Импульсный передатчик РЛС с селекцией движущихся целей

Структурная схема каскадного импульсного передатчика изображена на рис. 2.1:

Рис. 2.1

Маломощный возбудитель работает в непрерывном режиме, что облегчает получение высокой стабильности частоты. В качестве возбудителя (задающего генератора) могут использоваться: стабилизированные внешним высокодобротным резонатором полупроводниковый генератор СВЧ, автогенератор на пролетном клистроне, маломощный магнетрон  непрерывного режима или кварцевый генератор с умножителем частоты.

В промежуточных каскадах усиления применяются ЛБВ и МРК. В последних мощных каскадах передатчика целесообразно использовать амплитроны, так как, помимо широкополосности , они обладают высоким КПД. В оконечном каскаде для увеличения выходной мощности амплитроны могут включаться параллельно. Оконечный и предоконечный усилители, как правило, работают в импульсном режиме.

Межкаскадные ферритовые вентили обеспечивают повышение устойчивости работы и стабильности частоты и фазы СВЧ колебаний передатчика.

Недостатком данной схемы является большое количество каскадов.

2.1.  ПРЕДВАРИТЕЛЬНЫЙ РАСЧЕТ

Задачей составления структурной схемы состоит в том, чтобы определить рациональное число каскадов высокой частоты между возбудителем и выходом передатчика (антенной), обеспечивающее выполнение заданных технических требований к передатчику.

Расчет структурной схемы высокочастотной части каскадного передатчика начинается с выходного каскада.

Исходные данные:

1.  Мощность импульса , кВт                                               500

2.  КСВН                                                                                              1,6

Допустимый уход частоты местного или когерентного гетеродина за период следования импульсов равен

Δf_{П.ДОП .Т} =   К₀ /2π τ = 0,032/2·3,14·5·10^-6 = 1007 Гц.             (2.1)

Здесь К₀ взят в разах (К₀ (раз) = 10 ^К₀ ^{( дБ ) /10} = 10 ^{-15 /10} = 0,032).

Нестабильность частоты за время импульса

Δf_{П.ДОП .τ} =  1/πτ = 1/3,14·5·10^-6 = 63,663 кГц.                         (2.2)

Выходную мощность, которую должен обеспечить выходной каскад, определяется по формуле:

,                                        (2.3)

где  - прямое затухание ферритового устройства.

КПД антенно - фидерного тракта принимаем равным .

Коэффициент отражения нагрузки равен определяется по формуле:

.                                              (2.4)

На выходе передатчика, как правило, включается циркулятор, который выполняет функцию антенного переключателя. Это устройство уменьшает влияние изменения параметров нагрузки на частоту (фазу) и выходную мощность. Прямое и обратное затухание ферритовых устройств составляет соответственно , .

Коэффициент отражения нагрузки равен: 0,231

Принимаем КПД антенно - фидерного тракта принимаем равным , а прямое затухание ферритового устройства .

Тогда выходная мощность равна:

 

(2.5)

По величине                                      выбираем амплитрон QK – 434 из справочной литературы [1], который будет работать в импульсном режиме.

Его основные характеристики:

1.  Полоса частот , ГГц                                                          1,2 – 1,4

2.  Выходная импульсная мощность , МВт               0,8

3.  Выходная средняя мощность , кВт                         -

4.  КПД,                                                                                 50

5.  Коэффициент усиления , дБ                                            8

6.  Длительность импульса , мкс                                           1-5

7.  Напряжение анода , кВ                                                   40

8.  Ток анода , А                                                                    25-30

Определим максимальный сдвиг частоты выходного сигнала относительно входного, обусловленный параметрами нагрузки:

                                                                                     (2.6)

Здесь коэффициент отражения от выхода энергии амплитрона принят Г_н=0.2, а затухание в амплитроне .

Зная номинальную мощность выходного усилителя СВЧ , находим величину мощности, которую должен иметь предоконечный усилитель:

,                                    (2.7)

где  - коэффициент отражения входа оконечного усилителя, а  - прямое затухание межкаскадного развязывающего устройства (ферритового вентиля).

Исходя из величины мощности , аналогично предыдущему определяется выходная мощность следующего каскада , выбирается тип усилителя СВЧ, его коэффициент усиления , напряжение  ток  анода. Так продолжается до тех пор, пока необходимая мощность очередного каскада не окажется равной (или несколько меньшей) мощности , которую должен обеспечить возбудитель (обычно ).

Мощность, которую должен обеспечить второй каскад, равна:

(2.8)

 

По величине                                      выбираем многорезонаторный пролетный клистрон  КИУ-17 из справочной литературы [1], который будет работать в импульсном режиме.

Его основные характеристики:

1.   Полоса частот , ГГц                                                         1,82

2.  Выходная импульсная мощность , кВт                 100

3.  Выходная средняя мощность , кВт                         0,175

4.  КПД,                                                                                 30

5.  Коэффициент усиления , дБ                                            60

6.  Длительность импульса , мкс                                           -

7.  Напряжение анода , кВ                                                   50

8.  Ток анода , А                                                                    6,5

9.  Полоса частот                                                        0,5

Определим максимальный сдвиг частоты выходного сигнала относительно входного на выходе клистрона:

                                                                                                                (2.9)

      (2.10)

 

Суммарная входная внешняя добротность входного резонатора Q1+Q_ВН = 1000

Мощность, которую должен обеспечить первый каскад, равна:

(2.11)

По величине                                  выбираем ЛБВ TW538 из справочной литературы [1], который будет работать в непрерывном режиме.

1.  Полоса частот , ГГц                                                                    1-2

2.  Выходная средняя мощность , Вт                                     100

3.  Коэффициент усиления , дБ                                                      30

4.  Ток анода , мА                                                                               3200

5.  Напряжение анода , кВ                                                            , кВ                                                           7

6. Напряжение катода , кВ                                                           4

7.                                                                                                -50

8.                                                                                              -700

9. КСВН                                                                                              1,2

Определим максимальный сдвиг фазы выходного сигнала относительно входного на выходе клистрона:

          (2.12)                                                

Здесь   – отношение выходной мощности к потребляемой, параметр усиления