Расчет радиолокационного приемника

      Регулировка бывает ручной и автоматической. Первая служит для установки исходных показателей  РПрУ, вторая поддерживает выбранные  показатели на требуемом уровне. Некоторые виды регулировок можно отнести к смешанным. В современных РПрУ для регулировок, управления и контроля широко используют микропроцессоры. В ряде приемников предусматривается дистанционное управление. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

      ПРАКТИЧЕСКИЙ РАЗДЕЛ 

2.1. Задание 

      Согласно  заданию варианта № 8 необходимо произвести расчет радиолокационного приемника, удовлетворяющего следующим параметрам: 
1. Рабочая частота 800 МГц

2. Чувствительность 10 мкВ.  
3. Длительность импульсов 5 мкс.  
4. Частота повторения импульсов 0,4 кГц. 
5. Вероятность правильного обнаружения 0,99. 
6. Вероятность ложной тревоги 0,00001. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

2.2. Общие сведения  о радиолокационных  приемниках. Составление структурной схемы

 

      Активные  радиолокационные станции облучают объект радиоволнами и определяют его параметры (координаты, скорость, ускорение и т. д.), принимая отраженную от объекта энергию радиоволн. Поэтому радиолокационный приемник является частью РЛС и работает от общей приемопередающей антенны. Различают РЛС импульсного и непрерывного излучения.  Рассмотрим импульсную РЛС, приемник которой необходимо рассчитать согласно заданию. Расстояние r от импульсной РЛС до объекта измеряется по времени прохождения этого расстояния и обратно зондирующими радиоимпульсами:

где с  – скорость света.

      Направление на объект определяют, вращая остронаправленные  антенны и  сравнивая интенсивности  отраженных сигналов при различных  положениях антенны или при переключении на различные антенны.

      Для повышения точности определения расстояния длительность зондирующих (а при малых размерах объектов и отраженных) радиоимпульсов выбирают малыми (обычно от 0,3 до 3 мкс). Период повторения зондирующих радиоимпульсов для однозначного измерения расстояния до объекта (обычно 30-300 км) выбирают от 0,2 до 4 мс, поэтому скважность обычно составляет от 100 до 1000. Поскольку для наилучшего приеме импульсных радиосигналов на фоне шумов нужно иметь согласно [1]: 
П_с=(1…2)/τ, то

П_с=1,5/5мкс=0,3 МГц (без учета доплеровского сдвиге частот), что соответствует рекомендованному значению [1]: П_с=0,2..20 МГц.

      Работе  приемника РЛС могут мешать: 
      1.  просачивание энергии зондирующих сигналов передатчика;

2. отражения от предметов, окружающих РЛС или объект наблюдения;
3. организованные помехи;
4. пульсации отраженных сигналов.

           Для борьбы с помехами первых двух видов следует быстро восстанавливать усиление приемника после воздействия на него сильных помех.

           Для защиты приемника от зондирующих радиоимпульсов можно использовать быстродействующие антенные переключатели АП (рис. 21), автоматически переключающие антенну с передачи на прием и обратно. Во время излучения зондирующего радиоимпульса передатчика разрядники антенного переключателя Р1 и Р2 пробиваются и сопротивления четвертьволновых отрезков в точках аб и вг резко увеличиваются, поэтому энергия зондирующего радиоимпульса проникает в антенну и практически не ответвляется в приемник.

    

           Рисунок 21. Возможная схема антенного  переключателя импульсной РЛС. 

           Энергия отраженных импульсов поступает в приемник и не ответвляется в передатчик, т. к. после окончания излучения передатчика разряд Р1 и Р2 прекращается, и в точках аб и вг сопротивление ответвления к передатчику становится большим, а к приемнику – малым.

   

      

 Рисунок 22. Схема РЛС с визуальным определением  дальности и угловых координат  объектов. 

      Разрядник защиты приемника Р2 снабжается резонатором, через который проходит энергия отраженных сигналов и который обеспечивает избирательность по зеркальному каналу.

      РЛС, предназначенная для визуального  определения координат, представлена на рис. 22. Мотор М поворачивает узкую  диаграмму направленности антенны  А по азимуту и углу места и  с/п генератора развертки ГРУ  синхронно перемещает луч индикатора ИУ с большим послесвечением экрана. Отраженные от объекта сигналы увеличивают яркость луча, засвечивая экран в точке, соответствующей направлению на объект. Синхрогенератор Сг запускает передатчик Прд и генератор развертки дальности ГРД, который перемещает по горизонтали луч индикатора дальности с малым послесвечением экрана ИД. По вертикали луч отклоняется в моменты прихода сигналов. Передатчик и приемник подключаются поочередно к общей антенне с/п ферритового антенного переключателя ФАП. Радиоимпульсы передатчика, просачивающиеся через ФАП, ослабляются в устройстве защиты приемника УЗП.

      Для повышения чувствительности приемника  можно использовать однокаскадный параметрический УРЧ (ПУ), что необходимо и в данном расчете радиолокационного приемника для повышения качества его работы, т. к. указанный в задании уровень чувствительности 10 мкВ относительно мал.

      Следующее далее устройство подавления зеркального  канала УПЗК повышает  избирательность  приемника и снижает уровень  шума. Смеситель С1 (обычно балансный) уменьшает рост уровня шумов под действием гетеродина.

      Рассмотрим  также схему РЛС с селекцией  подвижных объектов (рис. 23), предназначенной  для выделения сигналов от движущихся объектов на фоне отражений  от неподвижного окружающего фона.

    Рисунок 23. Схема РЛС с селекцией подвижных объектов. 

