Разработка импульсного передатчика СВЧ-диапазона (мощность – 500 кВт, диапазон рабочих частот – 1200-1400 МГц)

1.  Выбор, обоснование технических требований и структурной схемы передатчика.

Радиолокация решает задачи обнаружения, определения координат и параметров движения различных объектов с помощью отражения или переизлучения радиоволн. В последнем случае на борту объекта устанавливается приёмопередатчик (ответчик).

Ответный сигнал, излучаемый ответчиком, может иметь мощность значительно большую, чем отражённый сигнал, поэтому дальность действия системы повышается. Кроме того, ответный сигнал может быть использован для передачи дополнительной информации с объекта, например, данных телеметрии.

Радионавигация решает задачи вождения кораблей, самолётов и других объектов с помощью радиосредств. Таким образом, радиолокация и радионавигация тесно связаны общностью основной решаемой ими задачи: определение координат объекта. Во многих случаях радиолокационные станции используются для решения чисто навигационных задач. Это во многом определяет общность принципов построения передатчиков радиолокационных и радионавигационных систем.

В передатчиках рассматриваемых радиотехнических систем используются импульсная и частотная модуляция. Технические требования к радиолокационным и радионавигационным передатчикам определяются требованиями к точности определения координат и помехозащищённости радиотехнической системы. На точность, однозначность определения координат, в частности, влияет стабильность фазы или частоты, амплитудные и частотные искажения, обусловленные неравномерностью АЧХ и нелинейностью ФЧХ.

Одним из факторов, определяющим помехозащищённость системы, является режим работы передатчика (одночастотный, двух- или многочастотный), а также перестройка частоты от импульса к импульсу или внутри импульса. Определим требования к нестабильности частоты (фазы) генерируемых колебаний и параметров периодической последовательности импульсов (периода повторений, переднего фронта импульса) для некоторых типов передатчиков РЛС.

В передатчиках РЛС, не использующих методы оптимальной обработки отражённого сигнала (обычные РЛС), допустимые изменения частоты генератора СВЧ передатчика ограничиваются полосой захвата АПЧ гетеродина приёмника. Нестабильность частоты в импульсе из-за наличия спада напряжения на вершине модулирующего импульса определяется соотношением:

, где  - длительность импульса передатчика.

Нестабильность запуска генератора СВЧ или допустимое изменение начала импульса связано с ошибкой изменения дальности зависимостью:

( выражено в микросекундах, а  - в метрах).

В передатчиках РЛС, имеющих систему селекции движущихся целей (СДЦ), основанную на когерентно-импульсном методе, нестабильность частоты генератора СВЧ, местного и когерентного гетеродинов не позволяет достаточно полно скомпенсировать отражения от неподвижных объектов, маскирующих подвижную цель. Требования к стабильности частоты определяются величиной некомпенсированного остаточного напряжения на выходе компенсирующего устройства приёмника, которое оценивается коэффициентом подавления .

Достаточно хорошая работа системы СДЦ  получается при =

-20-30 дБ.

Допустимый уход частоты местного или когерентного гетеродинов за период следования импульсов равен:

, где  - время прохождения импульса до цели и обратно;

D – расстояние до цели; с – скорость света.

Кратковременная (за период следования импульсов) нестабильность частоты генератора СВЧ передатчика

.

Так как >>, то требования к стабильности частоты местного и когерентного гетеродина более жёсткие, чем к генератору СВЧ. На генератор СВЧ дополнительно накладывается требование максимально допустимого ухода за время длительности импульса.

.

При выполнении этого условия практически исключаются нежелательные изменения амплитуды сигналов неподвижных объектов, вызванные биениями из-за различия частот в пределах импульса.

Структурная схема импульсного передатчика с одним генератором СВЧ:

В качестве генератора СВЧ используется магнетрон. Для удовлетворения жёстких требований к стабильности частоты используется стабилизация частоты с помощью дополнительных резонаторов и автоматической подстройки частоты.

2.  Выбор, обоснование и энергетический расчёт принципиальной схемы.

2.1. Расчёт генератора СВЧ.

Исходные данные:

1. Передатчик должен обеспечить высокую стабильность частоты, поэтому предусматриваем включение циркулятора с прямым затуханием  и обратным затуханием .

Импульсная мощность на выходе магнетрона

, при КПД .