СВЧ-ПРИЕМНИК С ДВОЙНЫМ ПРЕОБРАЗОВАНИЕМ ЧАСТОТЫ
VHF-RECEIVER WITH DOUBLE CONVERSION OF FREQUENCY

Заявляемое устройство относится к радиотехнике, а именно к СВЧ-приемникам, применяемым в бортовых и наземных радиолокационных системах (РЛС), системах связи и навигации.
Известно устройство (Microwave Journal, 1994, Vоl.37, №12, стр.78-79), представляющее собой высокочастотный блок моноимпульсного малошумящего трехканального приемника РЛС с двойным преобразованием частоты.
К недостаткам данного устройства относятся низкий уровень подавления сигнала второго зеркального канала, отсутствие регулировки коэффициента передачи и отсутствие бланкирования сигнала передатчика.
Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому устройству является многоканальный СВЧ-приемник с двойным преобразованием частоты (Свидетельство РФ на полезную модель №7787, 1998 г., МПК: Н04В 1/06).
Данный СВЧ-приемник содержит малошумящий усилитель, первый смеситель частот с цепью формирования сигнала первого гетеродина, усилитель первой промежуточной частоты, первый полосно-пропускающий фильтр, блок автоматической регулировки усиления сигнала со схемой управления, второй полосно-пропускающий фильтр, второй смеситель частот с цепью формирования сигнала второго гетеродина, третий полосно-пропускающий фильтр, усилитель второй промежуточной частоты, а также выключатели, обеспечивающие бланкирование сигнала передатчика.
К недостаткам данного приемника можно отнести отсутствие защиты приемных каналов от воздействия мощных входных сигналов, необходимость (в составе РЛС) передачи сигнала первого гетеродина на высокой частоте, что приводит к потерям в кабельной сети РЛС, а также большое количество вентилей, используемых в схеме.
Технический результат предлагаемого технического решения заключается в обеспечении быстродействующей автоматической защиты приемных каналов от воздействия мощных входных сигналов, в расширении функциональных возможностей и улучшении технических характеристик СВЧ-приемника с двойным преобразованием частоты.
Технический результат достигается тем, что заявляемый СВЧ-приемник с двойным преобразованием частоты содержит делитель мощности, схему управления и n приемных каналов (n≥1), каждый из которых включает: малошумящий усилитель, вентиль, первый смеситель частот, первый и второй полосно-пропускающие фильтры, усилитель первой промежуточной частоты, второй смеситель частот, усилитель второй промежуточной частоты.
Кроме этого, в заявляемый СВЧ-приемник с двойным преобразованием частоты дополнительно введены умножитель частоты и в каждый приемный канал: циклотронное защитное устройство, первый, второй и третий аттенюаторы, второй, третий и четвертый усилители первой промежуточной частоты, направленный ответвитель, третий полосно-пропускающий фильтр, первый и второй переключатели.
При этом выход циклотронного защитного устройства соединен с входом малошумящего усилителя, выход малошумящего усилителя соединен с входом вентиля, выход вентиля соединен с первым входом первого смесителя частот, выход первого смесителя частот соединен с входом первого полосно-пропускающего фильтра, выход первого полосно-пропускающего фильтра соединен с входом первого усилителя первой промежуточной частоты, выход первого усилителя первой промежуточной частоты соединен с первым входом первого аттенюатора, выход первого аттенюатора соединен с входом второго усилителя первой промежуточной частоты, выход второго усилителя первой промежуточной частоты соединен с первым входом второго аттенюатора, выход второго аттенюатора соединен с входом направленного ответвителя. Второй выход направленного ответвителя соединен с входом третьего усилителя первой промежуточной частоты, первый выход направленного ответвителя соединен с входом второго полосно-пропускающего фильтра. Выход второго полосно-пропускающего фильтра соединен с входом четвертого усилителя первой промежуточной частоты, выход четвертого усилителя первой промежуточной частоты соединен с первым входом первого переключателя. Первый выход первого переключателя соединен с входом третьего полосно-пропускающего фильтра, выход третьего полосно-пропускающего фильтра соединен с первым входом второго переключателя. Второй выход первого переключателя соединен с входом третьего аттенюатора, выход третьего аттенюатора соединен с вторым входом второго переключателя. Выход второго переключателя соединен с первым входом второго смесителя частот, выход второго смесителя частот соединен с входом усилителя второй промежуточной частоты.
