составляют два канала:
канал преобразования и усиления отраженных от целей сигналов;
канал автоматической подстройки частоты гетеродина.
Преобразование частоты принятого сигнала осуществляется, как правило, с помощью кристаллических диодных смесителей, к которым подводятся СВЧ колебания от гетеродина и отраженные импульсы, принятые антенной. В результате преобразования на выходе смесителя
выделяются колебания на промежуточной частоте, равной, как правило, 60мГц. Гетеродин, смеситель и первый каскад усилителя промежуточной частоты (УПЧ1) размещаются обычно в одном общем блоке СВЧ, в котором конструктивно размещен и антенный переключатель.
Далее, предварительно усиленные импульсы на промежуточной частоте, поступают на многокаскадный УПЧ, контуры которого настроены на фиксированную частоту 60МГц. Полоса пропускания контура УПЧ в зависимости от режима работы станции может находиться в пределах от 3-х до 25 МГц. Постоянство промежуточной частоты поддерживается каналом автоматической подстройки частоты гетеродина, который изменяет его частоту таким образом, чтобы при изменениях частоты магнетронного генератора разностная частота, равная промежуточной частоте fпр.=fм-fг всегда оставалась постоянной. Через аттенюатор АТ (ослабитель) сигнал на частоте магнетрона fм поступает на смеситель канала АПЧ (см. АПЧ), на второй вход смесителя подается сигнал на частоте гетеродина fг. Полученный в результате преобразования разностный сигнал на частоте fр=fм-fг усиливается каскадом УПЧ и поступает на дискриминатор ДСК.
Если разностная частота fр гетеродина и магнетрона равна промежуточной то на выходе дискриминатора напряжение равно нулю. При отклонении разностной частоты от промежуточной на выходе дискриминатора возникает напряжение рассогласования, которое через управляющую схему УС изменяет частоту гетеродина до тех пор, пока разностная частота не достигнет величины промежуточной. Схема приемника РЛС содержит также блок временной регулировки усиления ВРУ для уменьшения помех, создаваемых взволнованной морской поверхностью, и дифференциатор ДФ, ослабляющий помехи, создаваемые протяженными объектами определенного типа (дождевые облака).
Рис. 2. Функциональная схема радиолокационного приемника