Типовая структурная схема передатчика. Передатчик состоит (рис. 11.5) из возбудителя и мощного усилителя, основой которого является пролетный клист-.рон. Модулирующее напряжение от аппаратуры ЧРК поступает на генератор частотно-модулированных колебаний ЧМГ, который работает иа промежуточной частоте (обычно 70 МГц). Полученные колебания усиливаются в УПЧ и додаются иа смеситель высокого уровня См. На этот же смеситель подаются

Воз5удитеп1)

Мощный усилитель

. гЧ>-*И-*с>-*{ЕЬШ-

®

Н0\

®

&1 т

I ЧМГ От аппара -

I туры fP/i

Рис. 11.5. Типовая структурная схема передатчика ТРРЛ

колебания высокой частоты, получающиеся с помощью умножения частоты кварцевого генератора КГ в умножителе частоты. Для получения высокой стабильности частоты передающего устройства в ЧМГ принимаются специальные меры по стабилизации средней частоты и точности ее установки. Относительная точность установки частоты ЧМГ достигает 5-10-, а относительная нестабильность частоты колебания на выходе УМГ-1-10- Стабильность высокочастотных колебаний высока, так как относительная нестабильность частоты кварцевого генератора в зависимости от назначения ТРРЛ и вида передаваемой информации находится в пределах от (1-5)-10-5 до (2-5)-10-.

Так как для раскачки мощного усилительного клистрона требуется сравнительно большая мощность, то полученные после смесителя колебания высокой частоты усиливаются в УВЧ. Затем через фильтр боковой, полосы Ф, который выделяет нижнюю или верхнюю боковую полосу, ферритовый вентиль, необходимый для согласования выхода УВЧ и входного резонатора клистрона, и направленный ответвитель НО, предназначенный для измерительных целей, колебания подаются на мощный клистронный усилитель МУ.

С выхода клистронного усилителя через мощный ферритовый вентиль, необходимый для согласования выхода клистронного усилителя с антенно-волноводным трактом и фильтр гармоник ФГ, защищающий другие радиосредства от помех со стороны данного передатчика, высокочастотная энергия по нолно-воду поступает в антенну. Направленный ответвитель и здесь служит для измерения полезной мощности, а также для организации защиты клистрона. При нарушении согласования в фидере может произ?ойтн СВЧ пробой. В результате возникает дуга на выходе клистрона, что может привести к его гибели. В этом случае срабатывает система защиты, действующая от отраженной волны. Эта система снимает высокое напряжение с клистрона, предотвращая его разрушение.

Структурная схема передатчика с частотным разнесением. Для ТРРЛ с частотным разнесением принимаемых сигналов применяется передающее устройство, состоящее нз двух одинаковых передатчиков, работающих иа разных частотах Счастотное разнесение), но имеющих общий модулятор (рис. 11.6).

Каждый из двух передатчиков работает иа свою антенну, имеет общий задающий кварцевый генератор КГ и модулитор ЧМГ и обеспечивает выходную

I W;

мощностьвысокочастотных колебаний порядка 1-5 кВт в полосе пропускания

В передающее устройство также входят широкополосные ФШ и узкополосные ФУ фильтры частот, фильтры гармоник ФГ, ферритовые вентили и элементы для контроля основных параметров и характеристик: измерители мощности (W), волноводные нагрузки. Колебания КГ через переключающее устройство

Возбудитель т См W

1Ш1>1ШЕ>{Ж}-

Мощный усилитель

©

-o-s

©

Рис. 11.6. Структурная схема передатчика для счетверенного приема

УП поступают на отдельные умножители частоты каждого передатчика. С выхода умножителя высокочастотные колебания поступают на смеситель. Сюда же с выхода ЧМГ через другое- переключающее устройство УП поступает сигнал промежуточной частоты 70 МГц.

Разнос частот передатчиков достигается путем выделения с помощью специальных фильтров ФШ верхней и нижней боковых частот. Так как промежуточная частота равна 70 МГц, то боковые частоты, выделенные на выходе каждого смесителя, будут разнесены на 140 МГц.

