Радиолокационный приемник (стр. 2 из 5)
Пороговое устройство (ПУ) заменяют решающим устройством, а пороговое напряжение Uп задают исходя из вида критерия обнаружения. Для обеспечения работы РПУ в реальных условиях , когда параметры сигнала изменяются , в состав структурной схемы вводят такие устройства, как устройства автоматической подстройки частоты (УАПЧ), автоматическую регулировку усиления (АРУ) и т.д.
Так как используется одна антенна на прием и передачу сигналов , для этого в схему введем антенный переключатель (АП).
Для увеличения чувствительности и избирательности по зеркальному каналу перед смесителем включен усилитель высокой частоты (УВЧ) и входная цепь (ВЦ). Для обеспечения работы в динамическом диапазоне входных сигналов в состав РПУ включают устройство временной автоматической регулировки порога (АРП). Для частотной автоподстройки в схему вводят смеситель (СМ2) и усилитель промежуточной частоты (УПЧ2), различитель (РЗ) и управитель (У). Сигнал от передатчика (ПРД) через делитель мощности подают на СМ2 . В схему вводят АП.
Сигналы с выхода КД подают на видеоусилитель ( ВУ ), а затем на индикатор (ИНД), с помощью которого оператор РЛС осуществляет визуальное наблюдение. Общую синхронизацию осуществляют с помощью синхронизатора импульсов (СИ), которые запускают ПРД , ИНД и схему ИАРУ.
Расчет основных параметров структурной схемы.
Исходные данные:
Рабочая частота 17.5Ггц
Коэффициент шума 6
Суммарная нестабильность частоты радио линии 10 Е-7
Чувствительность ?
Ширина спектра сигнала 710Кгц
Будем искать шумовую полосу пропускания приемника и исходя из значения допустимого коэффициента шума. Выберем типы каскадов.
Полоса пропускания приемника, необходимая для приема сигнала, складывается из полросы энергетического спектра одиночного сигнала,
2fд max - полосы, учитывающей доплеровское смещение частоты и Пнс- запас полос частот для учета нестабильности и неточной настройки.
Ппр=Пс+Пнс+(2fд max)
Пс- ширина спектра сигнала .
Пс= 0,71 Мгц
Пнс= 2fс fнс
fнс- суммарная нестабильность частоты радио линии.
Пнс= 21.7510Мгц10= 3.5 Кгц
Примем максимальную скорость цели Vmax= 600, тогда
2fд max= 22Vmaxfc
c
2fд max= 2260017500/ 310= 0.14 Мгц
Ппр= 710+ 140+ 3.5= 853.5 Кгц
Т.к. Пнс / Ппр 0.1- 0.2 , то в состав РПУ можно не включать систему АПЧ.
Шумовая полоса пропускания приемника:
Пш= Ппр1.1 = 853.51.1= 940 Кгц
Шп= 6
Исходя из этого, выясним нужно ли использовать УВЧ.
При его отсутствии Шп= Шпч + Шупч-1
Крпч
где Шпч- коэффициент шума преобразователя частоты.
Шупч- коэффициент шума УПЧ (усилителя промежуточной частоты).
Крпч- коэффициент передачи по мощности ПЧ.
Шпч= 3.5- 10 (для балансного ПЧ на п/п диоде).
Шупч= 1.5- 2(для малошумящего транзистора).
Крпч= 0.1-0.5(для малошумящего транзистора).
Шп= 5+(2-1)/0.5= 7 Шп>Шпдоп
Значит в схему необходимо ввести усилитель высокой частоты (УВЧ).
Т.к. Шпдопдостаточно мал, то в качестве УВЧ используют диодный параметрический усилитель на полупроводниковом диоде без охлаждения.
В качестве преобразователя частоты (ПЧ) можно использовать балансный ПЧ
на полупроводниковом диоде.
4.Определение качественных показателей структурных узлов схемы.
