НАУЧНЫЕ РАБОТЫ

Реферат: Радиолокационный приемник

Рассчитаем коэффициент передачи тракта РПУ.

Детектор работает при малых напряжениях.

Допустим, Uвых= 0.1В

Определим напряжение на входе УВЧ (Uвх).

Примем Rвх(УВЧ)= 500 Ом.

Uвх ш=

Uвх ш= = 2.810В

Коэффициент передачи линейного тракта:

Кус= = 3.610

Если коэффициент шума УВЧ = 1.3 табл.6.2 [1], то

Шп= Шувч+ [(Шпч-1)/Крувч] +[(Шупч-1)/КрувчКрпч, где

Шп- коэффициент шума РПУ,

Шувч- коэффициент шума УВЧ,

Шупч- коэффициент шума УПЧ,

Крувч, Крпч- коэффициент передачи по мощности УВЧ и ПЧ.

Шп= Шувч+ [(Шпч-1)/Крувч] +[(Шупч-1)/КрувчКрпч

Шп= 1.3 + 9/ Крувч + 10/ Крувч = 3

Значения (Шпч-1) и (Шупч-1) выбраны по таблице 6.2 [1].

Крувчmin = 20.

Достаточный коэффициент передачи УВЧ: Кувч = 6.

На УПЧ происходит основное усиление. Рассчитаем коэффициент усиления для УПЧ.

Кпч0.8, Кувч= 6.

= Кпч Кувч Купч.

Купч= / Кпч Кувч = 8/6.08 = 1.6

Теперь предварительно установим, сколько каскадов усиления будет иметь УПЧ.

Купч= ( К1упч ) , где n- число каскадов .

n = log к1упч К упч

К 1упч 20 для fпч = 35 Мгц и ПС = 0.8 Мгц

n = log20 1.610= 4

Предварительно число каскадов УПЧ- четыре.

В супергетеродинных приемниках частотная избирательность определяется в основном ослаблениями частотного зеркального и соседнего каналов. Ослабление по зеркальному каналу обеспечивает преселектор, а соседнего канала - УПЧ.

Ослабление по симметричному каналу заданно: 20дб.

Требования к избирательности по симметричному каналу не высокие, поэтому

в УПЧ как фильтры распределенной избирательности, так и фильтры сосредоточенной избирательности.

Итак, ВЦ- входная цепь, входящая в состав структурной схемы РПУ, представляет собой устройство защиты приемника от просочившихся сигналов.

Для обеспечения необходимого коэффициента шума в схему в качестве УРЧ вводится усилитель на параметрическом диоде, на который нагружен полосно-пропускающий фильтр, или устройство подавления зеркального канала. Преобразователь частоты состоит из смесителя и гетеродина. Преобразователь частоты преобразует частоту сигнала на промежуточную частоту fпч=35 Мгц (по Т.З.), на которой происходит основное усиление сигнала. Демодулятором служит АД (амплитудный детектор), за которым включается видеоусилитель. Для подстройки частоты гетеродина используется устройство частотной автоподстройки (УЧАП).

Рис. 4.

Структурная схема проектируемого РПУ.

5. Проектирование СВЧ блока.

В блок СВЧ входят: АП, УВЧ, УЗП, УПЗК, СМ, гетеродин.

5.1. Проектирование АП.

С помощью антенного переключателя осуществляют подключение антенны к тракту передатчика и запирание приемника на время излучения, а после окончания действия импульса- подключение с минимальной задержкой выхода антенны к выходу приемника и отключения тракта передатчика.

При большой импульсной мощности сигнала АП строится по следующей схеме: ферритовый циркулятор, газовый разрядник, диодный резонансный СВЧ- ограничитель.

Циркулятор- устройство, обладающее следующими свойствами: при подаче сигнала на плечо 1 циркулятора, выходной сигнал появляется в плече 2 с очень малым ослаблением (0.2- 0.5Дб), в то время как он в плече 3 он существенно ослабляется (13-25Дб). Аналогично при поступлении в плечо 2 сигнала, он появляется в плече 3 и не проходит в плечо 1.

