Читайте также: |
|
Канализация энергии СВЧ между передатчиком и антенной осуществляется специальной волноводной линией передач. Излучение и прием электромагнитных колебаний производит попеременно одна и та же направленная антенна. Подключение передатчика и приемника к антенне в соответствующие промежутки времени осуществляет антенный переключатель, конструктивно располагаемый в блоке СВЧ приемопередатчика. В построении всех этих устройств имеется много общего, поскольку в их основе использован волновод.
Волноводы. Электромагнитная энергия от передатчика к антенне и от антенны к приемнику должна передаваться с возможно меньшими потерями в линии передачи.
|
Электрические силовые линии в волноводах (рис. 2) направлены параллельно вибратору, с помощью которого в волновод вводятся (или выводятся) колебания, т. е. векторы поля Еперпендикулярны широкой стенке волновода и уменьшаются до нуля, приближаясь к узким стенкам. Магнитное поле имеет вид замкнутых силовых линий, направленных в каждой точке по вектору λ, густота силовых линий наибольшая у узкой стенки волновода.
Так как электрическое и магнитное поля сосредоточены внутри волновода, то излучение отсутствует и электромагнитная энергия распространяется по волноводу от одного конца к другому.
Токи высокой частоты протекают только по внутренней поверхности стенок волновода, занимая сравнительно большое сечение, поэтому при хорошей электрической проводимости стенок и отсутствии в них неровностей потери на активном сопротивлении невелики.
Длина волны генератора, при которой размер широкой стенки волновода а равен половине длины волны (а = λ/2), называется критической: λкр = 2а.
По волноводу при данном размере широкой стенки могут быть переданы без потерь и все другие колебания длиной волны меньше критической (λ<λкр). Так как потери в волноводе уменьшаются при увеличении размера его широкой стенки, то рабочую волну выбирают несколько меньше критической (или ширину стенки а делают несколько больше, чем λ/2). При этом ширина узкой стенки b во избежание электрического пробоя между широкими стенками не должна быть малой и обычно равна приблизительно половине широкой стенки а.
Распространение радиоволн в волноводе происходит при многократном отражении их от стенок, т. е. отличается от характера распространения радиоволн в свободном пространстве. Поэтому длина волны в волноводе λв не равна длине волны колебаний, поступающих в волновод, и определяется из соотношения:
|
Связь между волноводами, т. е. ответвление энергии от одного волновода к другому, может осуществляться либо с помощью тройников-ответвителей, либо с помощью отверстий и щелей в боковых стенках волновода (рис. 3).
Ответвление от широкой стенки (рис. 3, а) равносильно последовательному подключению к двухпроводной линии двух участков. В этом случае в точках, находящихся на одинаковых расстояниях от разветвления, напряженности электрического поля противоположны по фазе. Ответвление от узкой стенки (рис. 3, б) равносильно параллельному подключению двух участков к двухпроводной линии, поэтому на обеих сторонах на одинаковых расстояниях от разветвления напряженности электрического поля совпадают по фазе.
В тех случаях, когда возникает необходимость подавать энергию в волновод через ответвления обоих типов, применяют двойной тройник (рис. 3, в), полностью развязывающий от взаимного влияния ответвления А и Б.
Для уменьшения габаритов, двойного волноводного тройника его симметричные отростки могут быть отогнуты под углом 90° в одной плоскости с ответвлением Б (рис. 3, г).
Иногда энергию ответвляют через щели, прорезанные в боковых стенках волновода (рис. 3, д, е) так, чтобы они располагались в месте наибольшего сгущения магнитных силовых линий, которые должны быть направлены вдоль щели.
Волноводная линия передачи не всегда прямолинейна. На некоторых участках она может иметь изгибы, скручивания и т. д. При большой протяженности волноводной линии для уменьшения потерь в ней желательно иметь большое сечение волновода. Для уменьшения габаритов аппаратуры целесообразно используются волноводы малого сечения. От волновода большего сечения к меньшему сечению или наоборот переходят путем плавного уменьшения (или увеличения) стенок волновода на некоторой его длине. Возможен переход от прямоугольного к круглому сечению и наоборот. Такая конструкция позволяет осуществлять вращающийся переход в антенном устройстве.
Соединение отдельных волноводов друг с другом осуществляют с помощью специальных дроссельных фланцев, благодаря которым предотвращается утечка энергии в месте соединения отдельных секций волновода.
Регулировка уровня колебаний, проходящих через волновод, осуществляется с помощью аттенюатора (ослабителя), который представляет собой диэлектрическую пластину с токопроводящим покрытием, вводимую на различное расстояние от его узкой стенки внутри волновода. Для существенного ослабления отводимых от волновода колебаний их выводят через небольшие отверстия (предельные аттенюаторы).
