Файл: Филаткин К.М. Радиометрист штурманский учеб. пособие.pdf

ми. В качестве колебательных систем в смесителях сан­ тиметрового диапазона применяются отрезки коакси­ альных линий и волноводов.

§4. Усилители приемника РЛС

Врадиолокационных приемниках основное усиление сигналов производится по промежуточной частоте. Это

объясняется тем, что промежуточная частота значи­ тельно ниже рабочей частоты станции. Усилитель про­ межуточной частоты радиолокационного приемника многокаскаден. УПЧ должен дать на выходе напряже­ ние сигнала не менее 1—2 в, необходимое для работы детектора. Получение такого напряжения обеспечива­ ется 10—12 каскадами. В качестве УПЧ используются схемы резонансных усилителей двух типов: одноконтур­ ные и двухконтурные, собранные на высокочастотных пентодах металлической или пальчиковой серии.

Неотъемлемой частью приемника радиолокационной станции является детектор. Прежде чем радиоимпуль­ сы, усиленные каскадами усилителя промежуточной ча­ стоты, попадут на видеоусилитель, их необходимо продетектировать. Выделение промежуточной частоты из биений в преобразователях является частным случаем детектирования.

Различают три вида детектирования: диодное, се­ точное и анодное. При сеточном детектировании состав­ ляющая низкой частоты выделяется в цепи сетки детек­ торной лампы, а при анодном — в цепи ее анода. Од­ нако из-за серьезных недостатков эти виды детектиро­ вания не нашли распространения в радиолокационных приемниках. В них широкое применение нашло диодное детектирование. В качестве детекторов используются диоды или триоды в диодном включении.

Видеоусилитель является последним звеном усиле­ ния отраженных сигналов в приемнике. Видеоимпуль­ сы состоят из широкого спектра частот, от 10—20 гц до 2—3 Мгц и выше. Поэтому, чтобы хорошо воспроиз­ вести их форму, видеоусилители должны иметь широ­ кую полосу пропускания и равномерно усиливать весь диапазон частот. Для выполнения этих требований ви­ деоусилители собираются по схемам усилителей на со­ противлениях. Усиленные видеоимпульсы с выхода ви-

125

деоусилителя приемника подаются на индикаторное устройство. Так как оно расположено в отдельном бло­ ке, то видеосигналы должны передаваться по высоко­ частотному фидеру.

Волновое сопротивление фидера обычно мало, а так как длина фидера всегда меньше четверти длины b o j j - ны видеочастот, то его сопротивление имеет емкостный характер. Поэтому подключение фидера к видеоусили­ телю равноценно подключению большой емкости, вклю­ ченной параллельно емкости анод—катод лампы. Это приводит к искажению формы импульса и снижению коэффициента усиления. Для согласования выхода ви­ деоусилителя с волновым сопротивлением соединитель­ ного фидера в качестве оконечного каскада приемника всегда применяется каскад с катодной нагрузкой.

Глава IX. МЕТОДЫ ОПРЕДЕЛЕНИЯ КООРДИНАТ

СПОМОЩЬЮ РЛС

§1. Индикаторы РЛС

Индикаторные устройства радиолокационных стан­ ций предназначены для обнаружения целей, наблюде­ ния за ними и определения их местоположения. Дан­ ные, полученные на индикаторах, используются для информации об обстановке, управления огнем и боевы­ ми средствами корабля, а также для обеспечения безо­ пасности кораблевождения. Наблюдение за целями и определение их координат на индикаторах РЛС произ­ водится по отраженным сигналам, поступающим с при­ емника и преобразуемым в индикаторе с помощью элек­ троннолучевых трубок в видимые отметки цели. Основ­ ными узлами индикатора являются: схема формирова­ ния отметки сигнала, схема формирования развертки, электроннолучевая трубка, схема измерения координат.

