Содержание
-
ЛЕКЦИЯ по дисциплине «ВОЕННО -ТЕХНИЧЕСКАЯ ПОДГОТОВКА» Тема №3.Основы построения систем и устройств РЛК (РЛС) РТВ ВВС. Занятие №2Высокочастотный тракт и антенные системы РЛС .
-
Цель занятия Рассмотреть особенности передачи, излучения и распространения электромагнитных волн СВЧ диапазона
-
Учебные вопросы : Высокочастотный тракт РЛС Антенная система РЛС
-
1.Справочник по основам радиолокационной техники Антенны. Шифрин. 2.Колонтаевский Ю.Ф. Радиоэлектроника: Учеб. пособие для СПТУ. – М.: Высш. шк., 1988. – 304 с.: ил. 3.Каплун В.А. Радиотехнические устройства и элементы радиосистем: Учеб. пособие / В.А. Каплун, Ю.А. и др. – 2-е изд. стер. - М.: Высш. шк., 2005. – 294 с.: л. Литература:
-
Вопросы для письменного опроса. 1.По каким схемам строятся передающие устройства РЛС. Достоинства и недостатки данных схем. 2.Назначение модулятора передающего устройства РЛС. Основные характеристики модулятора. 3.Какие элементы могут использоваться в модуляторах РЛС в качестве накопителей энергии. Какие элементы применяются в существующих РЛС. 4.За счёт каких элементов модулятора накопительный элемент заряжается до2Е источника питающего напряжения. Какой при этом используется принцип. 5.Какие приборы используются в передатчиках РЛС метрового и сантиметрового диапазона в качестве нелинейных элементов.
-
Вопрос №1.Высокочастотный тракт РЛС
Антенно-волноводные системы (АВС) предназначены для передачи электромагнитной энергии зондирующих сигналов от передатчика к антенне, излучения ее в пространство, приема отраженных эхо-сигналов и передачи их энергии на вход приемника. В состав АВС входят антенная система и волноводный тракт. Функции излучения и приема электромагнитной энергии выполняет антенная система, функции передачи энергии от передатчика к антенне и от антенны к приемнику выполняет волноводный тракт. Основными элементами волноводного тракта являются: -волноводные линии передачи электромагнитной энергии; - антенный переключатель; -вращающееся сочленение. В состав волноводного тракта входят также согласующие устройства, фазовращатели , направленные ответвители , делители мощности, волноводно-коаксиальные переходы, вентили и другие элементы СВЧ.
-
К основным техническим характеристикам волноводного тракта относятся: -степень согласования волноводного тракта с нагрузкой; -потери энергии в волноводном тракте; -максимальная передаваемая мощность. Степень согласования волноводного тракта с нагрузкой характеризуется коэффициентом бегущей волны (КБВ) или обратной ему величиной - коэффициентом стоячей волны напряжения - КСВН. Величина КСВН показывает, насколько режим работы волноводного тракта отличается от режима бегущих волн. Практически считается, что нагрузка хорошо согласована с линией передачи, если КСВН
-
Потери энергии в волноводном тракте обусловлены тепловыми потерями в металлических проводящих поверхностях и диэлектрическими потерями линий передачи. Величину потерь принято характеризовать коэффициентом поглощения. Для линий передач пользуются величиной погонного ослабления, выраженной в децибелах на один метр длины. Для волноводов значение погонного ослабления составляет 0,01...0,05 дБ/м, для полосковых и коаксиальных линий передачи - 0,05...0,5 дБ/м. Потери реальных трактов РЛС - 0,5...1 дБ на передачу и 2...3 дБ на прием.
-
1.1. Двухпроводные линии Двухпроводные линии передачи, состоящие из двух параллельных проводников (рис. 4.1, а), используются в метровом диапазоне волн. На более высоких частотах такие линии обладают большими потерями и создают помехи другим радиотехническим устройствам. Кроме того, открытые проводники, подверженные атмосферному воздействию, корродируют, в результате чего ухудшается проводимость поверхностного слоя проводников, в котором в основном сосредоточиваются высокочастотные токи. Это приводит к дополнительным потерям передаваемой энергии.
