Радиолокационный приемник сантиметрового диапазона

. Требуемая выходная мощность РГвых;

. Диапазон перестройки по частоте;

. Шумовые характеристики.

Целесообразно использовать полупроводниковый гетеродин на диоде Ганна

(ГДГ). Выходная мощность гетеродина должна быть достаточна для нормальной

работы смесителей и схем ЧАПЧ всех трех каналов приема РЛС:

РГвых = (Рс + Рапч )(3 = (6+9)(3 =45 мВт;

Из таблицы 8.4 [3] выбираем ГДГ типа VSC-9019, имеющий следующие параметры:

. диапазон рабочих частот

fГ,ГГц.......................................1..2;

. шаг перестройки: электронной Dfэл,МГц...........................50;

механической Dfмех,МГц....................200;

. выходная мощность РГвых ,

мВт........................................100;

. напряжение питания

Uпит,В.................................................11;

. ток потребления

I,А............................................................0,5;

4.5. Обеспечение необходимого усиления трактом ВЧ

Обеспечение достаточного усиления радиосигнала трактом ВЧ необходимо для

нормальной работы детектора, а так же получения низкого уровня шума.

Основное усиление обеспечивается в тракте ПЧ. Основными требованиями к

усилительным каскадам линейного тракта являются их достаточная устойчивость

(возможно меньшее число каскадов) и построение на основе наиболее

экономичной и современной электронной базы.

Коэффициент усиления линейного тракта:

[pic],

где RА - активное сопротивление антенны;

Uпр - амплитуда сигнала на выходе УПЧ;

Требуемая амплитуда сигнала на выходе УПЧ определяется амплитудой

напряжения, необходимой для нормальной работы детектора: Uвых=1В.

Рассчет коэффициента усиления линейного тракта:

[pic]

Коэффициент передачи по мощности согласно таблицы 6.1 [3] для

транзисторного преобразователя частоты примем равным:

КРпч = 8

Амплитуда напряжения на входе УПЧ :

Uвх= 4Рвх(Rвх = 2(Ра(Квц(Кпч(Rвх = 2(10-12(0,8(8(103 = 0,13 мВ.

Коэффициент усиления УПЧ по напряжению:

Купч=Uвых/Uвх=1/(1,3(10-4)=7,6(103

4.6. Расчет селективности

Селективность по зеркальному каналу обеспечивается с помощью частотно -

избирательной входной цепи, а по соседнему каналу - используя два одиночных

контура: на выходе преобразователя частоты и на выходе УПЧ.

Селективность по зеркальному каналу:

[pic]

Принимаем dэс=0,006

[pic] = 23,8 дБ,

Эквивалентное затухание одиночных контуров:

dэп= П/(Ц2(fпр)=6,3/(Ц2(30)=0,15

Селективность по соседнему каналу:

[pic]

Полагаем: Dfск= П=6,3 МГц;

n=2,

тогда:

[pic]= 18,9 дБ

4.7. Распределение искажений

При рассмотрении такой характеристики РПрУ, как допустимый уровень

частотных и временных искажений сигнала, остановимся на наиболее

существенном для приемников импульсных сигналов показателе - искажениях

переднего фронта импульса. Распределение искажений этого вида по каскадам

РПрУ можно выразить в величине времени установления переднего фронта

импульса и записать следующим образом:

[pic]= 0,2 мкс

Искажения, вносимые входной цепью незначительны и составляют:

[pic]0,0064 мкс

УРЧ является инерционным звеном, поэтому искажения, вносимые им, довольно

велики: [pic]0,024мкс

Искажения, вносимые преобразователем частоты, составляют:

[pic]0,008мкс

Наибольшие искажения переднего фронта радиоимпульсов вносятся детектором из-

за шунтирования выходного контура УПЧ входным сопротивлением детектора:

[pic]0,04мкс

Оставшееся искажение переднего фронта импульса вносится сравнительно

узкополосным УПЧ. Определим допустимые искажения, приходящиеся на один

каскад УПЧ:

[pic]

