Аналiз варiантiв побудови радiопередавальних пристроiв радиолокацiонного озброiння

Аналiз варiантiв побудови РПП РЛ озброiння


1. Роль та мiсце приймальнотАУпередавальних систем в радiотехнiчних засобах озброiння

Приймально тАУ передавальнi системи являються складними частинами радiотехнiчних засобiв озброiння. Вiд технiчних параметрiв приймально тАУ передавальних систем залежать найважливiшi тактико тАУ технiчнi характеристики комплексiв озброiння. В iх число входять: дальнiсть дii, якiсть передачi та вiдображення iнформацii (точнiсть виявлення координат, захист вiд завад, електромагнiтна сумiснiсть i т.д.), а також ряд експлуатацiйних i конструктивних показникiв.

В радiотехнiчних засобах озброiння можуть використовуватися рiзнi радiо тАУ та радiолокацiйнi канали. Однак всi цi канали можна представити у виглядi трьох моделей.

До першоi моделi належать системи, призначеннi для передачi iнформацii iз одних пунктiв простору в iншi, iншими словами передавальнi та приймальнi пристроi знаходяться в рiзних точках простору.

Структурну схему першоi моделi представлено на рисунку 1.

Рис.1.

Радiолiнii при великому числi джерел iнформацii повиннi будуватися по багатоканальнiй схемi.

В приведенiй моделi можуть використовуватись сигнали з вiдомими i невiдомими параметрами. Останнiй тип сигналiв характерний для систем пасивноi радiолокацii i радiорозвiдки.

Друга модель вiдповiдаi активнiй радiолокацii з пасивним вiдбивачем (рис.2).

Рис.2.

Передавальнi та приймальнi пристроi можуть знаходитись на рiзних або однакових позицiях, використовувати рiзнi i загальнi антени.У вiдповiдностi з цим системи називаються обтАЩiднаними або розтАЩiднаними.

Третя модель (рис.3.) широко використовуiться в радiолокацiйних системах з активною вiдповiддю.

Рис3.


Аналiз вiдомих систем радiотехнiчних засобiв озброiння показуi, що в них використовуються рiзнi комбiнацii нижче поданих моделей. Характеристики каналiв визначаються вимогами до радiотехнiчних засобiв озброiння i характеристиками вхiдних в iх склад передавальних та приймальних пристроiв.

Слiдуi враховувати, що робота радiотехнiчних засобiв в реальних умовах буде проходити при iнтенсивнiй радiопротидii з боку противника. Це призводить до необхiдностi створення таких радiотехнiчних засобiв озброiння, технiчнi характеристики яких у важких завадових умовах зменшувалися б в незначних межах. Тому приймально тАУ передавальнi системи повиннi автоматично реагувати на змiни в завадовiй обстановцi як змiною режиму випромiнювання, так i використанням можливих видiв селекцii сигналiв на фонi завад при прийомi.

Вимоги до характеристик приймально тАУ передавальних систем повиннi формуватися на основi тактико тАУ технiчних вимог до радiотехнiчних засобiв озброiння i враховувати можливостi засобiв повiтряного нападу противника, а також фiзичнi, технологiчнi, економiчнi особливостi бойового використання.

2. Основнi вимоги до передавальних систем РЛС

Технiчнi вимоги до передавальних систем предтАЩявляють, спираючись на основне цiльове призначення засобу радiотехнiчного озброiння i вимог ТТХ на основi компромiсних рiшень при системному аналiзi з урахуванням фiзичних, економiчних i органiзацiйних обмежень. Звичайно розрiзнюють три основнi види технiчних вимог: електричнi, конструктивнi та експлуатацiйнi. При цьому вихiдними i найбiльш суттiвими i вимоги до iх електричних характеристик.

Основними електричними характеристиками передавальних систем i:

1. Вид та параметри зондуючих сигналiв;

2. Дiапазон робочих частот fHтАжfB i ширина спектру зондуючих сигналiв Пf;

3. Вихiдна потужнiсть Pc i коефiцiiнт корисноi дii передавальноi системи ;

4. Частота повтору (при iмпульсних зондуючих сигналах) Fn або тривалiсть перiоду модуляцii (при квазинеперервних зондуючих сигналах) Fc;

5. Рiвень небажаних (позасмугових та побiчних) випромiнювань;

6. Стабiльнiсть та точнiсть установки частоти (фази), частотних (фазових) та часових параметрiв модуляцii зондуючих сигналiв.

До основних конструктивних вимог вiдносяться:

1. Габарити, вага i особливостi розмiщення апаратури;

2. Забезпечення доступу до органiв регулювання та елементам апаратури при iх замiнi;

3. Механiчна мiцнiсть та вiбростiйкiсть;

4. Склад комплекту, вид транспортування та iн.