-
Коаксиальные линии Коаксиальная линия состоит из двух соосно расположенных проводников — внутреннего и внешнего (рис. 4.1,6). Коаксиальные линии широко используются для передачи высокочастотных колебаний в дециметровом диапазоне волн. В отличие от открытой двухпроводной линии, коаксиальный фидер не излучает, так как электромагнитное поле в нем заключено внутри металлической трубы. Коаксиальные линии бывают воздушные, жесткой конструкции, и заполненные диэлектриком с гибкими проводниками (кабели). Внутренний стержень воздушной коаксиальной линии поддерживается с помощью металлических изоляторов, которые представляют собой четвертьволновой короткозамкнутый отрезок коаксиальной линии (рис. 4.2). В точке подключения это ответвление имеет бесконечно большое сопротивление. Недостатком таких изоляторов является их узкополосность: при изменении частоты колебаний по сравнению с расчетной они создают шунтирующие реактивные сопротивления, отражающие часть передаваемой энергии. Для канализации электромагнитных колебаний весьма удобны гибкие коаксиальные кабели. Однако наличие в кабелях диэлектрика создает дополнительные потери. Это обстоятельство ограничивает область их применения метровым и длинноволновой частью дециметрового диапазонов
-
-
Фидерная линия – двухпроводная линия, предназначенная для передачи энергии высоких частот.
-
Длинными линиями называются такие линии передачи электромагнитной энергии, геометрическая длинна которых больше или соизмерима с длинной волны. Электромагнитная волна – часть электромагнитного поля, параметры которого изменяются в пространстве и во времени по периодическому закону. Длина электромагнитной волны – кратчайшее расстояние между двумя фронтами волны с разностью фаз, равной 2πрад.
-
Волновое сопротивление фидерной линии это сопротивление оказываемое распространению электромагнитной волны. Прямая (падающая) волна – волна распространяющаяся от генератора к нагрузке.
-
Режим бегущей волны – электромагнитная волна распространяется только в одном направлении – от генератора. Режим стоячей волны – режим полного отражения электромагнитной волны от нагрузки.
-
Если линию нагрузить на конце сопротивлением, не равным волновому, то в линии возникнут бегущие и стоячие волны, накладывающиеся одна на другую (такой режим иногда называют режимом смешанных волн). Часть энергии будет поглощаться в нагрузке, а часть — отражаться от конца линии. В качестве примера на рис. 2.2,а показана линия с волновым сопротивлением ZB=500 Ом, нагруженная на конце сопротивлением R=2000 Ом. На рис. 2.2,б изображена кривая изменения действующих значений напряжения U, а на рис. 2.2,в — кривая действующих значений силы тока I вдоль линии. Эти кривые характеризуются максимумами и минимумами, но последние уже не достигают нулевых значений. Штриховые горизонтальные прямые соответствуют значениям действующих напряжения и тока, которые имели бы место в линии, если бы она была нагружена сопротивлением, равным волновому сопротивлению линии. На рис. 2.2,г показана кривая изменения модуля входного сопротивления линии Zвхпостроенная на основании данных, полученных делением напряжения на ток, значения которых взяты по кривым рис. 2.2,б и в. Входное сопротивление линии, длина которой равна целому числу полуволн, равно сопротивлению нагрузки на конце.