4.8. Структурная схема РПрУ

Структурная схема радиоприемного устройства моноимпульсной РЛС

сопровождения

Входная цепь (ВЦ)

Входная цепь приёмника обеспечивает защиту приемника от перегрузок и

повреждения СВЧ мощностью сигнала, поступающего на рабочей частоте при

работе на одну антенну с передатчиком. ВЦ связывает выход антенно-

фидерного устройства со входом 1-ого каскада приёмника, в данном

случае со смесителем. При этом вход и выход входной цепи должны

быть согласованны с волновыми сопротивлениями присоединяемых к ним

линий передач, чтобы в местах соединения не возникало отражений СВЧ

энергии.

В нашем случае входная цепь должна выполнять следующие функции :

. частотная селекция принимаемых сигналов для уменьшения помех на

нерабочей частоте.

. подавление зеркального канала.

. защита 1-ого каскада приёмника от перегрузки и повреждения

мощностью СВЧ сигналов, поступающих в приёмник на рабочих частотах .

Для защиты приёмника от перегрузок будем использовать антенный

переключатель (АП) и устройство защиты приёмника (УЗП) .

Для выполнения ВЦ функций селекции и подавления шумов

зеркального канала используем полосовой фильтр.

Преобразователь частоты (ПЧ)

Преобразователь частот (смеситель) РПрУ РЛС часто выполняется на диодах

по балансной схеме. Для балансных смесителей на диодах с барьером Шотки

(ДБШ) потери сигнала в сантиметровом и миллиметровом диапазоне составляют

соответственно 5..8 и 6..10 дБ, а коэффициент шума - 6..9 и 7..12 дБ, что

неприемлемо в нашем случае из-за отсутствия УРЧ в составе радиотракта.

В сантиметровом диапазоне используют ПЧ на биполярных транзисторах (БТ),

которые обладают коэффициентом усиления 3-12 дБ и коэффициентом шума 1,7

- 4,6 дб. Однако лучшие характеристики во всем СВЧ диапазоне имеют ПЧ на

полевых транзисторах (ПТ), так как в более широком диапазоне 1-15 ГГц они

обеспечивают усиление 8-12 дб при коэффициенте шума 1,1 - 3,5 дб. К

преимуществам смесителей на ПТ можно отнести более простые цепи смещения по

постоянному току и более высокую температурную стабильность. Поэтому

используем транзисторный преобразователь частоты на полевом транзисторе с

барьером Шотки (ПТШ), усилительные и шумовые свойства которого, в основном,

и определят чувствительность РПрУ.

Усилитель промежуточной частоты (УПЧ)

Основное усиление в РПрУ обеспечивается усилителем промежуточной частоты.

Схемотехника каскадов этого устройства разнообразна, однако заметно

упростить приёмник позволяет применение в качестве усилительных элементов

аналоговых интегральных микросхем(ИМС).

Основные требования, предъявляемые к УПЧ - это малый коэффициент шума и

достаточно высокий коэффициент усиления, а кроме того он должен обладать

широким динамическим диапазоном, линейной ФЧХ и равномерной АЧХ в рабочем

диапазоне частот, хорошо согласован, обладать высокой надёжностью.

В настоящее время в наибольшей мере этим требованиям удовлетворяют УПЧ

на интегральных микросхемах. УПЧ с логарифмической амплитудной

характеристикой (ЛАХ), который наилучшим образом выполняет усилительные

функции при широком динамическом диапазоне входных сигналов, реализуем на

ИМС.

Детектор(Д) импульсных сигналов

При детектировании импульсных сигналов разлиают два вида: пиковое и

импульсное детектирование. В первом случае определяется только амплитуда

импульсов, качество же воспроизведения формы их огибающей играет

второстепенную роль.

