2.5. АФАР твердотельной РЛС 67Н6Е

Создание полностью твердотельной РЛС 67Н6Е потребовало, в первую очередь, создания передатчика на транзисторах. Однако транзисторы не могут генерировать высокочастотные импульсы с большой импульсной мощностью подобно электровакуумным приборам. Поэтому средняя мощность, требуемая для обеспечения этой РЛС заданной дальности обнаружения целей, получена за счет значительного увеличения длительности излучаемых сигналов (до десятков и сотен микросекунд) и уменьшения их скважности (до единиц). Чтобы сохранить требуемое разрешение целей по дальности при таком «длинном» сигнале, в РЛС использованы сложные виды модуляции и согласованные фильтры с коэффициентом сжатия более 100.

Полностью изменились источники питания передатчика. На смену высоковольтным модуляторам (десятки киловольт) пришли выпрямители с низким напряжением (десятки Вольт) и суммарным током в десятки кштоампер.

Схема АФАР РЛС 67Н6Е приведена на рис. 2.9. Каждый из 1024 излучателей решетки возбуждается отдельным усилителем, схема которого приведена на рис. 2.10.

Рис. 2.9. Схема АФАР РЛС 67Н6Е

Рис. 2.10. Схема активного модуля АФАР РЛС 67Н6Е

Для создания усилителя, обеспечивающего необходимый потенциал требовался СВЧ-транзистор со средней мощностью Поскольку СВЧ-транзисторы развивают наибольшую мощность в -диапазоне, для был выбран именно этот диапазон. На начальном этапе в АФАР использован СВЧ-транзистор типа созданный в НИИ «Пульсар» (Москва), имеющий среднюю мощность 10 Вт и развивающий импульсную мощность .

Рис. 2.11. (см. скан) Конструкция усилителя АФАР РЛС 67Н6Е

Рис. 2.12. (см. скан) Модуль АФАР РЛС 67Н6Е

В выходном каскаде усилителя два транзистора типа включены параллельно. Выходная средняя мощность каждого усилителя равна а импульсная Конструкция усилителя приведена на рис. 2.11. Каждый модуль АФАР состоит из усилителя, согласующей цепи и излучателя. Общий

вид модуля сверху и снизу показан на рис. 2.12. Потери в согласующей цепи усилителя и в излучателе уменьшают излучаемую нмпульсную мощность одного канала АФАР до среднюю - до 10 Вт. В результате общая излучаемая средняя мощность всей АФАР при полностью исправных усилителях равна примерно 10 кВт. Заданная для РЛС дальность обнаружения цели обеспечивается при излучении не менее 8 кВт средней мощности. Таким образом, выбранная схема АФАР допускает отказ до 20% усилителей без нарушения основных характеристик станции.

АФАР установлена на вращающейся платформе. Общий вид АФАР показан на фотографиях: в транспортном положении (рис. 2.13), в рабочем положении (рис. 2.14) и в положении для осмотра апертуры при поднятом радиопрозрачном укрытии (рис. 2.15). На вращающейся платформе, кроме системы делителей, усилителей мощности, фазовращателей и излучателей расположены также источники питания усилителей мощности и система их воздушного охлаждения. Свертывание и развертывание АФАР осуществляется в течение пяти минут собственным механизмом. Она транспортируется на прицепе тягача и может эксплуатироваться в любых климатических зонах. В состав РЛС 67Н6Е, кроме АФАР, входят также прицеп с аппаратурой обработки информации и рабочими местами операторов, и электростанция. Общий вид РЛС 67Н6Е на марше показан на рис. 2.16.

Рис. 2.13. (см. скан) АФАР РЛС 67Н6Е в транспортном положении

Рис. 2.14. (см. скан) АФАР РЛС 67Н6Е в рабочем положении

Рис. 2.15. (см. скан) АФАР РЛС 67Н6Е в положении для осмотра решетки

Рис. 2.16. (см. скан) АФАР РЛС 67Н6Е на марше

Опыт создания АФАР РЛС 67Н6Е позволяет отметить ряд важных особенностей.

1. Для уменьшения дисперсии фаз в многоканальных звеньях АФАР и снижения потерь КНД системы все модули АФАР прошли процесс начальной настройки и регулировки на специальном стенде. Электрические длины (разность фаз между колебаниями на входе и выходе) всех модулей приведены к электрической длине эталонного модуля. В процессе дальнейшей эксплуатации электрические длины модулей изменялись незначительно, поскольку транзисторные усилители малочувствительны к изменению напряжения питания, входной мощности и других факторов. Так, изменение напряжения питания трехкаскадного усилителя модуля АФАР на один процент вызывает изменение его электрической длины не более чем на один градус. Это позволяет применять в АФАР простые и дешевые нестабилизированные источники питания.

