Материал: РНП Конспект Демиденко 2010

26

4.2. Импульсный модулятор с накопительным конденсатором

Упрощенная схема импульсного модулятора с накопительным конденсатором показана на рис.4.4. Такого типа модулятор использовался в НРЛС “Дон” [9].

Принцип работы импульсного модулятора с накопительным конденсатором заключается в следующем.

Накопительный конденсатор Сн, при подаче на управляющую сетку тетрода VL1

большого отрицательного напряжения (порядка – 800В), заряжается по цепи

+Еа→Сн→L→R1→R2 до напряжения +(14+16) кВ. (Этому значению соответствует+Еа).

Рис.4.4. Упрощенная схема импульсного модулятора с накопительным конденсатором

Одновременно подмодулятор формирует импульсы положительной

полярности, близкие к прямоугольной форме, длительностью τзи.

При их поступлении на управляющую сетку VL1 (при этом положительная амплитуда τзи должна быть больше отрицательного напряжения на управляющей сетке), радиолампа открывается, и накопительный конденсатор Сн разряжается на

магнетрон по цепи: VL1→Сн→VL2→корпус. На зажимах магнетрона (VL2) «анод-

катод» создается отрицательный модулирующий импульс высокого напряжения, под воздействием которого магнетрон генерирует СВЧ колебания.

Для измерения тока магнетрона последовательно с индуктивностью L и резистором R1 включен миллиамперметр, шунтированный резистором R2 и

конденсатором С2.

Лекция №8

4.3. Импульсные модуляторы с накопительной линией

Другим типом импульсного модулятора, применяемого в НРЛС, является модулятор с накопительной линией.

Накопительная линия выполняет в таком модуляторе следующее:

-служит накопителем энергии;

-является цепью, формирующей прямоугольные импульсы требуемой

длительности.

Вкачестве накопительной линии (длинной линии) применяются: отрезки

разомкнутого на конце коаксиального кабеля с емкостными свойствами, искусственные длинные линии цепочечного типа, искусственные длинные линии из последовательно соединенных параллельных контуров [1].

Вмодуляторах с накопительной линией коммутирующие приборы работают

только на замыкание, поэтому в модуляторах данного типа применяются газоразрядные приборы или полупроводниковые приборы (тиристоры).

Схемы модуляторов с накопительной линией разделяются по виду источника

питания (с зарядом накопителя от источника постоянного тока и с зарядом от источника переменного тока) и по схеме накопления энергии.

Модуляторы с накопительной линией с зарядом от источника переменного тока

применяются в тех случаях, когда необходимо, чтобы частота следования (Fзи)

импульсов НРЛС соответствовала частоте источника питания переменного

напряжения и сами модуляторы выполняли роль синхронизатора НРЛС.

27

Однако на практике значительно большее распространение получили схемы модуляторов с питанием от источника постоянного напряжения.

4.3.1. Упрощенная схема модулятора с накопительной линией

Ее схема представлена на рис.4.5. Модулятор содержит коммутационную лампу

– водородный тиратрон VL1, накопительную

линию НЛ (разомкнутую на конце), импульсный трансформатор ИТ, магнетрон VL2, зарядное

сопротивление Rзар [7].

Анод тиратрона включен в цепь +Еа →Rзар → первичная обмотка ИТ→накопительная линия

НЛ. Вторичная обмотка ИТ подключена к катоду магнетрона. ри отсутствии управляющих

сигналов (синхроимпульсов длительностью

τси),тиратрон заперт, так как напряжение на его

управляющей сетке равно нулю.

Рис.4.5. Упрощенная схема модулятора с накопительной линией

Условно схему, приведенной на рис.4.5 можно представить рисунком 4.6.

На этом рисунке К – коммутатор, выполняет роль разомкнутого тиратрона, так как коммутатор не

замкнут; RH – сопротивление нагрузки.

Из-за того, что магнетрон включен в схему (см. рис.4.6) через ИТ,

Накопительная линия (НЛ) через Rзар заряжается от источника питания до величины

Е (см. рис.4.7,а).

При подаче на сетку тиратрона поджигающего импульса длительностью τси, тиратрон поджигается, его сопротивление резко уменьшается и начинается разряд НЛ на нагрузку (первичную обмотку ИТ), величина которой RH=ρ, где ρ – волновое сопротивление НЛ.

Разрядный ток НЛ (см. рис.4.7,б), при RH=ρ равен

28

волна достигает разомкнутого конца НЛ (см.рис.4.7,в), отражается без изменения величины и знака и начинает распространяться к нагрузке (рис.4.7,г).

обмотка трансформатора ИТ).

Так как сопротивление нагрузки согласовано с формирующей линией, то волна

напряжения не должна отражаться от нагрузки НЛ и линия оказывается разряженной (рис.4.7,д). В этом случае на зажимах первичной обмотки ИТ

формируется прямоугольный импульс напряжения амплитудой − E2 длительностью

tи = 2l . Этот импульс передается вторичной обмоткой ИТ на магнетрон.

Vp

Из приведенного выше следует, что требуемая длительность tи=τзи

Для получения импульсов большей длительности, в качестве НЛ используют искусственные длинные линии, состоящие из сосредоточенных элементов L и С.

Длительность импульсов, формируемая такой линией равна

τзи = 2п LC , где п- количество звеньев (обычно п= 5…6), а L и С – соответственно

индуктивность и емкость звена.

Для защиты модулятора от перенапряжений, к НЛ подключен защитный диод

VD1 с нагрузочным сопротивлением R2, которое снимает возможное остаточное

отрицательное напряжение с НЛ.

