Файл: Левичев В.Г. Радиопередающие и радиоприемные устройства [учеб. пособие].pdf

3) фазовая импульсная модуляция (ФИМ), в процессе которой изменяется фазовый сдвиг, или время излучения радиоимпульсов внутри тактовых интервалов;

Графики, иллюстрирующие различные виды импульсной моду­ ляции, приведены на рис. 1.128.

Иногда используется также специальный вид импульсной ко­ довой модуляции, при которой плавная кривая сигнала заменяется ступенчатой, т. е. применяется так называемое квантование сигна­ ла (рис. 1.129). При импульсно-кодовой модуляции число, ампли­ туда, длительность, фазовый сдвиг или полярность излучаемых импульсных сигналов зависят в каждый данный отрезок времени от дискретного уровня квантованного сигнала.

2. Общие принципы импульсной модуляции радиолокационных передатчиков

Передатчики РЛС обычно генерируют высокочастотные колеба­ ния не непрерывно, а в виде кратковременных прямоугольных ра­ диоимпульсов одинаковой амплитуды длительности и скважности

Огибающая

радиоимпульса

>т

Рис. 1.130. Прямоугольные радиоимпульсы

(рис. 1.130). Длительность генерируемых радиоимпульсов ти обыч­

управления используются также, различные виды импульсно-кодо­ вой модуляции. При этом передатчик генерирует не одиночные им­ пульсы, а группы, или «пакеты», импульсов. Параметры импульсов внутри группы изменяются в соответствии с уровнем квантованного сигнала или с заданным кодом.

Частота несущих высокочастотных колебаний каждого радио­ импульса может быть постоянной или изменяться по определен­ ному закону.

166

Радиоимпульсы, излучаемые РЛС, по форме должны быть близки к прямоугольным. Форма огибающей радиоимпульса опре­ деляется главным образом формой модулирующего видеоимпуль­ са. Поэтому желательно, чтобы форма модулирующего видеоим­

может привести к изменению несущей частоты излучаемых радио­

затрудняет генерирование и усиление радиоимпульсов. Выбор ра­

167

тельного воспроизведения формы импульса при генерировании и усилении необходимо иметь полосу пропускания не уже, чем ши­ рина спектра первой группы составляющих спектра радиоимпуль­ са. Поэтому при определении ширины частотного спектра радио­ локационного сигнала пользуются формулой

Величина коэффициента А в зависимости от типа РЛС колеб­ лется от 2 до 4.

1-я группа гармоник

2/Сц

а

6

импульсная модуляция может применяться в радиопередатчиках, работающих только в диапазоне УКВ.

Из формулы (1.104) следует, что, чем короче длительность им­ пульсов, тем более широкополосные устройства необходимы для его неискаженного генерирования и усиления. Это является ос­ новной причиной, ограничивающей уменьшение длительности им­ пульсов, используемых в РЛС.

При работе короткими импульсами и, следовательно, широком спектре сигнала, требования к стабильности частоты РЛС срав­ нительно невысоки. Поэтому генераторы СВЧ импульсных РЛС, как правило, были однокаскадными. В качестве генераторов сан­ тиметрового диапазона волн использовались магнетроны, генера­ торы дециметрового и метрового диапазонов собирались на три­ одах специальной конструкции.

168

Использование импульсов большей длительности позволяет су­ зить ширину спектра частот сигнала, а следовательно, и полосу пропускания приемного устройства. Это дает возможность повы­ сить чувствительность приемника, а следовательно, и дальность действия РЛС.

Однако повышение длительности импульса снижает разре­ шающую способность РЛС по дальности, а сужение'полосы про­ пускания приемника вызывает необходимость повышения стабиль­ ности частоты передатчика. Поэтому высокочастотный тракт таких передатчиков строится по многокаскадной схеме. В них исполь­ зуются различные типы генераторов СВЧ — мощные усилитель­ ные клистроны, лампы бегущей волны, амплитроны, а на де­ циметровом и метровом диапазонах также и ламповые гене­ раторы.

