25.2. АППАРАТУРА И МЕТОДЫ

25.2.1. Блоки высокой частоты

Работа радиолокационной станции [115,227,444,466] зависит не только от конструкции отдельных блоков, но также от согласованности работы в целом. В частности, передатчик, приемник, модулятор и антенный переключатель часто объединяются в общий высокочастотный блок, который располагается вблизи от антенны. Механическая конструкция такого блока зависит от его расположения. В наземных и корабельных станциях эта аппаратура размещается в шкафах [116, 138]. Самолетное оборудование изолируется и герметизируется в обтекаемом контейнере, причем из-за ограничений по габаритам и весу возникает необходимость использовать миниатюризированную аппаратуру. Военное радиолокационное оборудование конструируется так, чтобы оно могло работать в тропических условиях. Имеется возможность проверять с помощью контрольных выводов отдельные цепи и узлы; кроме того, для защиты оборудования в случае отказа некоторых основных узлов имеется система релейной защиты. Для защиты от случайных внешних магнитных полей производится, например, экранировка железом Армко. Чтобы исключить перегрев аппаратуры, например электронных ламп большой мощности, применяется внутреннее вентиляторное охлаждение [229]. При этом, конечно, все тепло, выделяющееся в оборудовании, должно отводиться. Требующийся теплообмен [198] может быть достигнут с помощью радиатора, имеющего внутренние и внешние ребра, обдуваемые вентиляторами. На высокоскоростных самолетах, летающих на больших высотах, может потребоваться охлаждение аппаратуры с помощью холодильника.

Силовая часть зависит от размера и расположения радиолокатора. Непрерывно действующие наземные установки могут питаться от коммерческой сети, при условии соблюдения предосторожности в части надежности, стабильности напряжения и помех от других потребителей. Для подвижных и переносных установок можно использовать батареи или генераторы с малыми бензиновыми двигателями. На больших кораблях часто имеются источники, у которых напряжение и частота такие же, как и в коммерческих сетях; на малых кораблях используются несколько более высокие частоты. На самолетах обычно имеются следующие источники питания: 24 в постоянный ток; 115 в 400 гц трехфазный ток и 115 в 1600 гц однофазный ток. Переменные токи получаются с помощью инверторов [272], оборудованных электронными стабилизаторами напряжения и регуляторами скорости, обеспечивающими стабильность в пределах ±2%.

В радиолокаторах с непрерывным излучением, где требуется узкополосный спектр [225], в передатчике в качестве генераторов обычно используются клистроны. Для импульсных радиолокаторов необходимо генерировать циковые мощности, доходящие до нескольких мегаватт при скважности порядка 0,001. Для этой цели широко

применяются магнетронные генераторы; затягивание частоты и нестабильность [183, 192, 222, 266, 470] из-за несогласованной нагрузки можно уменьшить, выбирая короткую линию передачи, либо, где это возможно, с помощью невзаимных развязывающих изоляторов [182]. Можно получать большие мощности с помощью таких усилителей, как клистроны и лампы бегущей волны [437]; ввиду удобства и стабильности их применение сейчас расширяется.

Для генерирования синхронизированных импульсов соответствующей формы необходимо модуляторное устройство. В модуляторах на жестких лампах импульс подается на управляющую сетку электронной лампы, включенной последовательно, и таким образом энергия, запасенная в конденсаторе высоковольтного накопителя, поступает в генератор. Среди достоинств модулятора на жестких лампах надо отметить возможность работы с высокой частотой повторения, возможность варьирования периода повторения и амплитуды импульсов, а также отсутствие нестабильностей в работе. В модуляторах с длинной линией импульс подается непосредственно из заряженной линии задержки через разрядник. Применявшиеся вначале искровые разрядники теперь большей частью заменены водородными тиратронами или ферритовыми устройствами. Полные сопротивления модулятора и генератора согласовываются с помощью импульсного трансформатора. Он же может быть использован для изменения полярности генерируемого импульса, для развязки накопительной цепи модулятора от генератора, для согласования полного сопротивления вынесенного модулятора и (или) генератора с волновым сопротивлением соединительного кабеля.

Как правило, применяются приемники супергетеродинного типа, и их ширина полосы зависит от темпа, с которым информация должна поступать от радиолокатора (полоса может доходить до 50 Мгц). Для приема слабых отраженных сигналов уровень шумов должен быть достаточно низок, а для этого необходимо часть приемника, а именно предварительный усилитель, размещать вблизи антенны. Местный гетеродин обычно имеет автоматическую подстройку частоты, которая может быть электронной или механической. Для уменьшения влияния шумов местного гетеродина применяются балансные смесители. В некоторых станциях для улучшения характеристик используются современные достижения в разработке малошумящих усилителей высокой частоты [416] с применением мазеров на твердом теле [118,472] и устройств с переменным реактивным сопротивлением [449, 473].

