Дециметровых и сантиметровых волн

На частотах выше 300 МГц (волны короче одного метра) контуры с сосредоточенными параметрами не применяются. Объясняется это тем, что при повышении частоты настройки контуров необходимо уменьшать L_к и С_к . Но с уменьшением С_к существует предел. Во входной цепи приемника минимально возможная емкость контура равна входной емкости лампы УВЧ. Дальнейшее повышение частоты настройки контура возможно только за счет уменьшения индуктивности контура, но при этом резко уменьшается его добротность, вследствие чего избирательность входной цепи ухудшается, а коэффициент передачи напряжения уменьшается, поэтому в приемнике дециметровых волн в качестве входного контура применяют коаксиальную резонансную линию (рис. 2.4 а, слайд № 24 ).

Конструктивно это отрезки жестких коаксиальных линий. Такую цепь рассматривают как трансформатор сопротивлений с малыми потерями. Она согласует волновое сопротивление фидера ρ_ф с входным сопротивлением первого каскада УВЧ. Эквивалентная схема данной входной цепи изображена на рис. 2.4 б. Точки подключения фидера «а» и «б» подбираются в таком месте резонансной линии, где сопротивление между ними было бы равно ρ_ф. В этом случае коэффициент передачи напряжения входной цепи находится по формуле (2.6).

Перестройка таких входных цепей производится двумя способами:

- изменением длины l₁ с помощью короткозамкнутого или бесконтактного поршня (плунжера);

- изменением эквивалентной емкости контура. Элемент подстройки выполняется в виде переменного конденсатора С_п (рис. 2.4) или в виде винта, расположенного вблизи пучности электрического поля (у разомкнутого конца линии).

- В сантиметровом диапазоне волн наибольшее распространение получили входные цепи, выполненные в виде объемных резонаторов. На рис. 2.5 а (слайд № 25) показан объемный резонатор волноводной конструкции.

-

Входная цепь – это объемный резонатор с окнами или щелями связи. Окно связи образуется индуктивными (рис. 2.5 а), емкостными (рис. 2.5 б) диафрагмами или их комбинацией (рис. 2.5 в). Согласование производится подбором окон связи, при этом подбирается требуемый коэффициент трансформации. Настройка контура осуществляется с помощью винта (штыря), изменяющего емкость резонатора.

В Ы В О Д Ы

1. В метровом диапазоне волн (λ > 2м) в качестве входных цепей используются контуры со сосредоточенными параметрами, состоящие из катушек индуктивности и конденсаторов.

2. С уменьшением длины волны необходимо уменьшать L и С. Но есть пределы уменьшения, поэтому на дециметровых волнах (λ = 1 – 10 см) контуры выполняются с распределенными параметрами на отрезках длинных линий, а в сантиметровом диапазоне – в виде объемных резонаторов.

Второй учебный вопрос.

Усилители высокой частоты

Усилители высокой частоты предназначены для преимущественного усиления полезного сигнала и ослабления помех.

Частотная избирательность УВЧ осуществляется за счет резонансных свойств колебательной системы, выполняющей роль нагрузки усилительного прибора.

В качестве усилительных приборов в УВЧ применяют электровакуумные приборы (ЭВП), транзисторы, туннельные диоды, лампы бегущей волны (ЛБВ), параметрические и молекулярные усилители.

Параметры усилителей зависят от способа включения усилительного прибора. Усилительные приборы включаются по следующим схемам:

- с общим катодом (эмиттером);

- с общей сеткой (базой);

- с общим анодом (коллектором).

Основными техническими параметрами УВЧ являются:

- коэффициенты усиления напряжения и мощности (к_U , к_Р );

- входное сопротивление (R_вх);

- резонансный и максимально достижимый коэффициенты усиления к_о, к_{о мах};

- полоса пропускания (2Δf);

- избирательность (σ ).

Коэффициент усиления напряжения (к_U) каскада равен отношению напряжений на его выходе и входе

к_U = U_{м вых} / U_{м вх} .