Состав индикаторной аппаратуры определяется на­ значением РЛС. Для обнаружения и грубого определе­ ния координат используются индикаторы кругового об­ зора. Для более точного измерения координат и опреде­ ления характеристик целей применяются секторные индикаторы. При сопряжении РЛС с автоматизирован­ ными системами управления используются специальные

126

индикаторы, на которых вместе с сигналами РЛС вы­ свечиваются условные сигналы и знаки.

Основной частью индикаторных устройств является электроннолучевая трубка.

Электроннолучевые трубки представляют собой спе­ циальные электронные приборы, в которых поток элек­ тронов в виде узкого луча, двигаясь с большой ско­ ростью и ударяясь о флуоресцирующий экран, вызыва­ ет его свечение в точке удара. Существуют два основ­ ных типа электроннолучевых трубок: трубки с электро­ статическим управлением; трубки с магнитным управ­ лением.

Рис. 65. Электроннолучевая трубка с электростатическим управле­ нием:

а — схема трубки; б — электростатическая фокусировка; в— управ­ ление электронным лучом трубки

В электроннолучевых трубках с электростатическим управлением фокусировка и отклонение луча произво­ дятся под действием электрического поля. Трубка тако­ го типа состоит из трех основных элементов:

—• электронной пушки, создающей узкий электрон­ ный луч, направленный вдоль продольной оси трубки; —• отклоняющей системы, осуществляющей отклоне­ ние электронного луча от оси трубки в соответствии с

заданным законом; —■стеклянного баллона с флуоресцирующим экра­

ном для индикации положения электронного луча.

127

На рис. 65,о представлено устройство электроннолу­ чевой трубки с электростатическим управлением луча. Конструктивно она представляет собой стеклянный бал­ лон 1 с удлиненной горловиной и плоской торцевой частью — экраном 2. Внутри баллона трубки располо­ жены ее электроды. Выводы всех электродов подпаива­ ются к цоколю 9.

Катод 3 оксидный подогревный в виде цилиндра с подогревателем внутри.

Управляющий электрод 4 служит для управления током электронного луча, т. е. он выполняет те же функ­ ции, что и управляющая сетка электронной лампы. Он имеет отрицательный потенциал относительно катода,, величина которого, как правило, регулируется. При из­ менении потенциала управляющего электрода меняется: плотность электронов в луче и, следовательно, яркость, светящегося пятна на экране трубки.

Первый и второй фокусирующие аноды 5 и 6 служат

Отклоняющая система 7 и 8 представляет собой две пары взаимно перпендикулярных пластин, расположен­ ных между вторым анодом и экраном в электроннолу­ чевой трубке. С помощью отклоняющей системы пятно можно переместить в любую точку экрана. Экран труб­ ки 2 является местом, где энергия электронного потока преобразуется в световую энергию, благодаря чему ме­ сто падения электронов становится видимым. Экраны покрывают специальным веществом — люминофором.

В результате бомбандировки экрана электронным потоком с его поверхности выбиваются электроны, вследствие чего возникает явление вторичной эмиссии. Вылетевшие электроны создают вокруг экрана прост­ ранственный заряд, который будет расфокусировать электронный поток. Для отвода вторичных электронов на внутренней поверхности растра трубки наносится токопроводящее графитовое покрытие, которое называ­ ется аквадаг 10.

Эмиттирующей частью катода является его торец, покрытый оксидным слоем. Такая конструкция катода дает возможность получить поток электронов, летящих не во все стороны, а в направлении оси трубки. Одна­ ко, несмотря на это, поток электронов остается еще

128

чрезмерно широким. Управляющий электрод' 4 резко сужает этот поток. Под воздействием отрицательного напряжения, подведенного к нему, электроны сжима­ ются к центру и через отверстие в электроде вылетают довольно узким пучком.