2. Полный КПД АФАР зависит от дисперсии ошибок распределения электрических длин модулей относительно среднего значения. Поэтому при производстве модулей вместо требований на электрическую длину каждого модуля задавалось требование на среднее значение электрической длины партии модулей и вводился допуск на отклонение электрической длины каждого модуля от этого среднего значения. При таком подходе значительно уменьшилась отбраковка модулей, электрическая длина которых имела большие отклонения в процессе производства.

3. Выходное сопротивление мощного транзистора составляет единицы Ом и согласование его в (10-15)% полосе частот стандартными элементами СВЧ-тракта, имеющими сопротивление 50 Ом, явилось весьма трудной задачей, решение которой усложнялось большим разбросом параметров транзисторов. По этой причине, а также для обеспечения работы АФАР на прием, на выходе модуля установлены феррито-вые циркуляторы, обеспечивающие работу усилителя на нагрузку с не хуже 1,5 во всей рабочей полосе частот.

4. Мощные транзисторные усилители имеют высокую чувствительность к превышению порога рабочей температуры кристалла, которая для большинства транзисторов составляет Это значение температуры не должно превышаться даже кратковременно при любом изменении режима работы усилителя и любом изменении нагрузки. Превышение этого температурного порога резко уменьшает время наработки усилительного каскада на отказ. Наиболее эффективной для поддержания заданного температурного режима усилителей явилась система принудительного воздушного охлаждения, которая обеспечила этот режим при температуре внешнего воздуха до

5. Каждый каскад транзисторного усилителя имеет небольшой коэффициент усиления (от 6 до 10 раз в зависимости от выходной мощности).

Поэтому модули АФАР выполнены по многокаскадной схеме. При прохождении импульса через многокаскадный усилитель происходит обострение его фронта и среза. В результате возрастают уровни побочных и внеполосных излучений, что затрудняет выполнение стандартных требований по электромагнитной совместимости радиосредств. Для устранения этого явления в состав АФАР введены дополнительные импульсные модуляторы, корректирующие длительность фронта и среза импульса.

6. Наименьшие потери в системе деления мощности имеют полосковые воздушные развязанные делители, однако сложная конструкция и технология изготовления делают этот тип делителя относительно дорогим. Поэтому в АФАР использованы более простые делители, выполненные на пленочных фольгированных диэлектриках в виде печатных плат большой длины (до 6 метров). Полное отклонение амплитуд и фаз между выходами этих делителей от среднего значения не превысили ±0,5 дБ и ±15° соответственно.

Рис. 2.17. (см. скан) Схема активного модуля повышенной мощности

Полученный в результате разработки и испытаний РЛС 67Н6Е опыт проектирования АФАР, а также аппаратурные и технологические решения многократно использованы в более поздних разработках. Проведена модернизация АФАР этой РЛС, коснувшаяся в первую очередь усилителя, входящего в состав модуля АФАР. В выходном каскаде усилителя транзисторы заменены более мощными транзисторами также разработанными в НИИ «Пульсар». Заменены транзисторы предварительного каскада, что позволило поднять выходную импульсную мощность усилителя со 100 до 200 Вт. В результате создан запас потенциала РЛС и улучшены ее характеристики. Новый транзистор имеет более высокий КПД. В результате облегчен температурный режим передающего устройства и тем самым увеличена его наработка на отказ. активного модуля повышенной мощности на новых транзисторах приведена на рис. 2.17. Видно, что эта схема

существенно проще схемы первого модуля (см. рис. 2.10). Конструкция нового усилителя, размещенного в корпусе первого модуля АФАР, показана на рис. 2.18.

Рис. 2.18. (см. скан) Новый модуль повышенной мощности

Повышение КПД нового модуля АФАР позволило существенно повысить общий КПД РЛС. Из состава аппаратуры РЛС исключены источники питания с частотой 400 Гц, которые обеспечивали часть аппаратуры АФАР. Переход на единый источник питания с частотой 50 Гц позволил дополнительно улучшить энергетические характеристики станции. В результате излучаемая мощность увеличилась в 2,5 раза при неизменной мощности, потребляемой от первичных источников питания. Появление новой элементной базы для аналоговой и цифровой аппаратуры обработки радиолокационной информации позволило существенно уменьшить объем этой аппаратуры и перенести ее на вращающуюся платформу. Теперь информация о трассах целей поступает непосредственно с АФАР на индикаторы РЛС. Если для наблюдения за целями используются выносные индикаторные посты, то фактически вся аппаратура модернизированной РЛС 67Н6Е, за исключением первичного источника питания (электростанции), размещается на одной вращающейся платформе.

Несомненный прогресс в разработке мощных транзисторов позволяет прогнозировать их появление в ближайшие годы на все более высоких частотах. Это обстоятельство, несомненно, будет способствовать созданию твердотельных АФАР в разных частотных диапазонах. В то же время полученный опыт создания АФАР показывает, что их использование в РЛС экономически оправдано только в тех случаях, когда РЛС по своему назначению должна обеспечивать большую скорость управления лучом при высоком энергетическом потенциале и иметь высокую мобильность.

ЛИТЕРАТУРА

(см. скан)

(см. скан)