Элементы приёмных устройств

1.

Сибирский федеральный университет
Тема №3.Основы построения систем и устройств РЛК
(РЛС) РТВ ВВС.
Занятие №4.Элементы приёмных устройств.
Вопрос№1.Входные цепи.
Вопрос№2.Преобразователи частоты.
Вопрос №3.Обоснование требуемой
полосы пропускания приёмного РЛС.

2.

Литература:
1).Ю.А .Буланов, С.Н.Усов. Усилители и
радиоприёмные устройства. Изд.Высшая
школа,М.1971г.(стр.289-340)
2).Ю.Н.Седышев.
Приёмные устройства радиолокационных
сигналов.Воениздат.М.1977г.Стр.59-108.

3.

Вопроса для контроля
1.Какие основные схемы построения передающих
устройства применяются в радиолокации. Достоинства и
недостатки.
2.Перечислить основные элементы высокочастотного
тракта.
3.Основные технические характеристики
высокочастотного тракта .
4.Какие линии передачи высокочастотной энергии
используются в качестве фидеров в РЛС метрового ,
дециметрового и сантиметрового диапазонов?
5.Перечислить основные параметры радиолокационных
приемников.
6.Перечислить основные функции приемных устройств

4.

Ответ на1 вопрос
1.Фидерные линии или волноводы
2.Устройства для согласования
3.Переходные устройства
4.Вращающееся сочленение
5.Антенные переключатели
6.Фазоздвигающие устройства
7.Электромеханические устройства
Ответ на 2 вопрос
1.степень согласования волноводного
тракта с нагрузкой;
2.потери энергии в волноводном
тракте;
Коэффициент бегущей волны (КБВ) или
3.максимальная передаваемая
обратной ему величиной - коэффициентом
мощность
стоячей волны напряжения - КСВН.
Для волноводов значение погонного ослабления составляет 0,01...0,05 дБ/м,
для полосковых и коаксиальных линий передачи - 0,05...0,5 дБ/м. Потери
реальных трактов РЛС - 0,5...1 дБ на передачу и 2...3 дБ на прием.

5.

Ответ на 3 вопрос
Двухпроводные линии передачи, состоящие из двух параллельных
проводников используются в метровом диапазоне волн.
Коаксиальная линия состоит из двух соосно расположенных проводников
внутреннего и внешнего Коаксиальные линии широко используются для
передачи высокочастотных колебаний в дециметровом диапазоне волн .
В сантиметровом диапазоне волн широко применяются волноводы—линии
передачи высокочастотной энергии в виде труб.
Ответ на 4 вопрос. Основные параметры радиолокационных приемников:
1. Предельная чувствительность
2. Коэффициент шума
3. Избирательность
4. Динамический диапазон
5. Полоса пропускания П
6. Диапазон рабочих частот
7. Выходной сигнал по U или по P .
Ответ на 5 вопрос. Основные функции:
-усиление полезного сигнала с шумом (помехами);
-избирательность (чаще всего частотная) - выделение сигнала из принимаемой
смеси сигнала и шума (помех);
-усиление выделенного полезного сигнала до уровня, обеспечивающего
заданное качество обработки и функционирования оконечных устройств;
-преобразование полезного сигнала, включающее преобразование частоты;
-демодуляцию полезного сигнала (декодирование

6.

Варианты
1.До какого предела необходимо увеличить дальность действия РЛС
если H max самолета=10 км?Высота электрической оси антенны
На=9м.
2. к=175град.Ширина диаграммы направленности антенной
системы в азимутальной плоскости =4 град. Определить азимут
цели.
3.Дальность до Луны 385000км. Определить Fп макс.(частота
посылок) импульсов при однозначном измерении Д(дальности).
4.Цель удалена от РЛС на Дц =75км. Какую дальность до цели
покажет индикатор РЛС, если период следования Тп импульсов
РЛС равен 300мкс.?
5.Назначение когерентно- импульсного устройства в систем СДЦ?
6).Амплитудно-частотная характеристика (АЧХ) согласованного
фильтра ?