До основних експлуатацiййних вимог належать:

1. Час неперервноi роботи, включання та виключання, експлуатацiйна надiйнiсть (коефiцiiнт боiготовностi, напрацювання на вiдмову);

2. Клiматичнi умови (межi робочих температур, вологiсть, атмосферний тиск);

3. Мiнiмальна вартiсть серiйного випуску та експлуатацii;

4. Ремонтна здатнiсть, максимальна безпечнiсть обслуговування та iн.

3. Принцип побудови багатокаскадних передавальних пристроiв. Структурнi схеми

Радiопередавальнi пристроi сучасних РЛС будуються, як правило, за багатокаскадною схемою, яка складаiться зi збудника (або задаючого генератору) та каскадiв пiдсилення. Багатокаскаднi РПП в порiвняннi з однокаскадними мають можливiсть керування частотою або фазою коливань, дозволяють отримувати бiльш високу стабiльнiсть несучоi частоти або частотних параметрiв сигналiв складноi структури, а також досить велику потужнiсть вихiдних коливань.

В багатокаскадних передавальних пристроях, вiдрiзняючись вiд однокаскадних, i можливим роздiлення функцiй стабiлiзацii частоти, внутрiшньоiмпульснi модуляцii та пiдсилення потужностi мiж каскадами. Побудова багатокаскадних РПП виявилось можливим завдяки розробцi потужних пiдсилювальних пристроiв: пролiтних клiстронiв, ламп бiгучоi хвилi, амплiтронiв та iн. Багатокаскаднi РПП використовуються при формуваннi як неперервних, так i iмпульсних зондуючих сигналiв. У загальному виглядi схема багатокаскадного РПП iмпульсноi РЛС представляi собою:

Рис.4.

Багатокаскадний передавач включаi в себе збудник, попереднi каскади пiдсилення, передвихiдний пiдсилювач потужностi та вихiдний пiдсилювач. На збудник накладаiться задача формування сигналiв потрiбноi структури та забезпечення високоi стабiльностi параметрiв, зумовлюючих цю структуру. Потужнiсть коливань збудника повинна бути достатньою для збудження попереднього пiдсилювача. Коливання пiдсилювача можуть бути стабiлiзованi кварцом, частота якого багаторазово помножуiться, наприклад, в транзисторно-баракторному колi. Помножувачi такого типу мають малi габарити та вагу, досить економiчнi та забезпечують високу стабiльнiсть частоти вихiдного коливання. При необхiдностi у збуднику виконуiться фазова або частотна модуляцiя або манiпуляцiя. Збудник, в залежностi вiд пред'явлених до нього вимог може" бути однокаскадним або багатокаскадним. Оскiльки формування сигналiв здiйснюiться на зниженiй потужностi, необхiдний ii рiвень забезпечуiться пiдсилювальним колом, який складаiться з пiдсилювачiв напруги та потужностi. При розробцi збудника на зниженiй частотi у склад попереднього пiдсилювача РПП включають або множник частоти, або iмнiсть.

Якщо РПП працюi в- iмпульсному режимi, то в залежностi вiд рiвня вихiдноi потужностi iмпульсна модуляцiя здiйснюiться або з вихiдному каскадi, або також у промiжному пiдсилювачi. Якщо збудник виконаний на вiдносно високому рiвнi потужностi, то iмпульсна модуляцiя може виконуватися i в збуднику. Структурнi схеми варiантiв побудови ба-гатокаскадних РПП ми бачимо на рисунку 5 та 6.

Рис.5.

На рис.5. зображена структурна схема багатокаскадного РПП. Збудник передавача формуi ФМ або ЧМ сигнал на НВЧ i включаi в себе: кварцовий генератор, множник частоти, електронний перемикач, перетворювач частоти та формувальник ЧМ або ФМ сигналу.


Рис. 6.

Звичайно кварцовий генератор побудований на транзисторi та маi декiлька каскадiв пiдсилення. Множник частоти також складаiться з декiлькох каскадiв та будуiться на варикапах (варакторах). Мiж каскадами помноження включають транзисторнi пiдсилювачi та фiльтри. Перетворювач частоти може бути виконаний на напiвпровiдникових дiодах, пролiтних клiстронах або ЛБХ. Формувач ЧМ/ФМ сигналiв працюi на промiжнiй частотi.

