Приемопередающее устройство.

Приемопередающее устройство РЛС включает передатчик, антенно-волноводное устройство и приемник.

Передатчик и приемник размеща­ются в общем корпусе – приборе, ко­торый называется приемопередатчи­ком. В этом же корпусе размещается антенный переключатель. Канализа­ция колебаний СВЧ от антенного пере­ключателя к антенне и обратно произ­водится с помощью общего волновода. Функциональная схема приемопередающего устройства приведена на рис. 4.2, а, а соответствующие временные диаграммы – на рис, 4.2, б.

Передатчик РЛС вырабатывает мощные кратковременные импульсы сверхвысокой частоты, поступающие для излучения в антенну. Вырабаты­ваются такие импульсы с помощью специального генератора СВЧ, управ­ляемого импульсным модулятором, ко­торый срабатывает при поступлении синхроимпульсов 1 от синхронизатора. Обычно синхронизатор размещается в индикаторном устройстве РЛС, но иногда он может находиться и в приемопередатчике.

В приемопередатчиках судовых РЛС применяются в качестве генера­торов СВЧ специальные устройства – магнетроны, работающие на. фиксиро­ванной частоте в 3- или 10-сантимет­ровом, а иногда и в 8-миллиметровом диапазонах волн. Импульсная работа магнетрона осуществляется при пода­че на него высокого напряжения в те­чение времени, равного требуемой дли­тельности излучения импульсов. В пе­редатчике РЛС длительность СВЧ им­пульсов обусловливается длительностью импульсов модулятора 2, изменение которой связано с переключате­лем шкал дальности ШД в индикаторе РЛС

В связи с тем, что импульсы пере­датчика повторяются через относи­тельно большие интервалы времени, а их длительность незначительна, неэко­номично использовать в качестве ис­точника питания магнетрона обычный источник постоянного тока (выпрями­тель В), рассчитанный на получение необходимой импульсной мощности в любой момент времени. Поэтому в су­довых РЛС функции такого источника возлагают на модулятор, непосредст­венно формирующий один раз за пери­од повторения импульсы постоянного напряжения необходимой мощности, используя для этого энергию сравни­тельно маломощного источника питания.

В современных РЛС могут применяются модуляторы с накопительными конденсаторами для работы с мощными магнетронами или магнитные модуляторы для магнетро­нов меньшей мощности, отличающиеся друг от друга принципом формиро­вания кратковременных высоковольтных импульсов и применяющимися для этого элементами.

Импульсы 3, выработанные генера­тором сверхвысокой частоты ГСВЧ, по волноводу поступают в блок СВЧ непосредственно на антенный переклю­чатель АПи ослабленными до неопас­ного уровня – на смеситель СМ2.

Антенный переключатель обеспечи­вает подключение антенны к передатчику для излучения импульса, а после прекращения излучения – к приемни­ку. Переключение происходит со столь малой задержкой по времени и таким образом, что при излучении импульса в приемник не проходит энергия, спо­собная вызвать его повреждение, а при поступлении отраженных от объек­тов импульсов их энергия не тратится бесполезно в цепях передатчика. Кро­ме того, антенный переключатель пре­дохраняет приемник и в случае при­хода из антенны импульсов, принятых от соседних РЛС. Все эти процессы обеспечиваются газоразрядными и ферритовыми антенными переключате­лями, которые представляют собой оп­ределенное соединение газонаполнен­ных разрядников и специальных волноводных секций.

Волновод, соединяющий приемопе­редатчик с антенной, обеспечивает канализацию СВЧ колебаний в обоих направлениях с минимальными потеря­ми. С помощью вращающегося волноводного перехода ВП, имеющегося в антенне, обеспечивается излучение импульсы 3 и прием отраженных ко­лебаний импульсы 4 последователь­но по всем направлениям горизонта. Вращение антенного устройства произ­водится через замедляющий редуктор от электродвигателя М, включаемого обычно отдельным выключателем. В антенне, кроме того, устанавливают­ся устройства для передачи углового положения антенны в индикатор и по­лучения отметки курса собственного судна на его экране датчик ДУО.

