5.3. Высокочастотные газовые разрядники

Высокочастотные газовые разрядники являются одними из важных составляющих антенных переключателей. Различают два вида высокочастотных газовых разрядника: разрядники защиты приемника (РЗП) и разрядники блокировки передатчика (РБП) [1,9].

РЗП применяется потому, что при излучении мощных СВЧ колебаний щелевые мосты антенного переключателя пропускают на приемник не более 1/1000 энергии зондирующего импульса. Однако этой энергии достаточно для повреждения кристаллических диодов смесителя приемника. При приеме же отраженных СВЧ импульсов РЗП должны пропускать сигналы малой мощности с незначительными вносимыми потерями.

Типичная конструкция РЗП приведена на рис.5.11.

Рис.5.11. Типичная конструкция РЗП

РЗП представляет собой герметичную волноводную секцию, состоящую из двух связанных четвертьволновых резонансных фильтров, каждый из которых включает емкостный элемент в виде усеченного конуса и индуктивный элемент в виде диафрагмы [6]. Электроды конусной формы расположены друг относительно друга на

расстоянии λ/4.

Для уменьшения времени срабатывания (восстановления) РЗП заполняется смесью водорода и паров воды под небольшим давлением.

В зазорах между усеченными конусами формируется электрическое поле с большим значением напряженности, так как вторая пара электродов, расположенных ближе к выходу находится под напряжением около –800В. В период передачи мощного зондирующего импульса оно вызывает быструю ионизацию газа, вследствие чего полное сопротивление разрядника для передаваемого сигнала оказывается очень малым.

Под воздействием зондирующего импульса передатчика из-за быстрой ионизации замыкается пара поджигающих электродов (находящаяся под напряжением около –800В). Образовавшаяся отраженная волна от этой пары электродов создает высокое пробивное напряжение на входной паре электродов. Возникшая при разряде плазма, обладая высокой проводимостью, закорачивает вход РЗП и, таким образом, защищает вход приемника от проникновения мощных СВЧ импульсов передатчика.

Важными параметрами РЗП являются малые величины потерь в дуге и время восстановления.

Часть поступающей энергии передатчика, поглощаемая разрядником, называется потерями в дуге, а время, требуемое для деионизации разрядника после прекращения импульса — временем восстановления. (Время восстановления влияет на такой эксплуатационный параметр НРЛС, как минимальная дальность обнаружения целей). Как правило, проектирование РЗП с минимизацией потерь в дуге и малым временем восстановления не согласуется с требованием минимизации энергии в начальном выбросе и мощности плоской части просачивающегося импульса. Кроме того, в приемниках с малым уровнем собственного шума необходимо (во избежание значительного увеличения коэффициента шума приемника), чтобы потери при приеме, обусловленные конструкцией разрядника и разрядом через поджигающий электрод, были очень малы.

Основным типом разрядника блокировки передатчика РБП является наполненная газом замкнутая четвертьволновая секция, входное окно которой герметизировано стеклянной пластиной, прозрачной для электромагнитных колебаний СВЧ. При подаче большой мощности СВЧ газ ионизируется, и полное входное сопротивление разрядника падает до малой величины. При приеме сигналов полное входное сопротивление РБП велико. Вследствие резонансных свойств полоса пропускания РБП меньше, чем РЗП с отражательными разрядниками. В то же время РБП дают возможность переключать более высокие мощности, чем РЗП. РБП и РЗП используются обычно совместно с направленными ответвителями, образуя компактные широкополосные балансные антенные переключатели.

На рис. 5.9 приведен пример использования РЗП в РЛС, который выполняет непосредственную защиту приемника.

В некоторых типах НРЛС, наряду с РЗП для защиты входа приемника используется электромагнитная заслонка (ЭМЗ) [9,12].

ЭМЗ представляет собой электромагнит, который опускает (вынимает) штырь в волноводной секции антенного переключателя. Как правило, ЭМЗ конструктивно располагается в антенном переключателе впереди РЗП.

При включенной НРЛС, когда подается напряжение поджига на РЗП, штырь с помощью электромагнита вынимается из волноводной секции и СВЧ волна, через РЗП, поступает на вход приемника – в смесительную камеру.

Когда же НРЛС находится в нерабочем состоянии (отсутствует напряжение поджига на РЗП и питание ЭМЗ) штырь ЭМЗ опускается в волноводную секцию, создавая при этом короткое замыкание в линии, ведущей к приемнику.

5.4. Вращающийся переход

Вращающийся переход предназначен для передачи (приема) СВЧ колебаний от неподвижной части волноводного тракта к подвижной антенной части (см. рис.5.12).

Рис.5.12. Вращающийся переход

Основой его являются два элемента: волноводно-коаксиальный переход 1 и бесконтактное дроссельное соединение коаксиальной части (вращающееся сочленение) 2. Коаксиальная часть перехода 3 присоединяется перпендикулярно к широкой стенке волноводной части на расстоянии четверти длины волны от короткозамкнутого конца, так что энергия, отраженная от этого конца, складывается с энергией, распространяющейся в прямом направлении. Центральный

проводник коаксиальной части заканчивается в волноводе зондом 4. Размеры, конфигурация и место установки зонда в волноводе выбраны так, чтобы обеспечивалось наилучшее согласование структуры электромагнитных полей обеих частей перехода, что сопровождается минимальными потерями, отражениями и быстрым затуханием возбуждающихся на переходе волн высших порядков. (Согласование достигается с помощью плунжера 5).

На рис.5.13, в качестве примера, показан вращающийся переход щелевой антенны диапазона 3,2 см НРЛС “Океан-01” [7].

Рис.5.13. Вращающийся переход щелевой антенны НРЛС “Океан-01”

На нем изображены:

1 —плунжер регулировки перехода; 2 ─коаксиальный волновод; 3 — зонд перехода; 4 — фланец к антенному тракту; 5—подшипник; 6 — пружинное кольцо удержания подшипника; 7—дроссельное соединение между неподвижной прямоугольной частью и круглой вращающейся частью; 8 — прямоугольный волновод.

В конструкции бесконтактного соединения внешних проводников коаксиальной части используется известное свойство полуволновых отрезков линий передач, заключающееся в том, что входное сопротивление отрезка, закороченного на конце, близко к нулю, а токи в середине отрезка практически отсутствуют.

Коаксиальные проточки в утолщенных стенках соприкасающихся внешних проводников представляют собой свернутый отрезок полуволновой линии, закороченной на конце. Зазор в месте поворота линии на 180° не мешает нормальному функционированию линии, так как токи в этом месте отсутствуют. С другой стороны, сопротивление зазора во внешнем проводнике коаксиальной части перехода равно нулю, поскольку зазор является

входом замкнутой на конце полуволновой линии. Таким образом, разрыв внешнего проводника не препятствует прохождению тока по нему от неподвижной части к подвижной и в обратном направлении.

Электромагнитные колебания от генератора СВЧ-энергии, распространяющиеся в прямоугольном волноводе, возбуждают симметричный тип колебаний в отрезке коаксиального волновода 2. Центральный проводник коаксиального отрезка является возбуждающим штырем (зондом) 3 в волноводе, питающем щелевую антенну. Так как ось штыря совпадает с осью вращения, то условия возбуждения при вращении антенны не изменяются. Шарообразный конец зонда 3 обеспечивает нормальную работу вращающегося перехода в рабочем диапазоне частот.

Для настройки вращающегося перехода служит плунжер 1, с помощью котрого добиваются наилучшего согласования между неподвижной и вращающейся частями перехода, что соответствует максимальному коэффициенту передачи мощности.