При работе с общей антенной требуется переключатель прием-передача [172], который в импульсных радиолокаторах выполняется в виде ферритовых переключателей или чаще в виде газоразрядных ламп. Фидеры от местного гетеродина к балансному смесителю сигнала и смесителю автоматической подстройки частоты вместе с выходом переключателя прием-передача обычно комбинируются в виде тройного гибридного узла. Чтобы избежать расстройки цепи промежуточной частоты из-за отражения на зеркальной частоте от

узкополосного переключателя прием-передача, расстояния между смесителями сигналов и соответствующими гибридными соединениями выбираются с разницей на четверть волны.

Для свгрхвысокочастотных радиолокаторов требуются антенны с узким лучом и низким уровнем бокового и обратного излучения. Тип антенны и ее положение относительно аппаратуры радиолокатора выбираются исходя из конкретного использования системы [269]. Обычно применяется тот или иной вид обзора пространства, а если станция устанавливается на самолетах или кораблях, то предусматривается также стабилизация по крену. От атмосферных осадков антенна защищается обтекателем [58]. Для достижения высокого темпа получения информации в одном из описанных в литературе [95, 456] радиолокаторов при передаче облучалась вся наблюдаемая область пространства, а при приеме производилось электронное сканирование узким лучом в течение времени, меньшего длительности импульса. Таким образом, если в секторе обзора укладывается N лучей, то требуемая ширина полосы приемника равняется т. е., например, при мксек и темп поступления информации будет соответствовать полосе Обзор такого сектора можно осуществить с помощью линейной антенной решетки, у которой принимаемый отдельным излучателем сигнал попадает через линию задержки к своему индивидуальному смесителю. В другом варианте, наоборот, линии задержки можно расположить между выходами отдельных местных гетеродинов и соответствующими смесителями.

Для удовлетворения противоречивых требований одновременного получения большой дальности действия и высокой разрешающей способности был применен метод сжатия импульсов (chirp) [412, 421]. Этот метод, базируется на том факте, что высокая разрешающая способность узких импульсов является следствием большой ширины их спектра. Но широкий спектр может быть и у достаточно длинного импульса, если ввести внутриимпульсную модуляцию, например частотную. Линейность радиолокационных систем позволяет произвести необходимое выравнивание фазы в приемнике и получить короткий импульс, соответствующий ширине спектра. Таким образом, излучаемый импульс может иметь приблизительно в 100 раз большую энергию, чем узкий импульс с такой же разрешающей способностью и пиковой мощностью. При таком методе у сжатого импульса на выходе приемника по шкале времени расположены боковые лепестки; их амплитуду можно уменьшить с помощью весовой обработки спектра импульса аналогично тому, как это делается при формировании диаграммы направленности в теории антенн. Допплеровское смещение частоты сигналов, отраженных от движущихся целей, приводит к расширению сжатого импульса и изменению его времени задержки. Это приводит к неопределенности в измерении дальности, но ошибку времени задержки, которая для системы является постоянной, можно скорректировать с помощью вычислительных средств.

Можно сконструировать радиолокационную систему [420, 438, 475], которая будет оптимальным образом давать информацию о дальности и скорости цели.

В наземных и корабельных импульсных радиолокаторах дальнего действия обычно используются частоты в диапазоне от до и пиковые мощности от в ранних конструкциях [270] до на частоте в современных конструкциях [107, 109]. В самолетных радиолокаторах по сравнению с первоначальной установкой, имевшей рабочую частоту мощность длительность импульса 0,1 мксек и частоту повторения также достигнут прогресс за счет применения в передатчике мощных ламп, переключателей и балансных смесителей и перехода на более высокие рабочие частоты. Как на интересный пример [165] можно указать на малогабаритный радиолокатор с современными характеристиками, в котором используется магнетрон, имеющий рабочую частоту пиковую мощность среднюю мощность Для генерирования радиоимпульсов длительностью 10 нсек с частотой повторения применяется анодная модуляция на миниатюрных триодах при напряжении 900 в. Усилитель промежуточной частоты имеет рабочую частоту и ширину полосы около Такой радиолокатор в зависимости от усиления антенны обнаруживает цели на расстояниях и обладает точностью около