ПЕРЕДАТЧИК СВЧ САНТИМЕТРОВОГО ДИАПАЗОНА ВОЛН
CENTIMETRE-RANGE MICROWAVE TRANSMITTER

Изобретение предназначено для работы на летающих объектах в составе бортовых радиолокационных станций, использующих доплеровскую обработку сигналов.
Из уровня техники известен передатчик СВЧ (патент RU №2208909, опубликован 2003.07.20, МПК Н04В 1/00, Н05К 7/20). Передатчик СВЧ содержит задающий генератор, развязывающий прибор, p-i-n аттенюатор, усилитель СВЧ, нагрузку, источник тока, дискриминатор, источник питания и модулятор, систему охлаждения с замкнутым жидкостным контуром. Данный передатчик СВЧ позволяет повысить эффективность работы за счет улучшения отвода тепла от блоков передатчика и улучшения массогабаритных характеристик, но не решает задачу защиты от превышения тока по входной трехфазной цепи питания.
Известен усилитель импульсной СВЧ-мощности (Свидетельство на полезную модель №16238, опубликовано 2000.12.10, МПК H03F 3/58). Усилитель содержит лампу бегущей волны (ЛБВ), коллекторный вывод которой подключен к положительной шине коллекторного источника питания, а отрицательная шина коллекторного источника питания подключена к катоду ЛБВ, а также анодный источник питания. При этом отрицательная шина анодного источника питания соединена с положительной шиной коллекторного источника питания. Положительная шина анодного источника питания соединена с положительным выводом регулирующего каскада высоковольтного стабилизатора, отрицательный вывод которого соединен с корпусом, а управляющий вход соединен с регулирующим выходом делителя напряжения, один вывод которого соединен с катодом ЛБВ, а второй - с корпусом. Общий вывод источника питания модулятора соединен с катодом ЛБВ. Отрицательная шина источника питания модулятора соединена с выходом первого ключа, а положительная шина - с входами второго и третьего ключей. Вход первого ключа соединен с выходом третьего ключа, второй управляющей сеткой ЛБВ и через разделительный диод - с первой управляющей сеткой ЛБВ, которая соединена с анодом разделительного диода, с выходом второго ключа и через разрядный резистор - с выходом первого ключа. Управляющий вход первого ключа соединен с выходом первого пускового устройства, вход которого соединен с выходом коммутатора. Управляющий вход второго ключа соединен с выходом второго пускового устройства, вход которого соединен с первым входом коммутатора и разъемом "коротких" импульсов. Управляющий вход третьего ключа соединен с выходом третьего пускового устройства, вход которого соединен с выходом инвертора. Вход инвертора соединен с разъемом запуска "длинных" импульсов и вторым входом коммутатора. Данный усилитель импульсной СВЧ-мощности расширяет функциональные возможности усилителя, но не обеспечивает повышения надежности работы ЛБВ в составе усилителя СВЧ.
Наиболее близким к заявляемому по технической сущности является передатчик СВЧ (патент RU №2187880, опубликован 2002.08.20, МПК: Н03В 9/06). В состав передатчика СВЧ включены между вторым выходом задающего генератора и управляющим входом p-i-n аттенюатора частотный дискриминатор и управляемый от дискриминатора источник тока. Источник тока обеспечивает стабилизацию постоянного тока через p-i-n аттенюатор и, как следствие, стабилизирует входную мощность и снижает уровень шумов усилителя СВЧ. Управление источником тока осуществляется от дискриминатора, который формирует частотнозависимое напряжение управления током p-i-n аттенюатора. К недостаткам данного передатчика СВЧ можно отнести то, что при получении оптимальной выходной мощности в диапазоне частот и снижении уровня амплитудных и фазовых шумов он не решает задачу защиты от превышения тока по входной трехфазной цепи питания, защиты от превышения анодного тока первой ЛБВ, не обеспечивает оптимальную выходную мощность на несущих частотах, не удается получить значительной величины выходной мощности.
