Диссертация (1137078), страница 4
Текст из файла (страница 4)
Так для сигналов без внутриимпульсноймодуляции, на 1 нс длительности фронта приходится погрешность определения15дальности 0,15 м. Чем большую часть излучаемого импульса занимают фронт испад, тем больше энергетические потери на неидеальность формы импульса.Поэтому необходимо стремиться к уменьшению длительностей фронта и спадаимпульса. Суммарная длительность фронта и спада импульса, как правило, недолжна превышать 0,2 от длительности импульса. Типовые значения этихпараметров лежат в диапазоне 1...200 нс.1.1.1. Искажения генерируемых в РПДС электромагнитных колебанийС целью увеличения дальности обнаружения целей в РЛС применяютсякогерентные методы обработки радиолокационных сигналов [27, 28, 30]. Также врадиолокационныхсистемахссинтезированнойапертуройиспользуетсядлительное когерентное накопление сигнала.
В таких системах требуетсяобеспечивать высокую стабильность фазы излучаемого сигнала.В системах с селекцией движущихся целей (СДЦ) изменения параметровизлучаемого сигнала могут привести к уменьшению достижимой величиныкоэффициента улучшения – параметра, характеризующего увеличение отношениясигнал/шум для движущихся целей.
Так, в генераторах с внешним возбуждениеммаксимальное значение коэффициента улучшения ограничено значением:Kу 20 lg(1/ ) ,(1.1)где - изменение фазы излучаемых электромагнитных колебаний за времяимпульса. Для автогенераторов:Kу 20lg(1/(f ) ,(1.2)где f - изменение частоты колебаний за время импульса .В общем случае случайные изменения фазы (фазовый шум) излучаемыхколебаний приводят к энергетическим потерям. При этом мощность фазовогошума может быть рассчитана из соотношения [31] PФШ ВЫХ ( )2 P0 ВЫХ .Случайные изменения амплитуды генерируемых колебаний A на величину A ограничивают коэффициент улучшения СДЦ величинойKу 20lg( A/ A) .Появление на плоской вершине импульса пульсаций с частотой, лежащей в16диапазоне анализа СДЦ, может привести к обнаружению ложных целей.
Поэтомунеобходимо исключать появления переходных процессов и пульсаций за времярадиоимпульса.В[31]отмечаетсясущественноевлияниеизмененийпитающихгенераторные ЭВП напряжений за время формирования импульса на изменениефазы генерируемых колебаний. Амплитуда колебаний также в значительнойстепени зависит от питающих напряжений. Степень влияния измененияпитающих напряжений на параметры электромагнитных колебаний ( , f , A ),генерируемых в РПДС, построенных на СВЧ ЭВП, будут рассмотрены ниже вразделе 2.1.Таким образом, требуется обеспечить стабильность напряжений, питающихЭВП, которая зависит от высоковольтных источников питания (ВВИП),объединенных в системы импульсного электрического питания (СИЭП).
В своюочередь ВВИП представляют отдельный класс устройств силовой электроники[32], и в настоящей работе вопросы, связанные с их работой, рассматриваться небудут.В настоящее время для уменьшения влияния изменений параметровизлучаемых РЛС колебаний на показатели радиолокационных сигналов (в первуюочередь отношение сигнал/шум) используются следующие методы:1. запоминаниеизлучаемогосигналанапромежуточнойчастотеииспользование его для дальнейшей когерентной обработки принятых сигналов;2. введение в усиливаемый сигнал предыскажений, имеющих измененияпараметров, противоположные вносимым в тракте усилителя;3. повышение стабильности питающих напряжений;4. введение систем автоматической подстройки фазы и амплитуды.Первыйспособпозволяетучестьвоздействиевсехфакторовнагенерируемые в РПДС колебания.
