Импульсные передатчики РЛС-обнаружения с оптимальной обработкой

В наше время радиолокация получила широчайшее применение. Ее методы и средства используются для обнаружения объектов и контроля обстановки в воздушном, космическом, наземном и надводном пространствах. Современная техника позволяет с большой точностью измерять координаты положения самолета или ракеты, следить за их движением, определять не только формы объектов, но и структуру их поверхности. Радиолокационные методы открывают возможность изучать недра Земли и даже внутренние неоднородности поверхностных слоев на других планетах, а также в организации управления воздушным движением, наведении, распознавании объектов, определении их принадлежности.

Содержание

Введение 32. Выбор, обоснование технических требований и структурной схемы. 42.1 Выбор структурной схемы 42.2 Расчёт функциональной схемы 53. Расчет выходного каскада 104. Расчет задающего генератора 205. Умножители частоты 256. Промежуточные каскады 277. Импульсный модулятор 297.1 Выбор схемы 297.1.Выбор типа модуляторной лампы и ее режима работы. 307.2. Расчет элементов схемы. 337.2.1 Оценка формы выходного импульса. 337.2.2Энергетические соотношения в модуляторе. 347.2.3 Требования к источнику питания (выпрямителю). 357.2.4 Требования к подмодулятору. 358. Конструктивный расчет катушки индуктивности. 369. Система контроля, защиты и управления передатчика. 37Заключение 41Литература 42Приложения 43

Работа содержит 1 файл

timkursa4.docx

Рисунок 4 Принципиальная электрическая схема автогенератора

Исходными данными для расчета задающего генератора являются:

мощность в нагрузке 1мВт;

частота последовательного резонанса КР 50МГц.

Параметры кварцевого резонатора:

нормированная статическая емкость 65пФ;

частота КР 20МГц.

мощность, рассеиваемая на КР 2мВт.

В качестве активного элемента используем транзистор КТ311Г с параметрами:

граничная частота усиления 600МГц;

коэффициент передачи ОЭ 50;

объемное сопротивление базы 6Ом;

максимальная мощность рассеивания на коллекторе 0.15Вт;

максимальное допустимое напряжение UКЭ 15В;

максимальный допустимый ток коллектора 20мА.

Произведём расчёт электронного режима согласно методике, предложенной в [5].

γ(θ) = 0,2; θ = 60; cos(θ)=0,5;

Сопротивление кварцевого резонатора:

Ток через кварцевый резонатор:

Высота импульса коллекторного тока:

Аппроксимированные параметры транзистора:

Расчет параметров контура:

По условию æ=0,2..2, что удовлетворяет последнему.

Наш автогенератор возбуждается на третьей гармонике кварца ωК=375МГц, тогда выберем параметры контура исходя из этого условия.

Выбираем LК=0,4мкГн, при этом индуктивное сопротивление

Сопротивление потерь в контуре:

Сопротивление потерь ветвей в контуре:

Учитывая, что комплексное сопротивление контура

где СК – суммарная емкость контура, находим емкостное сопротивление контура:

Отсюда суммарная емкость контура:

СК=1/(ωК ∙107,214) =1/(375∙10 6 ∙107,214) = 23,75∙10 -12 Ф. (4.17)

Зададимся величинами С1К = 140 пФ и С2К = 180 пФ и определим величину емкости С3К.

Проверим условие возникновения поразитных колебаний:

В нашем случае R=145ОМ,

Неравенство выполняется, следовательно поразитные колебания не возникают.

Проверим условие возникновения поразитных колебаний на частотах низших гармоник:

Поскольку КР возбуждается на частоте 3-ей гармоники, то частотой низшей гармоники будет частота самого кварца fКНГ = fКР = 20МГц. На этой частоте (исходя из формулы (4.16) емкостное сопротивление контура увеличится в три раза, а индуктивное – уменьшится в три раза. Найдем их:

Х1НГ = -17,451 ∙ 3 = - 52,353 Ом; Х2НГ = -20,63 ∙ 3 = - 61,89 Ом;

Х3НГ = 37,712/3 = 12,571 Ом.

Сумма сопротивлений при обходе контура:

Сопротивление емкости связи с нагрузкой на основной частоте увеличится в три раза, что ослабляет связь и уменьшает ηК. Для оценки сопротивления потерь в контуре rНГ принимаем ηК=0 и QНГ = 100, тогда

Обобщенная растройка контура:

Неравенство выполняется, поэтому генерация на основной частоте невозможна.

Расчитаем электрический режим автогенератора.

Максимальная амплитуда колекторного тока iКmax = 16,2мА.

Постоянная составляющая коллекторного напряжения:

Амплитуда первой гармоники коллекторного тока IК1=6,3мА.

Постоянная составляющая коллекторного тока:

Амплитуда управляющего напряжения

Амплитуда первой гармоники:

Р1 = 0,5 IK1 UK1 =0.5∙6.3 ∙ 10 -3 ∙ 0.324 = 1.021 мВт (4.24)

Р0 = IK0 UK0 = 3,564 ∙ 10 -3 ∙ 4,5 = 16.038 мВт (4.25)

ЕСМ = UОТС-UБ1 К cosθ = 0,6 - 0,324 ∙ 0,5 = 0,438 В. (4.28)

Расчет емкости связи CСВ:

Чтобы сопротивления нагрузки R’Н , пересчитанное по входу, не снижало заметно добротность контура, примем:

Добротность последовательной цепочки ССВ и RН:

Расчет цепей смещения:

Для улучшения стабильности частоты в данном автогенераторе применяется автоматическое смещение током эмиттера. С ростом сопротивления RЭ его стабилизирующие свойства улучшаются, но ухудшаются энергетические соотношения. Рекомендуется выбирать сопротивление RЭ = 100…500 Ом. Выберем RЭ = 200 Ом.