С целью получения высокой дальности обнаружения бортовой радиолокационной станции (БРЛС) требуется передатчик с большой выходной импульсной мощностью. Для получения значительной величины выходной импульсной мощности в передатчике применяются две последовательно включенных лампы бегущей волны (ЛБВ).
Одним из способов обеспечения помехозащищенности БРЛС является возможность ее работы на нескольких частотах. Переключение несущих частот производится автоматически с помощью бортовой цифровой вычислительной машины (БЦВМ) и задающего генератора. Поэтому передатчик реально работает на нескольких десятках несущих частот в широком частотном диапазоне. В прототипе широкий частотный диапазон делится на несколько узких частотных поддиапазонов и устанавливается средняя для этого частотного поддиапазона входная оптимальная мощность. Но в частотном поддиапазоне может оказаться две или несколько несущих частот, поэтому на одной несущей частоте входная мощность недостаточна, а на другой - она избыточна.
Технический результат предлагаемого технического решения направлен на существенное улучшение характеристик БРЛС: обеспечение максимальной выходной мощности передатчика СВЧ сантиметрового диапазона волн (передатчика) на несущих частотах, снижение уровня шумов, обеспечение согласования режимов работы двух ЛБВ в составе передатчика, повышение надежности работы первой ЛБВ в составе передатчика, защиты от превышения тока по входному переменному трехфазному напряжению.
Указанный технический результат достигается тем, что передатчик СВЧ сантиметрового диапазона волн содержит развязывающий прибор, p-i-n аттенюатор, усилитель СВЧ, источник питания и модулятор. При этом он отличается от прототипа тем, что дополнительно содержит волновод подачи входного СВЧ сигнала, волновод выходного СВЧ-сигнала, контакт разъема для подачи кода несущей частоты, дешифратор кода частоты, контакт разъема для подключения технологического интерфейса, контакт разъема для подачи команд переключения режимов бортовой радиолокационной станции (БРЛС), первое устройство защиты, второе устройство защиты, контакт разъема для подачи входного переменного напряжения питания фазы А, контакт разъема для подачи входного переменного напряжения питания фазы В, контакт разъема для подачи входного переменного напряжения питания фазы С, контакт разъема подачи команды включения высокого напряжения, контакт разъема входного импульса запуска передатчика (ИЗП). При этом дешифратор кода частоты включает последовательно соединенные согласующее устройство, устройство управления, цифроаналоговый преобразователь (ЦАП), управляемый источник тока. Усилитель СВЧ включает последовательно соединенные первую лампу бегущей волны ЛБВ1, тракт промежуточный, вторую лампу бегущей волны ЛБВ2, тракт выходной. Второе устройство защиты включает первый датчик Холла, второй датчик Холла, вычитающее устройство, второй компаратор, второй ждущий мультивибратор. Первое устройство защиты включает первый токовый трансформатор ТА1, второй токовый трансформатор ТА2, третий токовый трансформатор ТА3, первый выпрямитель, второй выпрямитель, третий выпрямитель, первый компаратор, коммутатор, первый ждущий мультивибратор, первый ключевой каскад, второй ключевой каскад, инвертор. При этом волновод подачи входного СВЧ-сигнала соединен с входом развязывающего прибора, контакт разъема для подачи кода несущей частоты соединен с первым входом согласующего устройства, выход развязывающего прибора соединен с первым входом p-i-n аттенюатора, второй вход p-i-n аттенюатора соединен с выходом управляемого источника тока, выход p-i-n аттенюатора соединен с входом первой лампы бегущей волны ЛБВ1. Выход тракта выходного соединен с волноводом выходного сигнала, контакт разъема для подключения технологического интерфейса соединен со вторым входом устройства управления, второй вход согласующего устройства соединен с контактом разъема для подачи команд переключения режимов БРЛС и с первым входом источника питания и модулятора. Первый выход ЛБВ1 соединен со вторым входом источника питания и