книги / Основы применения электронных приборов сверхвысоких частот

а при неправильном их выполнении могут увеличить шу­ мовую температуру на 100—120° К. Кроме того, соглас­ но выражениям (5.1) и (5.2), приведенным в начале данной главы, шумовая температура антенны и входных каскадов приемника после усилителя должны также об­

заться !нецелесообразными -из-за больших уровней шу­ мов, идущих из космоса и создаваемых атмосферой.

Расчеты и первые опыты по применению параметри­ ческих и квантовых усилителей свидетельствуют о их больших возможностях по увеличению чувствительности и потенциала радиоэлектронных устройств. Особенно они необходимы в радиоопектроскопах, радиоастрономии, в дальней радиолокации и приеме сигналов от космиче­ ских кораблей, находящихся на удалении от Земли, исчисляемые миллионами километров.

Применение сверхмалошумящих усилителей в от­ дельных случаях целесообразно в. сочетании с передат­ чиками небольшой мощности. Это позволяет сократить габариты, вес аппаратуры и потребляемую мощность и повысить надежность, сохранив заданную величину энер­ гетического потенциала. Конечно, к этому можно при­ бегнуть только в том случае, если помехи, создаваемые шумами космоса, атмосферы или промышленными уста­

ской фокусировкой электронного потока. «Радиотехника и электро­ ника», 1956, т, -1, № ill.

4. С h е г п о v Z. S. Interaction of electromagnetic waves and electron beams in system with centrifugal-electrostatic focusing, IEE,

радиотехника. Пер. с англ, под ред. И. Д. Денисова. Госэнергоиздат, 1961.

,262

ГЛАВА 6

КОМПЛЕКСНАЯ РАБОТА ЭЛЕКТРОННЫХ ПРИБОРОВ СВЧ В РАДИОЛОКАЦИОННЫХ СТАНЦИЯХ

Применение импульсных источников излучения позво­ лило создать радиолокационные станции, обладающие большой дальностью действия, высокой точностью с.при­ емлемыми габаритами, весом, потребляемой мощностью и достаточно высокой надежностью.

Прогресс в области радиолокации неразрывно связан с развитием техники сверхвысоких частот и созданием новых видов электронных приборов.

Опуская вопросы, связанные с распространением ра­ диоволн антенными и канализирующими устройствами, а также с методами обработки информации, рассмотрим влияние электронных приборов СВЧ на технические дан­ ные радиолокационных станций. При этом будем ка­ саться только радиолокационных станций импульсного действия, по которым накоплен более чем 20-летний опыт эксплуатации.

Основное уравнение радиолокации, как известно [1,2,3], определяется выражением

всвободном пространстве;

Р— мощность излучения в импульсе;

^—минимальная мощность принимаемого (отра­ женного) сигнала (чувствительность прием­ ника);

А— длина волны;

265

плексе, их схемы включения имеют существенное значе­ ние для надежности действия аппаратуры и эффектив­ ного использования каждого прибора в отдельности.

Использование в радиолокационных станциях одной антенны для передачи и приема сигналов стало возмож­ ным благодаря созданию-быстродействующего антенно­ го переключателя (АП), представляющего собой один соответствующим образом включенный в линию переда­ чи резонансный разрядник, как показано на рис. 6.1,

Рис. 6.1. Блок-схема основных устройств радио­ локационной станции импульсного действия.

или несколько резонансных разрядников. В связи с этим антенный переключатель стал устройством, опре­ деляющим комплексную работу приборов СВЧ в радио­ локационных станциях импульсного действия.

В первых радиолокационных станциях применялись простейшие схемы включения приборов СВЧ (рис. 6.2), которые обладали существенными недостатками:

—не обеспечивали полного прохождения отраженно­ го сигнала в тракт приемника;

—кристаллический смеситель и резонансный разряд­ ник служили нагрузкой отражательному клистрону, что

часто приводило к нестабильной его работе и не позво­ ляло поддерживать постоянный уровень мощности гете­

родина;

— один кристаллический 'смеситель, используемый для приема отраженных сигналов и работы системы АПЧ, не обеспечивал устойчивой работы системы АПЧ

267

из-за сложной формы сигнала, просачивающегося от магнетрона.