Коэффициент усиления мощности (к_Р ) каскада равен отношению выходной мощности Р_вых к входной Р_вх.

к_Р = Р_вых / Р_вх.

Входное сопротивление усилителя является чисто емкостным только на сравнительно низких частотах. С повышением частоты оно становится комплексным и может быть представлено параллельным соединением входной емкости и входного активного сопротивления.

Резонансный и максимально достижимый коэффициент усиления к_{о =} S_d ·R_э , где S_d – динамическая крутизна лампы, пропорционален сопротивлению настроенного контура и с увеличением его возрастает. Однако для каждого каскада существует максимально допустимое сопротивление анодной нагрузки, при котором усилитель работает устойчиво. Это сопротивление определяется по формуле

,

где f₀ - частота настройки контура (МГц);

S - крутизна лампы (мА/В);

C - проходная емкость лампы (пФ).

При этом сопротивлении усилитель обладает максимально допустимым коэффициентом усиления

.

Полоса пропускания каскада УВЧ (2Δf) определяется как разность частот, в пределах которой коэффициент усиления понижается не более уровня 0,707 от коэффициента усиления на резонансной частоте

,

где Q_э – эквивалентная добротность;

R_э – резонансное сопротивление контура;

С_э – эквивалентная емкость контура.

Рассмотрим наиболее распространенные схемы УВЧ, применяемые в изучаемых РЛС.

УВЧ на триоде с общим катодом

Широко применяется в качестве первого каскада УВЧ метрового диапазона. Принципиальная схема показана на рис. 2.6 (слайд № 30).

Усилительный элемент Л1 нагружен на резонансный контур L_kС_k. Емкость контура слагается:

С_к = С_н + С_вых + С_м + С_вх ,

где С_вых - выходная емкость усилительного элемента;

С_н - емкость настройки контура;

С_м - емкость монтажа;

С_вх - входная емкость следующего каскада.

Вспомогательные элементы:

R1C2	- цепь автосмещения, обеспечивающая работу усилительного элемента на линейном участке
Сад	- проходная емкость лампы;
R3C3	- фильтр развязки в цепи питания;
СU	- разделительный конденсатор;
L1С1	- элементы входного контура.

Коэффициент усиления такого усилителя можно определить по формуле

,

где	S	- крутизна лампы;
	fо	- несущая частота;
	Сад	проходная емкость.

Усилитель на триоде с общим катодом в более коротком диапазоне волн не может иметь значительного коэффициента усиления из-за большой междуэлектродной емкости лампы С_ад. Этот недостаток устраняется при выполнении резонансного усилителя на триоде с общей сеткой (схема М.А.Бонч-Бруевича) (рис. 2.7, слайд № 31)

В данной схеме сетка лампы соединяется со входом и выходом усилителя. Проходной емкостью лампы является емкость С_ак.

Усилитель дает хорошее усиление по напряжению и почти не усиливает сигналов по мощности. Он широко применяется в качестве усилителя высокой частоты в дециметровом диапазоне при использовании специальных ламп с дисковыми выводами.

В РЛС метрового диапазона волн нашла широкое распространение каскадная схема УВЧ ТЗК-ТЗС, у которой первый каскад – УВЧ на триоде с заземленным катодом, второй каскад – на триоде с заземленной сеткой.

Усилитель высокой частоты на лампе бегущей

волны (ЛБВ)

Усилитель на ЛБВ находит широкое применение в качестве усилителей сигналов СВЧ диапазона. Устройство ЛБВ схематически показано на рис. 2.8 (слайд № 32 ).

Электронная пушка (1 – накал, 2 – катод, 3 – анод) создает электронный пучок.

Фокусирующая система (4) выполнена в виде соленоида, создает постоянное (продольное) по отношению к электронному пучку магнитное поле высокой напряженности.

Проволочная спираль (5), выполняющая роль замедляющей системы, замедляет фазовую скорость волны электрического поля усиливаемых колебаний до скорости электронов в пучке.

