МНОГОКАНАЛЬНОЕ БОРТОВОЕ СВЕРХВЫСОКОЧАСТОТНОЕ ПРИЕМНОЕ УСТРОЙСТВО ИМПУЛЬСНОЙ РАДИОЛОКАЦИОННОЙ СТАНЦИИ

Изобретение относится к области радиолокации и может найти применение в импульсных радиолокационных станциях (РЛС) сантиметрового диапазона для обнаружения воздушных и наземных целей, измерения их координат и параметров движения.
Известно двухканальное приемное устройство (см. Ю.И. Фельдман, 1978, Сопровождение движущихся целей, Москва, Советское радио, стр.212), содержащее блок формирования суммарного и разностного каналов, выходы которого подключены к входам двух приемных каналов, каждый из которых состоит из последовательно соединенных смесителя, усилителя первой промежуточной частоты, фазового детектора, доплеровского фильтра, амплитудного детектора и логарифмического усилителя, причем на второй вход смесителя подается сигнал гетеродина, а на второй вход фазового детектора подается сигнал опорного генератора. Недостатком этого приемного устройства является низкая помехозащищенность приемных каналов из-за отсутствия защиты входных устройств от перегрузки.
Наиболее близким по технической сущности является приемное устройство РЛС для определения дальности и угловых координат объектов (см. Проектирование радиоприемных устройств, 1976, под общей редакцией А.П. Сиверса, Москва, Советское радио, стр.95), содержащее последовательно соединенные устройство защиты приемного канала, малошумящего усилителя, фильтра зеркального канала, смесителя, усилителя промежуточной частоты, детектора радиоимпульсов и видеоусилителя, причем выход детектора радиоимпульсов также подключен к входу детектора системы автоматической регулировки усиления, а его выход к соединен с управляющим входом усилителя промежуточной частоты.
Недостатком приемного устройства является недостаточная помехозащищенность обусловленная тем, что детектор системы автоматической регулировки усиления реагирует только на сигналы находящиеся в полосе пропускания фильтра зеркального канала, при этом малошумящий усилитель может быть перегружен (заблокирован) помехой не попадающей в полосу пропускания фильтра зеркального канала.
В бортовых приемных системах радиолокации в настоящее время широкое распространение получили микрополосковые фильтры, обладающие малыми габаритами и технологичностью в производстве (см. Вопросы радиоэлектроники, 2000, т.48, №4, стр.398-405).
К недостаткам таких устройств относят сравнительно невысокую крутизну склонов амплитудно-частотной характеристики, а также низкий уровень затухания СВЧ мощности в полосах заграждения, причем собственная добротность микрополосковых резонаторов невелика, а увеличение числа звеньев для повышения селективности фильтров сопровождается значительным ростом потерь в полосе пропускания, а затухание в полосах заграждения нарастает слишком медленно.
Известен фильтр (см. патент US №3754198 НКИ 333-73, от 1980), содержащий диэлектрическую подложку, одна сторона которой полностью металлизирована и выполняет функцию заземляемого основания, а на второй
нанесены П-образные полосковые проводники резонаторов, электромагнитно связанных между собой.
Однако селективные свойства такой конструкции недостаточно высоки.
Известны резонансные газовые разрядники, используемые для защиты приемных устройств от СВЧ мощности высокого уровня и состоящие из нескольких последовательно соединенных низкодобротных резонаторов, заполненных газом (см. И.В. Лебедев, 1976, Резонансные разрядники антенных переключателей, Москва, Советское радио, стр.27).
Недостатком газовых разрядников является большая инерционность и как следствие высокая энергия пика на выходе разрядника, большое время поджига и восстановления.
Известны полупроводниковые ограничители, выполненные на p-i-n диодах, защищающие вход приемников от воздействия мощных входных сигналов (см. патент PL №116264 МПК G 01 S 13/00, от 30.10.82).