4.4. Импульсный линейный модулятор

Упрощенная схема импульсного линейного модулятора приведена на рис.4.8.

Рис.4.8. Упрощенная схема импульсного линейного модулятора

Импульсный линейный модулятор состоит из зарядного диода VD1, катушки зарядной индуктивности L1, накопительной линии LnCn, импульсного

трансформатора ИТ тиристора VD2 и защитной цепочки VD3-R.

Принцип работы импульсного линейного модулятора заключается в следующем: в исходном состоянии тиристор VD2 заперт [1,12]. В этом случае от высоковольтного источника питания +Еа, через диод VD1, зарядной индуктивности L1 происходит заряд накопительной линии (цепочки) LnCn до напряжения +Еа. При

подаче положительного τси отпирается тиристор VD2. Протекающий через него ток

разряда уменьшает сопротивление тиристора VD2 и происходит разряд накопительной линии LnCn через первичную обмотку импульсного трансформатора ИТ.

Модулирующий импульс напряжения длительностью τзи, снимаемый со

вторичной обмотки ИТ, подается на магнетрон. Длительность формируемого

импульса зависит от параметров n - звеньев накопительной линии LnCn, то есть τзи

= 2п LC .

29

4.5.Импульсный магнитный модулятор

Вэтом модуляторе (схема на рис.4.9) в качестве коммутирующего элемента используется катушка нелинейной индуктивности.

Такие модуляторы называются импульсными магнитными модуляторами. Импульсный магнитный модулятор состоит из

катушки нелинейной индуктивности (дроссель) L1,

накопительной емкости С1, нелинейного трансформатора Т1, накопительного конденсатора

С2 и импульсного трансформатора Т2.

Эта схема является развитием линейного импульсного модулятора, только длительность и

амплитуда управляющего импульса, воздействующего на магнетрон, формируется

(Если сердечник индуктивности L1 насыщен, его магнитная проницаемость мала и тогда его индуктивное сопротивление минимально. И – наоборот, при ненасыщенном состоянии магнитная проницаемость имеет большую величину, индуктивность в этом случае увеличивается, то есть увеличивается индуктивное сопротивление).

Принцип работы заключается в следующем. В исходном состоянии тиристор

VD2 заперт. В этом случае накопительный конденсатор С1 через нелинейный дроссель L1 заряжается до напряжения +Еа. Если открыть VD2, емкость С1 через насыщенный дроссель L1, открытый VD2 разряжается на первичную обмотку нелинейного трансформатора Т1. Индуктируемое во вторичной обмотке Т1 импульсное напряжение заряжает накопительный конденсатор С2. К концу его заряда сердечник трансформатора Т1 насыщается (то есть сопротивление вторичной обмотки Т1 становится минимальным) и конденсатор С2 начинает

разряжаться на первичную обмотку импульсного трансформатора Т2. Во вторичной

(повышающей) обмотке этого трансформатора возникает управляющий импульс τзи, воздействующий на катод магнетрона.

Длительность τзи определяется временем разряда С2 через первичную обмотку

Т2 или τзи ≈ 0,7С2.R(первич.обмотки Т2).

С2 включают в схему, если необходимо сформировать τзи ≤0,1мкс. Если же τзи >0,1мкс, тогда вместо С2 в схеме используют длинную линию.

30

Лекция №9

5. Антенно-волноводные устройства судовых НРЛС

Антенно-волноводные устройства (АВУ) судовых НРЛС предназначены для излучения мощных СВЧ колебаний, формируемых в передатчике, приема отраженных от целей СВЧ колебаний малой мощности и передачи этих колебаний в

тракт приемника.

Обычно АВУ состоит из антенны и волноводного тракта.

Основные требования к антеннам:

-возможность кругового, равномерного обзора;

-высокая направленность действия и обеспечение необходимых параметров

диаграммы направленности (ДН);

-минимальная интенсивность боковых лепестков;

-широкая полоса пропускания частот, удовлетворяющая излучаемым импульсам длительностью от 0,07мкс до 1,0мкс;

-достаточная механическая прочность и жесткость в сочетании с минимальной массой, размерами и парусностью.

Одним из важных параметров антенны, влияющий на эксплуатационные параметры НРЛС, является диаграмма направленности антенны.

Диаграмма направленности антенны показывает зависимость плотности потока мощности (П) или амплитуды напряженности поля антенны (Е) от направления в пространстве при постоянном расстоянии до точек наблюдения.

Для сравнения направленных свойств антенны, характеристики

направленности приравнивают к единице, то есть относят их к максимальным значениям напряженности поля или плотности потока мощности в направлении максимального излучения и записываются в виде:

E(α,θ) = Emax F(α,θ) или

П(α,θ) = Пmax F(α,θ),

где Emax и Fmax - максимальные значения соответствующих величин.

Наряду с формульной зависимостью ДН существует и более наглядный способ ее изображения – графический метод. Часто, в главных плоскостях (вертикальной и

горизонтальной), нормированные ДН изображают в полярной (рис.5.1,а) или

прямоугольной системе координат (рис.5.1,б).

Угол θ0,5 ,(а также угол α0,5 - в горизонтальной плоскости) на уровне половинной

мощности характеризует соответственно ширину диаграммы направленности в

вертикальной и горизонтальной плоскости.

Полярные диаграммы направленности более наглядны. На них хорошо отображаются боковые и задние лепестки.

Рис.5.1. а) ДН в полярной и - б ) в прямоугольной системе координат