Входное и выходное устройства (7) (волноводы, согласованные с заземляющей сеткой) обеспечивают подвод и вывод энергии усиливаемых колебаний.

Коллектор (6) притягивает электроны, вылетевшие из электронной пушки.

Принцип действия УВЧ и ЛБВ основан на длительном взаимодействии электронного потока с бегущей волной электрического поля усиливаемых колебаний.

В результате такого взаимодействия осуществляется преобразование кинетической энергии движущихся в пучке электронов в энергию электромагнитного поля усиливаемых колебаний.

Длительное взаимодействие потока электронов с электромагнитным полем возможно при выполнении следующих условий:

- равенство фазовой скорости электромагнитной волны и скорости электронов ν_ф = ν_э ;

- наличие продольной составляющей электрического поля относительно электронного потока.

Скорость электронов определяется выражением

км/с.

Распространение электромагнитной волны вдоль спирали будет замедленно во столько раз, во сколько шаг спирали меньше длины ее витка:

v_ф = с ·(а / 2πR),

где а – шаг спирали; с - радиус витка спирали.

Условно примем, что положительная полуволна напряженности электрического поля ускоряет электроны, а отрицательная – замедляет. Пусть в момент времени t = 0электроны равномерно распределены вдоль спирали (рис. 2.9, слайд № 32).

Предположим, что поле сигнала в спирали отсутствует. Тогда за отрезок времени t = t₁ электроны равномерно смещаются вдоль оси z. Если же в момент t = 0 на вход спирали подан сигнал, то электроны 1, 2, 5, 6 будут ускоряться, а электроны 3, 4, 7, 8 будут тормозиться. В результате такой модуляции электронов по скорости за время t = t₁ электроны соберутся в «сгустки», которые расположатся в тормозящих полях.

При условии ν_э = ν_ф сгустки электронов образуются в местах, где Е_z = 0, а поэтому обмена энергией между электронами и волной не произойдет. Если же ν_э < ν_ф , то сгустки электронов окажутся в ускоряющем поле и будут забирать у него энергию.

Итак, усиление в ЛБВ возможно при соблюдении ν_э = ν_ф +Δ ν. Пи этом

Δ ν должно быть таким, чтобы сгустки за время пролета их вдоль всей спирали не опережали электрическое поле более, чем на λ_с / 2, то есть Δ ν ·τ_с ≤ λ_с / 2 , где τ_с – время полета электронов вдоль спирали.

Это условие обеспечивается установкой оптимального значения ускоряющего напряжения U_а2.

УВЧ на ЛБВ находят широкое применение в приемниках РЛС из-за следующих достоинств:

- сравнительно малый коэффициент шума (к_ш ≈ 4);

- большой коэффициент усиления по мощности (к_р = 20 – 30 дБ);

- широкая полоса пропускания (сотни МГц), так как нет резонансных систем;

- высокая электрическая прочность и способность ослаблять мощный зондирующий сигнал, проникающий на вход ЛБВ, до величины, безопасной для преобразователя частоты. Это обеспечивается логарифмической амплитудной характеристикой.

Недостатками УВЧ на ЛБВ являются:

- большая потребляемая мощность (малый КПД, порядка 10 %);

- громоздкость и большой вес.

Параметрические усилители высокой частоты

Параметрические усилители (ПУ) – это устройства, в которых усиление поступающего сигнала осуществляется за счет энергии источника высокой частоты, периодически изменяющего реактивный элемент контура (L_к С_к) и вносящего за счет этого энергию в контур.

В зависимости от способа изменения реактивности контура ПУ делятся на:

- полупроводниковые;

- электроннолучевые;

- ферромагнитные.

Рассмотрим принцип работы полупроводникового параметрического усилителя, в котором происходит изменение емкости контура (можно пояснить на модели колебательного контура с конденсатором, пластины которого могут раздвигаться)(рис. 2.10, карточка ТУ № 69) .