Для обеспечения высокой надежности работы передающего устройства общие элементы схемы (КГ, ЧМГ) имеют горячий резерв. Специальные переклю-чающие устройства в случае неисправности КГ и ЧМГ автоматически переклю-Y чают неисправные комплекты на резервные. Для повышения надежности передатчика может быть предусмотрена параллельная работа двух модуляторов без переключения. Для повышения надежности всей системы каждая половина передающего устройства питается от двух независимых источников напряжения.

11.3. ПРИЕМНЫЕ УСТРОЙСТВА

Приемники ТРРЛ конструируют так, чтобы обеспечить надежный прием сигналов с малым уровнем. Поскольку в диапазоне СВЧ внешние помехи незначительны, минимальный уровень принимаемых сигналов, нли чувствительность, определяется собственным флуктуационным (тепловым) шумом приемника. Поэтому, как правило, иа входе приемника ТРРЛ устанавливается мало-шумящий усилитель (МШУ).

Глубокие интерференционные замирания сигнала на интервале ТРРЛ существенно снижают качество связи. Дли борьбы с ними применяют разнесенный прием, при котором на вход приемного устройства поступает несколько статистически независимых сигналов. Эти сигналы затем комбинируются с помощью техники разнесенного приема таким образом, чтобы уменьшить вредное влияние замираний.

На ТРРЛ, как правило, применяют частотную модуляцию. В приемниках ЧМ наблюдается резкое ухудшение качества связи при уменьшении сигнала на входе приемника ниже определенного уровня (порога). Поэтому в состав приемника ТРРЛ включают порогопонижающие демодуляторы ЧМ сигналов.

Малошумящне усилители высокой частоты

Уровень собственного шума МШУ приемника, отнесенного к его входу, при-нито характеризовать не коэффициентом шума N, а эффективной шумовой температурой. Этн параметры связаны соотношением Гэф = 7"о(Л-1); где Го = =290 К.

Тогда мощность теплового щума приемника, приведеннаи к его входу з полосе Af, может быть определена по формуле Pm=kTatAf. где k=\,38-\0- Вт/Гц-град - постоянная Больцмана.

Величины Тзф и Рш определяются в основном параметрами и типами первых каскадов приемника, в качестве которых на современных ТРРЛ используются параметрические усилители (ПУ).

В приемниках ТРРЛ обычно используют МШУ, обеспечивающее эффективную шумовую температуру 150-200 К. Дальнейшее уменьшение шумовой температуры, например с помощью охлаждения ПУ, на ТРРЛ нецелесообразно. Дело в том, что на этих линиях антенны всегда ориентируют по касательной к поверхности земли. Поэтому тепловое излучение ее существенно определяет шумовую температуру антенны, которая на ТРРЛ составляет .~300 К. В результате су-ммарная шумовая температура приемника и антенны при т1ео:-:лаж-даемом ПУ составляет450 К, а прн охлаждаемом (например, до 50 К) - около 350 К. Таксе незначительное уменьшение суммарном эффективной п-умовой температуры делает неоправданным применение на ТРРЛ более сложной в эксплуатации и дорогой техники.

Параметрические усилители чаще всего используются в аппаратуре ТРРЛ. Они представляют собой устройства, в которых используется переменный реактивный элемент, в качестве которого применяется параметрический диод, обладающий свойствами нелинейной емкости и изменяющий свое реактивное сопротивление за счет внешних источников энергии. Так как чисто реактивные элементы не обладают собственными шумами, то ПУ обеспечивают низкие уровни шумов, позволяя уменьшить эффективну]о шумовую температуру приемника до требуемого значения 100-150 К. В них для накапливания энергии используется емкость р-Я-нерехода диода, а изменение этой емкости осуществляется за счет подачи от генератора накачки (ГН) переменного напряжения, частота которого выше частоты усиливаемого сигнала.

Параметрический усилитель-преобразователь до последнего времени широко применялся в аппаратуре ТРРЛ в диапазоне 500-1000 МГц. Типовая структурная схема такого ПУ, используемая в отечественной аппаратуре «Гори-зонт-М» первых выпусков, показана на рис. 11.7.