-
Рис. 2.2. Распределение тока и напряжения вдоль линии, а также изменение входного сопротивления в зависимости от длины линии, нагруженной активным сопротивлением
-
При длине линии, равной нечетному числу четверти волны, ее входное сопротивление при активном сопротивлении нагрузки Zвх=Zв2/R. (2.1) Изменение напряжения вдоль линии обычно характеризуется отношением напряжения в минимуме Uмин к напряжению в максимуме Uмакc. Это отношение обозначается буквой Кбви называется коэффициентом бегущей волны (КБВ): Кбв=Uмин/Uмакс. (2.2) Коэффициент бегущей волны Кбв определяет, насколько близко режим в линии приближается к режиму бегущей волны. При Кбв=1, т. е. когда нет минимумов и максимумов напряжения и оно во всех точках линии одинаково, имеет место режим бегущей волны в линии. Наоборот, Кбв=0 характеризует режим чисто стоячих волн в линии. Наряду с понятием КБВ используется термин коэффициент стоячей волны (КСВ), равный Ксв=1/Кбв=Uмакс/Uмин. (2.3) В любой реальной линии при передаче энергии происходит некоторый расход ее вследствие потерь в металлических проводах и экранирующей оболочке, из-за потерь в изоляторах линий, а в открытых линиях — вследствие атмосферных осадков (гололеда, изморози и т. п.).
-
-
Если линию с потерями нагрузить на конце активным сопротивлением, равным ее волновому сопротивлению, то в ней, так же как и в линии без потерь, установится чисто бегущая волна. Отличие от линии без потерь будет состоять лишь в том, что амплитуда тока или напряжения при бегущей волне в линии с потерями уже не будет оставаться неизменной, а будет постепенно убывать в направлении от генератора к нагрузке вследствие потерь в линии. Входное сопротивление линии с потерями при бегущей волне, т. е. сопротивление в точках присоединения к генератору, равно волновому сопротивлению линии независимо от ее длины.
-
В том случае если сопротивление нагрузки на конце линии отлично от волнового сопротивления, то от конца линии произойдет отражение и возникнет волна, бегущая в обратном направлении — от конца линии к ее началу. Отраженная волна, распространяясь от нагрузки к генератору, будет также иметь амплитуду, убывающую вдоль линии в сторону к генератору. В тех точках, где для разомкнутой линии без потерь должны были быть нулевые значения, будут лишь некоторые минимумы. Пучности тока или напряжения не будут одинаковыми через каждую половину волны, а будут постепенно уменьшаться от начала линии к ее концу.
-
Выводы из уравнений Д. Максвела при граничных условиях Изменение электрического поля порождает изменение магнитного поля, и наоборот Оба поля существуют одновременно Вектор электрического Е поля перпендикулярен вектору магнитного поля Н Поток энергии электромагнитного поля прямо пропорционален плотности энергии Вектор скорости электромагнитной волны V перпендикулярен векторамEи Н V Е Н
-
6. Скорость распространения электромагнитной волны зависит от диэлектрической и магнитной проницаемости среды 7. Электрическое поле охватывает линии переменного магнитного поля. Линии переменного электрического поля перпендикулярны поверхности проводника (начинают и заканчиваются на поверхности) 8. Магнитное поле охватывает ток или линии переменного электрического поля. Линии магнитного поля параллельны поверхности проводника (либо распространяются по поверхности проводника, либо не касаются последнего)
-
Электрическими волнами Е называются электромагнитные волны имеющие электрическую составляющую электрического поля параллельную оси волновода. Магнитное поле этой волны перпендикулярно оси волновода Магнитными волнами типа Н называются электромагнитные волны имеющие составляющую магнитного поля параллельную оси волновода, а составляющая электрического поля везде перпендикулярна оси волновода.
-
-
В состав АФС РЛС П18входят : -антенный коммутатор (блок 3); -индикатор мощности (блок 42); -линейный фидер; -высокочастотный токосъемник (блок 2); -антенный фидер; -делитель мощности (блок 4); -антенна (блок 1) с мачтовым устройством.
-
-
Бл-16 э5 э6 э4 э2 э1 Кбл.5 Э3 Антенный коммутатор (блок 3) (Антенный переключатель)- предназначен для автоматического подключения антенны к генератору (при передаче) или к приемному устройству (при приеме).