Якщо в якостi перетворювача частоти використовуiться пролiтний клiстрон або ЛБХ, то ФМ/ЧМ сигнал пiсля пiдсилення може бути поданий на перший анод клiстрона або ЛБХ. В результатi амплiтудноi модуляцii на виходi клiстрона або ЛБХ буде мати мiсце фазоманiпульований або частотно-модульований сигнал на НВЧ. Якщо в якостi перетворювача частоти використовуiться пролiтний клiстрон, то вiдпадаi потреба у фiльтрi на виходi перетворювача. Роль фiльтра виконуi резонатори клiстрону, настроiнi на вiдповiдну частоту НВЧ коливань.

4. Вплив числа каскадiв та iх параметрiв на основнi характеристики РПП

Багатокаскаднi РПП сучасних РЛС представляють собою складнi комплекси радiоелектронноi апаратури, якi складаються з елементiв автоматики та цифровоi обчислювальноi технiки. Для зменшення спотворень, якi з'являються завдяки високочастотним каскадам, пiдсилювальний тракт намагаються виконати таким чином, щоб забезпечити отримання рiвномiрноi амплiтудно-частотноi характеристики в межах спектра частот сигналу, що пiдсилюiться. З цiiю метою зменшують число каскадiв в пiдсилювальному трактi шляхом використання потужного збудника або пiдсилювача з великим коефiцiiнтом пiдсилення (клiстронiв та ЛБХ). Але ж пристроi, якi мають великий коефiцiiнт пiдсилення, мають вiдносно низький коефiцiiнт корисноi дii (ККД). Навпаки пристроi з великим ККД (амплiтрони, ВУМ) мають малий коефiцiiнт пiдсилення. Рацiональним розмiщення рiзних пристроiв в пiдсилюючому каскадi можна отримати великий коефiцiiнт пiдсилення i високий ККД. Крiм генераторних пристроiв, пiдсилюючий тракт складаiться з розв'язуючi пристроi (феритовi вентилi), мостовi схеми та iншi елементи.

Рис. 7.

На рисунку 7. зазначено:

рN - вихiдна потужнiсть;

рON - потужнiсть що пiдводиться;

КN - коефiцiiнт пiдсилення;

ηN - ККД N го каскаду;

dN - затухання в розв'язувальному пристроi.

Як ми бачимо, в усiх випадках бажано мати якнайменшу кiлькiсть каскадiв тракту N при завданiй потужностi збудника Рвх вихiднiй потужностi Рвих та найбiльший ККД.

ККД пiдсилюючого тракту може бути знайдено, як вiдношення вихiдноi потужностi Рвих до суми потужностей р0i, якi пiдводяться вiд джерела живлення до каскадiв пiдсилення:

Потужностi, якi пiдводяться до каскадiв пiдсилення, повиннi рахуватися з урахуванням потужностей, що тратяться в елементах схеми iмпульсних модуляторiв, колах накалу, фокусуючих системах, пускорегулюючiй апаратурi i т.д. Оскiльки:

то, перетворюючи спiввiдношення (1), можна отримати

Коефiцiiнт пiдсилення каскадiв РПП звичайно задовольняi умовi ki>>1, коефiцiiнт затухання в мiжкаскадних розв'язуючих та узгоджуючих пристроях di<< Звичайно ККД каскадiв пiдсилення мають значення 0,2.. 0,8.

Якщо у вихiдному каскадi використовуiться пристрiй з вiдносно малою величиною kN (амплiтрон або ВУМ) , то при kN-i>>kN, де i=1,2,З..N. На основi (2) можна прийняти приблизно :


Отриманий вираз показуi, що з урахуванням прийнятих ранiше умов, ККД усього пiдсилюючого тракту в основному визначаiться коефiцiiнтом корисноi дii вихiдного та попередньокiнцевого каскадiв.

Тому в кiнцевих каскадах доречно використовувати пристроi з високим ККД (амплiтрони, ЛБХ "М"-типу ВУМ). В попередньокiнцевих та промiжних каскадах доречно використовувати пристроi з великим коефiцiiнтом пiдсилення.

5. Оцiнка вимог до каскадiв передавача

Ескiзний розрахунок структурноi схеми багатокаскадного радiолокацiйного передавача зумовлюi:

- визначення кiлькостi каскадiв високочастотного тракту передавача;

- вибiр типiв iх генераторних пристроiв;

- визначення вимог до модуляторiв або до джерел живлення генераторних пристроiв.

Рис. 8.


Так як величина потужностi вихiдного сигналу в антенi i заданою, то кiлькiсть каскадiв високочастотного тракту знаходиться шляхом розподiлення потужностей коливань мiж каскадами передавача.