Постоянная составляющая тока базы:

Сопротивление цепи базы

Берем R3 =350 Ом. Принимаем ток делителя R1, R2 IД = 5IБ =5∙0,072= 0,35мА, тогда

5. Умножители частоты

Для переноса спектра стабилизированных кварцем колебаний в более высокочастотный диапазон применяются умножители частоты.

Структурная схема умножителя частоты представлена на рисунке 4

Рисунок 5 Структурная схема умножителя частоты

На вход поступают электромагнитные колебания частоты f, с выхода в нагрузку передаются колебания частотой nf. Входная цепь необходима для наиболее полной передачи входной мощности к НЭ, выходная цепь служит для трансформации сопротивления нагрузки умножителя в некоторое сопротивление на электродах НЭ, обеспечивающее оптимальный режим. Кроме того, входная и выходная цепи обладают избирательными свойствами: входная цепь пропускает колебания частоты f, а выходная – частоты nf.

В качестве нелинейного элемента в умножителях частоты применяются биполярные и полевые транзисторы, полупроводниковые диоды и используются нелинейные участки вольт - амперных, вольт - кулонных или ампер - веберных характеристик.

Основными характеристиками умножителей частоты являются: кратность умножения частоты n, рабочая частота или диапазон рабочих частот f, степень подавления побочных частот , входная мощность, КПД.

В данном передатчике используются варакторные умножители частоты, т.к. они просты в реализации, обладают значительно высоким КПД и .

Умножители идентичны между собой. Они собраны по схеме с параллельным включением варактора (рисунок 5) и имеют кратность умножения n=4.

Рисунок 6 Схема умножителя частоты с параллельным включением варактора

Входная и выходная цепь такого умножителя состоит из колебательного контура и полосового фильтра, который в свою очередь еще служит и согласующим звеном. Колебательный контур и полосовой фильтр входной цепи настроены на частоту входного колебания, колебательный контур и полосовой фильтр выходной цепи – на частоту выходного колебания. Таким образом подавляется сигнал на побочной частоте, т.е. это полностью определяет степень подавления побочных частот КПОБ . Полосы пропускания фильтров не перекрываются. Варикап в этой схеме открыт на части периода входного колебания, угол отсечки тока через варикап θ>0, т.е. в цепи смещения варикапа течет постоянный ток. В этом режиме к барьерной емкости варикапа добавляется диффузионная емкость, превышающая первую на несколько порядков. В результате резкого увеличения диапазона изменяется суммарная емкость варикапа, увеличивается накапливаемый на ней заряд, возрастает рабочий ток и преобразуется мощность.

В третьем умножителе (Рисунок 7), с кратностью умножения n=3, варикап, даже при максимальных напряжениях на нем, закрыт, угол отсечки θ=0. В этом режиме входной гармонический ток с частотой f, протекающий через варикап, создает негармоническое напряжение на варикапе, вследствие которого возникает гармонический выходной ток с частотой nf. Происходит преобразование колебания с одной частоты в колебания другой частоты.

Рисунок 7 Схема умножителя варикапного умножителя

Этот тип умножитель применяется на частотах 2-4ГГц, т.к. благодаря коаксиально- волноводному переходу не происходит самовозбуждение умножителя, помимо этого коаксиально-волноводному переход является также выходным фильтром и согласующим звеном.

Теоретически КПД варикапного умножителя равен 1, в действительности из-за потерь в фильтрах и варикапе КПД<1. Итак в 3-х умножителях КПД=0.7, n=3. Подключая эти умножители последовательно добиваемся общего коэффициента умножения равным 27. Причем, при соединении первых двух умножителей средний колебательный контур можно ставить один, что устранит лишние паразитные емкости и индуктивности, но фильтра обязательно надо ставить два – это улучшит коэффициент подавления побочных частот.

6. Промежуточные каскады

В данной схеме в качестве промежуточных усилительных каскадов используются:

предоконечный (третий) каскада – многорезонаторный пролетный клистрон

второй каскада – лампа бегущей волны ЛБВ 314H;

первый каскада – лампа бегущей волны ЛБВ IIW17A.

В предоконечном каскаде МРК работает в импульсном режиме, причем модуляция производится по управляющему электроду без изменения ускоряющего напряжения, из-за чего не сопровождается паразитной ФМ на фронте и спаде импульса. Этот способ модуляции является наилучшим с точки зрения фазовой стабильности выходного сигнала и качества воспроизведения модулирующего импульса. Предварительное возбуждение входного резонатора исключает влияние его параметров на форму выходного импульса. При этом не нужна большая мощность модулятора, но МРК остается работать в режиме максимальной мощности. Схема такой модуляции МРК приведена на рисунке 8.

Рисунок 7 Схема подключения многорезонаторного пролетного клистрона

В начальных (входных) каскадах стоят ЛБВ, которые работают в непрерывном режиме. На рисунке 9 приведена схема включения ЛБВ.

📎📎📎📎📎📎📎📎📎📎