Фокусировка электронного луча производится с по­ мощью фокусирующей системы, образуемой управляю­ щим электродом и обоими анодами трубки. Принцип фокусировки электронного луча можно уяснить из рис. 65,6. Электрон, вошедший в электрическое поле под углом к электрическим силовым линиям, будет изгибать свою траекторию в сторону положительного потенциа­ ла. При большей скорости электрон будет находиться меньше под воздействием поля и его траектория будет искривляться меньше. При большой скорости электрон

.пролетит рядом с электродом, не попав на него. Вслед­ ствие цилиндрической конструкции электродов и распо­ ложения их вдоль оси трубки электрические силовые ли­ нии поля будут иметь дугообразную форму.

Вылетающие из катода электроны, входя в электри­ ческое поле, изменяют направление своего полета в со­ ответствии с формой силовых линий. Начальная ско­ рость электронов невелика, вследствие этого их траек­ тории будут быстро отклоняться в сторону оси трубки. По мере приближения к первому аноду, имеющему сравнительно большой положительный потенциал, ско­ рость электронов резко возрастает, вследствие чего ос­ тальной путь они проходят почти прямолинейно по схо­ дящимся к оси траекториям. Можно доказать, исполь­ зуя законы классической оптики, что в точке Ру траек­ тории электронов пересекутся, а затем начнут расхо­ диться. Конструктивно второй анод устроен так, что через его отверстие в диафрагме пройдет не весь элек­ тронный поток, а только его наиболее плотная цент­ ральная часть. Изменяя напряжение на первом или вто­ ром аноде, либо на обоих, можно смещать положение точек Ру и F2 вдоль оси трубки. Этот процесс называ­ ется ф о к у с и р о в к о й .

Яркость регулируется изменением потенциала като­ да относительно управляющего электрода. Регулиро­ вать яркость изменением потенциала управляющего электрода нельзя, так как это привело бы к нарушению фокусировки.

На рис. 65,в схематически представлена отклоняю­ щая система трубки, служащая для управления откло­ нением электронного луча в трубке. Она состоит из двух пар пластин. Пластины, отклоняющие луч в вер­ тикальной плоскости, называются вертикально отклоня­ ющими, а в горизонтальной плоскости — горизонталь­ но отклоняющими. При создании разности потенциалов между пластинами электронный поток, проходящий че­ рез них, будет отклоняться в сторону положительного потенциала. Но так как напряжение на пластинах не­ велико, то луч лишь несколько отклонится от центра экрана в нужную нам сторону. Для получения разверт­ ки на экране трубки к отклоняющим пластинам подво­ дят специальные импульсные напряжения, называемые и а п р я ж е н и я м и р а з в е р т к и.

Наряду с трубками, описанными выше, в радиоло­ кационной аппаратуре применяются также электронно­ лучевые трубки с магнитным управлением. Электронно­ лучевая трубка с магнитным управлением имеет то же назначение, что и трубка с электростатическим управ­ лением, и отличается от нее только тем, что фокусиров­ ка и управление лучом в ней производятся с помощью магнитного поля. Конструкция такой трубки изображе­ на на рис. 66,а. Нетрудно установить аналогию в их устройстве, с той лишь разницей, что у трубки с маг­ нитным управлением отсутствуют второй анод и от­ клоняющие пластины. Луч здесь фокусируется с по­ мощью факусирующей катушки 6, а отклоняется с по­ мощью развертывающей катушки 7.

Магнитная фокусировка электронного потока осу­ ществляется магнитным полем фокусирующей катушки, представляющей собой кольцевую обмотку с большим ко­ личеством витков медного изолированного провода, за­ ключенную в железный экран. Экран имеет кольцевой зазор по внутренней части. На рис. 66,6 представлен схематически принцип магнитной фокусировки луча. Обмотка фокусирующей катушки питается от выпрями­ теля постоянным током. Вследствие этого внутри труб­ ки создается магнитное поле. Расходящийся поток элек­ тронов, ускоренный положительным потенциалом пер­ вого анода, попадает в сферу действия магнитного поля фокусирующей катушки. Электроны, летящие вдоль оси трубки, будут продолжать свое прямолинейное посту-

130

Яркость

Рис. 66. Электроннолучевая трубка с магнитным управлением и принцип магнитной фокусировки луча

пательное движение, так как они не пересекают маг­ нитных силовых линий и поле на них не будет дейст­ вовать.