В случае прямоугольной формы импульсов эти мощности свя­

Поскольку скважность Q обычно гораздо больше единицы, то для передатчиков РЛС характерны большие импульсные мощности (от десятков киловатт до мегаватт) при относительно небольших средних мощностях (приблизительно сотни ватт). Малое значение средней мощности, потребляемой передатчиком, позволяет при условии использования накопителя энергии применять сравнитель­ но маломощные и малогабаритные источники питания РЛС. На­ копитель энергии в интервале между импульсами заряжается от источника питания. Затем накопленная энергия зо время импуль­ са расходуется на питание генератора. Накопителем энергии мо­ жет являться электрическое поле конденсатора или магнитное поле катушки индуктивности. В качестве накопителя энергии мо­ жет использоваться также искусственная длинная линия, которая эквивалентна или емкости, или индуктивности.

В настоящее время в большинстве случаев используются емко­ стные накопители, так как индуктивные накопители характеризу­ ются весьма низким КПД.

Большие значения импульсных мощностей принуждают ис­ пользовать в генераторах РЛС весьма высокие анодные напряже­ ния —до 40—50 кв при значениях анодного тока порядка десятков и сотен ампер. Поэтому в радиолокационных передатчиках при­ меняются электровакуумные приборы, рассчитанные на работу при высоких анодных напряжениях и больших токах эмиссии. Од­ нако габариты генераторных ламп импульсных клистронов и маг­ нетронов относительно невелики, так как их тепловой режим опре-

169

деляется не максимальной, а средней мощностью, рассеиваемой на аноде.

При импульсном режиме работы радиопередающего устройства необходимо так управлять работой мощного автогенератора СВЧ, чтобы он генерировал кратковременные радиоимпульсы требуе­ мой формы длительности. В этом управлении и заключается процесс импульсной модуляции генератора СВЧ. Устройство, управляющее генератором СВЧ, называется импульсным моду­ лятором.

Импульсный модулятор обычно вырабатывает мощный видео­ импульс высокого напряжения, который используется в качестве напряжения анодного питания генераторных ламп. Во время дей­ ствия этого модулирующего видеоимпульса генератор вырабаты­ вает радиоимпульс, форма и длительность которого соответствуют форме и длительности видеоимпульса. Такой вид импульсной мо­ дуляции называется анодной импульсной модуляцией.

В триодных генераторах СВЧ, кроме анодной импульсной мо­ дуляции, возможна также сеточная модуляция. В последнем слу­ чае модулирующий видеоимпульс подается на управляющие сетки генераторных ламп, предварительно запертых большим отрица­ тельным смещением. Однако сеточная модуляция вследствие ряда причин менее выгодна, чем анодная. Одной из таких причин яв­ ляется необходимость иметь специальный источник постоянного смещения. Кроме того, при сеточной модуляции увеличивается мощность потерь на аноде за счет термоэлектронной эмиссии сет­ ки на анод. При анодной модуляции термоток сетки на анод от­ сутствует, так как во время паузы между импульсами анодное напряжение равно нулю. К достоинствам анодной импульсной мо­ дуляции следует также отнести то, что вследствие инерционности ионизационных процессов при анодной модуляции повышается электрическая прочность лампы и других детален генератора, на­ ходящихся под высоким анодным напряжением. Поэтому в настоя­ щее время сеточная импульсная модуляция почти не применяется. Очевидно, что в магнетронных генераторах возможна только анод­ ная модуляция.

Импульсная модуляция усилительных клистронов средней и большой мощности осуществляется подачей модулирующих им­ пульсов на коллектор или резонаторы клистрона. В маломощных -клистронах модулирующие импульсы могут подаваться на управ­ ляющий электрод.

Импульсная модуляция ЛБВ производится подачей модули­ рующих импульсов на первый или второй анод.

На рис. 1.133 показана структурная схема передатчика радио­ локационной станции, работающего в режиме анодной импульсной -модуляции. Как показано на схеме, импульсный модулятор со­ стоит из двух основных элементов: накопителя энергии и комму­ тирующего устройства. При разомкнутом коммутирующем устрой­ стве во время паузы между импульсами происходит накопление энергии в накопителе (заряд накопителя}. При замыкании комму-

170