где q – заряд на конденсаторе.

Если при неизменной величине накопленного в конденсаторе заряда осуществлять уменьшение емкости, то произойдет возрастание напряжения на конденсаторе.

Емкость конденсатора определяется по формуле

С = εS / d ,

где ε - диэлектрическая проницаемость диэлектрика;

S - площадь пластины конденсатора;

d - расстояние между пластинами.

Отсюда,

U_с = (q / ε S) d.

Следовательно, при неизменной величине заряда (q) напряжение на конденсаторе пропорционально расстоянию между пластинами конденсатора.

До момента времени t₁ (рис. 2.11, слайд № 271) параметры контура не изменяются и сигнал, поступающий в контур, имеет амплитуду _Uс¹. Начиная с времени t₁, пластины конденсатора механически раздвигаются на величину Δd в те моменты, когда напряжение и заряд на нем максимальны.

Так как между пластинами конденсатора существует электрический ток, то на их раздвижение необходимо затратить энергию. Энергия, затрачиваемая на раздвижение пластин, передается электрическому полю конденсатора и увеличивает его энергию. Это приводит к увеличению напряжения на конденсаторе.

Если обкладки конденсатора возвращать в исходное положение, когда заряд на них равен нулю, то при этом энергия контура не расходуется. Периодическое повторение указанного процесса приводит к увеличению вносимой в контур энергии и увеличению амплитуды сигнала.

В реальной схеме ПУ в качестве конденсатора контура используется емкость ( р-п) перехода, которая изменяется под воздействием напряжения, подаваемого от генератора накачки.

Изменение емкости происходит не скачками, а плавно. Поэтому форма напряжения (U_с ) с самого начала процесса синусоидальна.

Для осуществления процессов усиления в ПУ необходимо выполнить два условия:

- изменение емкости контура должно происходить с удвоенной частотой сигнала f_н = 2f_с ;

- величина емкости должна становиться минимальной в моменты максимального напряжения на конденсаторе и минимальной, когда оно равно нулю.

Первое усиление называется частотным, а второе – фазовым.

Основным преимуществом ПУ по сравнению с ламповыми - уменьшение внутренних шумов. Это обусловлено тем, что в роли усилительного элемента используется нелинейный конденсатор с малыми потерями, который шумов не создает.

Для уменьшения к_ш параметрического усилителя нелинейный элемент помещают в камеру с низкой температурой.

В ы в о д ы

1. КВЧ на ЛБВ и параметрические усилители находят широкое применение в РЛС сантиметрового диапазона волн, так как обладают сравнительно малым коэффициентом шума, большим коэффициентом усиления, широкой полосой пропускания, высокой электрической прочностью.

2. В дециметровом диапазоне волн применяют триоды маячкового типа по двухкаскадной схеме ТЗС-ТЗС.

3. В метровом диапазоне волн нашла распространение двухкаскадная схема ТЗС-ТЗС.

Третий учебный вопрос.

Преобразователи частот

В супергетеродинном приемнике производится преобразование высокой несущей частоты в более низкую – промежуточную ( f_пр « f_с ) с сохранением закона модуляции. Для данного приемника f_пр – величина постоянная. Напряжение промежуточной частоты усиливается УПЧ. На более низкой частоте в УПЧ можно получить большое усиление, высокую избирательность и любую требуемую полосу пропускания при устойчивой работе приемника.

Преобразователем частоты называется устройство, в котором высокая несущая частота принятого сигнала f_с преобразуется в промежуточную f_пр без изменения закона модуляции.

При преобразовании частоты спектр сигнала смещается в сторону более низких частот, однако форма огибающей остается прежней. На рис. 2.12 (cлайд № 34) показано преобразование последовательности импульсных сигналов.

Для смещения (преобразования) спектра необходим нелинейный элемент. Любой преобразователь имеет три основные части (рис. 2.13, слайд № 35 ):

а) смеситель – нелинейный элемент.