Слабые отраженные импульсы СВЧ из антенны, пройдя через антенный переключатель, поступают в приемник, где они преобразуются по частоте, усиливаются и детектируются. Высокая чувствительность приемника, способного принимать кратковременные им­пульсы, наиболее просто реализуется при использовании супергетеродинного приемника с промежуточной частотой, равной обычно 60 МГц. Поэтому отра­женные импульсы СВЧ без предварительного усиления непосредственно на входе приемника преобразуются в им­пульсы промежуточной частоты. Необ­ходимый в этом случае преобразователь частоты, способный работать на СВЧ, использует гетеродин, выполнен­ный на клистроне или диоде Ганна, и диодный кристаллический смеситель, которые могут работать не только на сантиметровых, но и миллиметровых волнах.

В смеситель поступают непре­рывно вырабатывающиеся колебания 5 гетеродина Г с частотой f _г и отражен­ные импульсы 4 из антенны с частотой колебаний, равной частоте магнетрона f _м. В результате смешивания двух ча­стот вырабатываются импульсы 6 про­межуточной разностной частоты f _п = f _г – f _м, которые получают необходи­мое усиление в УПЧ, а затем подаются на детектор, где преобразуются в ви­деоимпульсы импульсы 9.

В приемнике обычно применяется ручная регулировка общего усиления УПЧ, а также и временная регулиров­ка усиления ВРУ, позволяющая уменьшить усиление для ближних объ­ектов. Схема ВРУ, запускаемая син­хроимпульсом 1, обеспечивает импуль­сом 7 запирание входных каскадов УПЧ на время излучения импульса передатчика, а затем постепенно уве­личивает их усиление по мере прихода отраженных импульсов от все более удаленных объектов. Регулируя амп­литуду импульсов ВРУ, можно в зна­чительной степени устранить помехи от морских волн.

После детектора Дв приемниках РЛС по желанию оператора может быть включена дифференцирующая цепь с малой постоянной времени МПВ, которая выдает укороченные импульсы 10, а в результате – улуч шает разрешающую способность РЛС по расстоянию и уменьшает влияние помех от дождя и др. Иногда в УПЧ приемника предусматривается пере­ключение полосы пропускания.

Применяются два типа усилителей промежуточной частоты: с линейной или логарифмической зависимостью коэффициента усиления от уровня входного сигнала. Логарифмический УПЧ обеспечивает более равномерное усиление слабых и сильных сигналов во всем диапазоне дальности, а также повышает помехоустойчивость РЛС.

При работе РЛС частота магнетро­на, а следовательно, частота принимаемых отраженных импульсов, а так­же и частота гетеродина могут произвольно меняться. Следовательно, раз­ностная частота в этом случае будет отличаться от той частоты, на которую настроены контуры усилителя промежуточной частоты, и усиление прием­ника снижается. Для устранения этого явления радиолокационный приемник должен иметь устройство для автоматической подстройки частоты АПЧ или ручной подстройки частоты РПЧ.

Блок АПЧ следит за изменением промежуточной частоты, сравнивая ее с частотой настройки УПЧ, и, воздейст­вуя при наличии разницы этих частот на гетеродин, изменяет частоту его колебаний так, чтобы промежуточная частота оставалась неизменной. В бо­лее простых РЛС может быть только РПЧ.

 

 

Индикаторное устройство судовой РЛС фиксирует на своем экране местоположение всех обнаруженных объек­тов и позволяет измерить их полярные координаты. Для этого индикатор содержит ряд функционально связанных друг с другом блоков и все органы, необхо­димые для управления РЛС. Обычно внутри индика­торного устройства размещается син­хронизатор, который обеспечивает вре­менное согласование работы индика­тора РЛС и приемопередат­чика.