-
Антенна– устройство предназначенное для излучения и приема электромагнитной энергии, представляющее собой открытый колебательный контур выполненный так, чтобы как можно большая часть подводимой от РПУ энергии излучалась в пространство
Уровень дальних боковых лепестков β 10 8 6 4 2 0 2 4 6 8 10 Уровень ближних боковых лепестков Вопрс №2.Антенная система РЛС.
-
Еще раз об антенне Предположим, что нам уже удалось создать незатухающие электрические колебания в контуре. Как их изъять оттуда, как превратить в электромагнитные волны? Ведь конденсатор и катушка — это очень маленькие и надежно «запертые» резервуары. Энергия лишь появляется в их небольшом объеме и тут же переходит обратно в контур, переливаясь из одного резервуара в другой. Ответ напрашивается сразу. Откроем эти резервуары — раздвинем пластины конденсатора и, если понадобится, размотаем катушку. Рисунок 5 показывает последовательные этапы «открывания» контура. Электрическое поле конденсатора занимает все большее пространство. Магнитное поле поневоле «вылезает» из катушки. Теперь уже в одном и том же резервуаре, в пространстве, окружающем провод, сосредоточиваются электрическое и магнитное поля.
-
высокой частоты. Общая длина вибратора делается равной половине волны потому, что именно в таком случае антенна-контур оказывается «настроенной» на необходимую частоту. Рис.5
-
-
Им уже не удается полностью обмениваться энергией. Значительная часть ее после каждого цикла колебаний «отрывается», уходит в окружающее пространство безвозвратно. Этот процесс и называется излучением. Меняя длину провода, можно менять и величины емкости и индуктивности нашего открытого контура, регулировать частоту колебаний в нем. Антенна и является открытым колебательным контуром, излучающим энергию. Поэтому для антенны «потери» на излучение — это полезная работа. {64} Теперь становится понятной форма обыкновенного вибратора. Это металлический стержень или проволока длиной в половину излучаемой волны, разделенная на две части. В разрыв вводится двухпроводная линия, питающая антенну энергией колебаний
-
УСТРОЙСТВО АНТЕННОЙ СИСТЕМЫ РЛС П18.. Антенна (блок 1) представляет собой антенную решетку, состоящую из шестнадцати одинаковых волновых каналов-стрел, расположенных в два этажа (по восемь волновых каналов в этаже), антенных фидеров, делителя мощности и механических элементов конструкции: траверсы, подкосов, крестовины и расчалок . Габаритные размеры антенны: в горизонтальной плоскости (по траверсе) — 15,4 м; в вертикальной плоскости (по подкосам) — 2,45 м: длина волнового канала—2,1 м.
-
Антенная система1 – вертикальный ствол; 2 – привод вращения; 3 – делитель мощности;4 – крестовина; 5 – стрела нижнего этажа; 6 – подкос; 7- стрела верхнего этажа; 8 – траверса; 9 – расчалки; 10 – амортизатор; 11- дополнительные секции; 12 – электролебёдка; 13 – опорная секция; 14 – домкраты; 15 – рама; 16 – ручная лебёдка.
-
Волновой канал-стрела: кабель питания активного излучателя; директоры волнового канала; вибраторы активного излучателя; рефлекторы(условно повёрнуты на 900; двухпроводная линия активного излучателя; узел крепления к подкосу.
-
А – Активный излучатель; Р – Рефлектор; Схема питания активного излучателя
-
Волновой канал - стрела преобразует энергию токов высокой частоты в энергию электромагнитных волн и состоит из активного излучателя, рефлектора и директоров. Активный излучатель состоит из шести пар симметричных вибраторов, приваренных попарно вдоль двухпроводной линии. Двухпроводная линия коротко замкнута со стороны директоров и разомкнута со стороны рефлектора. Длина двухпроводной линии несколько больше λ/4 (четверти длины волны). Точка подключения фидера отстоит на расстоянии λ/4 от замкнутого конца линии. Ввиду малых расстояний между вибраторами активного излучателя действие их можно практически рассматривать как действие одного излучателя, имеющего поперечные размеры, сравнимые с длиной волны. Этим объясняется диапазонность активного излучателя по входному сопротивлению и диаграмме направленности.