Принятый антенной сигнвл частоты /с через входной полосовой фильтр и ферритовый вентиль попадает на контур сигнальной частоты КСЧ, связанный через нелинейную емкость параметрического диода ПД с контуром разностной частоты КРЧ. Одновременно на ПД подаются колебания накачки частоты /н от генератора накачки ГН через ферритовый вентиль, направленный птветви-1сль НО и полосовой <Ьи.11>тр. yciMicimi.ic ко.цебания разностной частоты = -fn-ft с контура разностных частот через фильтр н ферритовый вентиль попадают иа смеситель См, в котором осущсств.чястся второе нрсобразоваиис час-

тоты /, в промежуточную частоту /пр. На этот же смеситель подаютси колебания частоты /i со смесителя сдвига, где частота накачки fa преобразуется в частоту fi, сдвинутую относительно /н на величину, равную частоте кварцевого гетеродина /г, т. е. /1=/в-/г. Прн таком преобразовании промежуточнаи частота зависит только от частоты сигнала и частоты кварцевого гетеродина и не зависит от частоты накачки.

fr-fr

Рис. 11.7. Структурная схема параметрического усилителя-преобразователя

Параметрические усилители отражательного типа (или работающие «на отражение») находят преимущертвенное применение при проектировании современной аппаратуры ТРРЛ. Такой усилитель по сравнению, с усилителем-преобразователем имеет ряд преимуществ:, простоту конструкции; меньшую шумовую температуру; меньшую потребляемую мощность накачки.

Упрощенная структурная схема усилителя приведена на рис. 11.8. Здесь выходная мощность снимается не на разностной частоте /р, а на частоте сигнала /с: КСЧ и КРЧ - контуры сигнальной и разностной частот.

."ис. 11.8. Структурная схе--.1 параде .ригеского уси.-тп-.теля, работающего «на от-

КРЧ 1

Генераторы накачки параметрических усилителей имекзт частоту /н в 10- 15 раз выше частоты сигнала /с. Например, для ПУ дециметрового диапазона частота генератора накачки 10-12 ГГц близка к оптимальной. В качестйе генераторов накачки используются как электровакуумные СВЧ приборы (клистроны, магнетроны), так и твердотельные приборы (дноды Ганна, лавинно-про-летные приборы нли транзисторные генераторы с многократным умножением частоты). .

Магнетронные генераторы накачки ненадежны в работе, имеют малый срок службы. Параметры нх значительно меняются во времени и при измененнн температуры окружающей среды.

Применение клистронов значительно улучшает основные параметры генераторов накачки (стабильность, долговечность, надежность), но стоимость их вместе с источником питания остается высокой. К тому же они достаточно сложны в эксплуатации.

Использование твердотельных генераторов СВЧ позволяет получить дешевые, надежные и простые в эксплуатации генераторы накачки. Наиболее приемлемы генераторы на диодах Ганна (например, АА703Б) из-за нх стабильности частоты и надежности в работе и транзисторные генераторы с многократным умножением частоты. Последний тип обладает большой устойчивостью, стабильностью, длительным сроком служб1,1 при сравнительно небольших габаритных размерах, массе, потребляемой мощности.

Структурная схема транзисторного генератора накачки с многократным умножением частоты для ПУ дециметрового диапазона показана на рнс. 11.9. Кратность умножения определяется несущей частотой н требуемой частвтой накачки.

Г тмгц

1Шм ЗОЗЕм ШВм

Рис. 11.9. Структурная схема твердотельного генератора накачки с умножением частоты

Параметрические диоды требуют от генераторов накачки мощности 10 100 мВт. Наиболее широкое распространение получили варакторные диоды и» арсеннда галлия GaAs, хотя до последнего времени нх выполняют на базе германия и кремния. На первых этапах изготавливали в основном диффузионные (на основе мезоструктур), сварные н точечные варакторные диоды. В последнее время изготавливают диоды с барьером Шоттки, имеющие наилучшие параметры.

Описанные усилители имеют коэффициент усиления 20-25 дБ в диапазоне 1 ГГц прн ширине полосы пропускания 10-16 МГц. Прн этом эффективная шумовая температура усилителя не превышает 250 К. На более высоких частотах, например в диапазоне 4-5 ГГц, параметрнческне усилители обеспечивают коэффициент шума порядка 3 дБ.