В судовых РЛС применяют двух­мерные индикаторы, которые опреде­ляют координаты полярной системы – расстояние и азимут (курсовой угол или пеленг). Такие индикаторы выпол­няют только на ЭЛТ с длительным послесвечением экрана. В зависимости от положения центра развертки (цент­ра координат) на экране индикаторы судовых РЛС могут быть либо индика­торами кругового обзора (ИКО), либо секторного. В соответствии с типом ин­дикации они разделяются на индика­торы относительного и истинного дви­жения. Ориентировка изображения ИОД может быть либо по меридиану, либо по курсу, либо ориентировка «стабилизированный курс». В ИИД применяется в основном ориентировка изображения по меридиану, в некото­рых случаях – ориентировка «стаби­лизированный курс», иногда при ре­жиме истинного движения центр развертки все время сохраняется в центре экрана.

 

Кроме основного индикатора с от­носительным или истинным движени­ем, в РЛС применяют также различ­ные вспомогательные индикаторы, дублирующие или специального наз­начения, например для решения зада­чи расхождения судов.

Определение координат по расстоя­нию и курсовому углу, пеленгу в индикаторе судовой РЛС осуществляет­ся при радиально-круговой развертке луча на его экране. Поэтому основная задача индикаторов — получение раз­вертки этого вида (при возможности смещения центра по экрану ЭЛТ) и создание отметок для отсчета расстоя­ния и направления. Для этого индика­тор должен содержать:

ЭЛТ с соответствующими схемами для управления лучом;

устройство, обеспечивающее полу­чение радиально-круговой развертки при различных способах ориентировки изображения;

устройство для смещения центра развертки на экране ЭЛТ в заданную точку или в соответствии с движением собственного судна;

устройства для получения электрон­ного визира и вспомогательных отме­ток (НКД, ПКД, отметки курса и т. д.) и подачи их на ЭЛТ.

Функциональная схема и времен­ные диаграммы индикаторного устройства, отвечающего перечисленным тре­бованиям, приведены на рис. 4,3.

Импульс 1 от синхронизатора по­ступает на ряд блоков, обеспечиваю­щих получение развертки луча на эк­ране ЭЛТ и формирование вспомога­тельных отметок.

Формирование импульсов 2 радиально круговой развертки РКР и импульсов 2' развертки электронного ви­зира направления ЭВН осуществляет­ся блоками РКР и ЭВН. Чередование импульсов разверток во времени обеспечивается коммутатором К. Импуль­сы идут друг за другом или вместо одного из импульсов развертки РКР по­дается импульс развертки ЭВН. Поступают импульсы развертки на систе­му неподвижных взаимно перпендикулярных катушек КО,размещенных на горловине ЭЛТ совместно с катушка­ми смещения центра КС. Направление отклонения луча РКР на экране зада­ется блоком связи с антенной и гиро­компасом САГ, на который подаются сигналы от антенного устройства АУ и гирокомпаса ГК. Благодаря соответствующему изменению амплитуды им­пульсов РКР в.катушках отклонения при вращении антенны происходит синхронно-синфазное вращение луча на экране ЭЛТ и антенны.

При ориентировке «Север» вводят­ся данные от гирокомпаса и луч развертки дополнительно разворачивает­ся на угол истинного курса судна, что и делает изображение на экране неза­висимым от рыскания судна или изме­нения его курса. При переходе от ори­ентировки «Курс» к ориентировке «Се­вер» требуется согласование с показа­ниями гирокомпаса.

Длительность импульсов РКР на различных шкалах дальности изменя­ется переключателем ШД. Одновре­менно с этим происходит изменение длительности импульсов подсветки лу­ча 3, обеспечивающих свечение луча развертки только при отклонении от центра экрана к его краю. Подаются эти импульсы на электрод, управляю­щий яркостью луча ЭЛТ.