      Излученные  передатчиком зондирующие радиоимпульсы  через переключатель АП и антенну  А достигают объектов, отражаются от них и через А, АП и УРЧ  поступают на смеситель С. Здесь  стабильный гетеродин Г преобразует  их частоту в промежуточную. После усиления в УПЧ преобразованные сигналы через ограничитель О подводятся к фазовому детектору ФД. Радиоимпульсы передатчика ослабляются аттенюатором АТ, преобразуются с помощью стабильного гетеродина Г и смесителя С2 в промежуточную частоту используются для стабилизации колебаний когерентного гетеродина  Кг по частоте и фазе.

      Таким образом, на вход ФД поступают напряжение от генератора КГ, жестко связанное  с частотой и фазой колебаний  передатчика, и напряжение усиленных  отраженных сигналов подвижных объектов, фаза которых относительно колебаний передатчика меняется от импульс к импульсу из-за доплеровского эффекта, вызванного движением отражающего объекта.

      На  выходе ФД получаем от подвижных объектов видеоимпульсы с меняющейся амплитудой, обусловленной изменяющимся фазовым сдвигом между отраженными сигналами и колебаниями КГ. Сигналы отражений от неподвижного фона от одного периода следования импульсов к другому не меняются. После прохождения через каскад вычитания КВ импульсов, задержанных в линии задержки ЛЗ на период повторения Т_и, и импульсов, прошедших без задержки, напряжение, созданное фоном, будет равно нулю, и помехи от фона не будут мешать приему сигналов, отраженных от подвижных объектов. Из-за нерегулярного движения фона (моря, облаков, кустарников и т. д.) полной компенсации отраженных от фона сигналов не будет. Но заметное ослабление мешающего действия фона может быть получено. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

2.3. Расчет преобразователя частоты 

      Произведем  расчет транзисторного преобразователя частоты с внешним гетеродином (рис. 24). В таком преобразователе сигнал U_с от УРЧ поступает к базе биполярного транзистора смесителя, включенного по схеме с ОЭ. При таком включении входная проводимость смесителя для напряжения сигнала получается меньшей, чем в схеме с ОБ [1]. 

                                     Рисунок 24. 

Напряжение  гетеродина поступает в цепь эмиттера смесителя и по отношению к  гетеродину смеситель оказывается  включенным по схеме с ОБ, т. к. цепь сигнала представляет короткое замыкание для колебаний гетеродина. Подача сигнала и гетеродина на различные электроды ослабляет связь между их цепями и повышает стабильность частоты гетеродина, хотя при этом увеличиваются входная проводимость смесителя и потребление мощности гетеродином. В цепь коллектора смесителя включен резонансный контур, настроенный на промежуточную частоту 10,7 МГц. С помощью резисторов R1 и R2 подается напряжение смещения на базу транзистора Т. Цепь R4, C2 служит для стабилизации режима работы транзистора при изменении температуры окружающей среды. Резистор R3 используется для подачи напряжения гетеродина в цепь эмиттера. Конденсатор С3 не пропускает постоянную составляющую тока эмиттера в цепь гетеродина. Для того, чтобы ослабить побочные каналы приема и свисты, смеситель должен работать без отсечки коллекторного тока, т. е. при

I_k=1 мА, U_г=100-200 мВ, U_с=<5-10 мВ [1].

      Произведем  расчет элементов схемы смесителя для транзистора КТ312Г, характеристики которого согласно [4] приведены в прилижении:

T_max=60 C, T_min=-40 C [1],

определим изменение обратного тока коллектора:

=8 мкА – для кремниевых транзисторов [1].

Находим тепловое смещение напряжения базы

=72 мВ, где 

Нестабильность  коллекторного тока:

=0,3413 мА.

Вычисляем сопротивления резисторов:

=300 Ом,

где  g₁₁=6 мСм,

=7700 Ом.

Выбираем  значения номинальных сопротивлений  резисторов из ряда Е24 R_э=330 Ом, R_ф=7,5 кОм.

Е_п=12 В;   U_кэ=4 В – по характеристикам.

=100 кОм,

=2,7 кОм.

=330 пФ – из стандартного ряда номинальных емкостей Е24.

=13 пФ.

С1=5,1 пФ,        Х_с=10 Ом<<R_д1, R_д2.

Рассчитаем  емкость и индуктивность контура:

W*L=1/(W*C)

L=0,01 мкГн,

С=3,9 пФ.

Согласно  [1] С_м=3..5 пФ, примем С_м=4 пФ.

С_вых=3+4=7 пФ.

При автотрансформаторном включении согласно [3]:

коллекторная  нагрузка смесителя состоит из двух резонансных контуров.

      Следует напомнить, что резонансные усилители  склонны к самовозбуждению. Причина  этого становится очевидной, если обратить внимание на то, что на частоте, чуть ниже резонансной, полное сопротивление параллельного RLC-контура еще велико и имеет слегка индуктивный характер. В общем случае

             

      Можно показать, что благодаря эффекту  Миллера (Miller) эта индуктивность появится на входе в виде отрицательного сопротивления. Если его величина окажется больше, чем положительное сопротивление во входной цепи, то возникнут колебания, но это не будут стабильные, четко заданные колебания усилителя с положительной обратной связью. Отрицательное сопротивление является нелинейной величиной, что делает анализ природы такой генерации очень сложным. Нетрудно, однако, определить условия возникновения генерации.

     Решение проблемы состоит и том. чтобы сделать эффективное сопротивление резонансного контура малым «с точки зрения» транзистора. Это можно сделать с помощью отвода от первичной обмотки трансформатора ПЧ. Такой метод называется выбором связи транзистора с колебательным контуром.

р=95 Ом.

Rакт=5 Ом [3].

Q=95/5=19.

Q_эфф=1.

L_и+L_c=0,01 мкГн.

L_и=0,0005 мкГн.

L_с=0,0095 мкГн.