В качестве нелинейного элемента используют:

- многоэлектродные лампы (триод, пентоды и др.);

- транзисторы;

- диоды (вакуумные и полупроводниковые).

б) гетеродин – генератор вспомогательных колебаний.

Это маломощный генератор гармонических колебаний Uг=Uтгcosωгt определенной частоты и амплитуды. Работа таких генераторов была рассмотрена при изучении темы 2.

в) Фильтр промежуточной частоты.

Это один или несколько колебательных контуров, настроенных на fпр.

По типу нелинейного элемента различают следующие преобразователи частот:

- односеточные;

- двухсеточные;

- диодные.

Преобразователи частоты характеризуются следующими основными параметрами:

1. Коэффициент преобразования (коэффициент передачи или коэффициент усиления),

где Uт с - амплитуда сигнала высокой частоты на входе преобразователя ча-стоты;

Uт пр - амплитуда сигнала промежуточной частоты на входе ПРЧ.

2. Устойчивость работы ПРЧ.

ПРЧ не должен возбуждаться и должен сохранять постоянными каче-ственные показатели при эксплуатации. Одним из требований является высокая стабильность гетеродина.

Пример.

fг = 3000 МГц fс = fг – fпр = 2970 МГц

fпр = 30 МГц Δfг = Δfпр = 3 МГц

2Δfпр = 1 МГц

Нестабильность частоты гетеродина – 0,1 % При fс = cont сигнал приемником не будет принят, так как его спектр вый-дет за пределы полосы пропускания приемника

В радиолокационных приемниках нашли применение односеточные (в метровом диапазоне волн) и диодные (в дециметровом и сантиметровом диапазонах волн) преобразователи частоты.

Односеточные преобразователи частоты

В односеточном преобразователе частоты напряжение сигнала и напря-жение гетеродина подаются на одну и ту же сетку трех- или пятиэлектродной лампы, работающей в режиме анодного детектирования (рис. 2.14, слайд № 36).

Колебательный контур в цепи сетки (LУВЧ , СУВЧ) является контуром УВЧ, настроенным на fс. Контур L, С является фильтром преобразователя. Для получения преобразования, то есть для изменения (смещения) спектра, используется нелинейность характеристики лампы. Для этого рабочая точка выбирается на нижнем сгибе характеристики с помощью резистора Rк цепочки автосмещения Есм (рис. 2.15, слайд № 38).

Когда сигнала нет Uс = 0, то под воздействием гетеродинного напряжения Uг крутизна характеристики периодически изменяется от 0 до Sмах с частотой гетеродина и может быть записана рядом Фурье. Анодный ток лампы протекает импульсами и в своем составе содержит частоту гетеродина ωг и гармоники 2ωг; 3ωг; 4ωг…пωг.

При подаче напряжения сигнала Uг = Uм с соsωсt происходит приращение анодного тока на величину Δiа = S(t)Uс, в составе анодного тока кроме гармоник гетеродина еще появятся составляющие, имеющие следующие частоты и амплитуды:

частоты амплитуды S0Uт с

ωг - ωс ωг + ωс 1/2 Sт1Uтс

2ωг - ωс 2ωг + ωс 1/2 Sт2Uтс

кωг кωг + ωс 1/2 Sт кUтс

В качестве промежуточной частоты используется разностная частота, полученная в результате преобразования на первой гармонике гетеродина (к = 1)

ωпр = ωг – ωс или ωпр= ωс – ωг.

Таким образом, в анодном токе смесителя содержится целый спектр ча-стот. Фильтр, являющийся анодной нагрузкой смесителя, выделяет из всего спектра только нужную составляющую и поэтому настраивается в резонанс на частоту этой составляющей.

Для преподавателя. Ток и напряжение промежуточной частоты определяются вы-ражениями

iпр = 1/2Sт•Uт с cos(ωг-ωс)t = 1/2Sт•Uт с cosωпрt = Iт пр cosωпрt ;

Uпр = iпрR = 1/2Sт1Uт с•Rcosωпрt = Uт прcosωпрt ,

где R – резонансное сопротивление нагруженного контура смесителя;

Iпр = 1/2SUс ; Uпр=IпрR - амплитуды тока и напряжения промежуточной частоты.

