4. Радиолокационные импульсные передатчики

Передатчик импульсной РЛС (рис.4.1) содержит следующие основные элементы: генератор сверхвысокой частоты (ГСВЧ), модулятор, источник питания (выпрямитель). Генератор вырабатывает мощные кратковременные импульсы колебаний сверхвысокой частоты. В диапазоне сантиметровых и миллиметровых волн генераторами СВЧ являются магнетроны.

Управление колебаниями генератора осуществляется модуляторным устройством, которое состоит из импульсного модулятора и подмодулятора.

Рис.4.1. Упрощенная функциональная схема радиолокационного передатчика

4.1. Особенности магнетронных генераторов

Магнетрон представляет собой электровакуумный двухэлектродный прибор с электромагнитным управлением [4,10].

В передатчиках судовых радиолокационных станций применяют многорезонаторные магнетроны. Разрез такого типа магнетрона показан на рис. 4.2. Основой конструкции магнетрона является анодный блок 2, представляющий собой массивный медный цилиндр, в котором выточено по окружности четное число цилиндрических резонаторов 5.

Резонаторы сообщаются с внутренней полостью магнетрона, называемой пространством взаимодействия, с помощью прямоугольных пазов 6. Связь магнетрона с внешней нагрузкой осуществляется посредством проволочной медной петли 8. Эта петля одним концом припаяна к стенке одного из резонаторов, а другим присоединена к внутреннему проводу 9 короткой коаксиальной линии, проходящему через стеклянный спай 4 в волновод.

В центре анодного блока расположен цилиндрический оксидный подогревный катод 1. Этот катод имеет значительный диаметр для

получения достаточного эмиссионного тока.

С обеих сторон катода расположены так называемые охранные диски, улучшающие структуру поля у краев анодного блока и

наконечники;

3 — катод; 4 — магнит

препятствующие утечке электронов из пространства взаимодействия в торцовые области магнетрона. Катод укреплен внутри магнетрона с помощью держателей 7, которые служат одновременно выводами тока.

Держатели проходят через стеклянные спаи в цилиндрических трубках, укрепленных на фланце. Имеющееся на держателе утолщение выполняет роль высокочастотного дросселя препятствующего выходу высокочастотной энергии через выводы накала.

С торцовой стороны анодного блока имеются связки — проводники 3, соединяющие сегменты анодного блока. Для охлаждения магнетрона на его наружной поверхности имеются ребра, обдуваемые вентилятором. Исходя из условий удобства охлаждения, безопасности обслуживания и облегчения отвода

высокочастотной энергии, анодный блок заземляется, а к катоду прикладываются импульсы высокого напряжения отрицательной полярности. Магнитное поле магнетрона создается обычно постоянными магнитами, не показанными на рис.4.2. Эти магниты, изготовленные из специальных сплавов, создают сильное магнитное поле.

На практике широко применяются пакетированные магнетроны (см. рис.4.3), у которых магнитная система 4 является составной частью конструкции самого магнетрона. У пакетированных магнетронов полюсные наконечники входят с торцов внутрь магнетрона. Этим уменьшается воздушный зазор между полюсами, а, следовательно, и сопротивление магнитопровода, что позволяет сократить размеры и массу магнитной системы магнетрона.

В качестве примера, на рис. 4.4 приведена одна из схем подачи питания на магнетрон VL.

Рис.4.4. Схема питания магнетронного генератора

В состав схемы входят: магнетрон VL, магнитная система, трансформатор накала T и система охлаждения анодного блока магнетрона.

Схема магнетронного генератора содержит три цепи: сверхвысокочастотную, анодную и накальную. Токи СВЧ циркулируют в резонаторной системе магнетрона и в связанной с ней внешней нагрузке.

Импульсный анодный ток проходит от положительного зажима модулятора, через анод-катод магнетрона, на отрицательный зажим модулятора. Величина этого тока определяется по формуле:

Icp

Ia = τиFиα ,

где: Icp — среднее значение анодного тока, А;

τи — длительностьимпульсов, с;

Fи — частотаследованияимпульсов, имп/с;

α — коэффициент формы импульсов (для прямоугольных импульсов равен единице).

Ток накала протекает по цепи, состоящей из вторичной обмотки трансформатора Т и нити подогрева катода. Обычно напряжение накала магнетрона равно 6,3 В, но ввиду того, что катод работает в режиме усиленной электронной бомбардировки, такое значение напряжения питания катода требуется только для разогрева катода перед подачей высокого напряжения на анод. После подачи анодного напряжения напряжение накала обычно уменьшают автоматически с помощью резистора R до 4 В.

В схеме на рис. 4.4, модулирующий импульс напряжения с выхода модулятора подается на катод магнетрона. Вторичная обмотка трансформатора накала по отношению к корпусу генератора находится под высоким напряжением.

Чтобы не исказить заметно форму модулирующих импульсов, емкость вторичной обмотки трансформатора накала должна быть возможно меньше.

Важным показателем качества работы магнетронного генератора является стабильность частоты генерируемых колебаний. Основными причинами, вызывающими отклонение частоты магнетрона, являются непостоянство и несогласованность нагрузки, непостоянство электрического режима, например: изменения анодного напряжения или анодного тока, колебания температуры анодного блока.

Различают следующие два вида изменения частоты:

а) медленное колебание частоты, когда в течение промежутка времени, равного длительности отдельного импульса, частота практически остается постоянной;

б) быстрое изменение частоты, при которой нельзя пренебречь уходом частоты даже во время генерации каждого отдельного короткого импульса.

Медленное изменение частоты происходит при вращении антенны, при плавном изменении напряжения источников питания,