Коэффициент шума приемника с ПУ можно снизить, если, например, применить двухкаскадный ПУ нлн в качестве второго каскада использовать другой МШУ - транзисторный, на туннельном диоде и т. д.

Для определения необходимого числа каскадов обычно вычисляют температуру шума, вносимую последующим за ПУ каскадом, Гвн = 7"кс2/Л, где Гксг - собственная эффективная шумовая температура второго МШУ; М - коэффициент усиления по мощности первого ПУ.

Если значение Гвн невелико, то выбирают Схему однокаскадного ПУ.

Техника разнесенного приема

На ТРРЛ чаще всего используется разнесение сигналов по частоте и пространству, реже - по углу прихода сигналов нз области рассеяния. Наиболее распространен счетверенный прием с разнесением двух антенн по пространству и двух передатчиков по частоте.

Системы разнесенного приема делят на две группы: системы фильтрового приема; системы автокорреляционного приема.

При фильтровом приеме сигналы от различных передатчиков или с выхода различных антенн сначала выделяются фильтрами, а затем комбинируются. Такие системы обеспечивают обычно кратность не более 4, так как дальнейшее увеличение кратности потребовало бы увеличения числа дорогостоящих антенн н передатчиков.

Автокорреляционный прием используется исключительно прн наличии сиг--налов с эквидистантным частотным разнесением, т. е. сигналов, равноотстоящих друг от друга но частоте. Несколько таких сигналов образует так называемый [3] параллельный составной сигнал, который получают на выходе передатчика ТРРЛ. В приемном устройстве такой сигнал подвергается автокорреляционной обработке, в результате которой суммируются его парциальные составляющие. ,

Сочетание автокорреляционного и фильтрового методов приема от двух антенн и Двух передатчиков позволяет получить значительную кратность разнесения - до 20, что очень важно для ТРРЛ с длинными интервалами.

На ТРРЛ в основном нашло применение сложение разнесенных сигналов с тем или иным весом. Используются два способа сложения: до детектора, т. е. в тракте высокой нлн промежуточной частоты, и после детектора, т. е. в групповом тракте.

При с.10женнн сигналов до детектора требуется предварительная фазиров-ка складываемых сигналов, так как нх фазы изменяются случайным образом. Это делает додетекторное сложение в принципе более сложным. Однако при приеме сигналов с Ч.Н додетекТорное сложение все-таки предпочтительнее, поскольку здесь порог ЧМ определяется суммарным сигналом и всегда ниже, чем прн сложении после детектора, где возникновение порогового эффекта уже нельзя ликвидировать простым сложением в групповом тракте.

На ТРРЛ используют два основных способа сложения.

Линейное сложение.В этом случае все весовые коэффициенты равны между собой и суммарный сигнал 5,(0 при ТУ-кратном приеме Определяется выражением

(0 = 2aftSft(0.

k=\,

где Sh(t)=Uk,(t)+%(t) - сумма k-ro разнесенного сигнала и аддитивного шума £(i), действующего на входе приемника той же ветви; at-весовой коэффициент той же ветви.

Линейное сложение в принципе легко обеспечивается применением параллельной, АРУ всех УПЧ, причем АРУ действует от суммарного сигнала. В результате усиление всех трактов сохраняется одинаковым и определяется в основном самым сильным нз сигналов.

Оптимальное сложение. В этом случае весовые коэффициенты определяются равенством ak=Uk/i,h, т. е. усиление в каждой ветви должно регулироваться так, чтобы в любой момент времени оно было пропорционально напряжению сигнала и обратно пропорционально мощности шума в этой ветви.

Рис. 11.10. Структурная схема системы линейного сложения на промежуточной частоте

Структурная схема системы- линейного сложения сигналов одной частоты, принятых на две различные антенны, изображена на рис. 11.10. Эта система использована в отечественной аппаратуре «Горизонт-М» для обеспечения сдвоенного приема с линейным сложением по промежуточной частоте.