Основным достоинством полупроводниковых ограничителей является меньшая инерционность по сравнению с газовыми разрядниками, а недостатком - низкая устойчивость к воздействию СВЧ мощности по сравнению с газовыми разрядниками.
Известно СВЧ приемное устройство импульсной РЛС (см. С.М. Клич, 1973, Проектирование СВЧ устройств радиолокационных приемников, Москва, Советское радио, стр.290-291), питание узлов которого осуществляется по кабелю от внешнего источника питания. Недостатком данного технического решения является повышенное энергопотребление от первичной сети, обусловленное необходимостью дополнительной стабилизации напряжений и падением напряжений на кабеле, соединяющем приемное устройство с внешним источником питания.
Задачей полезной модели является повышение помехозащищенности, уменьшение времени восстановления приемного устройства после воздействия импульсной СВЧ мощности, а также снижение потребляемой мощности от первичной бортовой сети.
Технический результат полезной модели достигается за счет того, что многоканальное бортовое сверхвысокочастотное приемное устройство импульсной радиолокационной станции, содержащее ряд приемных сверхвысокочастотных каналов, каждый из которых выполнен из последовательно соединенных защитно-усилительного устройства выполненного из последовательно соединенных защитного устройства, входного усилителя, одноразрядного аттенюатора и выходного усилителя и усилительно-преобразовательного устройства, состоящего из первого смесителя, предварительного усилителя первой промежуточной частоты, шестиразрядного аттенюатора с шагом 1 дБ, полосового фильтра, усилителя первой промежуточной частоты, второго смесителя и усилителя второй промежуточной частоты, кроме того, полосовой фильтр выполнен из широкополосного фильтра, выход которого подключен через первый переключатель к входам соответственно узкополосного фильтра и постоянного аттенюатора, выходы которых связаны с соответствующими входами второго переключателя, а управляющий вход шестиразрядного аттенюатора с шагом 1 дБ подключен к выходу логической схемы ИЛИ, причем управляющие входы одноразрядного аттенюатора, входного и выходного усилителей, первого и второго переключателей и оба входа логической схемы ИЛИ подключены к соответствующим выходам системы управления, причем гетеродинный вход второго смесителя непосредственно соединен с соответствующим выходом многоканального синтезатора частот, а гетеродинный вход первого смесителя соединен с выходом многоканального синтезатора частот через формирователь сигнала первого гетеродина, кроме того, входы детекторов перегрузки по первой и второй промежуточным частотам связаны соответственно с выходами предварительного усилителя первой промежуточной частоты и усилителя второй промежуточной частоты, а выходы подключены к соответствующим входам системы управления, при этом конструктивно усилительно-преобразовательные устройства выполнены
в виде единого модуля с встроенным источником вторичного электропитания и формирователем сигнала первого гетеродина.
Причем широкополосный и узкополосный фильтры выполнены соответственно на трех и двух многомодовых микрополосковых шпильковых резонаторах Ш-образной формы с нерегулярными шлейфами, размещенных на керамической подложке с высокой относительной диэлектрической проницаемостью ε=80.
Устройство защиты, состоит из электронной пушки, формирующей ленточный электронный поток, входного и выходного резонансных устройств связи с электронным потоком и коллектора, а также магнитной системы на постоянных магнитах формирующей однородное магнитное поле, направленное соосно с направлением дрейфа электронного луча, причем уровень индукции магнитного поля обеспечивает условия для циклотронного резонанса электронов на частоте сигнала.
Источник вторичного электропитания состоит из двух групп по три одинаковых в каждой группе трансформаторов, преобразующих трехфазное напряжение первичной бортовой сети в напряжения, необходимые для работы соответствующих выпрямителей, причем первичные обмотки трех трансформаторов в каждой из групп соединены в "звезду" и подключены к трехфазной первичной бортовой сети, одноименные вторичные обмотки также соединены в "звезду и подключены к трехфазным выпрямителям, обеспечивающим необходимые напряжения питания узлов многоканального бортового сверхвысокочастотного приемного устройства импульсной радиолокационной станции.