7.

Ответы по контрольной работе:
1.Дпв=4,12(√hа + Hц)=4,12 100 500 км
4
2.Эс=P и M . Д ∜Эс √16/2 = 2 км
3. Д=с и/2
50×2
и=
=0,3
8
3×10
мкс, 1 мкс 150м,
50м 0,3 мкс
4. ц= к3).С
2
t(Тп)/ 2=Д
4
2
=175- =173 град.
.
8
1/Тп=Fп=С/2Д=3.10
6
м/с/ 2*385*10
= 0,39 Гц.

8.

4).Дц=сТп/2=3 10
8
-6
. 300 .10
/2 =45км
g(f)
6)
|kсогл(f)|
|g(f)|
f
F0
R
75км-45км=30км

9.

Вопрос№1.Входные цепи.
Входные цепи предназначены для согласования антенно- фидерной
системы с усилителем высокой частоты, а при отсутствии УВЧ,—
непосредственно с преобразователем, и осуществления предварительной
избирательности.
В качестве входных цепей используются отдельные
колебательные системы или совокупность нескольких связанных между
собой колебательных систем (рис.1).
Входная цепь с индуктивной
связью с антенной
Входная цепь с
комбинированной
связью с антенной
Наиболее распространённая входная цепь состоит из одного контура,
связанного с антенной при помощи индуктивной автотрансформаторной,
или емкостной связи. В РЛ приёмнике всегда осуществляется согласование
его входного сопротивления с волновым сопротивлением антенного фидера
с целью получения в нём только бегущих волн

10.

В диапазонах длинных, средних, коротких волн и в
начальном участке метрового диапазона волн (до 150-200 Мгц) в качестве
входных (а также межкаскадных) цепей используются колебательные контуры с
сосредоточенными параметрами, состоящие из катушек индуктивности и
конденсаторов (рис. 8.10).

11.

12.

На частотах свыше 200 Мгц применяются
колебательные системы с распределенными параметрами,
поскольку с повышением частоты габариты катушек
индуктивности уменьшаются и на частотах свыше 200 Мгц
они оказываются конструктивно не выполнимыми. Кроме
того, с повышением частоты вследствие роста активного
сопротивления проводников из-за поверхностного эффекта
быстро падает добротность колебательных систем с
сосредоточенными параметрами.
На частотах от 200 до 1000 Мгц в качестве входных
(и межкаскадных) цепей применяются отрезки длинных
линий, а на частотах свыше 1000 Мгц — объемные
резонаторы,

13.

14.

15.

Сибирский федеральный университет
Параметры входных цепей:
- коэффициент передачи
Кп=Uс.вх : Uс.вых
- диапазон рабочих частот
Возможность перестройки
- коэффициент шума

16.

Сибирский федеральный университет
Вопрос№2.Преобразователи частоты.
Преобразователем частоты (ПЧ) называется устройство,
преобразующее напряжение высокой частоты в напряжение
промежуточной частоты с сохранением закона модуляции.
Иными словами , с помощью преобразователя частоты
осуществляется линейный перенос спектра сигнала из одной
области частот в другую. В зависимости от диапазона
преобразуемых частот схемное решение преобразователя
частоты может быть различным, однако во всех случаях он
должен содержать:
- нелинейный элемент (смеситель);
- вспомогательный источник высокочастотных колебаний
(гетеродин);
- фильтр колебаний промежуточной частоты (нагрузка).

17.

Сибирский федеральный университет

18.

Сибирский федеральный университет
Основным признаком классификации
преобразователей частоты различных
диапазонов является тип смесителя.
Различают ламповые, односеточные и
двухсеточные, транзисторные и диодные
преобразователи частоты.

19.