-
Двухпроводная короткозамкнутая линия является симметрирующим устройством и обеспечивает симметричное питание каждой пары вибраторов активного излучателя от несимметричного коаксиального фидера, то есть обеспечивает их питание токами, равными по амплитуде, но противоположными по знаку. Симметрия сохраняется в любом сечении двухпроводной линии, благодаря чему обеспечивается симметричное питание каждой пары активных вибраторов в диапазоне частот. Равные токи создают равные по величине и противоположные по знаку напряжения на трубках двухпроводной линии относительно земли. Распределение напряжения вдоль линии отличается от синусоидального, максимум напряжения находится в точке включения третьей пары активных вибраторов.
-
Двухпроводная линия имеет ось нулевого потенциала относительно земли (точка С), что позволяет закрепить активный излучатель на металлической опоре. Рефлектор служит для обеспечения однонаправленного излучения активного излучателя, принцип действия которого заключается в следующем: 1) рефлектор Р запитывается током, равным по амплитуде току активного излучателя А, а по фазе с опережением на λ -d, где d - расстояние между активным излучателем и рефлектором; λ - длина волны. Электрические поля активным излучателем и рефлектором, по амплитуде равны как в направлении О', так и в направлении О, а по фазе противоположны в направлении рефлектора О' и синфазны в направлении активного излучателя О. Поэтому поля обоих излучателей в направлении О' взаимно компенсируются, а в направлении О складываются;
-
2) директоры служат для сужения диаграммы направленности активного излучателя. Поля, создаваемые директорами, синфазны между собой и с полем активного излучателя, поэтому они складываются в направлении директоров. Фидерная система блока 1 осуществляет передачу высокочастотной энергии от делителя мощности (блок 4) к излучателям и распределение энергии между излучателями в этажах. При работе на передачу через разъемы Ф1 и Ф2 блока 4 на верхний этаж антенны поступает 40% высокочастотной энергии передатчика, а через разъемы Ф3 и Ф4 на нижний этаж антенны — 60%. По фазе напряжение (ток) на разъемах Ф1 и Ф2 отстает от напряжения (тока) на разъемах Ф3 и Ф4 примерно на 90°, что необходимо для формирования требуемой диаграммы направленности в вертикальной плоскости. При работе на прием диаграмма направленности та же, что и при передаче, поэтому в приемный тракт с верхнего этажа антенны поступает 40%, а с нижнего этажа — 60% принятой мощности отраженного сигнала.
-
Соотношение фаз в лепестках диаграммы направленности
-
Диаграмма направленности антенны в вертикальной плоскости каждого этажа антенны и результирующая Суммарная ДнаНЭ ДнаВЭ
-
Антенные элементы РЛС Вибраторные антенны Рупорные облучатели
-
Антенные элементы РЛС Щелевые антенны Зеркало антенны
-
-
Контрольные вопросы
Почему в РЛС с простым сигналом применяются однокаскадные схемы построения радиопередающих устройств? Почему радиопередающие устройства с ЛЧМ сигналом не используют в качестве усилительного элемента пролетный клистрон? По какой причине усилители радиопередающих устройств строятся по многоступенчатой схеме? В следствии каких причин многоканальные радиопередающие устройства обязательно охвачены системой автоматического контроля? Как объяснить, что радиопередающие устройства являются основным потребителем энергии в РЛС? Какие элементы радиопередающих устройств влияют на информационную способность РЛС и обеспечивают её высокую помехозащищенность?
Нет комментариев для данной презентации
Помогите другим пользователям — будьте первым, кто поделится своим мнением об этой презентации.