книги из ГПНТБ / Меклер, А. Г. Электрооборудование машин непрерывного транспорта

А н т е н н а для излучения и приема электромагнитной энергии и формирования ее в вертикальном (|3) и горизонтальном (а) углах на­ правленности, а также для создания на экране ЭЛТ круговой разверт­ ки (кругового обзора).

§ 78. ПРИНЦИП РАБОТЫ РЛС

Рассмотрим работу РЛС «Донец-2» по блок-схеме (рис. 89). Генератор запускающих импульсов ГЗИ вырабатывает (генерирует)

запускающие (синхронизирующие) импульсы прямоугольной формы

приборов РЛС по времени.

При поступлении запускающих импульсов от ГЗИ на модулятор {Мод), последний вырабатывает прямоугольный импульс напряжения с амплитудой 7,5 кВт и длительностью в несколько десятых микросе­ кунды (ти = 0,1 -г- 0,5 мкс).

Этот импульс напряжения подается на магнетронный генератор МГ, который генерирует зондирующий импульс высокочастотных ко­ лебаний с частотой 9400 мГц и мощностью в импульсе 13,5 кВт.

Зондирующий импульс магнетронного генератора через антенный переключатель АП по волноводу подается на антенну 9 и излучается ею в пространство в пределах узкой диаграммы направленности в го­ ризонтальной плоскости (а = Г ,4).

Антенна 9 вращается вокруг вертикальной оси с помощью привода со скоростью 14—16 об/мин и последовательно облучает простран­

— 9460 кГц на его выходе выделяется промежуточная частота /пР = = /к — /с = 9460 мГц — 9400 мГц = 60 мГц.

Импульсы промежуточной частоты поступают на усилитель про­ межуточной частоты УПЧ, который производит основное усиление отраженного импульса. На выходе усилителя УПЧ включен детектор, который преобразует импульс УПЧ в видеоимпульс (импульс прямо­ угольной формы). Видеоимпульс в отрицательной полярности поступа­ ет на видеоусилитель ВУ, где усиливается по амплитуде и подается на

140

видеоусилитель-смеситель ВУС, после которого подается в отрицатель­ ной полярности на катод ЭЛТ. В горловине ЭЛТ расположена элек­ тронная пушка, состоящая из подогревного катода 1 и управляющего электрода (сетки) 2, создающего узкий электронный луч. Под действи­ ем положительного напряжения на первом (ускоряющем) аноде 3 (+300 В) и на втором (основном) аноде 6 (+5500 В) электронный луч попадает в^ центр экрана ЭЛТ, бомбардирует люминофэрм (покрытие внутренней поверхности экрана ЭЛТ), в результате чего вызывает по-

------

Г71=^ Г"!

Рис. 89. Блок-схема РЛС «Донец-2»

явление светящейся точки в. Яркость светящейся точки регулируется изменением величины тока в электронном луче путем изменения отри­ цательного напряжения на управляющем электроде 2 с помощью по­ тенциометра «Яркость». (В нормальном состоянии трубка заперта от­ рицательным напряжением — 150 В на управляющем электроде 2.) Диаметр светящегося пятна (диаметр электронного луча) регулируется путем изменения величины тока в фокусирующей катушке 4 с помо­ щью переменного сопротивления «Фокус». Фокусирующая катушка укреплена неподвижно на горловине ЭЛТ.

Запускающие импульсы с генератора ГЗИ подаются также на жду­ щий мультивибратор МВ и запускают его. Мультивибратор МВ выра­ батывает прямоугольный импульс напряжения положительной поляр­ ности, длительность которого зависит от диапазона дальности (шка­ лы дальности) D0:

± _ 2Ро £о —• ---- >

с

где t0 — длительность импульса; D0 — рабочий диапазон РЛС.