Сибирский федеральный университет
Основными техническими параметрами преобразователей частоты.
1.
Коэффициент передачи—отношение комплексных амплитуд сигнала
на промежуточной частоте и высокой частоте.
Величина Кр для ламповых, транзисторных преобразователей частоты
составляет несколько единиц, для диодных преобразователей
(Кр=0,25...0,5).
2. Коэффициент шума определяется типом смесителя и частотным
диапазоном. Требование снижения коэффициента 'шума является
существенным при малом коэффициенте усиления УВЧ по мощности.
Общие требования к преобразователям частоты следующие:
-минимальный коэффициент шума, равномерность АЧХ и линейность
ФЧХ;
-минимальный уровень мощности гетеродина;
-максимальная развязка трактов гетеродина и сигнала;
-максимальное подавление нежелательных продуктов преобразования;
-надежность работы; малые габаритные размеры и масса.

20.

Сибирский федеральный университет
Uг
Зависимость анодного тока лампы от напряжения на сетке
должна быть нелинейной. Тогда совместное действие
напряжений двух различных частот на электронную
лампу заставляет анодный ток изменяться по сложному
закону. В составе анодного тока появятся
комбинационные частоты
Полезным сигналом является колебание с промежуточной
частотой
Этот сигнал выделяется колебательной системой в анодной
цепи лампы,

21.

В супергетеродинных схемах одна из основных проблем необходимость подавлять сигнал в так называемом зеркальном
канале. Его природа понятна - поскольку после смесителя
выделяется fпч=|fс-fг|, в тракт ПЧ может попасть как сигнал с
частотой fс=fг-fпч (если частота гетеродина выше сигнала
настройки), так и с fз=fг+fпч, т.е. сигнал, расположенный
симметрично частоте настройки относительно частоты
гетеродина. Следовательно, fз=fс±2fпч в зависимости от того,
выше или ниже частоты гетеродина находится полезный сигнал.
Понятно, что подавлять сигнал в зеркальном канале необходимо
в преселекторе, до смесителя. Причем чем выше ПЧ, тем больше
разнос основного и зеркального каналов и тем проще решить эту
проблему.

22.

23.

24.

25.

26.

Усиление
УПТ-2
Л24
Блок 5
R55
1
В2
3
5
+26В
Включение РРУ 2
С ВПУ(+26В)
6
УПТ-1
Л23
правая
3
1
6
РРУ
РРУ с ВПУ
Канал шумовой автоматической регулировки усиления
4
Усилитель
ШАРУ
Л22
Детектор
ШАРУ
Л23 левая
С56
R103
R90
2
5
R96
8
7
4
R104
+Ео
«Уровень ШАРУ»
Р2
+Ео
УВЧ1,УВЧ2
Л1,Л2
R3*,R6*
УПЧ-2,3,4
Л5,6,7
С5
R19
R21
С27
Входное цепь
С7
Э2
С блока ШУВЧ
Э4
С1
Э1
УПЧ-5,6
Л8,Л9
R29
Смеситель
Л3
УПЧ-1
Л4
Канал
сигнала
R30
С42
С29
L4
Управление
с блоков
12М,23М
Автомат
перестройки
На фазовый
Детектор ЧПК
(блок 76)
L7
Детектор
Л11 левая
Гетеродин
Л13
С62
УПЧ-7
Л10
С44
Видеоусилитель
Л12 левая
(+эхо-сигнал)
На усилитель ЧПК
(блок 27)
R36
+Еа
R73
УПЧ-2,УПЧ-3
Л16,Л17,Л19
С90
С ответвителя
(блок 42)
Смеситель
АПЧ
Л14
УПЧ-1
Л15
«Ограничение
»
Канал автоматической подстройки частоты
С78
Л20
R81
R80
С80
R83
С93
R86
Выходной
каскад
Л21
L13
С94
Запуск с модулятора
(шкаф 5)
R82
R50
КП 8
Катодный
Повторитель
Л12 правая
«Выход
»
R45
R85
(-эхо-сигнал)
На усилитель ЧПК
(блок 27)
R46
«Динамический АПЧ»
(-эхо-сигнал
дополнительный)
На запросчик,
индикаторы
С91
«АПЧ-нуль»
-150 В
Каскад
Фазирования
Л18
На когерентный
Гетеродин(блок16)
К усилителю
АПЧ(блок 85)
АПЧ
1,2
УПЧ
В1
Контроль
(к прибору,
блок 32)
3,4
5,6
К вольтметру
(блок 40)
Функциональная схема приёмника (блок №5) РЛС П-18

27.