модулятора, второй выход ЛБВ1 соединен с четвертым входом источника питания и модулятора, первый выход источника питания и модулятора соединен с входом второго датчика Холла. Второй выход источника питания и модулятора соединен с входом первого датчика Холла. Выход первого датчика Холла соединен с первым входом вычитающего устройства. Выход второго датчика Холла соединен со вторым входом вычитающего устройства, выход вычитающего устройства соединен с входом второго компаратора. Выход второго компаратора соединен с входом второго ждущего мультивибратора, выход второго ждущего мультивибратора соединен с третьим входом источника питания и модулятора. Третий выход источника питания и модулятора соединен со вторым входом первой лампы бегущей волны ЛБВ1, четвертый выход источника питания и модулятора соединен со вторым входом второй лампы бегущей волны ЛБВ2. Контакт разъема для подачи входного переменного напряжения питания фазы А соединен с первым выводом токового трансформатора ТА1, второй вывод токового трансформатора ТА1 соединен с первым входом коммутатора. Контакт разъема для подачи входного переменного напряжения питания фазы В соединен с первым выводом токового трансформатора ТА2, второй вывод токового трансформатора ТА2 соединен со вторым входом коммутатора. Контакт разъема для подачи входного переменного напряжения питания фазы С соединен с первым выводом токового трансформатора ТА3, второй вывод токового трансформатора ТА3 соединен с третьим входом коммутатора. Контакт разъема подачи команды включения высокого напряжения соединен со вторым входом второго ключевого каскада. Контакт разъема входного импульса запуска передатчика соединен с пятым входом источника питания и модулятора. Третий вывод токового трансформатора ТА1 соединен со вторым входом третьего выпрямителя, четвертый вывод токового трансформатора ТА1 соединен с первым входом третьего выпрямителя. Третий вывод токового трансформатора ТА2 соединен со вторым входом второго выпрямителя, четвертый вывод токового трансформатора ТА2 соединен с первым входом второго выпрямителя. Третий вывод токового трансформатора ТА3 соединен со вторым входом первого выпрямителя, четвертый вывод токового трансформатора ТА3 соединен с первым входом первого выпрямителя. Выходы первого, второго и третьего выпрямителей соединены с входом первого компаратора. Выход первого компаратора соединен с входом первого ждущего мультивибратора, первым входом второго ключевого каскада, входом инвертора. Выход первого ждущего мультивибратора соединен с входом первого ключевого каскада. Выход первого ключевого каскада соединен с четвертым входом коммутатора, первый выход коммутатора соединен с шестым входом источника питания и модулятора, второй выход коммутатора соединен с седьмым входом источника питания и модулятора, третий выход коммутатора соединен с восьмым входом источника питания и модулятора. Выход второго ключевого каскада соединен с девятым входом источника питания и модулятора, выход инвертора соединен с десятым входом источника питания и модулятора.
На рисунке приведена структурная схема предлагаемого передатчика СВЧ сантиметрового диапазона волн, который содержит: волновод подачи входного СВЧ-сигнала 1, контакт разъема для подачи кода несущей частоты 2, развязывающий прибор 3, p-i-n аттенюатор 4, усилитель СВЧ 5, волновод выходного СВЧ-сигнала 6, источник питания и модулятор 7, дешифратор кода частоты 8, контакт разъема для подключения технологического интерфейса 9.
Дешифратор кода частоты 8 включает последовательно соединенные согласующее устройство 10, устройство управления 11, цифроаналоговый преобразователь (ЦАП) 12, управляемый источник тока 13.
Усилитель СВЧ 5 включает последовательно соединенные ЛБВ1 14, тракт промежуточный 15, ЛБВ2 16, тракт выходной 17.
Передатчик содержит контакт разъема для подачи команд переключения режимов БРЛС 18, второе устройство защиты 19.
Второе устройство защиты 19 включает первый датчик Холла 20, второй датчик Холла 21, вычитающее устройство 22, второй компаратор 23, второй ждущий мультивибратор 24.