141

Импульсы мультивибратора МВ подаются на генератор пилы (ГПТ), который генерирует (вырабатывает) пилообразные импульсы той же длительности, что и прямоугольный импульс. Импульс тока пилообразной формы одновременно подается на отклоняющую кату­ шку 5. В отклоняющей катушке создается линейно-нарастающее маг­ нитное поле, под действием которого электронный луч плавно откло­ няется от центра экрана к его краю. Это отклонение электронного лу­ ча создает на экране светящуюся линию 7, называемую «линией раз­

вертки».

По прекращении действия импульса пилообразной формы магнит­ ное поле в отклоняющей катушке 5 исчезает и электронный луч под действием фокусирующей катушки 4 быстро возвращается в центр эк­ рана ЭЛТ.

Прямоугольный импульс напряжения одновремено с запуском ге­ нератора пилы ГПТ от МВ подается на управляющую сетку ЭЛТ и от­ пирает ее, благодаря чему в трубке возрастает напряженность элек­ тронного потока и линия перемещения пучка электронов от центра экрана к его краю становится видимой (засвечивается). Это явление называется прямым ходом развертки.

По прекращении нарастания импульса пилообразной формы на отклоняющей катушке 5 исчезает импульс прямоугольной формы, по­ даваемый на управляющую сетку ЭЛТ, благодаря чему трубка запи­ рается и обратного хода луча (перемещение луча от края экрана к его центру) наблюдатель не будет видеть. Такой режим создает нормальное свечение линии развертки. Кроме того, отклонения луча от центра к краю экрана происходят с частотой повторения 1700 или 3400 раз в секунду. Отклоняющая катушка 5 связана с антенной электрически с помощью синхронной передачи, состоящей из сельсина датчика СД и сельсина приемника СП. При вращении антенны отклоняющая катушка 5 вращается в ту же сторону и с такой же скоростью, благодаря чему на экране ЭЛТ появляется вращающийся радиус развертки.

Движение светящегося пятна от центра экрана начинается в мо­ мент начала излучения зондирующего импульса антенной. К моменту прихода отраженного импульса электронный луч отклонится от цен­ тра к краю экрана на расстояние, пропорциональное, в масштабе эк­ рана, расстоянию до отраженного объекта А.

Отраженный импульс и метки НКД, подаваемые на катод ЭЛТ, вызывают усиление тока в электронном луче, что приводит к появле­ нию на экране светящейся точки а — радиолокационного изображения объекта «А» и светящихся точек с, d, е — радиолокационных изобра­ жений НКД-

При последующих посылках рассмотренный процесс повторяется и на экране ЭЛТ из светящихся точек складываются радиолокацион­ ные изображения окружающей судно обстановки.

Изображения, благодаря длительному послесвечению экрана (люминоформа), сохраняются в течение нескольких оборотов разверт­ ки. При прохождении луча антенны носовой части диаметральной плос­ кости судна вырабатывается импульс прямоугольной формы положи-

142

тельной полярности и малой длительности. Этот импульс подается на управляющую сетку ЭЛТ, что вызывает усиление свечения линии раз­

0,2 мили.

В индикаторах РЛС применяются два способа стабилизации радио­ локационного изображения на экране ЭЛТ:

1)«По курсу» — относительно диаметральной плоскости судна;

2)«По норду» — относительно плоскости истинного мери­

диана.

При стабилизации радиолокационного изображения «По курсу» отметка курса совпадает с нулем неподвижной шкалы визира, а в вер­ хней части экрана ЭЛТ будет находиться радиолокационное изобра­ жение местности. При движении судна радиолокационное изображение перемещается сверху вниз со скоростью судна в масштабе экрана па­ раллельно отметке курса. Для определения направления на отражаю­ щий объект служит визир — металлическая нить, вращающаяся над экраном ЭЛТ относительно его центра.

При повороте судна отметка курса остается на месте, а на экране поворачиваются радиолокационные изображения, при этом происхо­ дит их «размазывание», так как новое изображение накладывается на старое. При рыскании судна в штормовую погоду радиолокацион­ ные изображения также «размазываются».

Стабилизация радиолокационного изображения «По курсу» удоб­ на при расхождении со встречными судами и при плавании в уз­ костях.