Сущностью предлагаемого технического решения является создание многоканального бортового сверхвысокочастотного приемного устройства импульсной радиолокационной станции обладающего высокими эксплуатационными характеристиками:
- помехоустойчивостью за счет использования детекторов перегрузки по первой и второй промежуточным частотам и переключения полос
пропускания приемных каналов, фильтры которых выполнены на многомодовых микрополосковых шпильковых резонаторах Ш-образной формы с нерегулярными шлейфами, размещенных на керамической подложке с высокой относительной диэлектрической проницаемостью ε=80;
- малым временем восстановления приемного устройства после воздействия импульсной СВЧ мощности за счет использования защитного устройства с циклотронным резонансом;
- низким энергопотреблением за счет непосредственного электропитания многоканального бортового сверхвысокочастотного приемного устройства импульсной радиолокационной станции от первичной трехфазной бортовой сети.
Сравнение предлагаемого решения с известными техническими решениями показывает, что оно обладает новой совокупностью существенных признаков, которые позволяют успешно реализовать поставленную цель.
На фиг.1 приведена блок схема многоканального бортового сверхвысокочастотного приемного устройства импульсной радиолокационной станции, на фиг.2 изображены полосовые фильтры, на фиг.3 - устройство защиты приемного канала, на фиг.4 - источник вторичного электропитания.
1
n
1
n
Многоканальное бортовое сверхвысокочастотное приемное устройство импульсной радиолокационной станции 25, содержащее ряд приемных сверхвысокочастотных каналов 19-19, каждый из которых выполнен из последовательно соединенных защитно-усилительного устройства 20 выполненного из последовательно соединенных защитного устройства 1, входного усилителя 2, одноразрядного аттенюатора 3 и выходного усилителя 4, а также усилительно-преобразовательных устройств 24-24, состоящих из первого смесителя 5, предварительного усилителя первой промежуточной частоты 6, шестиразрядного аттенюатора с шагом 1 дБ 8, полосового фильтра 21, усилителя первой промежуточной частоты 15, второго смесителя 16 и усилителя второй промежуточной частоты 17, кроме того, полосовой фильтр 21 выполнен из широкополосного фильтра 10, выход которого подключен
1
n
через первый переключатель 11 к входам соответственно узкополосного фильтра 12 и постоянного аттенюатора 13, выходы которых связаны с соответствующими входами второго переключателя 14, а управляющий вход шестиразрядного аттенюатора с шагом 1 дБ подключен к выходу логической схемы ИЛИ 9, причем управляющие входы одноразрядного аттенюатора 3, входного 2 и выходного 4 усилителей малошумящего усилителя 20, первого 11 и второго 14 переключателей и оба входа логической схемы ИЛИ 9 подключены к соответствующим выходам системы управления (не показана на чертеже), причем гетеродинный вход второго смесителя 16 непосредственно соединен с соответствующим выходом многоканального синтезатора частот (не показана на чертеже), а гетеродинный вход первого смесителя 5 соединен с выходом многоканального синтезатора частот (не показана на чертеже) через формирователь сигнала первого гетеродина 23, кроме того, входы детекторов перегрузки по первой 7 и второй 18 промежуточным частотам связаны соответственно с выходами предварительного усилителя первой промежуточной частоты 6 и усилителя второй промежуточной частоты 17, а выходы подключены к соответствующим входам системы управления (не показана на чертеже), конструктивно усилительно-преобразовательные устройства 24-24, выполнены в виде единого модуля 24 с встроенным источником вторичного электропитания 22 и формирователем сигнала первого гетеродина 23, предназначенного для умножения частоты опорного сигнала от многоканального синтезатора и распределения мощности первого гетеродина между смесителями в различных каналах.