При обработке отраженного сигнала напромежуточной частоте используется "записанный" при излучении сигнал. В этомслучае удается устранить потери на несоответствие принятого сигнала17ожидаемому. При этом значительно усложняются алгоритмы обработки сигналов,повышаются требования к вычислительным мощностям. Затраты на реализациютаких высокопроизводительных систем все еще остаются слишком большими.При возникновении существенных отклонений параметров генерируемогосигнала от заранее определенного возможно появление дополнительных потерь,вызванных тем обстоятельством, что итоговый излученный сигнал не обладаеттребуемыми информационными параметрами. Так, например, при использованииЛЧМ сигналов существенные отклонения закона изменения частоты от линейногомогут привести к тому, что излученный сигнал даже при когерентной обработкене обеспечит требуемых параметров разрешения по дальности.Второй способ используется в РПДС, построенных на генераторах свнешним возбуждением.
При его использовании осуществляется предварительнаякалибровка усилительного тракта от выхода формирователя сигналов до антенны.Поэталонномусигналусизвестнымипараметрамиопределяютсясистематические искажения в усилительном тракте. Зная характеристикиискажений сигнала в этом тракте, можно ввести в формирователе сигналов напромежуточной частоте такие предыскажения, чтобы результирующий сигнал навыходе усилителя имел заданные характеристики. Такой способ относительнопрост в реализации (при использовании цифрового синтеза сигналов) и не требуетзначительных вычислительных ресурсов.
Однако он не позволяет корректироватьслучайные изменения фазы сигнала, вызванные быстрыми изменениямипитающих напряжений.Третий способ направлен на уменьшение изменения питающих напряжений- основного фактора, влияющего на параметры генерируемых в РПДСэлектромагнитных колебаний. В настоящее время он получил наибольшеераспространение, так как наиболее прост в реализации. Повышение стабильностинапряжений достигается путем увеличения емкости накопителя, что уменьшаетспад ускоряющего напряжения за время генерирования импульса (или ихпоследовательности).
Однако при этом несколько увеличиваются габариты РПДС.Также при разработке конструкции РПДС стремятся уменьшить паразитные18емкости и индуктивности, образующие резонансные контуры, которые могутвозбуждаться на фронтах импульса и приводить к появлению переходныхпроцессов на плоской вершине импульса.Использование схем фазовой и амплитудной автоподстройки сигналавозбуждения ЭВП возможно только в генераторах с внешним возбуждением.
Приэтом требуется вводить дополнительные элементы в волноводный тракт, чтоприводит к его усложнению и увеличению габаритов. Схемы ФАП, как правило,способны корректировать фазу входного сигнала в узком диапазоне (±180°),поэтому целесообразно уменьшать изменение фазы генерируемых сигналов засчет уменьшения изменений питающих напряжений во время импульса.Из вышесказанного можно сделать вывод, что в современных СИЭПиспользуемых в РПДС, построенных на основе СВЧ ЭВП, предъявляютсяжесткие требования к параметрам формируемых ими импульсов напряжения, таккак от их стабильности зависит качество получаемой радиолокационнойинформации.1.2. Обзор опубликованной информации по импульсныммодуляторам мощных РПДС1.2.1. Способы получения импульсной модуляции ЭВП СВЧ в мощныхРПДСВ РПДС модулирующие импульсы напряжения формируются модулятором.Модуляторы включают в себя высоковольтный ключ и накопитель электрическойэнергии, который может быть емкостным или индуктивным [14, 3, 19].
Внастоящее время используют модуляторы с емкостными накопителями, так какпри прочих равных условиях они обладают меньшими массой и габаритами,позволяют формировать импульсы с более высокой прямоугольностью, удобныпри конструировании [22, 23]. В свою очередь модуляторы с емкостнымнакопителем разделяются на модуляторы с частичным разрядом накопителя иполным его разрядом [3, 33].19В результате работы модулятора с полным разрядом накопителя импульсынапряжения образуются при разряде формирующей линии на согласованнуюнагрузку. Коммутацию формирующей линии и нагрузки может осуществлятьключ с мягким восстановлением, так как по завершении импульса накопительполностью разряжается.Рис.