6. Методи вимiрювання i контролю основних параметрiв передавальних пристроiв при технiчному обслуговуваннi

Пiд технiчним обслуговуванням розумiють комплекс операцiй по пiдтримцi працездатностi або справностi передавального пристрою при використаннi за призначенням, очiкуваннi, зберiганнi i транспортуваннi. Технiчне обслуговування передавальних пристроiв проводиться з метою:

1.Отримання достовiрноi iнформацii про технiчний стан, працездатнiсть та ефективнiсть бойового використання;

2.Виявлення i негайного усунення причин, якi можуть повести за собою вiдмови;

3.Перевiрки технiчного стану, виконання правил експлуатацii, догляду, зберiгання i умов бойового застосування.

Для досягнення останньоi мети обов'язковi наступнi види робiт:

1.Контрольно-перевiрочнi роботи, якi полягають у вимiрюваннi та контролi параметрiв передавального пристрою i режимiв його роботи з метою виявлення готовностi до бойового застосування;

2.Налагоджувальнi та регулювальнi роботи, що направленi на пiдтримання основних параметрiв на заданому рiвнi;

З.Профiлактичнi мiроприiмства, що забезпечують надiйнiсть передавального пристрою за рахунок своiчасного попередження вiдмов шляхом iх прогнозування та замiни елементiв, що вiдпрацювали встановленi ресурси.


7. РЛС на твердотiльних пристроях

Безперервно, починаючи з перших магнетронiвдля використання в радiолокацii проводились розробки НВЧ великоi потужностi, якi володiли би високою надiйнiстю та покращеними параметрами. Розробки ТСрунтувалися на дослiдженнях в областi електронно-променевих, плазмових та феритових пристроiв, а також на вивченнi об'iмних ефектiв у напiвпровiдникових матерiалах. Генерування великоi iмпульсноi та середньоi потужностi, необхiдних для розв'язку задач радiолокацii, було та залишаiться предметом найбiльш значного технiчного пошуку в радiоелектронiцi.

Навiть для звичайних радiолокацiйних систем з середнiми параметрами необхiдна iмпульсна потужнiсть порядку 100 кВт та середня потужнiсть вiд 50 до 200 Вт. В залежностi вiд призначення РЛС потужнiсть яка потрiбна на виходi змiнюiться в самих широких межах, починаючи вiд малих потужностей невеликих переносних РЛС до величезних потужностей, необхiдних для станцiй контролю космiчного простору та протиракетноi оборони.

Базовий варiант твердотiльноi радiолокацiйноi системи може бути, в якому один твердотiльний НВЧ генератор живить параболiчну антену. Такий варiант використовуiться для малопотужних РЛС, але в бiльшостi задач, якi зустрiчаються в радiолокацii, необхiдна iмпульсна та середня потужнiсть на один, два або три порядку бiльше отриманоi за допомогою одного напiвпровiдникового генератора незалежно вiд його типу. Для отримання необхiдноi потужностi потрiбна сумiсна робота великоi кiлькостi твердотiльних генераторiв, включених в тому чи iншому поiднаннi*.

Для складання потужностей декiлькох генераторiв розробник РЛС використовувати будь-який з двох основний видiв iх складання. Генератори можна з'iднувати безпосередньо паралельно, утворюючи твердотiльний еквiвалент електронно-променевоi лампи, або окремi генератори можна розподiлити в апертурi ФАР з додаванням потужностей в просторi .

Принципи, покладенi в сучасних РЛС, потребують мiнiмальноi модифiкацii в тому випадку, коли безпосередньо замiнити електронно-променевi НВЧ лампи вiдповiдною кiлькiстю твердотiльних пiдсилювачiв. Таке рiшення представляi великий iнтерес для деяких типiв радiолокацiйного обладнання, а також при модернiзацii застарiлого обладнання для пiдвищення його надiйностi. Але з точки зору розробки нового обладнання цей варiант маi ряд недолiкiв та обмежень :

1) з-за значних втрат в пристроi додавання потужностей знижуються ККД та вихiдна потужнiсть НВЧ генераторiв;

2) вартiсть пристрою додавання потужностi при великiй потужностi буде складати значну долю вiд вартостi системи в цiлому;

3) електронне вiдхилення променя антени може бути здiйснене тiльки за допомогою фазообертача великоi потужностi, 'Що також буде сприяти збiльшенню втрат та зменшенню ККД;

4) при живленнi антени потужним пiдсилювачем появляться втрати на розподiлення поля в апертурi.