Таким образом, амплитуда тока и напряжения промежуточной частоты пропорцио-нальна амплитуде напряжения принимаемого сигнала, то есть процесс преобразования для огибающей сигнала имеет линейных характер. По этой причине преобразователи относят к линейному тракту приемника.

Диодные преобразователи частоты

Применяются в дециметровом и сантиметровом диапазонах волн. В качестве нелинейного элемента (смесителя) применяются вакуумные или полупроводниковые диоды. Схема диодного смесителя представлена на рис. 2.16 (слайд № 39).

Для преобразования используется нелинейная вольтамперная характеристика диода. Входной контур – это контур УВЧ, настроенный на fс , выходной контур – фильтр, настроенный на fпр. При отсутствии сигнала детектируются непрерывные колебания сигнала. Через диод протекают импульсы, содержащие постоянную составляющую и токи частот ωг, 2ωг…nωг.

На сопротивлении R_смсоздается постоянное напряжение смещения E_см = I · R_см. Это напряжение приложено к диоду (минусом на анод) и определяет рабочую точку на характеристике, то есть угол отсечки θ. При подаче сигнала от УВЧ в составе тока диода появляются комбинационные токи комбинационных частот, в том числе и разностная f_пр = f_с – f_г. Ток частоты f_пр создает на контуре напряжение промежуточной частоты.

В Ы В О Д Ы

1. В радиолокационных приемниках в метровом диапазоне волн применяются односеточные преобразователи частот, в сантиметровом – диодные.

2. Преобразование высокочастотного сигнала в более низкую частоту (промежуточную) осуществляется использованием нелинейности характеристик ламп и полупроводниковых диодов.

Четвертый учебный вопрос.

УСИЛИТЕЛИ ПРОМЕЖУТОЧНОЙ ЧАСТОТЫ (УПЧ)

УПЧ находится после преобразователя частоты и осуществляет основное усиление приемника и его избирательность. Число каскадов усиления бывает от 2 до 12, каждый из них представляет резонансный усилитель с фиксированной настройкой частоты. В качестве нагрузки используются одиночные колебательные контуры или система контуров.

Параметры УПЧ

1. Промежуточная частота выбирается в зависимости от диапазона приемника и его назначения. Практически в радиолокационных приемниках f_пр в пределах 5 – 90 МГц.

2. Коэффициент усиления напряжения равен отношению комплексной амплитуды напряжения на выходе U_вых к комплексной амплитуде напряжения на входе U_вх и определяется выражением

к = U_вых/U_вх = U_вых e^jφвых /U_вхe^jφвх ,

где K= U_вых/U_вх - величина (модуль) коэффициента усиления;

φ = φ_вых – φ_вх - угол сдвига фаз между выходными и входными напряжениями.

В децибелах определяется как к_дБ = 20lgK.

3. Полоса пропускания УПЧ определяет полосу пропускания всего приемника и выбирается в зависимости от назначения его и диапазона принимаемых частот. Полоса приемников импульсных сигналов, а следовательно, и УПЧ выбирается оптимальной или близкой к ней. При этом обеспечивается наилучшая чувствительность. Она выбирается из соотношения

2Δf = (1÷1,2)/τ_u ≈ 2Δf_опт

и может быть в пределах от сотен килогерц до десятков мегагерц.

4. Избирательность УПЧ определяет избирательность всего приемника и оценивается коэффициентом прямоугольности. Коэффициент прямоугольности показывает, насколько реальная резонансная кривая отличается от идеальной, имеющей форму прямоугольника, и определяется по резонансной кривой (рис. 2.17, слайд № 42) при ослаблении в 10 и 100 раз.