Блок ЭВН вырабатывает импуль­сы развертки 2' способом, аналогич­ным способу получения импульсов РКР, но направление луча развертки визира на экране ЭЛТ задается руч­кой «Направление ЭВН». Импульсы подсветки визира 3' подсвечивают луч так же, как и импульсы 3, только при отклонении луча из центра развертки. Осуществив связь между блоками ЭВН и ПКД, можно создать на визир­ной линии, непрерывно видимую яр­кую точку, удаленную от центра на расстояние, установленное ручкой «Дальность». В некоторых РЛС блок ПКД может изменять длительность импульса подсветки визира, изменяя тем самым светящуюся длину визира на экране. В РЛС без электронного ви­зира блоки К и ЭВН отсутствуют.

Смещение центра развертки из цен­тра экрана достигается с помощью блока смещения БС, из которого на катушки смещения подаются постоян­ные токи определенной величины и на­правления. С помощью ручек «X» и «У» изменяют величину и направление токов в обеих катушках, благодаря чему центр развертки можно устанав­ливать в любую точку экрана (обычно в пределах не далее ²/₃ радиуса экра­на от его центра).

При наличии в РЛС истинного дви­жения блок ИИД, связанный с гирокомпасом и лагом, производит плав­ное смещение центра развертки в соответствии с движением собственного судна. Скорость перемещения центра на различных шкалах дальности зада­ется переключателем ШД.

Видеоимпульсы 4 с выхода прием­ника поступают на электрод управле­ния яркостью ЭЛТ через видеосмеси­тель ВС. Кроме того, через видеосме­ситель на ЭЛТ поступают импульсы НКД, ПКД и отметки курса, выраба­тываемые отдельными блоками. Блок НКД вырабатывает серию кратковре­менных импульсов 5, повторяющихся с заданным периодом Т _НКД. Поступле­ние этих импульсов на ЭЛТ вызывает периодическое увеличение яркости лу­ча РКР и на нем образуются светя­щиеся точки, которые при вращении луча создают неподвижные кольца дальности (метки дальности). Блок ПКД вырабатывает в течение каждого хода развертки кратковременные оди­ночные импульсы 6, временное поло­жение которых можно изменять руч­кой «Дальность». Отметка курса на экране ЭЛТ создается импульсами 7, которые при пересечении антенной носового направления судна увеличивают яркость РКР в течение нескольких ее ходов (во время формирования им­пульсов развертки ЭВН импульсы 7 отсутствуют). Совместное действие всех импульсов (диаграмма 5 на рис. 4.3, б) создает полное радиолока­ционное изображение на экране инди­катора. Регулировка общей яркости РКР и электронного визира, НКД, ПКД, ОК, осуществляется отдельными ручками, изменяющими амплитуду им­пульсов подсветки 3 и 3' и амплитуду импульсов меток дальности и отметки курса.

В качестве синхронизатора в РЛС используются формирователи кратковременных импульсов как вы­полненные по сравнительно сложным схемам с высокой стабильностью пе­риода повторения, так и более простые генераторы импульсов. В синхрониза­торах предусматривается переключе­ние частоты повторения вырабатывае­мых импульсов на различных шкалах дальности. Иногда частоту повторения можно «качать» в некоторых пределах с целью устранения помех на последу­ющих ходах развертки, которые могут возникать от удаленных объектов при сверхрефракции. В некоторых РЛС синхронизатор, помимо синхроимпуль­сов, может вырабатывать и ряд других импульсов, которые обычно получают в блоках индикатора и приемопередат­чика, например импульсы ПКД, НКД, подсветки, ВРУ и др.

Необходимое временное положение синхроимпульсов, поступающих в запускаемые блоки, обеспечивается в РЛС линиями задержки, которые включаются в соответствующую цепь. Это позволяет учесть как время сраба­тывания данных блоков, так и длину соединяющих кабелей. При необходи­мости отдельные блоки могут быть за­пущены ранее других.