Стабилизация «По курсу» неудобна при подходе к берегу, когда необходимо опознать местность путем сличения радиолокационного

143

изображения с изображением на карте, так как изображение местно­ сти на экране ЭЛТ будет повернуто относительно изображения мест­

ности на карте.

При стабилизации радиолокационного изображения «По норду» (относительно плоскости истинного меридиана) отметка курса откло­ няется от нуля азимутального круга на угол, равный гирокомпасному курсу. При движении судна радиолокационное изображение пе­ ремещается параллельно отметке курса со скоростью судна в масштабе экрана. При повороте судна радиолокационное изображение неподви­ жно, а поворачивается отметка курса.

С помощью визира по азимутальному кругу определяется истин­ ный пеленг ИП или курсовой угол КУ■По отметке курса отсчитывает­ ся истинный курс судна.

§ 79. ОСНОВНЫЕ НАВИГАЦИОННЫЕ И ТЕХНИЧЕСКИЕ ПАРАМЕТРЫ РЛС

Работа РЛС характеризуется его навигационными и техническими параметрами.

Навигационные параметры. Основными из них являются: максимальная дальность обнаружения объектов; минимальная дальность обнаружения объектов (мертвая зона); разрешающая способность по дальности; разрешающая способность по углу.

М а к с и м а л ь н а я д а л ь н о с т ь о б н а р у ж е н и я о б ъ е к т о в — дистанция их уверенного обнаружения и определе­ ния координат. Она находится в прямой зависимости от мощности им­ пульсов передатчика, эффективной отражающей площади объекта, длительности излучаемого импульса, полосы пропускания приемника, высоты антенны и объекта и в обратной зависимости от чувствитель­ ности приемника и длины волны.

М и н и м а л ь н а я д а л ь н о с т ь о б н а р у ж е н и я о б ъ ­ е к т о в — минимальное расстояние от антенны РЛС до объектов, ближе которого они не обнаруживаются. Минимальная дальность DMHH зависит только от длительности импульса.

Так, для РЛС «Донец-2» на шкале дальности 0,5—1,5 мили при дли­ тельности импульса ти = 0,1 мкс:

Апщ= y = 15 м,

а на шкале дальности 6 миль при ти = 0,5 мкс

Anin = 75 М.

Радиус «мертвой зоны» Rm зависит от высоты антенны и верти - кального угла диаграммы направленности антенны р. Для РЛС «Донец21» при установке антенны на высоту 15 м RMa = 85 м.

144

Р а з р е ш а ю щ а я с п о с о б н о с т ь по д а л ь н о с т и — это наименьшее расстояние между двумя объектами, находящимися на одной прямой с антенной РЛС, при котором эти объекты воспроиз­ водятся на экране ЭЛТ в виде двух светящихся пятен (раздельно). Разрешающая способность РЛС по дальности (AD) зависит от длитель* ности зондирующего импульса (чем меньше ти, тем меньше AD), от диаметра электронного пятна на экране РЛС, от диаметра экрана и от просматриваемого диапазона.

Р а з р е ш а ю щ а я с п о с о б н о с т ь по у г л у — способ­ ность РЛС воспроизводить раздельно на экране ЭЛТ объекты, распо­ ложенные на различных КУ, но находящихся на одинаковом расстоянии от антенны РЛС (от судна). Разрешающая способность РЛС по углу ха­ рактеризуется разрешающим (горизонтальным) углом Аа, т. е. мини­ мальным углом между объектами, при котором они изображаются на экране ЭЛТ раздельно. Разрешающий угол Аа зависит от горизон­ тального угла а диаграммы направленности РЛС, от диаметра элек­ тронного пятна, от диаметра экрана и расстояния от центра экрана

а также дальностью обнаружения как больших, так и малых объектов.

Д л и т е л ь н о с т ь з о н д и р у ю щ и х и м п у л ь с о в ти должна быть наименьшей для обеспечения хорошей разрешающей спо­ собности РЛС по дальности и уменьшения «мертвой зоны». Однако для увеличения максимальной дальности обнаружения объектов ти должна иметь достаточно большую величину.

