Замедляющие системы. Генераторы с электрическим управлением электронным потоком. Методы и устройства стабилизации частоты и фазы колебании в задающих генераторах простых и сложных сигналов, страница 42





Активной ФАР (pиc. 8.12) называют такую многоэлементную сканирующую питейную систему, в тракт каждого излучателя ко­торой включен активный элемент: усилитель,    синхронизируемый

автогенератор или преобразователь частоты на активном электро­вакуумном или полупроводниковом приборе. Генераторные прибо­ры располагаются и непосредственно близости от излучателя, чтобы исключить необходимость высокочастотного фидерного трак­та на высоком уровне мощности и тем самым существенно умень­шить высокочастотные потери и фазовые    искажения сигнала.

Сдвиг фазы, необходимый для отклонения луча, осуществляется на вход усилителя на малом уровне мощности.

Полуактивная (комбинированная) ФАР (рис. 8.13) представ­ляет совокупность решеток с пассивными   элементами, которые

питаются от одного генераторного прибора. Делители мощности распределяют энергию между элементами подрешетки, причем делители во всех подрешетках одинаковы. На установленные пе­ред каждым излучателем маломощные фазовращатели подаются команды отклонения луча.

Современные ФАР разрабатываются для различных диапазо­нов волн, Чем короче волна, тем менее пригодным (из-за умень­шения размера модуля) становится обычный принцип построения аппаратуры. Уже в коротковолновой части дециметрового диапа­зона волн конструкция модуля и входящих в него электровакуумных приборов сливаются. При последующем укорочении длины волны требования уменьшения поперечного сечения модуля и по­лучения заданной выходном мощности становятся настолько про­тиворечивыми, что создание мощного активного модуля практи­чески невозможно. В настоящее время это сказывается, начиная с длины l»10 см. Эта граница условна: она определяется воз­можностями генераторных приборов РПУ. Появление новых гене­раторных приборов и совершенствование их конструкции позво­лит отодвинуть эту границу в сторону более коротких волн.

Таким образом, если в метровом диапазоне волн в настоящее время возможность реализации активных модулей не вызывает

сомнений, то в сантиметровом диапазоне создание активных мо­дулей с выходной мощностью в несколько десятков киловатт пока затруднительно и приходится использовать полуактивные ФАР на базе укрупнения модулей, питающих группы излучателей.

Выходная  мощность активного модуля определяется требова­нием к уровню мощности излучения и равна

где

PS — полная мощность излучения; N — число модулей в решетке.

Повышение коэффициента усиления генераторного прибора активного модуля позволяет уменьшить мощность возбуждения и, следовательно, мощность потерь в распределительном устройстве, на которое приходится основная часть высокочастотных потерь. С увеличением числа модулей при неизменном шаге решетки су­жается ее диаграмма направленности и увеличиваются потери в распределительной системе. Поэтому для решеток с узкими диаг­раммами направленности следует использовать модули с боль­шим коэффициентом усиления. Однако рост коэффициента усиле­ния ограничивается запасом устойчивости усилителя или синхрон­ного режима автогенератора. Кроме того, возможны ограничения, связанные с увеличением фазовой нестабильности в модулях, вследствие роста крутизны фазовой характеристики генератора.

Важное значение имеет КПД активного модуля ФАР, который определяет КПД решетки в целом. От него зависит тепловой ре­жим модулей решетки. Низкий КПД генераторов неизбежно приводит к тяжелым тепловым режимам и ограничивает макси­мальную мощность излучения.

Другой важной характеристикой генератора в решетках с ши­рокоугольным  сканированием является его нагрузочная характе­ристика   (зависимость выходной мощности и фазы выходных ко­лебаний от полного   входного сопротивления излучателя zвх ). При сканировании входное сопротивление излучателя изменяется в широких пределах из-за их взаимодействия, причем законы из­менении zвх оказываются различными для центральных и периферийных излучателей. Изменение входного сопротивления  излучателя вызывает изменение выходного сопротивления генератора, что вызывает изменение амплитуды, фазы и режима работы гене­ратора. Таким образом, изменение входного сопротивления излу­чателя  при сканировании  приводит к появлению амплитудных и фазовых ошибок на выходе модули, снижению КПД и смещению (диаграммы направленности.

Одним из радикальных способов уменьшения влияния входного сопротивления излучателя на параметры модуля является ис­пользование ферритовых вентилей и циркуляторов, включенных на выходе генераторов ФАР,

Структурная схема варианта передатчика с активной ФАР изо­бражена на рис. 8.14. Она содержит n2 активных модулей, в ко­торых могут быть использованы электровакуумные или полупро­водниковые генераторные приборы. Управление лучом в горизон­тальной плоскости осуществляется фазовращателями на высокой

частоте, а в вертикальной плоскости — фазовращателями на промежуточной частоте. В возбудителе используется кварцевая ста­билизация и умножители частоты. Формирование сигнала осуще­ствляется путем смешения ЛЧМ сигнала промежуточной частоты и высокочастотного сигнала с выхода умножителя частоты.

Передатчик комбинированной ФАР РЛС Cobra Dane представлен на рис. 8.15. Антенная решетка состоит из 34768 элемен­тов, 15360 из которых являются приемно-передающими. Осталь­ные элементы способствуют формированию диаграммы направлен­ности антенны. Всего ФАР содержит 96 подрешеток. Питание каждой подрешетки производится отдельной ЛБВ (выходной уси­литель) с импульсной мощностью 160 кВт. Общая мощность пе­редатчика составляет примерно 15,4 МВт. В общий фидер каждой подрешетки после предварительного усилителя включены шестисекционные схемы временной задержки и пятиразрядные мало­мощные фазовращатели. Мгновенная ширина полосы пропуска­ния ФАР может достигать 200 МГц. В РЛС используется боль-

ой набор зондирующих сигналов, применяемых в различных режимах работы станции  (поиск, сопровождение цели, распознава-