Файл: Радиотехнические системы в ракетной технике..pdf

передачи и приема более 20 дб при вносимых потерях около 1 дб. Излучающий элемент модуля представляет собой полуволновый вибратор.

В процессе приема на вход предварительного усилителя посту­ пает сигнал мощностью 2 мвт и частотой 2,125 Ггц. Усиленный сигнал через схему ВЧ-переключателя поступает на фазовраща­ тель в цепи приема, который аналогичен фазовращателю передат­ чика. С выхода фазовращателя сигнал поступает на четырехкрат­ ный умножитель частоты, отличающийся от умножителя передаю­ щей цепи тем, что в нем используется один параметрический диод.

Рис. 8.14. Упрощенная структурная схема РЛС «MERA»

С выхода умножителя сигнал с частотой 8,5 Ггц подводится к смесителю. На этот же смеситель поступает принятый сигнал с ча­ стотой 9 Ггц. С выхода широкополосного балансного смесителя, выполненного на кремниевых диодах с барьером Шотки, сигнал промежуточной частоты 500 Мгц поступает на предварительный усилитель промежуточной частоты, обеспечивающий усиление 20 дб в полосе до 800 Мгц. Общий шум-фактор смесителя и преду­ силителя составляет приблизительно 10,5 дб. Выходные сигналы предусилителя ПЧ подаются в блок суммирования сигналов от эле­ ментов решетки.

Примером применения модуля является многофункциональный радиолокатор 3-см диапазона, разрабатываемый фирмой «Техас инструменте». На рис. 8.14 приведена упрощенная структурная схема этой РЛС, которая содержит 604 высокочастотных сменных модуля, осуществляющих прием и передачу на частоте 9 Ггц. Активные элементы возбуждаются с помощью распределительного устройства, делящего энергию сигнал-генератора между модуля­ ми. Последний вырабатывает три вида сигналов; в режиме пере­

316

По предварительным оценкам, стоимость одного модуля в се­ рийном производстве будет составлять около 100 долларов. В на­ стоящее время модуль усовершенствуется и его излучаемая мощ­ ность повышается до 10 вт.

8.5. Линии задержки в станциях дезинформирующих радиопомех

Сигналы РЛС могут задерживаться по времени на радиоили видеочастоте. Задержка сигналов на видеочастоте реализуется достаточно просто. Для станций помех задержка сигналов затруд­ няется тем, что при переходе на видеочастоты не сохраняются фа­ зовые соотношения радиочастотного заполнения зондирующих им­ пульсов РЛС. В зависимости от целевого назначения и связанных с ним тактико-технических требований линии задержки (ЛЗ) мож­ но условно классифицировать по следующим признакам:

—по времени запоминания (кратковременное до 1—5 мксек и длительное свыше 10 мксек);

—по рабочей частоте (без преобразования или с преобразова­ нием входного сигнала радиочастоты);

—по полосе пропускания (узкополосные до 1 Мгц и широко­ полосные свыше 1 Мгц);

—по виду задержки (постоянная или переменная);

—по принципу действия.

Любая линия задержки характеризуется:

—временем задержки;

—рабочей частотой;

■— шириной полосы пропускания;

—общим затуханием;

—относительным уровнем ложных сигналов;

—входным и выходным электрическим сопротивлением;

—стабильностью параметров, в частности термоустойчивостью.

Врадиотехнических устройствах в настоящее время наибольшее распространение получили ультразвуковые линии задержки. Выбор

звуковых волн обусловлен тем, что скорость их распространения в жидких и твердых средах в среднем на 4—5 порядков меньше ско­ рости распространения электромагнитных колебаний в вакууме. Следовательно, примерно одинаковое время задержки обеспечи­ вается электрическим кабелем длиной в 1 км или звукопроводом длиной в 1 см.

Втвердых средах могут распространяться как продольные, так

ипоперечные колебания. Последние имеют скорость распростра­ нения на 30—40% меньшую, и их использование в ультразвуковых

линиях задержки на относительно большие времена задержки яв­ ляется более предпочтительным, так как позволяет существенно уменьшить габариты и вес звукопровода. Прямое и обратное элек­ троакустическое преобразование проще реализуется в случае про­ дольных волн, поэтому в линиях задержки на большие времена иногда приходится прибегать к преобразованию продольных волн

319

в поперечные у входного конца звукопровода с обратным преобра­ зованием у выходного конца.

Наличие вторичных паразитных сигналов определяется многими причинами. Величина уровня ложных сигналов определяется отно­ шением амплитуды максимального из паразитных сигналов на вы­ ходе линии задержки к амплитуде основного сигнала. Одним из источников появления вторичных сигналов является троекратно распространяющийся сигнал. Частично основной сигнал отражает­ ся от приемного преобразователя и распространяется назад по ли­ нии, затем вновь отражается от передающего преобразователя по направлению к приемному преобразователю. Длина пути задерж­ ки такого сигнала в три раза больше длины пути основного сиг­ нала. Вторичные сигналы вызываются также переходом из режима продольных колебаний в режим поперечных колебаний и наоборот, рассеянием энергии на неоднородностях среды и дисперсионными явлениями.