Эти недостатки были устранены путем применения второго резонансного разрядника, называемого разряд­ ником блокировки магнетрона (РБМ), использованием второго кристаллического смесителя специально для системы АПЧ и путем введения делителей направлен­ ного действия для подачи сигнала гетеродина к кристал­ лическим смесителям. В результате этого была создана широко распространенная в настоящее время схема со­

единения приборов СВЧ в радиолокационных станциях. Эта схема и типичное сопряжение приборов СВЧ с дру­ гими элементами и блоками радиолокационной станции показаны на рис. 6.3. Подобная схема широко приме­ няется более 10 лет и подробно изучена.

За последние годы шел процесс совершенствования и развития данной «классической» схемы включения при­ боров СВЧ в направлении:

—повышения надежности;

—увеличения мощности передатчика и повышения стабильности его работы;

—уменьшения шумов входных цепей приемного устройства и поддержания чувствительности приемника

впроцессе эксплуатации.

Развитие схем включения приборов СВЧ сопровож­ далось применением новых приборов. В свою очередь,

263

созданные новые виды приборов СВЧ позволили пред­ ложить более совершенные схемы сопряжения приборов в станциях и обеспечить более надежную работу блоков СВЧ при одновременном улучшении их выходных элек­ трических характеристик.

Рис. 6.3. Блок-схема радиолокационной станции с фиксированной настройкой частоты.

Рассмотрим вначале, как изменялись схемы включе­ ния приборов СВЧ в передающей части радиолокацион­ ных станций.

В гл. 3 приводились сведения о влиянии рассогласо­ ванной нагрузки на работу импульсного магнетрона. Особенно сильные нарушения могут возникнуть в пере­ страиваемых магнетронах за счет эффекта длинной ли­ нии. Высокие значения КСВ создаются при использова­ нии сложных антенно-волноводных трактов, состоящих из большого числа отдельных участков (вращающихся

269

сочленений, изгибов, согласующих диафрагм, штырей и т. п.). При этом результирующий КСВ зависит от фа­ зовых соотношений отраженных волн. Для иаихудших фазовых соотношений

где л — количество отражающих элементов в тракте.

Вероятное значение КСВ при произвольных фазовых соотношениях приближенно может быть определено как

(6-6)

где ki — среднее значение КСВ и элементов тракта.

При пробоях в линии передачи КСВ достигаетвесьма больших значений, приводящих к прогоранию оком в вы­ водах энергии и интенсивным искрениям между электро­ дами магнетрона. В некоторых случаях нарушения со­ гласования сопротивлений в линиях передачи, связан­ ные с пробоями, приводят к выходу магнетронов из строя.

Для исключения влияния реальной нагрузки антенноволноводного тракта могут быть использованы невзаим­ ные устройства на ферритах, называемые вентилями и циркуляторами. Подобные устройства могут быть осу­ ществлены при использовании свойства вращения пло­ скости поляризации электромагнитной волны (эффект Фарадея) или эффектов смещения -поля и резонансного поглощения в среде, заполненной ферритом.

Конструктивно ферритовый вентиль представляет со­ бой отрезок волновода с вставкой феррита и небольши­

не на мощность 1000 кет, а в 3-см диапазоне до 300 кет в импульсе, а также вентили для дециметрового и мил­ лиметрового диапазонов длин волн с широкой полосой пропускания (до 40—45%) и очень'высоким обратным ослаблением (до 50—60 дб) [8].

Фирма Raytheon (США) рекламирует данные о фер­ ритовых вентилях и циркуляторах на значительно боль­ шие мощности. Например, приводится описание цирку-

270

лятора 3-см диапазона волн, рассчитанного на мощность в непрерывном режиме до 20 кет и в импульсном режи­ ме до 2 Мет при минимальной развязке 20 дб, макси­ мальных вносимых потерях 0,3 дб и КСВ=1,15. Вег

циркулятора с поглощающими нагрузками составляет 8,5 кг, волновод заполняется азотом или сухим воздухом при избыточном давлении 1 атм [35, 36].

Благодаря свойствам направленного действия при наличии вентиля величина КСВ антенно-волноводного

271