Кроме этого, выходы умножителя частоты соединены с вторым входом первых смесителей частот всех приемных каналов, выходы делителя мощности соединены с вторым входом вторых смесителей частот всех приемных каналов. Выходы схемы управления соединены с вторым входом первых аттенюаторов, с вторым входом вторых аттенюаторов, с вторым входом первых переключателей и с третьим входом вторых переключателей всех приемных каналов.
Сущность предлагаемого технического решения поясняется Фиг.1 - Фиг.2, где:
Фиг.1 - структурная схема n - канального СВЧ-приемника с двойным преобразованием частоты;
Фиг.2 - структурная схема приемного канала СВЧ-приемника.
Заявляемый СВЧ-приемник с двойным преобразованием частоты (Фиг.1) содержит n идентичных приемных каналов (n≥1), умножитель частоты 20, обеспечивающий формирование сигналов первого гетеродина для каждого приемного канала; делитель мощности 21, обеспечивающий формирование сигналов второго гетеродина для каждого приемного канала; схему управления 22, обеспечивающую управление работой аттенюаторов и переключателей каждого приемного канала.
Причем каждый из n приемных каналов (Фиг.2) включает: циклотронное защитное устройство (ЦЗУ) 1; малошумящий усилитель (МШУ) 2; развязывающий вентиль 3; первый смеситель частот 4; первый 5, второй 12 и третий 15 полосно-пропускающие фильтры (ППФ); первый 6, второй 8, третий 11 и четвертый 13 усилители первой промежуточной частоты (УПЧ1); первый 7 и второй 9 аттенюаторы (цифровые); направленный ответвитель (НО) 10; первый 14 и второй 17 переключатели; третий аттенюатор 16; второй смеситель частот 18 и усилитель второй промежуточной частоты (УПЧ2) 19.
При этом выход циклотронного защитного устройства 1 соединен с входом малошумящего усилителя 2, выход малошумящего усилителя 2 соединен с входом вентиля 3, выход вентиля 3 соединен с первым входом первого смесителя частот 4, выход первого смесителя частот 4 соединен с входом первого полосно-пропускающего фильтра 5, выход первого полосно-пропускающего фильтра 5 соединен с входом первого усилителя первой промежуточной частоты 6, выход первого усилителя первой промежуточной частоты 6 соединен с первым входом первого аттенюатора 7, выход первого аттенюатора 7 соединен с входом второго усилителя первой промежуточной частоты 8, выход второго усилителя первой промежуточной частоты 8 соединен с первым входом второго аттенюатора 9, выход второго аттенюатора 9 соединен с входом направленного ответвителя 10. Второй выход направленного ответвителя 10 соединен с входом третьего усилителя первой промежуточной частоты 11, первый выход направленного ответвителя 10 соединен с входом второго полосно-пропускающего фильтра 12. Выход второго полосно-пропускающего фильтра 12 соединен с входом четвертого усилителя первой промежуточной частоты 13, выход четвертого усилителя первой промежуточной частоты 13 соединен с первым входом первого переключателя 14. Первый выход первого переключателя 14 соединен с входом третьего полосно-пропускающего фильтра 15, выход третьего полосно-пропускающего фильтра 15 соединен с первым входом второго переключателя 17. Второй выход первого переключателя 14 соединен с входом третьего аттенюатора 16, выход третьего аттенюатора 16 соединен с вторым входом второго переключателя 17. Выход второго переключателя 17 соединен с первым входом второго смесителя частот 18, выход второго смесителя частот 18 соединен с входом усилителя второй промежуточной частоты 19.