Одначе цей варiант володii рядом переваг:

1) оскiльки потрiбний один приймальний пристрiй, може бути застосовуватись лазер чи параметричний пiдсилювач, використання яких в антеннiй решiтцi зазвичай неможливо iз-за економiчних чинникiв;

2) твердотiльнi та електронно-променевi генератори можуть бути взаiмозамiнними для забезпечення резервування та полiпшення параметрiв;

3) в випадку антен з механiчним скануванням один генератор зручнiше.

8. Вибiр потужних НВЧ транзисторiв

В потужних каскадах передавача з напiвпровiдникових пристроiв використовуються бiполярнi та польовi транзистори. Бiполярнi транзистори використовуються вiд самих низьких частот до 10 ГГц. За потужними параметрами на частотах приблизно до 1,5 ГГц до них наблизились, а за багатьма iншими параметрами i випередили МДП-польовi транзистори, а на частотах вище 5..б ГГц бiльш пiдходять польовi транзистори з бар'iром Шоттки. Останнi таку ж величину потужностi, як у бiполярних транзисторiв, забезпечують на частотах приблизно в 3 рази бiльше. У транзисторiв з бар'iром Шоттки верхня робоча частота доходить до 60 ГГц та вище.

Крiм бiполярних та польових транзисторiв в каскадах передавачiв використовуються ще ряд напiвпровiдникових пристроiв, таких як тиристори, дiоди Ганна, лавинно-пролiтнi дiоди, варикапи, варактори та тунельнi дiоди.

Вiдсутнiсть кола накалу у транзисторiв зумовлюi iх негайну готовнiсть до роботи. Низькi живлячi напруги рiзко зменшують надiйнiсть системи захисту обслуговуючого персоналу. В передавачах потужнiстю приблизно до 1 кВт повна замiна ламп транзисторами призводить до зменшення габаритiв та маси.

Недолiки транзисторних передавачiв перед усiм пов'язанi з високою вартiстю потужних транзисторiв iз-за надзвичайно важкоi технологii iх виготовлення. РЖншi iхнi недолiки в порiвняннi з лампами визначаються малою потужнiстю одного транзистору i високою чуттiвiстю iх до перевантажень .

В теперiшнiй час вiтчизняна промисловiсть та зарубiжнi фiрми випускають потужнi генераторнi транзистори як широкого використання, так i вузькоспецiалiзованi. Це в першу чергу визначаi дiапазон робочих частот, який для перших i головним чином для других жорстко пов'язаних з iх призначенням.

Польовi транзистори випускаються з затвором на основi p-n-переходу, з iзольованим затвором (МДП-транзистори) та з бар'iром Шоттки (ПТШ). Спочатку розглянемо МДП-транзистори, що забезпечують в порiвняннi з першими набагато бiльшi потужностi, що генеруються. Польовi МДП-транзистори вигiдно вiдрiзняються вiд бiполярних завдяки ряду переваг. До перших з них можна вiднести менший вплив температури на iх властивостi внаслiдок вiд'iмного температурного коефiцiiнту струму стоку, а також вiдсутнiсть вторинного пробою. Це значно пiдвищуi iх експлуатацiйну надiйнiсть, i зокрема дозволяi включати бiльшу кiлькiсть транзисторiв паралельно. До переваг МДП-транзисторiв можна вiднести значно менший час включання та виключання, вiдсутнiсть або значне послаблення процесiв накопичування заряду, якi визначають iнерцiйну нелiнiйнiсть транзисторiв .

В польових транзисторах з бар'iром Шоттки iнерцiйнiсть процесiв на один-два порядки менше, нiж у польових транзисторiв з р-п-переходом та МДП-транзисторiв. Крiм того технологiя виготовлення бар'iра Шоттки дозволяi зменшувати мiжелектроднi промiжки аж до субмiкронних розмiрiв .


Висновки

На сучасному етапi розвитку науково-технiчноi думки вченi, якi працюють в галузi промисловостi, що займаiться розробками радiоелектронних пристроiв для комплексiв та систем протиповiтряноi оборони, розробили потужнi НВЧ-транзистори на основi яких стало можливим побудувати радiопередавальнi пристроi якiсно нового поколiння. Цi радiопередавальнi пристроi вiдповiдають сучасним тактико-технiчним характеристикам радiолокацiйних станцiй виявлення цiлей, iх супроводження та наведення.

Як ми побачили, iснуi велика кiлькiсть рiзноманiтних способiв побудування багатоканальних передавальних пристроiв, що вiдповiдають вимогам до передавальних систем РЛС. Кiлькiсть каскадiв впливаi на параметри та характеристики РПП за вiдомими законами.

Вместе с этим смотрят:


GPS-навигация


GPS-прийомник авиационный


IP-телефония и видеосвязь


IP-телефония. Особенности цифровой офисной связи


Unix-подобные системы