3.3. Импульсные модуляторы передающих устройств рлс

3.3.1. Назначение и состав импульсных модуляторов

Модуляторы РЛС вырабатывают мощные видеоимпульсы высокого напряжения заданных длительностей и периодов повторения для питания анодных цепей генераторных и усилительных приборов. Длительность модулирующих импульсов различных РЛС составляет единицы-десятки микросекунд, период повторения - несколько миллисекунд. Это позволяет накапливать энергию за время между посылками и отдавать ее в нагрузку в течение длительности импульса. В передающих устройствах с усилителем мощности количество модуляторов и их характеристики зависят от схемы усилительной линейки и типа применяемых приборов.

Взаимодействие модулятора с элементами передающего устройства (на примере передающего устройства с автогенератором в выходной ступени) показано на рис 3.9.

Высоковольтный выпрямитель преобразует энергию переменного напряжения источника питания в энергию высокого постоянного напряжения, которое подается в модулятор.

Модулятор управляет работой высокочастотного генератора. Если в передающем устройстве применена анодная модуляция, то он включает анодное питание генератора СВЧ на время, равное длительности зондирующего импульса.

Принципиальной особенностью модулятора РЛС ( в отличие от модуляторов других радиотехнических устройств) является осуществляемая им трансформация мощности. Модулятор передающего устройства РЛС накапливает энергию, поступающую от высоковольтного выпрямителя, в течение времени, примерно равного периоду повторения Т_а.

При этом

Э_м = Р_в  Т_п , (3.4)

где Э_м - энергия, накопленная модулятором;

Р_в - мощность высоковольтного выпрямителя.

Накопленная энергия отдается модулятором в нагрузку в течение длительности импульса. Следовательно,

Э_м = Р_м  _и , (3.5)

где Р_м - мощность выходных импульсов модулятора.

Из (3.4) и (3.5) получаем

Р_в = Р_м  _и/Т_п .

Поскольку _и  Т_п, то Р_в  Р_м. Это дает возможность при конструировании РЛС выбирать высоковольтный выпрямитель меньшей мощности, а следовательно, меньших габаритов и массы.

Состав модулятора определяется его типом. Однако для всех подобных устройств характерно наличие таких элементов, как зарядный дроссель, накопитель энергии, коммутирующий элемент, импульсный трансформатор, цепи защиты и коррекции.

Рассмотрим схемы основных типов импульсных модуляторов, применяемых в РЛС РТВ.

3.3.2. Структурные схемы основных типов модуляторных устройств

и их сравнительная характеристика

В передающих устройствах РЛС РТВ наиболее широкое применение получили два типа импульсных модуляторов:

с полным разрядом накопителя энергии;

с частичным разрядом накопителя энергии.

В модуляторе первого типа ( рис.3.10) накопителем является искусственная линия, а в качестве коммутирующего элемента используется тиратрон или тиристор. Коммутирующий элемент открывается внешним импульсом, который определяет только момент начала разряда накопителя. Форма и длительность импульса на выходе модулятора определяются параметрами пассивных элементов схемы.

Длительность формируемого импульса близка к

,

где n - число звеньев формирующей линии;

L, C - параметры элементов одного звена.

Число звеньев формирующей линии определяется соотношением:

n  0,3  _и/_ф ,

где _ф - требуемая длительность фронта импульса. Параметры элементов линии

L = R_н_и/2n, C = _и/2R_нn,

где R_н - сопротивление нагрузки, равное волновому :

.

Для обеспечения возможности изменения частоты запуска модулятора в некоторых пределах используется фиксирующий диод Д1; при этом длительность модулирующих импульсов можно изменять с помощью высоковольтного переключателя числа звеньев формирующей линии.

Формирование импульса заканчивается при полном разряде накопителя через коммутатор и импульсный трансформатор, который согласует сопротивление нагрузки с волновым сопротивлением формирующей линии. В случае аварийной работы модулятора на несогласованную нагрузку предусматриваются защитные цепи ( на рис.3.10 - диод Д2).

Длительность заднего фронта импульса определяется действием многих паразитных элементов. Для улучшения его формы применяют корректирующие цепи (диод Д3).

На практике часто используют параллельное включение однотипных модуляторов на общую нагрузку, особенно в передатчиках, выполненных по схеме возбудитель - усилитель мощности. (55Ж6, 5Н87).

В модуляторах с частичным разрядом накопителя (рис.3.11) роль накопителя энергии выполняет конденсатор С2. Если лампа Л1 закрыта и С2 заряжен до напряжения источника, ток в цепи нагрузки не протекает. При поступлении на сетку лампы положительного видеоимпульса от подмодулятора Л1 открывается, и конденсатор С2 начинает разряжаться через первичную обмотку импульсного трансформатора. Таким образом, длительность выходного импульса модулятора определяется длительностью входного видеоимпульса.

Такие модуляторы позволяют получать импульсы, близкие к прямоугольным, обеспечивают широкие возможности изменения длительности и частоты повторения импульсов. Максимально возможная длительность импульса, определяемая допустимым спадом его амплитуды, зависит от емкости накопительного конденсатора С2.

Недостатками модуляторов данного типа (по сравнению с модуляторами с полным разрядом накопителя) являются более низкие КПД и надежность.

В магнитном модуляторе (рис.3.12) конденсатор С1 и дроссель L1 образуют последовательный колебательный контур с резонансной частотой, равной частоте питающей сети. Дроссель L2 насыщается при достижении напряжения на С1 пикового значения, после чего энергия C1 передается емкости С2 через L2.

Так как в режиме насыщения L2  L1, a C2 C1 , то время перезаряда С2 может быть в несколько раз (до 10) меньше периода питающей сети. Отношение периода сетевого напряжения ко времени перезаряда С2 называется коэффициентом сжатия. Для получения необходимых для РЛС длительностей выходного импульса при питании модулятора от сети частотой 400 Гц, как правило, требуется три-четыре каскада сжатия. Импульсы запуска для других систем РЛС вырабатываются непосредственно в модуляторе.

Магнитные модуляторы имеют высокую надежность и хороший коэффициент полезного действия, не требуют источника питания постоянного тока. Их недостатком является невозможность вобуляции частоты повторения, которая равна частоте питающей сети.