Кроме этого, выходы умножителя частоты 20 соединены с вторым входом первых смесителей частот 4 всех приемных каналов, выходы делителя мощности 21 соединены с вторым входом вторых смесителей частот 18 всех приемных каналов. Выходы схемы управления 22 соединены с вторым входом первых аттенюаторов 7, с вторым входом вторых аттенюаторов 9, с вторым входом первых переключателей 14 и с третьим входом вторых переключателей 17 всех приемных каналов.
Рассмотрим работу заявляемого СВЧ-приемника с двойным преобразованием частоты на примере прохождения принимаемого сигнала по одному из приемных каналов.
Принимаемый антенной сигнал поступает на вход циклотронного защитного устройства (ЦЗУ) 1. ЦЗУ 1 работает в режиме пропускания или в режиме защиты. В режиме пропускания (при входном сигнале малой мощности) ЦЗУ 1 обеспечивает передачу сигнала без искажений с малыми потерями, при этом осуществляется предварительная фильтрация входного сигнала, в том числе по первому зеркальному каналу.
В режиме защиты ЦЗУ 1 обеспечивает быстродействующую автоматическую защиту приемного канала от воздействия мощных входных сигналов. Если мощность входного сигнала превышает пороговый уровень, автоматически осуществляется развязка входа и выхода ЦЗУ 1.
Конструкция и принципы работы ЦЗУ, а также цепочки ЦЗУ и МШУ рассмотрены в журнале «Электронная техника», серия СВЧ-техника, вып.1 (481), 2003, стр.24-30.
гет1
пч1
С выхода ЦЗУ 1 сигнал поступает на вход МШУ 2, усиливается и через развязывающий вентиль 3 поступает на первый вход первого смесителя частот 4, в котором с помощью сигнала первого гетеродина f преобразуется в сигнал на первой промежуточной частоте f данного приемного канала.
гет1
гет1
гет1
Формирование сигнала первого гетеродина f осуществляется умножителем частоты 20, на вход которого подается опорный сигнал (f/4) меньшей частоты и мощности, что позволяет уменьшить потери при передаче сигнала f по кабельной сети РЛС.
пч1
пч1
Сигнал на первой промежуточной частоте f данного приемного канала с помощью первого ППФ 5, который является широкополосным фильтром, фильтруется от паразитных спектральных составляющих, усиливается первым 6 и вторым 8 УПЧ1, регулируется по уровню первым 7 и вторым 9 аттенюаторами, управлявляемыми сигналами со схемы управления 22, и поступает на вход направленного ответвителя 10, осуществляющего передачу сигнала на первой промежуточной частоте f по двум направлениям: на вход третьего УПЧ1 11, с выхода которого усиленный сигнал подается на выход устройства, и на вход второго ППФ 12, в котором сигнал фильтруется, затем усиливается четвертым УПЧ1 13 и поступает на вход первого переключателя 14.
Первый 14 и второй 17 переключатели по сигналам схемы управления 22 обеспечивают работу приемного канала в режиме «узкой полосы» или в режиме «широкой полосы». В режиме «узкой полосы» сигнал дополнительно фильтруется третьим ППФ 15, обужающим полосу пропускания. Последовательное подключение через УПЧ1 13 двух полосно-пропускающих фильтров: фильтра «широкой полосы» 12 и фильтра «узкой полосы» 15 позволяет обеспечить требуемую полосу частот данного приемного канала в режиме «узкой полосы». В режиме «широкой полосы» сигнал ослабляется третьим аттенюатором 16 на величину затухания, вносимую третьим ППФ 15.
пч1
гет2
пч2
С выхода третьего ППФ 15 или третьего аттенюатора 16 сигнал на первой промежуточной частоте f поступает на первый вход второго смесителя частот 18, в котором с помощью сигнала второго гетеродина f, поступающего с делителя мощности 21, преобразуется в сигнал на второй промежуточной частоте f данного приемного канала, который усиливается УПЧ2 19 и подается на выход устройства.