Электроны, отклонившиеся от оси, продолжают по­ ступательное движение, но под воздействием магнитно­ го поля получат вращательное движение вокруг оси трубки. Вследствие этого траектории движения этих электронов примут вид спиралей, вытянутых по длине. По мере вхождения электронов в магнитное поле фоку­ сирующей катушки радиус кривизны их траекторий бу­ дет уменьшаться. Несмотря на то, что в магнитное по­ ле электроны входили расходящимся потоком, выходить из него они будут сходящимся потоком. При изменении тока в фокусирующей катушке будет изменяться ее маг­ нитное поле и, следовательно, степень искривления траекторий электронов. Можно подобрать такую силу тока, что точка схождения окажется на экране трубки. Это и будет соответствовать сфокусированному состоя­ нию луча.

Отклонение электронного потока также производится о помощью магнитного управления. Конструкция и принцип действия развертывающей катушки показаны на рис. 66,б. На сердечнике размещаются две пары об­ моток. Если через горизонтально отклоняющую катуш­ ку пропустить постоянный ток, то магнитные потоки, возникающие в обмотках, будут вытеснять друг друга из железа и замыкаться через горловину трубки. Маг­ нитное поле, пронизывающее горловину трубки, вызо­ вет отклонение электронного луча. Если пропускать по­ стоянный ток одновременно через горизонтально и вер­ тикально отклоняющие катушки и изменять его вели­ чину, можно установить электронный луч в любом ме­ сте экрана.

Питание трубки с магнитным управлением, так же как и трубки с электростатическим управлением, осу­ ществляется с помощью высоковольтных выпрямителей, собранных по однополупериодной схеме. Так как у этих трубок второй анод отсутствует, для ускорения полета электронов к аквадагу подводится более высокое напря­ жение, чем в трубках с электростатическим управле­ нием.

§ 2. Индикация цели на экранах трубок

Индикатор — это оконечное устройство, в котором сосредоточены все данные, полученные при работе раз­

132

личных блоков РЛС. Ранее мы рассмотрели задачи, решаемые с помощью РЛС. Видно, что главная задача радиолокационной станции — это определение расстоя­

В современных радиолокационных станциях есть много способов индикации цели на экранах индикато­ ров. Простейшим методом измерения дальности явля­ ется метод, основанный на непосредственном измере­ нии промежутка времени между посылкой импульса передатчиком и приходом отраженного импульса в при­ емное устройство. При любом способе измерения даль­ ности необходимо создать в индикаторе РЛС временной процесс, синхронизированный с действием передатчи­ ка. Этот временной процесс, воплощенный в индикато­ ре РЛС в развертке, обычно задается движением элек­ тронного луча по экрану электроннолучевой трубки. В простейшем случае развертывающее напряжение при­ ложено к отклоняющим пластинам трубки, вследствие чего электронный луч прочерчивает на экране прямую линию. Этот вид развертки носит название л и н е й н о й р а з в е р т к и . На рис. 67,а представлена функциональ­ ная схема формирования линейной развертки. Она со­ стоит из электронного реле, генератора развертки, па­ рофазного усилителя и электроннолучевой трубки.

Специально поданным напряжением установим све­ тящееся пятно на экране трубки в точку А (рис.67,6), а затем подведем к горизонтально отклоняющим пла­ стинам пилообразное напряжение. Под действием это­ го напряжения разность потенциалов между пластина­

нет наибольшего значения. -За это время пятно переме­ стится с точки А в точку В и вычертит линию разверт­

менение напряжения происходит от максимума к мини­ муму, вследствие этого светящееся пятно должно воз­ вратиться в первоначальное положение. Путь слева на­ право называется прямым ходом развертки, а возвра­ щение пятна в точку А — обратным ее ходом.

Время прямого и обратного хода развертки опре­ деляется временем нарастания и спадания пилообраз-

133