Влинии задержки, использующей многократные внутренние отражения, вторичные сигналы могут также появиться у прием­ ного преобразователя в результате излучения по боковым лепест­ кам диаграммы излучения преобразователя. Вторичные сигналы аналогичны по форме входному импульсу и могут поступить в приемный преобразователь до или после основного сигнала. Кроме дискретных вторичных сигналов, существует обычно непрерывный фон паразитных сигналов, не связанных с формой входного им­ пульса.

Вобщем случае ультразвуковая линия задержки состоит из входного и выходного преобразователей и звукопровода. Основ­ ные причины ослабления выходного сигнала по сравнению с вход­ ным следующие: электроакустическое преобразование, затухание в звукопроводе, преобразование волн (продольных в поперечные и наоборот), расхождение луча.

Общие потери в ультразвуковой линии задержки могут быть

приближенно определены по формуле

4

320

потери преобразования при отражении на границах раздела

В, = 20 1 А1 te 'А7

Обозначения в формулах:

^ — длина волны звуковых колебаний, см; L — длина пути звуковых колебаний, см;

S — эффективная поверхность излучателя, см2;

акоэффициент затухания в звукопроводе, дб-см-1;

Например, для линии задержки на 1 мсек, изготовленной из магниевого сплава, общие потери в 65 дб распределяются следую­ щим образом: на электроакустическое преобразование 30 дб, зату­ хание в звукопроводе 22 дб, потери преобразования при отражении на границах раздела 2 дб, на расхождение луча 11 дб.

Основной недостаток ультразвуковых линий задержки состоит в том, что их рабочие частоты обычно меньше 100 Мгц. Поэтому для применения таких линий задержки СВЧ-сигналы предвари­ тельно преобразуют в сигналы более низких частот. При этом к собственным потерям линии задержки добавляются потери, возни­ кающие при прямом и обратном преобразованиях частоты.

Суммарные потери в СВЧ-линиях задержки при потерях на радиочастотное преобразование в 7—10 дб составляют 60—65 дб (из них потери непосредственно в линии задержки составляют

.45 дб). Помимо того, что при использовании в СВЧ-системах линий задержки промежуточной частоты требуется введение активных схем (гетеродинов и преобразователей), этому методу присущ еще один серьезный недостаток — узкополосность. Обычно полоса про­ пускания линий задержки промежуточной частоты не превышает

30—40 Мгц.

В последнее время интенсивно ведутся работы по созданию твердотельных линий задержки, действие которых основано на применении генерации, детектирования и распространения упругих волн гиперзвуковой частоты (109—10й гц). Основное достоинство этих линий задержки состоит в том, что они задерживают непо­ средственно высокочастотный сигнал, т. е. не требуется двойное преобразование частоты.

321

Акустические волны таких частот возбуждаются, например, в монокристаллах сапфира, рубина, рутила, кварца при непосред­ ственном воздействии на них электромагнитного поля. Сравни­ тельно медленное распространение сигнала в монокристаллах поз­ воляет иметь регулируемую задержку, необходимую для работы в реальном масштабе времени. Фирма «Микровэйвз» разрабатывает линии задержки для различных частот, однако наиболее активно ведется разработка устройств L- и S-диапазонов. При комнатной температуре без применения криогенных устройств одна из линий задержки этой фирмы обеспечивает задержку на 5 мксек при ча­ стоте 2 Ггц. Потери в линии задержки 45 дб, диаметр 1,27 см, дли­

держки могут иметь фиксированную или периодически повторяю­ щуюся задержку.

Твердотельные устройства с периодически повторяющейся за­ держкой работают по принципу накопления сигнала. Входной им­ пульс поступает через циркулятор в схему задержки, где он пре­ образуется в акустическую волну. Эта волна распространяется вдоль кристалла и частично отражается в обратном направлении. В результате многократных отражений на выходе получается се­ рия импульсов, в точности воспроизводящих входной сигнал, но имеющих меньшую амплитуду. Частота следования импульсов по­ стоянная, интервал между ними определяется размерами кристал­ ла и равен времени прохождения сигнала в обе стороны. Из-за потерь на распространение амплитуда импульса с каждым прохож­ дением убывает по экспоненциальному закону.

В настоящее время ведется разработка устройств с переменной задержкой. В них для изменения задержки используется измене­ ние скорости распространения сигнала. Последняя зависит от ве­ личины магнитного поля, создаваемого внутренним постоянным магнитом и регулируемой катушкой индуктивности.

Известна, кроме того, возможность возбуждения и приема ги­ перзвуковых волн с использованием кварцевой среды и сульфидно­ кадмиевых преобразователей. Линия задержки, основанная на этом принципе, обладает небольшими потерями на частотах несколько более 2 Ггц. При повышении рабочей частоты потери возрастают. Потери можно снизить с помощью криогенной техники. Фирма «Белл лабораториз» разработала линию задержки с сульфидно­ кадмиевыми преобразователями с параметром задержки 2,5 мксек/см. Вносимые потери при работе в диапазоне (390— 1150 Мгц) не превышают 10—20 дб. Полоса пропускания таких ли­ ний задержки в среднем составляет 10% от рабочей частоты.

В твердотельных линиях задержки на железо-иттриевом грана­ те можно получить не только постоянную и переменную задержку высокочастотных сигналов, но и их усиление. Фирма «Сперри Рэнд» создала линию задержки, работающую в Х-диапазоне. В установке применен параметрический усилитель на железо-ит­ триевом гранате в виде стержня длиной в 1 см и диаметром 0,3 см.

322