В АП сигнал от передатчика поступает на плечо 1 циркулятора Ц1 и через плечо 2 поступает в антенну. Лишь небольшая часть мощности сигнала проходит на плечо 3 и через циркулятор Ц2 попадает на вход разрядника ограничителя (ГР). Разрядник создает в линии передачи практически короткое замыкание и СВЧ сигнал, отражаясь от него в направлении к циркулятору Ц2 поглощается в согласованной нагрузке Rн, чем достигается защита УВЧ от выжигания. Процесс зажигания ГР в начале каждого импульса возникает с задержкой 10с. В течении этого времени через ГР проходит значительная энергия СВЧ колебаний. Выделяющаяся энергия СВЧ может вывести из строя или необратимо ухудшить параметры диодов СВЧ. Для предотвращения этого после ГР ставится резонансный СВЧ ограничитель, включаемый в основную линию через отрезок линии длиной L=l/4. Ограничитель представляет собой параллельное соединение разомкнутого емкостного шлейфа С1, последовательного соединения ограничительного диода Д и коротко замкнутого шлейфа L2 (рис.6).

Отраженный от цели сигнал поступает из антенны на плечо 2 Ц1, затем на плечо 3, а после на плечо 1 Ц2 и через его выходное плечо 2 на ГР. Мощность сигнала недостаточна для зажигания ГР. Прямые потери сигнала в ГР составляют 0.3- 1.5Дб. Для дальнейших расчетов примем коэффициент передачи ферритового переключателя = 0.9.

Рис.5. Функциональная схема антенного переключателя и

устройство защиты приемника.

Рис. 6. Эквивалентная схема

СВЧ- ограничителя.

5.2. Проектирование устройства защиты приемника.

В устройство защиты приемника входит разрядник приемника и диодный ограничитель. Основным недостатком диодных ограничителей является относительно небольшой динамический уровень импульсной мощности (100вт- 2Квт). Для устранения этого недостатка и объединения достоинств РПЗ и ограничителя используют разрядник- ограничитель. Он представляет собой сочетание РПЗ и следующего за ним диодного ограничителя. Разрядники- ограничители, не требующие никаких источников питания, выдерживают большие импульсные мощности ( 10Квт) и обеспечивают защиту приемника от всех возможных сильных сигналов. После ГР (газоразрядник) ставят резонансный СВЧ- ограничитель, включаемый в основную линию через отрезок линии l=l/4. Он представляет собой параллельное соединение разомкнутого шлейфа и последовательное соединение ограничительного диода и еще одного короткозамкнутого шлейфа L2.

По таблице 4.8 стр. 209 [2] выберем разрядник- ограничитель MD- 80K12.

=16.5 Ггц

Праб/f0=6.09% - относительная полоса пропускания.

Lпр= 0.9дБ - потери пропускания.

Ри= 10Квт - импульсная мощность.

Рср=10Вт - средняя мощность.

Wп = 0.5 Дж - энергия тока разрядника.

Долговечность = 2000ч.

Длина = 21.3

Масса = 80 г.

5.3.Проектирование и расчет УВЧ.

Исходные данные:

F0=1.7510Мгц.

В приемниках РЛС сантиметрового диапазона наибольшее распростронение получили однокаскадные РПУ на п/п диодах. В основном применяют двухчастотные регенеративные ППУ. В этих ППУ наряду с частотной накачкой Fнак, возбуждаемой вспомогательным генератором накачки, используют две рабочие частоты: сигнальную Fс и холостую Fх= Fнак - Fc, возникающую в процессе усиления.

ППУ работают на отражении с общим входом и выходом и использует ферритовый циркулятор для разделения входных и выходных сигналов.

1. Для обеспечения стабильности параметров РПУ, при изменениях в цепи, в качестве ферритового циркулятора применим пятиплечный циркулятор, построенного на основе Y-циркулятора ( с волновым сопротивлением W=50 Ом и потерей пропускания Lп0.4 дБ). В таком циркуляторе потери сигнала до входа РПУ равны LпS= 2Lп= 0.8 дБ, на столько же ослабляется усиленный сигнал, проходящий из РПУ к выходу циркулятора.

2. По таблице 5.1 (2) выбираем параметрический диод типа D5147G, имеющий

наименьшие постоянные времени τ и Lпос.

Спер(V) = Спер(0) = 0.320.02 пф.

τ(V) = τ(-6) = 0.32 пс.

Uнор обр6 В

к =1.2 В , n = 2, Скол = 0.3 пФ, Lпос= 0.2 нГн.

3. Необходимое напряжение смещения.

Uо=Uнорм обр + к( - 1 )

Uо = 6В + 1.2В( -1) =2.7В

4.Найдем емкость перехода.

Спер(U) =Спер(0)= 0.32=0.178пФ.

Постоянная времени при рабочем смещении:

t(Uo) =t(-6)= 0.32=0.436 пс.

Принимаем Со=Спер(Uo)= 0.178 пФ.

5.Коэффициент модуляции:

mмод = (-1)/( + 1)

mмод = (- 1)/( + 1) = 0.42

Критическая частота диода.

fкр =

fкр = =73.4 Ггц.