В предыдущем разделе установлено, что для получения необходимого
коэффициента шума в тракт РПУ необходимо ввести УПЧ.
Рассчитаем чувствительность приемника.
Рап=NoRТоПш
где R=1,3810Дж/град.
Пш- шумовая полоса линейной части приемника (Гц).
То- температура шумов в антенне.
No- коэффициент шума.
Рап= 62001,381094010= 15.510Вт.
Рассчитаем коэффициент передачи тракта РПУ.
Детектор работает при малых напряжениях.
Допустим, Uвых= 0.1В
Определим напряжение на входе УВЧ (Uвх).
Примем Rвх(УВЧ)= 500 Ом.
Uвх ш=
Uвх ш= = 2.810ВКоэффициент передачи линейного тракта:
Кус= = 3.610
Если коэффициент шума УВЧ = 1.3 табл.6.2 [1], то
Шп= Шувч+ [(Шпч-1)/Крувч] +[(Шупч-1)/КрувчКрпч, где
Шп- коэффициент шума РПУ,
Шувч- коэффициент шума УВЧ,
Шупч- коэффициент шума УПЧ,
Крувч, Крпч- коэффициент передачи по мощности УВЧ и ПЧ.
Шп= Шувч+ [(Шпч-1)/Крувч] +[(Шупч-1)/КрувчКрпч
Шп= 1.3 + 9/ Крувч + 10/ Крувч = 3
Значения (Шпч-1) и (Шупч-1) выбраны по таблице 6.2 [1].
Крувчmin = 20.
Достаточный коэффициент передачи УВЧ: Кувч = 6.
На УПЧ происходит основное усиление. Рассчитаем коэффициент усиления для УПЧ.
Кпч0.8, Кувч= 6.
= Кпч Кувч Купч.
Купч= / Кпч Кувч = 8/6.08 = 1.6
Теперь предварительно установим, сколько каскадов усиления будет иметь УПЧ.
Купч= ( К1упч ) , где n- число каскадов .
n = log к1упч К упч
К 1упч 20 для fпч = 35 Мгц и ПС = 0.8 Мгц
n = log20 1.610= 4
Предварительно число каскадов УПЧ- четыре.
В супергетеродинных приемниках частотная избирательность определяется в основном ослаблениями частотного зеркального и соседнего каналов. Ослабление по зеркальному каналу обеспечивает преселектор, а соседнего канала - УПЧ.
Ослабление по симметричному каналу заданно: 20дб.
Требования к избирательности по симметричному каналу не высокие, поэтому
в УПЧ как фильтры распределенной избирательности, так и фильтры сосредоточенной избирательности.
Итак, ВЦ- входная цепь, входящая в состав структурной схемы РПУ, представляет собой устройство защиты приемника от просочившихся сигналов.
Для обеспечения необходимого коэффициента шума в схему в качестве УРЧ вводится усилитель на параметрическом диоде, на который нагружен полосно-пропускающий фильтр, или устройство подавления зеркального канала. Преобразователь частоты состоит из смесителя и гетеродина. Преобразователь частоты преобразует частоту сигнала на промежуточную частоту fпч=35 Мгц (по Т.З.), на которой происходит основное усиление сигнала. Демодулятором служит АД (амплитудный детектор), за которым включается видеоусилитель. Для подстройки частоты гетеродина используется устройство частотной автоподстройки (УЧАП).
Рис. 4.
Структурная схема проектируемого РПУ.
Проектирование СВЧ блока.
В блок СВЧ входят: АП, УВЧ, УЗП, УПЗК, СМ, гетеродин.
Проектирование АП.
С помощью антенного переключателя осуществляют подключение антенны к тракту передатчика и запирание приемника на время излучения, а после окончания действия импульса- подключение с минимальной задержкой выхода антенны к выходу приемника и отключения тракта передатчика.
При большой импульсной мощности сигнала АП строится по следующей схеме: ферритовый циркулятор, газовый разрядник, диодный резонансный СВЧ- ограничитель.