В нашем случае импульсного детектирования необходимо воспроизвести

огибающую каждого поступающего на детектор радиоимпульса. Для этого обычно

применяется диодный детектор, постоянная величина времени (RC) нагрузки

которого выбирается достаточно большой, так, чтобы в течение времени

между радиоимпульсами напряжение на выходе не успевало заметно снизиться, а

изменялось по закону огибающей последовательности радиоимпульсов. Наличие в

схеме детектора реактивных элементов приводит к искажению формы импульсов,

т.к. вызывает переходные процессы , за счет которых увеличивается время

установления tу и время спада tсп импульсов на его выходе. Обеспечение

минимальных искажений формы импульсов (tу и tсп), в заданных пределах,

является главной задачей импульсного детектора. Желательно при этом

получить высокий коэффициент передачи, но не за счет увеличения искажений

сверх заданной величины.

Режим работы и параметры схемы импульсного детектора выбирается из

условия обеспечения допустимых искажений формы импульсов.

Схемы пикового и импульсного детекторов аналогичны, отличие только в том ,

что постоянная времени нагрузки у пикового детектора на два, три порядка

больше, чем у импульсного. В таких детекторах используют германиевые

диоды.

4.9. Выбор элементной базы. Задания на разработку каскадов.

На частотах до 7 ГГц в транзисторных преобразователях широко

используются биполярные транзисторы (БП), на более высоких частотах,

включая миллиметровый диапазон - полевые транзисторы с барьером Шотки

(ПТШ). Имея выбор между БП и ПТШ предпочтение отдают ПТШ, так как они

обладают лучшими шумовыми и усилительными показателями, поэтому используем

транзисторный преобразователь частоты на двухзатворном ПТШ. Для применения

в смесителе был выбран арсенид-галиевый ПТШ АП 328-2, альтернативы

которому отечественная промышленность не выпускает.

Исходные данные для расчёта:

Частота входного сигнала fc = 1,3 ГГц;

l=23см;

Коэффициент шума транзистора Штр=1,5 (ориентировочно)

Частота гетеродина fг = 1,27 ГГц

Для применения в УПЧ остановимся на отечественных ИМС серии К175. Серия ИМС

175 представляет собой комплект интегральных микросхем, предназначенных для

применения в трактах промежуточной частоты радиолокационной и связной

техники, а так же в других узлах РЭА.

ИМС К175УВ2 - универсальная усилительная схема, обладает следующими

характеристиками:

Напряжение источника питания - 6,6 В

Ток потребления - 3,5 мА

Коэффициент усиления - 10

Входное сопротивление - 1 кОм

Выходное сопротивление - 1,9 кОм

Верхняя граничная частота - 40 МГц

Коэффициент шума - 10 дБ

ИМС К175УВ4 - универсальная усилительная схема, обладает следующими

характеристиками:

Электрические параметры ИМС К175УВ4 при 25+10 оС и Uпит=6,3 В:

. ток потребления Iпот,мА при Uвх=0 В, не

более.................1,8...3;

. напряжения на выводах, В:

9.........................................3,5...4,5;

11..................................

.........2...2,9;

12..................................

......1,3...1,5;

13..................................

.........0,9...1,5;

между выводами 2 и

10...................................

.........-2...+2;

. крутизна вольт-амперной характеристики Sэ, мА/В,

при Uвх=10 мВ и fвх=1

МГц.........................................................10;

. коэффициент шума Kш, дБ при fвх=20 МГц, не

более..................8;

. верхняя граничная частота fв, МГц, при Uвх=10

мВ..................150.

Предельные эксплуатационные параметры ИМС К175УВ4:

. напряжение питания Uпит, В:

минимальное....................................3;

максимальное.................................

9,5;

номинальное..................................

.6,3;

. максимальное напряжение, В, на выводах:

2,10......................12,5;

13...........................

1,2;

. входное напряжение, В:

синфазное........................................2...4,4;

дифференциальное.........................-

2...+2;

Исходя из необходимости обеспечения таких параметров УПЧ, как

. низкий коэффициент шума;

. малые искажения переднего фронта радиоимпульсов;

. заданный коэффициента усиления при минимальном числе каскадов

. минимальную себестоимость (исходя из данных табл. 6.1),

для использования в УПЧ выбираем [7] ИМС К175 УВ 4 (рис.4.9.2).