1
2
3
1
2
1
1
Причем широкополосный 10 и узкополосный фильтры 12 выполнены соответственно на трех 26, 26, 26 и двух 26 , 26  многомодовых микрополосковых шпильковых резонаторах Ш-образной формы с нерегулярными шлейфами, размещенных на керамической подложке с высокой относительной диэлектрической проницаемостью ε=80.
1
1
1
2
Узкополосные фильтры 12 выполнены на микрополосковых структурах из двух шпильковых резонаторах 26 , 26  с нерегулярными шлейфами кондуктивно подключенных к линии передачи, имеющих три моды колебаний в каждом резонаторе с близкими собственными частотами, причем для формирования полосы пропускания двухзвенного фильтра участвуют лишь четыре резонанса, а два других образую полюсу затухания слева и справа от полосы пропускания, причем путем подбора геометрии шлейфов можно совместить оба полюса, расположив их либо слева, либо справа от полосы пропускания, увеличивая тем самым крутизну соответствующего склона амплитудно-частотной характеристики.
1
2
3
Широкополосные 10 фильтры выполнены на микрополосковой структуре из трех многомодовых резонаторах 26, 26, 26 в форме шпильки со шлейфами, кондуктивно подключенных к линии передачи, в формировании амплитудно-частотной характеристики такого фильтра участвуют уже девять резонансов: по три от каждого микрополоскового резонатора, которые в зависимости от настройки, как и у двух резонансных конструкций, могут обеспечить либо одинаковую крутизну обоих склонов амплитудно-частотной характеристики, либо увеличенную любую из них, однако, фильтры настраиваются так, чтобы амплитудно-частотной характеристики были близки к симметричной.
Устройство защиты приемного канала 1, состоит из электронной пушки 27, формирующей ленточный электронный поток 33, входного 28 и выходного 29 резонансных устройств связи с электронным потоком и коллектора 30, а также магнитной системы на постоянных магнитах 31 формирующей однородное магнитное поле 32, направленное соосно с направлением дрейфа электронного потока, причем уровень индукции магнитного поля обеспечивает условия для циклотронного резонанса электронов на частоте сигнала.
1
1
1
1
2
3
1
2
Источник вторичного электропитания 22 состоит из двух групп 34 и 34 по три одинаковых в каждой группе трансформаторов 35, 35, 35, и 35 , 35 ,
3
1
2
3
1
2
3
1
n
1
n
1
n
1
n
1
1
1
1
1
1
1
1
35  первичные 36, 36, 36, и 36 , 36 , 36  обмотки трех трансформаторов в каждой из групп соединены в "звезду" и подключены к трехфазной первичной бортовой сети, одноименные вторичные обмотки 37...37, и 37 ...37 , также соединены в "звезду" и подключены к трехфазным выпрямителям 38...38 и 38  38 .
Сущность предлагаемого технического решения будет понятна из следующего описания работы одного из каналов многоканального бортового сверхвысокочастотного приемного устройства импульсной радиолокационной станции.
Принятый сигнал поступает на вход защитного устройства 1. Устройство защиты 1 обеспечивает линейное прохождение сигнала при низких уровнях входной СВЧ мощности и защиту последующих каскадов от воздействия высоких уровней СВЧ мощности и состоит из электронной пушки 27, формирующей ленточный электронный поток 33, входного 28 и выходного 29 резонансных устройств связи с электронным потоком и коллектора 30. Магнитная система 31 на постоянных магнитах формирует однородное магнитное поле 32, направленное соосно с направлением дрейфа электронного луча. Уровень индукции магнитного поля обеспечивает условия для циклотронного резонанса электронов на частоте сигнала.
Во входном устройстве связи 28 принимаемый СВЧ сигнал возбуждает переменное электрическое поле, ортогональное направлению движению электронов. Если частота изменения данного поля близка к циклотронной частоте, то в электронном потоке возбуждается быстрая циклотронная волна и происходит эффективная передача энергии сигнала в энергию быстрой циклотронной волны. В выходном устройстве связи 29 энергия сигнала аналогичным образом выводится из электронного потока на выход.