6.Поправочный коэффициент Кс , учитывающий потери в конструкции ДПУ , принимаем Кс = 2. Тогда находим tэ(Uo) = Ксt(Uo).

tэ= 2·0.436 = 0.872 пс.

Эквивалентное сопротивление потерь.

tп э = tэ(Uo)/Спер(U0)

tп э = 0.852/0.172 = 4.9 Ом

Динамическая добротность диода.

Q = = = 2.09

7. Для полученных данных по формулам:

Афt = = Q+1 - 1

Nпу min =()min =(1 - 1/Крпу)2/Афt

Вычисляем оптимальное отношение частот:

Аопр = - 1 = 2.9

Соответствующий ему коэффициент шума:

Nпу min = (1 - 1/20)(2/2.9) + 1 = 1.66 (2.15дБ)

8.Определим значение холостой частоты fx. Чтобы получить максимально возможную полосу пропускания ПДУ, не применяя специальных элементов для ее расширения и упростить топологическую схему ДПУ, в качестве холостого контура используем последовательный контур, образованный емкостью Со и индуктивностью вводов Lпос.диода. Цепь входов холостой частоты замкнут разомкнутым четверть волновым шлейфом, подключенным параллельно диоду, и имеющим входное сопротивление близкое к нулю. В этом случае на холостой контур не влияют цепи сигнала и накачки, а также емкость корпуса диода Скор. Резонансная частота этого контура равна частоте последовательного резонанса диода.

Fxo = = = 26.6 Ггц

9. Отношение частот:

А = fxo/fco =26.6/17.5 = 1.52

Частота накачки:

fнак = fс (1 + А) = 17.5(1 + 1.52) = 44.1 Ггц

10.’’Холодный’’ КСВ сигнальной цепи ДПУ, который требуется обеспечить для заданного резонансного усиления:

=R1/rпос э = (Q/A - 1) , где А = wx/wo ;

Q = 2.9

= () = 6.5

Требуемое сопротивление источника сигнала R1, приведенное к зажимам приведенной емкости в последовательной эквивалентной схеме (рис. 7).

R1 = rrисс э = 6.54.9 = 31.89 ом.

Рассчитанные значения rи R1 обеспечивают подбором согласующих элементов сигнальной цепи ДПУ, что обычно выполняют экспериментально.

11. Для расчета полосы пропускания зададимся коэффициентами включения емкости в холостой (mвых х) и сигнальный (mвых с) контуры.

mвых х = 0.5

mвых с = 0.2

Ппу = fco

Ппу = 17500 = 115 Мгц.

12. Определим необходимость мощности накачки ДПУ.

По рисунку 5-27 [2] для Uo/y = 2.7/1.2 =2.25 и находим коэффициент q =0.4

Pнак д - мощность накачки диода,

Pнак д = wСпер(Uo)t(Uc)(Uo+y)q

Pнак д = 52830= 25 мвт

Для fнак = 36.6 Ггц интерполяцией значений коэффициента:

Pнак д =2.15

Pнак = Pнак д Pнак д

Pнак = 2.1525 мВт = 54 мВт

Pнак = 54 мВт - мощность накачки , которую необходимо подвести к ДПУ.

Рис. 8. Принципиальная схема ДПУ.

5.4. Проектирование и расчет устройства подавления зеркального канала.

В качестве УПЗК используются полосно - пропускающие фильтры (ППУ). Микроминиатюрный ППФ можно создать если в качестве резонатора использовать ферритовый образец из монокристалла железоиттриевого граната (ЖИГ) в виде обычно весьма малой, отполированной сферы. Сфера ЖИГ, помещенная в магнитное поле, в котором СВЧ поле и внешнее поле от электромагнита взаимно перпендикулярны, в силу физических свойств ферритов , резонирует на частотах ферромагнитного резонатора, равной :

¦= 3.5110Ho [Мгц], где Ho - напряженность внешнего магнитного поля -[A/M].

Изменяя Ho можно в широких пределах перестраивать резонансную частоту.

Исходные данные для расчета:

рабочая частота ¦- 17.5 Ггц.

Полоса пропускания Ппр = 710Кгц.

Полоса заграждения Пз = 4¦= 140Мгц

1. Рассчитаем требуемую напряженность внешнего магнитного поля Ho:

¦= 3.5110Ho Ho =

Ho == 510А/M

2.Для ферритовой схемы выбираем монокристалл ЖИГ с шириной линии ферромагнитного резонанса DН = 40А/M и намагниченностью насыщения ферритовой сферы Мо =1.410А/M.