[pic]

Рис. 4.9.2: принципиальная схема ИМС К175УВ4

Назначение выводов: 1 - общий;

2 - выход 1;

3 - внутренний нагрузочный резистор 1;

4 - вход1;

5 - общая точка внутренних нагрузочных

резисторов;

6 - вход 2:

7 - внутренний нагрузочный резистор 2;

8 - +Uпит;

9 - вывод делителя напряжения 1;

10 - выход 2;

11 - вывод делителя напряжения 2;

12 - вывод делителя напряжения 3;

13 - вход регулировки усиления;

14 - вывод установки и контроля режима.

Данные для расчёта:

Частота сигнала fпч = 30 МГц

Коэффициент усиления К= 6(103

Искажения переднего фронта импульса tу = 0,09 мкс;

Для использования в детекторе из литературы [3] выбираем детектирующий

полупроводниковый диод Д9Б, т.к. его характеристики удовлетворяют следующим

требованиям:

fпч = 30 МГц < fд = 40 МГц;

Cд = 1...2 пФ;

Uпр = 0,9 В;

Iпр = 90 мА;

Ri = 10 Ом;

Uобрmax = 10 В;

Iобр = 250 мкА;

Rобр = 0,4 МОм.

Данные для расчёта:

Частота сигнала ПЧ fпч = 30 МГц;

Параметры входного контура Lк=50 нГн; Ск = 2 пФ;

Допустимые искажения импульса :

Время нарастания импульса tу =0,2 мкс;

Время спада импульса tсп = (0,3...0,5)Чtи = (0,3...0,5)Ч1 = 0,3 мкс;

UвхДет = 0,5 В;

Kд ~ 0,8 ...0,9.

5.Расчет элементов принципиальной схемы приемника

5.1. Антенный переключатель

Одним из основных узлов РЛП является антенный переключатель (АП).Антенные

переключатели предназначены для коммутации передатчика к антенне на

время прихода отраженных или ответных сигналов. Они должны: обеспечить

уменьшение до минимума мощности излучаемого зондирующего импульса

просачивающегося на на вход приемника; быть быстродействующими т.к. с

увеличением времени срабатывания возрастает вероятность пробоя входных

цепей приемника, а с увеличением времени востановления увеличивается

минимальная дальность РЛС (мертвая зона обзора на малых расстояниях от

РЛС); иметь минимальные потери мощности при излучении зондирующего импульса

и особенно при приеме отраженного от цели сигнала; обладать большим сроком

службы и высокой надежностью. Коммутационные АП состоят настроенных

отрезков линий и газоразрядных приборов (разрядников), изменяющих

сопротивление под действием мощных СВЧ сигналов. Разрядники включают в

фидерный тракт РЛС параллельно или последовательно.

АП на необратимых элементах применяют в РЛС сантимитрового

диапазона. В качестве необратимых элементов используют фидерные вентили и

циркуляторы.

При расположении феррита волноводе , передаваемая по волноводу

электромагнитная энергия. В зависимости от направления ее движения либо

поглащается либо проходит практически без потерь. Феррит помещается в

сильное поле постоянного магнита. При этом ферромагнитный резонанс

наступает только при движении электромагнитной волны в одном направлении.

При резонанасе практически вся СВЧ энергия в волноводе поглащается

вентилем.

Выбор типа АП зависит отмощности излучаемого зондирующего

импульса. При мощности импульса 100-150 КВт АП реализуют путем

последующего соединения ферритового циркулятора, газового разрядника и

диодного резонансного СВЧ ограничителя (рис. )

При мощности 1-2 КВт газовый разрядник не вводят в состав АП.

В АП (рис. ) используют два последовательно соединенных

циркулятора Ц1 и Ц2. Сигнал от передатчика поступает на плече 1

циркулятора Ц1 и через плече 2 подается в антенну; при этом на выход

плеча 3 сигнал от передатчика проходит с существенным ослаблением (13- 25

дб). Далее сигнал с плеча 3 циркулятора Ц1 подается через циркулятор

Ц2 на разрядник Р, уменьшая его сопротивление до ноля. При этом СВЧ

Страницы: 1, 2, 3, 4