При попадании в волновод влаги и грязи увеличиваются потери в нем вплоть до полного прекращения передачи энергии, появляется коррозия внутренней поверхности. Поэтому волновод монтируют герметически закрытым и он снабжен устройством для его осушки. Если волноводные соединения должны быть жесткими, то для герметизации между ними в специальных пазах укладывают резиновые кольца, а сами фланцы стягивают винтами. Во вращающихся волноводных соединениях между секциями оставляют зазор, но всю конструкцию закрывают кожухом.
Выходы волновода для герметизации закрыты полистироловыми пластинками. Для осушки волновода применяют влагопоглотительные патроны с селикагелем, вмонтированные в волноводные секции небольшой длины.
Антенна. В РЛС JFS32R применяется щелевая антенна, обладающая при сравнительно небольших габаритах хорошими направленными свойствами.
Щелевая антенна (рис. 4) представляет собой волновод, в стенке которого прорезано несколько одинаковых щелей на равном расстоянии друг от друга. Длину щелей делают приблизительно равной половине длины волны излучаемых колебаний. Щели расположены так, что при излучении, они излучают колебания, совпадающие по фазе.
Для получения наиболее эффективного излучения щель расположена вдоль магнитных силовых линий волновода на участке с наибольшей напряженностью магнитного поля.
На широкой стенке (рис. 4, а) щели могут располагаться либо поперек волновода на расстоянии друг от друга, равном λв, т. е. длине волны в волноводе, либо на расстоянии λв/2 при расположении их в шахматном порядке вдоль оси волновода и смещении от средней линии к стенке.
На узкой стенке могут располагаться продольные щели на расстоянии между центрами, равном λв, и наклонные щели через расстояния, равные λв/2. Угол наклона щели относительно оси волновода ≈ 70°.
Щели располагают с наклоном в разные стороны. Они занимают часть широкой стенки, так как размер узкой стенки меньше λ/2. Щели, прорезанные в волноводе таким образом, дают синфазное излучение (плоский фронт волны); такой волновод является направленной антенной.
Направленность щелевой антенны в плоскости, проходящей через ось волновода перпендикулярно его излучающей стенке, тем больше, чем больше количество щелей в волноводе, т. е. чем больше его длина.
При длине волновода не более 3... 3,5 м диаграмма направленности в горизонтальной плоскости на 3,2-сантиметровой волне не уже 0,7°.
Направленность в плоскости, перпендикулярной оси волновода, незначительна — фронт волны почти сферический, поэтому щелевую антенну конструируют совместно с горизонтально расположенным рупором (рис. 4, б), сжимающим диаграмму направленности в вертикальной плоскости до 17°.
В антенне РЛС JFS32R щели отделены друг от друга металлическими перегородками, образующими своеобразную решетку снаружи волновода. Эти перегородки, будучи расположены друг от друга на расстоянии, меньшем критического для данной длины волны, устраняют вертикальную составляющую электрического поля излучаемой волны.
Наклонные щели создают некоторое рассогласование в волноводе и приводят к внутреннему отражению волны. Для согласования в волноводе на конце его размещают поглотитель. Другой конец волновода через фланец соединен с вращающимся волноводным переходом, связанным с приемопередатчиком. Для герметизации рупор закрывают с торцов металлическими стенками и на раскрыве — высокочастотным диэлектриком.
Вращение антенны осуществляется через замедляющий редуктор от электродвигателя, получающего питание от бортовой сети. В цепи питания электродвигателя предусматривается защита от перегрузки или обрыва фазы питающей сети. Включение и выключение вращения антенны производятся с панели управления индикатора.
В антенном устройстве, помимо самой антенны, вращающегося волноводного перехода и двигателя с редуктором, размещаются вращающиеся трансформаторы или другие типы угловых датчиков для передачи курсового угла антенны в индикатор и контакты отметки курса собственного судна. Для просушки всех устройств, размещенных в корпусе антенного устройства, и облегчения работы редуктора при низкой температуре в нем предусмотрены спирали подогрева, включаемые по мере надобности из индикатора РЛС.
Антенные переключатели выполняются на газонаполненных разрядниках и специальных волноводных секциях, которые перекрываются или открываются под действием импульса передатчика. Благодаря этому энергия СВЧ колебаний направляется (циркулирует) в определенную цепь. В связи с этим иногда антенные переключатели называют антенными циркуляторами.
Газонаполненный разрядник — это двухэлектродный прибор, наполненный смесью водорода и водяных паров. Электроды имеют форму конусов, расположенных в разряднике с небольшим зазором между ними. При отсутствии напряжения между электродами газ внутри разрядника не ионизирован, прибор имеет большое сопротивление, обеспечивая размыкание цепи. При подаче на электроды достаточно высокого напряжения происходит ионизация газа, разрядник зажигается, в результате чего сопротивление прибора резко падает, обеспечивая практически короткое замыкание цепи. После снижения напряжения происходит деионизация газа и цепь разрядника вновь разрывается.
Для увеличения чувствительности разрядника и уменьшения времени срабатывания до нескольких сотых долей микросекунды он объединен с объемным резонатором, настроенным на используемую в РЛС JFS32R частоту колебаний СВЧ.