5. Эффективность схемы УПЧ – это произведение резонансного коэффициента усиления одного каскада к₀₁ на полосу пропускания 2Δf всего многокаскадного усилителя Э = к₀₁ ∙2Δf . Этот показатель используется для сравнения различных схем УПЧ. Чем больше эффективность схемы, тем больше получается усиление каждого каскада при заданной полосе пропускания. Этот показатель можно распространить на один каскад или группу.

6. Устойчивость работы. УПЧ не должен самовозбуждаться. Одной из причин самовозбуждения является положительная обратная связь через емкость С_ад. Для устойчивой работы коэффициент усиления каждого каскада не должен превышать значения коэффициента устойчивого усиления (к_у)

к₀₁ ≤ к_у = 0,42 ,

где S - крутизна характеристики лампы;

С_ад – междуэлектродная емкость между анодом и сеткой лампы.

Отсюда следует, что в УПЧ целесообразно использовать пентод, так как они имеют большее отношение S / С_ад.

Для устранения других причин, вызывающих самовозбуждение, применяются фильтры и развязки в цепи питания электродов ламп и конструктивные меры при монтаже схемы.

Наиболее широкое распространение получили следующие схемы УПЧ:

- одноконтурные с настроенными контурами (1 тип УПЧ) (рис. 2.18 а);

- одноконтурные с расстроенными контурами (П тип УПЧ) (рис. 2.18 б);

- двухконтурные (Ш тип УПЧ) (рис. 2.18, слайд 44).

В радиолокационных приемниках широкое распространение получили УПЧ 1 типа, так как они обладают следующими достоинствами:

- простота схемы (рис. 2.19, слайд № 45) и удобство настройки;

- малые искажения усиливаемых радиоимпульсов.

Выводы

1. Усилитель промежуточной частоты осуществляет основное усиление приемника и его избирательность.

2. Наиболее простым и удобным в настройке, мало искажающим усиливаемые сигналы, является УПЧ I типа.

Пятый учебный вопрос

Детекторы и видеоусилители

В радиолокационном приемнике детектор предназначен для преобразования радиоимпульсов промежуточной частоты в видеоимпульсы. Наиболее распространенная схема такого детектора представлена на рис. 2.20 (слайд № 46,47).

Физические процессы, происходящие в детекторе, иллюстрируются эпюрами, представленными на рис. 2.20 б, в, г.

В первый положительный полупериод входного напряжения начинается заряд конденсатора С_н, и через диод проходит импульс анодного тока. Вследствие этого происходит накопление энергии в электрическом поле конденсатора.

Заряд конденсатора продолжается до тех пор, пока напряжение на аноде диода положительное, то есть от t₀ до t₁. В момент t₁ напряжение на заряжающемся конденсаторе становится равным напряжению на входе детектора и напряжение на аноде диода равно нулю. Анодный ток прекращается и начинается разряд конденсатора через сопротивление нагрузки R_н. Разряд продолжается до момента t₂. В промежутке от t₁ до t₂ на аноде диода действует отрицательное напряжение и диод закрыт. С момента t₂ напряжение на аноде диода опять становится положительным и конденсатор С_н снова подзаряжается до момента t₃. С этого момента напряжение на аноде диода отрицательное, анодного тока нет и происходит очередной разряд конденсатора через сопротивление R_н.

Далее указанные процессы повторяются. С момента начала работы детектора импульсы анодного тока диода постепенно уменьшаются, а с момента t₃ – остаются установившимися.

С этого момента режим работы диода считается установившимся ( выходное напряжение остается постоянным). С момента окончания радиоимпульса конденсатор С_н разряжается через резистор нагрузки R_н.

Форма видеоимпульсов на выходе детектора зависит от С_н и R_н, их величину приходится выбирать из ряда противоречивых требований. Обычно

С_н – (10 ÷20) С_ак

R_н = ,

где С_ак – емкость между анодом и катодом диода;

τ_и - длительность радиоимпульсов.