Рисунок . Процесс образования зеркального канала в супергетеродинном приемнике

28.

Сибирский федеральный университет
Вопрос №3.Обоснование требуемой полосы
пропускания приёмного устройстваРЛС
Основное усиление радиолокационных
сигналов осуществляется на промежуточной
частоте.
УПЧ представляет собой многокаскадный
усилитель с линейными фильтрами,
формирующими частотную характеристику
требуемого вида

29.

Наиболее распространены следующие типы УПЧ:
одноконтурные и многоконтурные. В одноконтурных усилителях
контуры всех каскадов могут быть настроены на одну
частоту или взаимно расстроены.
Схема одноконтурного УПЧ в обоих случаях одинакова.
Из многоконтурных УПЧ наиболее распространены двухконтурные . Иногда
применяются УПЧ с двухконтурными взаимно расстроенными каскадами и
УПЧ, когда один из каскадов имеет несколько (три и четыре) связанных
контура (так называемый фильтр сосредоточенной селекции).
УПЧ характеризуются следующими параметрами:
-номинальной промежуточной частотой fпр,
-коэффициентом -усиления К,
-полосой пропускания F,
-эффективностью Э
- коэффициентом прямоугольности Кп o.i.
Промежуточная частота для радиоимпульсов должна также удовлетворять
неравенству

30.

Эффективностью каскада Э01 называют произведение
резонансного коэффициента усиления на его полосу
пропускания.
Эффективностью усиления Э называют произведение
коэффициента усиления одного каскада на полосу пропускания
всего усилителя.
Чем больше эффективность каскада, тем большую
полосу пропускания он имеет при постоянном коэффициенте
усиления, или тем большее усиление может обеспечить при
постоянной полосе пропускания.
По эффективности усилители делятся следующим образом.
Наименьшую эффективность имеет усилитель с настроенными
(резонансными) контурами, большую эффективность имеют
многоконтурные УПЧ.
Усилители со связанными контурами имеют большую
эффективность, чем УПЧ с парами расстроенных контуров.

31.

Избирательные свойства УПЧ характеризуют
коэффициентом прямоугольности Кп 0.1 под которым понимают
отношение полосы частот на уровне 0,1 от максимального
значения коэффициента усиления или выходного напряжения,
к полосе пропускания. Для идеального усилителя, имеющего
прямоугольную частотную характеристику, Кп0,1 = 1. На
практике Кпo,i>l- усилитель имеет тем большую избирательность,
чем больше его частотная характеристика приближается
к прямоугольной и, следовательно, чем больше величина Kп o.1
приближается к единице.
Усилители на одиночных контурах имеют меньшую
избирательность, чем УПЧ на двойках и т. д. Усилители
остальных типов примерно равноценны.

32.

На практике при усилении радиоимпульсов
длительностью более 2 мксек наибольшее применение находят
УПЧ на одиночных настроенных контурах, поскольку эти
усилители, кроме отмеченных выше недостатков, обладают
существенными преимуществами по сравнению с другими
типами УПЧ.
При усилении радиоимпульсов длительностью менее
2 мксек, когда усилитель должен иметь большую
эффективность, для обеспечения которой УПЧ на настроенных
контурах должен иметь 10—15 каскадов, применяют 6—8
каскадов УПЧ на расстроенных контурах (на двойках) или УПЧ
с двумя связанными контурами.

33.

34.

Сибирский федеральный университет

35.

Сибирский федеральный университет
Для радиолокационных приемников в
случае простых сигналов полоса
пропускания линейной части должна
быть
2 f=(1...5)/ и.

36.

Сибирский федеральный университет