Ч а с т о т а п о в т о р е н и я и м п у л ь с о в Ри подбирается в зависимости от дальности действия РЛС, количества импульсов, ко­ торые должны попадать на объект за время одного оборота антенны, ширины диаграммы направленности антенны РЛС, в горизонтальной плоскости а, от скорости вращения антенны п. Так для РЛС «Донец-2», на максимальной дистанции обнаружения объекта, на последний долж­ но попадать 8—10 импульсов за один оборот антенны при п = 14 ч-

Ч- 16 об/мин и а = 1°,4.

И м п у л ь с н а я м о щ н о с т ь п е р е д а т ч и к а Ри—мощ­ ность за время действия ти. Она определяет дальность действия РЛС.

* В скобках приведены данные по РЛС «Донец-2».

145

Увеличить импульсную мощность Ра при той же средней мощности можно путем уменьшения ти и частоты повторения импульсов Fn.

Ч у в с т в и т е л ь н о с т ь п р и е м н и к а Рир mtn — это ве­ личина минимальной мощности сигнала, подводимого ко входу прием­ ника, достаточная для приема этого сигнала.

С к о р о с т ь в р а щ е н и я а н т е н н ы й зависит от угла а направленности антенны в горизонтальной плоскости и частоты по­ вторения импульсов Fa.

Навигационные и технические параметры РЛС тесно связаны меж­ ду собой, но часто улучшение первых отрицательно влияет на вторые. Поэтому при проектировании РЛС выбирают оптимальные значения этих параметров для достижения наиболее эффективной работы стан­ ции.

§ 80. КОМПЛЕКТАЦИЯ РЛС И НАЗНАЧЕНИЕ УЗЛОВ

Комплект РЛС «Донец-2» (рис. 90) включает следующие приборы: приемопередатчик (прибор П). Он состоит из передатчика и прием­

ника-

Рис. 90. Комплект РЛС «Донец-2»

антенно-волноводное устройство (прибор А), в которое входят вол­ новодный тракт и щелевая антенна с приводом вращения;

индикатор кругового обзора (прибор И), предназначенный для вос­ произведения окружающей судно обстановки на экране ЭЛТ в виде

146

светящихся пятен различной величины и формы, для определения рас­ стояния и направления (КУ или ИП) на объекты, управления работой станции и контроля за работой отдельных ее узлов и блоков;

выпрямитель (прибор В), служащий для вырабатывания стабили­ зированных и нестабилизированных напряжений постоянного тока;

агрегат питания и пускорегулирующая аппаратура, которая со­ стоит из агрегата питания, односетевого магнитного пускателя (ОПТ), блока компенсации и регулировки (БКР) и блока управления (БУ); запасные части и инструмент—шкаф с запасными блоками и шкаф

с запасными частями и инструментом; осциллограф С1-5, предназначенный для производства замеров при

отыскании неисправностей в РЛС и настройки РЛС.

Передающее устройство

Функциональная схема передатчика дана на рис. 91. Передатчик состоит из следующих блоков: модулятора (Л-5);

накопительных конденсаторов с высоковольтным выпрямителем

иподрезающим диодом (Л-7); магнетронного генератора (Л-5);

схемы регулировки высокого напряжения (П-8); вентилятора (П-4).

Модулятор служит для управления работой магнетронного гене­ ратора. В него'входят следующие узлы.

Л и н и я з а д е р ж к и Э1, служащая для задержки запуска мо­ дулятора (передатчика) на 0,4 мкс относительно запуска схемы времен­ ной автоматической регулировки усиления (ВАРУ).

1- й б л о к и н г-г е н е р а т о р, собранный на лампе Л1 и им­ пульсном трансформаторе Тр1. Этот блок предназначен для вырабаты­ вания импульсов прямоугольной формы с амплитудой 180 В, длитель­

= 0,5 мкс с частотой повторения 1700 имп/с или 3400 имп/с.