Для устранения короткого замыкания источника, питающего поджигательный электрод, и для уменьшения тока в поджигающей цепи (что дает возможность увеличить срок работы разрядника) последовательно с поджигающим электродом включают ограничительное сопротивление.
Подключение разрядника к волноводу осуществляют либо с помощью специальной волноводной секции, либо через щель в объемном резонаторе, подсоединяющую его к узкой или широкой стенке волновода.
Ферритовый антенный переключатель представляет собой два прямоугольных волновода, состоящих из нескольких секций, связанных между собой по узкой стенке, в сочетании с одним газонаполненным приемным разрядником (рис. 5). Ферритовый переключатель включает: щелевой мост (ЩМ); ферритовую секцию (ФС); двойной свернутый волноводный тройник (ДСВТ); поглотитель (на рисунке не показан); газовый разрядник (ГР).
|
|
Феррит является магнито-диэлектриком, обладающим высокой магнитной проницаемостью и малой электропроводностью. Под действием поперечного внешнего магнитного поля происходит намагничивание ферритовой пластинки, в результате чего фаза проходящей через нее электромагнитной волны изменяется. Величина фазового сдвига зависит от напряженности поля постоянного магнита, размеров феррита и от направления распространения электромагнитной волны.
В ферритовом антенном переключателе величина и направление поля постоянного магнита, расположение ферритов подобраны так, что при движении волн по каналам 3, 5 и 4, 6 слева направо волна в точке 5 опережает по фазе на 90° волну в точке 6.
При обратном движении, справа налево, волна канала 3 отстает по фазе от волны канала 4 тоже на 90°. Это необратимое свойство ферритов, проявляющееся в действии их на фазу проходящей волны, играет основную роль в работе ферритового переключателя. Изменяя направление внешнего магнитного поля на обратное, можно изменить знак фазового сдвига на противоположный.
Двойной свернутый волноводный тройник (см. рис. 5 и 3, г) характеризуется тем, что волны, поступающие в фазе из точек 5 и 6, суммируются в ответвителе 7, если же они в противофазе, то суммируются в ответвителе 8. При поступлении волны из точки 7 справа энергия делится поровну между каналами 5, 3 и 6, 4, не попадая в ответвитель 8.
Поглотитель, подключенный в ответвителе 8, поглощает без отражения всю попадающую в него энергию волны.
Газовый разрядник — обычный широкополосный не настраивающийся разрядник с поджигающим электродом, предназначенный для защиты канала приемника.
Работа антенного переключателя происходит следующим образом. При поступлении импульса передатчика в канал 2 энергия колебаний делится пополам между каналами 3 и 4 и, суммируясь в ответвителе 7, идет полностью в антенну, практически не потребляясь в ответвителях 2 и 8. В точках 5 и 6 фазы колебаний при этом совпадают, так как феррит в канале 3 — 5 компенсирует отставание по фазе в канале 2 — 3. Разрядник ГР, находящийся в зажженном состоянии, предохраняет приемник от выхода из строя попаданием в канал 2 части энергии импульса передатчика. Энергия отраженного импульса из антенны в точке 7 разветвляется на два равновеликих по мощности потока, обеспечивая в точках 5 и 6 одинаковую их фазу колебаний. Отставание колебаний по фазе на 90° в канале 5 — 3 (относительно канала 6 — 4) и в канале 4 —1 (относительно канала 3 —1) обеспечивает при погасшем разряднике подачу к приемнику всей энергии отраженного импульса. В канал 2 энергия отраженного импульса не поступает, поскольку в точке 2 оба колебания оказываются в противофазе.
При передаче энергии от передатчика в антенну вследствие обычно имеющейся несогласованности волновода с антенной происходит многократное отражение импульса от концов волноводного тракта. Эти отраженные мощные импульсы вызывают зажигание приемного разрядника, перекрывая вход приемника на время приема импульсов, отраженных от ближних объектов, т. е. увеличивают мертвую зону РЛС JFS32R.
Импульс энергии, отразившейся от разрядника из канала 1, получает такой сдвиг фаз колебаний в обоих каналах, что в точках 5 и 6 они оказываются в противофазе. Следовательно, мощность этого импульса полностью погасится в ответвителе 8. Многократного отражения в волноводном тракте не будет и разрядник погаснет, как только окончится импульс, отразившийся от него.
В антенном переключателе РЛС JFS32R чувствительность приемного газового разрядника резко снижается при снятии с него поджигающего напряжения, что происходит при выключении РЛС JFS32R. Поэтому, в выключенной РЛС JFS32R волновод автоматически перекрывается заслонкой, не допускающей попадания импульсов соседней РЛС JFS32R в приемник.
Дата добавления: 2015-07-20; просмотров: 980 | Нарушение авторских прав
<== предыдущая страница | | | следующая страница ==> |
Передатчик РЛС JFS32R | | | Приемник РЛС JFS32R |