Поскольку все приемные каналы заявляемого СВЧ-приемника с двойным преобразованием частоты идентичны, то работа каждого из них осуществляется описанным выше образом.
Для подтверждения возможности реализации данного технического решения в соответствии с предложенной схемой был изготовлен опытный образец четырехканального СВЧ-приемника с двойным преобразованием частоты для бортовой РЛС Х-диапазона.
Данный СВЧ-приемник осуществляет прием сигналов от фазированной антенной решетки РЛС в полосе частот 800 МГц по четырем каналам: суммарному, разностно-угломестному, разностнно-азимутальному и компенсационному.
На входе каждого приемного канала СВЧ-приемника установлено ЦЗУ, работающее в режиме пропускания или в режиме защиты. В режиме пропускания (при входном сигнале малой мощности) ЦЗУ обеспечивает передачу сигнала без искажений с потерями порядка 1 дБ и осуществляет предварительную фильтрацию входного сигнала. При этом подавление сигнала первого зеркального канала составляет не менее 60 дБ.
В режиме защиты ЦЗУ обеспечивает быстродействующую автоматическую защиту приемных каналов от воздействия мощных входных сигналов. Средняя предельно допустимая мощность входного сигнала достигает значения 250 Вт, а время восстановления чувствительности приемных каналов после воздействия сигнала максимальной мощности составляет не более 50 нс. При этом обеспечивается работа СВЧ-приемника в широкой полосе частот (до 800 МГц) с сохранением высокой чувствительности (коэффициент шума порядка 2,8 дБ).
Во время работы передатчика РЛС бланкирующий аттенюатор (из состава МШУ), первый и второй цифровые аттенюаторы осуществляют бланкирование приемных каналов СВЧ-приемника. Глубина подавления сигнала передатчика в каждом из приемных каналов не менее 120 дБ.
пч1
Первый, второй и третий полосно-пропускающие фильтры обеспечивают основную фильтрацию принятого сигнала, которая осуществляется на первой промежуточной частоте. Причем первый полосно-пропускающий фильтр обеспечивает фильтрацию сигнала от паразитных спектральных составляющих, а второй и третий полосно-пропускающие фильтры обеспечивают подавление побочных каналов приема. Подавление побочных каналов приема (при отстройке от f на ±42 МГц) в режиме «широкой полосы» составляет не менее 60 дБ, а подавление второго зеркального канала приема в режиме «узкой полосы» - не менее 80 дБ.
Усилители первой и второй промежуточной частоты обеспечивают усиление сигналов на соответствующей промежуточной частоте до требуемого уровня. При этом усилители первой промежуточной частоты обеспечивают развязку первого и второго аттенюаторов, второго и третьего полосно-пропускающих фильтров.
Коэффициент передачи приемных каналов по выходам сигналов на первой промежуточной частоте составляет 25 дБ, по выходам сигналов на второй промежуточной частоте - 50 дБ.
Первый и второй цифровые аттенюаторы позволяют обеспечить ослабление сигнала на первой промежуточной частоте в диапазоне от 0 до 63 дБ с шагом 1±0,3 дБ.
Четырехканальный СВЧ-приемник с двойным преобразованием частоты обеспечивает выдачу на выходы сигналов на первой промежуточной частоте (полоса пропускания 300 МГц) и сигналов на второй промежуточной частоте (в режиме «широкой полосы» - полоса пропускания 32 МГц, в режиме «узкой полосы» - полоса пропускания 16 МГц) для последующего аналого-цифрового преобразования.
Таким образом, в заявляемом СВЧ-приемнике с двойным преобразованием частоты обеспечивается быстродействующая автоматическая защита приемных каналов от воздействия мощных входных сигналов за счет введения ЦЗУ; расширение функциональных возможностей за счет выдачи на выходы: сигналов на первой промежуточной частоте, сигналов на второй промежуточной частоте (в режиме «широкой полосы» или в режиме «узкой полосы»), а также сигналов на первой и второй промежуточных частотах одновременно; улучшение технических характеристик.