Ф о р м и р у ю щ и е л и н и и L1C6 и L2C7 с реле Р1. Форми­ рующие линии предназначены для формирования длительности им­ пульса 2-го блокинг-генератора в зависимости от рабочего диапазона РЛС.

Линия L1C6 формирует длительность импульса ти = 0,1 мкс (когда наблюдения ведут по шкалам дальности 0,5 — 1,5 или 3 мили).

Линия L2C7 формирует длительность импульса ти = 0,5 мкс (ко­ гда наблюдения ведут по шкалам дальности 6; 12 или 24 мили). Реле Р1 предназначено для подключения в управляющие сетки 2-го блокинг-генератора той или другой формирующей линии.

М о щ н ы й м а н и п у л я т о р , собранный на лампе ЛЗ, пред­ назначенный для замыкания цепи разряда накопительных конденса­ торов С1 и С2. Длительность работы лампы ЛЗ и частота срабатывания

147

определяются длительностью и частотой срабатывания 2-го блокинг-

генератора.

В ы с о к о в о л ь т н ы й в ы п р я м и т е л ь , собранный на лампе Л4 и трансформаторе Тр4, предназначенный для вырабатывания постоянного тока напряжением +14005, которое подается на экран­ ную сетку мощного манипулятора ЛЗ, и +6005 — на экранную сетку

лампе Л5 и трансформаторе ТрЗ, предназначенный для вырабатывания

Рис. 91. Функциональная схема передатчика

постоянного тока напряжением — 800 В, которое подается на управ­ ляющую сетку мощного манипулятора ЛЗ.

Принцип работы модулятора. До поступления в схему модулятора запускающих импульсов лампы Л1 и Л2 заперты путем подачи на их управляющие сетки напряжения — 150 В, снимаемого с делителя на­ пряжения. Лампа ЛЗ (мощный манипулятор) заперта вследствие по­ дачи на ее управляющую сетку напряжения — 800 В. Накопительные конденсаторы С1 и С2 заряжаются до + 7500 В от высоковольтного выпрямителя.

При поступлении запускающего импульса на 1-й блокинг-гене- ратор с линии задержка Э1 блокинг-генератор срабатывает.

Свыходной обмотки Тр1 снимается импульс прямоугольной формы

самплитудой +180 В и длительностью ти = 0,3 мкс, который подается на управляющую сетку лампы Л2 и запускает 2-й блокинг-генератор.

148

С выходной обмотки Тр2 снимаются импульсы прямоугольной формы с амплитудой 1000 В. Импульс 2-го блокинг-генератора подается на управляющую сетку манипуляторной лампы и отпирает ее на 0,1 или 0,5 мкс. Отпирание лампы происходит мгновенно, так как на ее экранную сетку подается постоянно напряжение +1400 В, которое снимается с высоковольтного выпрямителя.

При отпирании лампы ЛЗ ее сопротивление резко уменьшается и через лампу на анод магнетрона подается напряжение накопитель­ ных конденсаторов С1 и С2 с амплитудой 6500 В и магнетрон генерирует

\нод

Рис. 92. Импульсный магнетронный генератор:

а — общий вид; 6 — обозначение в схеме; в — устройство; г — траектории движения электронов в пространстве взаимодействия

мощные колебания (Р = 13,5 кВт) с частотой /м = 9400 мГц. Дли­ тельность работы магнетрона определяется временем работы лампы ЛЗ. По прекращении импульса 2-го блокинг-генератора лампа ЛЗ запи­ рается постоянно подаваемым на управляющую сетку напряжением —800 В, в результате чего разрядка конденсаторов С1 и С2 прекра­ щается (цепь разряда разорвана) и они начинают заряжаться.

Импульсный магнетронный генератор (магнетрон) разработан в 1940 г. советскими инженерами Н. Ф. Алексеевым и Д. Е. Маляровым.

Магнетрон (рис. 92) предназначен для генерирования мощных колебаний малой длительности сверхвысокой частоты.

Магнетрон представляет собой двухэлектродную металлическую лампу (см. рис. 92, а), состоящую из подогревного катода (см.

149