Циркулятор- устройство, обладающее следующими свойствами: при подаче сигнала на плечо 1 циркулятора, выходной сигнал появляется в плече 2 с очень малым ослаблением (0.2- 0.5Дб), в то время как он в плече 3 он существенно ослабляется (13-25Дб). Аналогично при поступлении в плечо 2 сигнала, он появляется в плече 3 и не проходит в плечо 1.
В АП сигнал от передатчика поступает на плечо 1 циркулятора Ц1 и через плечо 2 поступает в антенну. Лишь небольшая часть мощности сигнала проходит на плечо 3 и через циркулятор Ц2 попадает на вход разрядника ограничителя (ГР). Разрядник создает в линии передачи практически короткое замыкание и СВЧ сигнал, отражаясь от него в направлении к циркулятору Ц2 поглощается в согласованной нагрузке Rн, чем достигается защита УВЧ от выжигания. Процесс зажигания ГР в начале каждого импульса возникает с задержкой 10с. В течении этого времени через ГР проходит значительная энергия СВЧ колебаний. Выделяющаяся энергия СВЧ может вывести из строя или необратимо ухудшить параметры диодов СВЧ. Для предотвращения этого после ГР ставится резонансный СВЧ ограничитель, включаемый в основную линию через отрезок линии длиной L=l/4. Ограничитель представляет собой параллельное соединение разомкнутого емкостного шлейфа С1, последовательного соединения ограничительного диода Д и коротко замкнутого шлейфа L2 (рис.6).
Отраженный от цели сигнал поступает из антенны на плечо 2 Ц1, затем на плечо 3, а после на плечо 1 Ц2 и через его выходное плечо 2 на ГР. Мощность сигнала недостаточна для зажигания ГР. Прямые потери сигнала в ГР составляют 0.3- 1.5Дб. Для дальнейших расчетов примем коэффициент передачи ферритового переключателя = 0.9.
Рис.5. Функциональная схема антенного переключателя и
устройство защиты приемника.
Рис. 6. Эквивалентная схема
СВЧ- ограничителя.
Проектирование устройства защиты приемника.
В устройство защиты приемника входит разрядник приемника и диодный ограничитель. Основным недостатком диодных ограничителей является относительно небольшой динамический уровень импульсной мощности (100вт- 2Квт). Для устранения этого недостатка и объединения достоинств РПЗ и ограничителя используют разрядник- ограничитель. Он представляет собой сочетание РПЗ и следующего за ним диодного ограничителя. Разрядники- ограничители, не требующие никаких источников питания, выдерживают большие импульсные мощности ( 10Квт) и обеспечивают защиту приемника от всех возможных сильных сигналов. После ГР (газоразрядник) ставят резонансный СВЧ- ограничитель, включаемый в основную линию через отрезок линии l=l/4. Он представляет собой параллельное соединение разомкнутого шлейфа и последовательное соединение ограничительного диода и еще одного короткозамкнутого шлейфа L2.
По таблице 4.8 стр. 209 [2] выберем разрядник- ограничитель MD- 80K12.
=16.5 Ггц
Праб/f0=6.09% - относительная полоса пропускания.
Lпр= 0.9дБ - потери пропускания.
Ри= 10Квт - импульсная мощность.
Рср=10Вт - средняя мощность.
Wп = 0.5 Дж - энергия тока разрядника.
Долговечность = 2000ч.
Длина = 21.3
Масса = 80 г.
5.3.Проектирование и расчет УВЧ.
Исходные данные:
F0=1.7510Мгц.
В приемниках РЛС сантиметрового диапазона наибольшее распростронение получили однокаскадные РПУ на п/п диодах. В основном применяют двухчастотные регенеративные ППУ. В этих ППУ наряду с частотной накачкой Fнак, возбуждаемой вспомогательным генератором накачки, используют две рабочие частоты: сигнальную Fс и холостую Fх= Fнак - Fc, возникающую в процессе усиления.