0.1 Структурная схема ИМ с полным разрядом накопителя.На Рис. 0.1 приведена структурная схема ИМ с полным разрядомнакопительнойформирующейлинии.ЗдесьL1,L2,C1,C2образуютискусственную формирующую линию (ИФЛ). V1 – газонаполненный прибор тиратрон (возможно также использование тиристоров), который коммутируетИФЛ на первичную обмотку импульсного трансформатора Т1. Этот узелнеобходим для согласования нагрузки V2 с характеристическим сопротивлениемИФЛ.Такие схемы обладают рядом преимуществ по сравнению с ИМ счастичным разрядом [34]: простота конструкции; малые габариты; низкаястоимость, применение согласующего трансформатора позволяет уменьшитьнапряжение силового источника питания.Однако, такие схемы не позволяют оперативно изменять параметрыформируемых импульсов в широких пределах.
Форма выходного напряженияотличается от прямоугольной и сильно зависит от характера нагрузки и числазвеньев ИФЛ, что вынуждает использовать дополнительные корректирующиецепи [19, 34]. Они позволяют значительно уменьшить пульсации на плоской частиимпульса, но при этом усложняется схема ИМ. Учитывая это, в настоящее время20ИМ с полным разрядом используются редко.
Использование импульсноготрансформаторасущественноограничиваетдлительностиформируемыхимпульсов [34, 35].На рис. 1.2. приведена структурная схема ИМ с частичным разрядомнакопительной емкости. Здесь высоковольтный источник напряжения заряжаетнакопительный конденсатор. При подаче управляющего импульса на модуляторвысоковольтный ключ замыкается и подключает нагрузку к источнику энергии.По окончании импульса ключ размыкается.Модуляторы с частичным разрядом накопительной емкости позволяютформировать практически прямоугольные импульсы. Длительность фронтов вних определяется скоростью переключения ключа, практически отсутствуютпереколебания на плоской вершине импульса.
Спад плоской вершины за времяформирования импульса, а также уменьшение амплитуды импульсов за времяформированияимпульснойпоследовательностиопределяютсяемкостьюнакопителя и мощностью источника питания.Рис. 1.2. Структурная схема ИМ с частичным разрядом накопительной емкости.Ранее в модуляторах в качестве высоковольтных ключей применялисьмощные модуляторные лампы типа ГМИ и тиратроны, а в защитных ключах управляемые газовые разрядники (например ГРУ-50) и тиратроны [3, 14, 19]. Нарис.
1.3 приведена схема РПДС, построенная на магнетроне.21Рис. 1.3. Схема РПДС на магнетроне с последовательным включением нагрузки инакопителя.Здесьнакопительподключаетсяпоследовательноснагрузкой,авысоковольтный ключ замыкает цепь между нагрузкой и накопителем [36]. Заряднакопителя осуществляется через ограничительные резистор и дроссель. Поэтомутакие схемы обладают низким КПД, а частота повторения импульсов ограниченаскоростью подзарядки накопителя. Такие схемы применялись ранее дляупрощения питания накальных цепей электровакуумного ключа, и удобствауправления им. Они обеспечивают высокое быстродействие и мощность, однако,как отмечалось во введении, не удовлетворяют требованиям по надежности – срокслужбы ряда комплектующих изделий ограничен. Кроме того, в открытомсостоянии падение напряжения на ключевых лампах слишком велико, чтообусловлено их высоким внутренним сопротивлением (100...1000 Ом).
Проходнаяхарактеристикаэтихламппологая,требуетсяформироватьимпульсыуправляющего напряжения с амплитудой порядка 1000 В. Ограничения по токукатода коммутирующих ламп приводят к затягиванию длительности импульса.Современные требования к РПДС (в частности многофункциональных РЛС)заставляют переходить от электровакуумных коммутирующих приборов ктвердотельным [22, 23].1.2.2. Схемы высоковольтных твердотельных модуляторов для СВЧ ЭВПБлагодаря освоению промышленностью выпуска мощных высоковольтныхключевых транзисторов с изолированным затвором, появилась возможность22конструироватьмалогабаритныеимпульсныемодуляторысрабочиминапряжениями до сотен кВ и импульсными токами до нескольких сотен Ампер,построенные полностью на твердотельных элементах [22, 24, 25, 37, 38, 39].Твердотельные ИМ все чаще используются при модернизации и создании новыхРПДС, построенных на основе ЭВП СВЧ.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