В качестве детектора в радиолокационных приемниках принимаются и полупроводниковые диоды, которые имеют малый уровень собственных шумов, малое внутреннее сопротивление, малые габариты и емкость С_а , не требуют источников питания.

Основные параметры детектора

1. Коэффициент передачи – это отношение амплитуды продетектированного сигнала на выходе детектора (U_{т вых Ω}) к амплитуде напряжения сигнала на входе (U_{т вх f пр})

к_д = U_{т вых Ω} / U_{т вх f пр} ,

где Ω - видеочастота.

2. Входное сопротивление определяется отношением амплитуды напряжения промежуточной частоты на входе детектора к амплитуде тока промежуточной частоты входного сигнала, протекающего через детектор

R_вх = U_вх f_пр/ I_{f пр} .

Видеоусилитель приемника предназначен для усиления продетектированного сигнала до уровня, достаточного для нормальной работы индикаторов. Амплитуда видеоимпульсов на входе видеоусилителя в зависимости от дальности и характера цели может изменяться в широких пределах. Принцип работы видеоусилителя рассмотрен в теме 2.

Если в приемнике есть автоматическая регулировка усиления, то напряжение на выходе детектора поддерживается постоянной величины в пределах 0,5 – 2 В. Такая величина напряжения видеоимпульса недостаточна для нормальной индикации в индикаторе. Поэтому после детектора видеоимпульсы усиливаются в видеоусилителе в десятки и сотни раз. Обычно видеоусилитель состоит из 2 – 4 каскадов, последний, как правило, катодный повторитель, обеспечивающий согласование выходного сопротивления приемника с волновым сопротивлением кабеля, по которому усиленный сигнал без искажения передается на индикатор. Один из возможных вариантов двухкаскадной схемы выходного устройства приемника представлен на рис. 2.21 (слайд № 48).

Первый каскад работает в режиме ограничения, что необходимо для предотвращения перегрузки индикаторных устройств сильными сигналами. Второй каскад – катодный повторитель. Работа будет рассмотрена в теме 7.

Видеоусилители характеризуются следующими основными параметрами:

- коэффициент усиления;

- полоса пропускания.

Для преподавателя.

1. Коэффициент усиления. Коэффициент усиления первого каскада определяется

к = SZ_а ,

где S - крутизна характеристики лампы;

Z_а – сопротивление анодной нагрузки.

Обычно коэффициент усиления каскада равен 10 – 20.

Катодный повторитель имеет коэффициент усиления меньше единицы, поскольку все выходное напряжение с сопротивления R_к вновь подается на его управляющую сетку (100 % отрицательная обратная связь). Определяется следующим выражением:

к_кп = S к_к / (1 + SR_к) ,

где S – крутизна характеристики лампы;

R_к - сопротивление катодной нагрузки.

3. Полоса пропускания. Определяется как разность верхней (f_мах) и нижней (f_мин) граничных частот.

Для первого каскада

f_мax = ; ,

где С₀ – емкость, состоящая из емкостей ламп и монтажа. Обычно равна 15 – 30 пФ.

Для каждого катодного повторителя

; .

Величина f_max – однозначно определяет время установления импульса

t_у = 0,35 / f_max.

Величина f_min – однозначно определяет завал G вершины импульса длительности τ_и :

G =2π τ_и f_min .

Заключительная часть

- Вывод по занятию;

Достигнуты учебные цели;

- Вопросы для контроля усвоения материала

Задание на самоподготовку:

1. Левичев В.Г. Радиопередающие и радиоприемные устройства. Стр. 327-337, 342-343, 375-376, 384-393, 396-399, 405-427, 442-448, 300-305.

2. Седышев Ю.Н. Приемные устройства радиолокационных сигналов. Часть 1. Стр. 62-70, 92-94, 109-110, 227-233, 232-244, 252-257, 281-287, 290-293.

3. Знать назначение и принцип работы элементов радиоприемного устройства.

4. Уметь обосновывать применение элементов приемного устройства в РЛС различного диапазона волн.

Окончание занятия;

Руководитель занятия: