Занятие № 4. Устройства обработки сигналов

Лекция

для проведения факультативасо студентами второго курса

по военно-профессиональной учебной дисциплине

«Основы построения зенитных комплексов»

 

Тема № 4. Основы теории радиолокационных сигналов

 

 

ВВЕДЕНИЕ

В радиотехнике зачастую возникает необходимость переноса спектра сигнала из области высоких частоты в область низких и наоборот. Для этой цели служит преобразователь частоты.

Временной дискриминатор применяется для преобразования временных интервалов в напряжение сигнала ошибки. Данное устройство используется в следящих системах измерения дальности.

 

1. ПРЕОБРАЗОВАНИЕ ЧАСТОТЫ

 

Преобразование частоты – процесс увеличения или уменьшения частоты. Преобразование частоты осуществляется преобразователями частоты.

Преобразователь частоты состоит из смесителя и гетеродина.

В качестве гетеродина применяется генератор гармонических колебаний.

Смеситель – это устройство, на входы которого подаются два колебания с различными частотами, а на выходе образуются колебания с частотой, равной сумме частот и разности частот. В зависимости от того, в каком устройстве используется преобразователь частоты, с помощью фильтра подавляют сигнал одной частоты и выделяют сигнал другой частоты.

Рис. 1. Структурная схема преобразователя частоты

 

Типичная схема диодного двухтактного смесителя показана на рисунке.

Рис. 2. Схема двухтактного диодного смесителя

 

На катушку L1 подается напряжение сигнала частотой f _с, под действием которого знаки напряжения на L2 (а, следовательно, и на диодах) поочередно меняются. Поэтому диоды поочередно открываются и закрываются.

На средние точки катушек L2 и L3 подается напряжение гетеродина частотой f _г, под действием которого знаки напряжения на L2 (а, следовательно, и на диодах) меняются одновременно. Поэтому диоды под действием напряжения гетеродина открываются и закрываются одновременно.

В результате взаимодействия двух напряжений разных частот возникают напряжения биений, частоты которых равны сумме и разности частот гетеродина и сигнала f _г ± f _с.

Выходной контур L4C на резонансную частоту того сигнала, который необходим для дальнейшей работы. Так, в приемниках используется разностная частота (называемая промежуточной). В передатчиках используется суммарная частота.

Математически работу смесителя можно описать произведением косинусов (или синусов):

,

где f _г - частота гетеродина;

f _с - частота сигнала.

Как видно из выражения, результирующее напряжение складывается из напряжений суммы и разности частот гетеродина и сигнала.

а) напряжение сигнала

б) напряжение гетеродина

в) напряжение биений

Рис. 3. Формирование напряжения биений на смесителе

 

Для контроля функционирования смесителя измеряют ток, проходящий через диоды. Результат измерения выводят на измерительный прибор, находящийся на передней панели блока.

 

2. ВРЕМЕННОЙ ДИСКРИМИНАТОР

 

Временной дискриминатор – это электронное устройство, преобразующее временной интервал между импульсами в напряжение, величина которого зависит от величины временного интервала, а знак – от временного положения (опережения или отставания) первого импульса относительно второго.

Таким образом, временной дискриминатор - это электронное устройство с двумя входами и одним выходом. На входы подаются импульсы. На выходе формируется медленно меняющееся разнополярное напряжение, величина и знак которого зависит от временного положения входных импульсов относительно друг друга. Если данные импульсы совпадают по времени, то напряжение на выходе равно нулю. Если импульсы не совпадают по времени, то на выходе образуется напряжение, пропорциональное временному рассогласованию.

Временной дискриминатор применяется в системах измерения дальности. В качестве одного импульса используется эхосигнал, а в качестве другого – пара импульсов, следующих встык друг за другом, и называемых полустробами.

Рис. 4. Сигналы на элементах временного дискриминатора

 

Принцип действия временного дискриминатора заключается в следующем. На вход усилителей поступают импульсы, отраженные от целей и местных предметов (пассивная помеха). Усилители большую часть времени закрыты и открываются только в момент прихода полустробов (поэтому усилители называют стробируемыми). Момент прихода полустробов может изменяться в пределах от нуля до периода повторения.

Рис. 5. Структурная схема временного дискриминатора

 

На выходах стробируемых усилителей образуются импульсы, амплитуда которых соответствует временному совпадению полустробов с отметкой от цели. Данные импульсы сглаживаются на интеграторах и превращаются в постоянные напряжения, величина которых соответствует амплитудам импульсов с выходов усилителей. Сглаженные напряжения вычитаются на устройстве вычитания. Напряжение на выходе устройства вычитания является сигналом ошибки. Если стык полустробов совпадает с серединой импульса, то сигнал ошибки равен нулю.

Для слежения полустробов за отметкой от цели сигнал ошибки подается на устройство формирования полустробов, которое изменяет временную задержку полустробов таким образом, чтобы свести сигнал ошибки к нулю.

Временная задержка изменяется вручную оператором (ручной режим) или автоматически (автоматический режим).

Рис. 6. Следящие полустробы

 

Для автоматического совмещения стробов с отметкой от цели служит СИД, основу которой составляет временной дискриминатор.

 

 

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

 

На лекции изучены преобразователь частоты и временной дискриминатор. Преобразователь частоты находит широкое применение в радиоприемных устройствах для понижения частоты несущего сигнала до величины промежуточной частоты, на которой происходит основное усиление сигнала. Временной дискриминатор применяется в следящих системах измерения дальности для выделения сигнала ошибки.

 

Разработал:

доцент кафедры, КТН, доцент

Г. Рудианов