Далее сигнал усиливается в усилителях 2 и 4 и переносится на первую промежуточную частоту с помощью первого смесителя 5, усиливается в предварительном усилителе первой промежуточной частоты 6, проходит через шестиразрядный аттенюатор 8 и полосовой фильтр 21, причем в
зависимости от ширины спектра сигнала система управления может включать либо широкополосный и узкополосный фильтры одновременно, либо только широкополосный фильтр. Фиксированный аттенюатор 13 служит для выравнивания коэффициента передачи при включенном и выключенном узкополосном фильтре. Далее сигнал усиливается в усилителе первой промежуточной частоты 15, переносится на вторую промежуточную частоту с помощью второго смесителя 16 и усиливается в усилителе второй промежуточной частоты 17.
В случае если входной сигнал настолько велик, что приводит к перегрузке усилителя второй промежуточной частоты 17, или на входе приемного канала присутствует помеха, находящаяся в полосе пропускания полосового фильтра 21 и приводящая к перегрузке усилителя второй промежуточной частоты 17, то сработает детектор перегрузки по второй промежуточной частоте 18, в систему управления будет передан сигнал перегрузки по второй промежуточной частоте и система управления начнет увеличивать затухание в шестиразрядном аттенюаторе 8 до исчезновения перегрузки.
В случае наличия на входе помехи, не попадающей в полосу пропускания полосового фильтра 21, детектор перегрузки по второй промежуточной частоте 18 не сработает, хотя при этом возможно перегрузка устройств, стоящих до полосового фильтра 21. В этом случае сработает детектор перегрузки по первой промежуточной частоте 7, сигнал перегрузки по первой промежуточной частоте будет подан в систему управления и система управления включит одноразрядный аттенюатор 3.
Во время излучения радиоимпульса передатчика на входе приемных каналов присутствует СВЧ сигнал большой мощности. При превышении входной СВЧ - мощностью порогового уровня электронный поток 33 в устройстве защиты 1 полностью разрушается и не поступает в выходное резонансное устройство 29. Устройство защиты 1 переходит в режим запирания с ослаблением СВЧ мощности до безопасного уровня для входного усилителя 2. Время восстановления устройства защиты 1 после воздействия
большой СВЧ мощности определяется временем затухания колебаний во входном 28 и выходном 29 низкодобротных резонансных устройствах связи.
1
n
Для уменьшения времени восстановления приемных каналов 19...19система управления подает на время воздействия радиоимпульса передатчика сигнал запирания на управляющие входы входного 2 и выходного 4 усилителей, а так же на вход схемы ИЛИ 9.
1
2
3
1
2
3
1
2
3
1
2
3
1
n
1
n
1
n
1
n
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
Источник вторичного питания 22 предназначен для формирования из трехфазного сети переменного тока напряжений, необходимых для питания устройств приемного блока. Трехфазное напряжение первичное бортовой сети подается на первичные обмотки 36, 36, 36, 36 , 36 , 36  трансформаторов 35, 35, 35, 35 , 35  35  соединенные в "звезду". Напряжение со вторичных обмоток 37...37, и 37 ...37 , соединенных в "звезду", подается на трехфазные выпрямители 38...38, и 38 ...38 , обеспечивающие необходимые напряжения питания узлов приемного устройства 25 импульсной радиолокационной станции.
Технико-экономический эффект полезной модели достигается:
- повышением помехозащищенности за счет применения детекторов перегрузки и многомодовых фильтров с высокой крутизной скатов амплитудно-частотной характеристики;
- уменьшением времени восстановления после воздействия большой СВЧ мощности за счет использования защитного устройства с циклотронным резонансом;
- малым энергопотреблением за счет непосредственного электропитания многоканального бортового сверхвысокочастотного приемного устройства импульсной радиолокационной станции от первичной трехфазной бортовой сети.