В состав передатчика входит первое устройство защиты 25, которое содержит первый токовый трансформатор ТА1 26, второй токовый трансформатор ТА2 27, третий токовый трансформатор ТА3 28, первый выпрямитель 29, второй выпрямитель 30, третий выпрямитель 31, первый компаратор 32, коммутатор 33, первый ждущий мультивибратор 34, первый ключевой каскад 35, второй ключевой каскад 36, инвертор 37.
Также передатчик содержит контакт разъема для подачи входного переменного напряжения питания фазы А 38, контакт разъема для подачи входного переменного напряжения питания фазы В 39, контакт разъема для подачи входного переменного напряжения питания фазы С 40, контакт разъема подачи команды включения высокого напряжения 41, контакт разъема входного импульса запуска передатчика 42.
При этом волновод подачи входного СВЧ-сигнала 1 соединен с входом развязывающего прибора 3. Контакт разъема для подачи кода несущей частоты 2 соединен с первым входом согласующего устройства 10. Выход развязывающего прибора 3 соединен с первым входом p-i-n аттенюатора 4, второй вход p-i-n аттенюатора 4 соединен с выходом управляемого источника тока 13, выход p-i-n аттенюатора 4 соединен с первым входом ЛБВ1 14. Выход тракта выходного 17 соединен с волноводом выходного сигнала 6. Третий выход источника питания и модулятора 7 соединен со вторым входом ЛБВ1 14, четвертый выход источника питания и модулятора 7 соединен со вторым входом ЛБВ2 16, второй вход источника питания и модулятора 7 соединен с первым выходом ЛБВ1 14, четвертый вход источника питания и модулятора 7 соединен со вторым выходом ЛБВ1 14. Контакт разъема для подключения технологического интерфейса 9 соединен со вторым входом устройства управления 11.
Первый выход источника питания и модулятора 7 соединен с входом второго датчика Холла 21, второй выход источника питания и модулятора 7 соединен с входом первого датчика Холла 20. Выход первого датчика Холла 20 соединен с первым входом вычитающего устройства 22, выход второго датчика Холла 21 соединен со вторым входом вычитающего устройства 22. Выход вычитающего устройства 22 соединен с входом второго компаратора 23, выход второго компаратора 23 соединен с входом второго ждущего мультивибратора 24, выход второго ждущего мультивибратора 24 соединен с третьим входом источника питания и модулятора 7.
Контакт разъема для подачи команд переключения режимов БРЛС 18 соединен со вторым входом согласующего устройства 10 и с первым входом источника питания и модулятора 7.
Контакт разъема для подачи входного переменного напряжения питания фазы А 38 соединен с выводом 1 токового трансформатора ТА1 26. Вывод 2 токового трансформатора ТА1 26 соединен с первым входом коммутатора 33. Контакт разъема для подачи входного переменного напряжения питания фазы В 39 соединен с выводом 1 токового трансформатора ТА1 27. Вывод 2 токового трансформатора ТА1 27 соединен со вторым входом коммутатора 33. Контакт разъема для подачи входного переменного напряжения питания фазы С 40 соединен с выводом 1 токового трансформатора ТА1 28, вывод 2 токового трансформатора ТА1 28 соединен с третьим входом коммутатора 33. Контакт разъема подачи команды включения высокого напряжения 41 соединен со вторым входом второго ключевого каскада 36, контакт разъема входного импульса запуска передатчика 42 соединен с пятым входом источника питания и модулятора 7. Вывод 3 токового трансформатора ТА1 26 соединен со вторым входом третьего выпрямителя 31, вывод 4 токового трансформатора ТА1 26 соединен с первым входом третьего выпрямителя 31. Вывод 3 токового трансформатора ТА2 27 соединен со вторым входом второго выпрямителя 30, вывод 4 токового трансформатора ТА2 27 соединен с первым входом второго выпрямителя 30. Вывод 3 токового трансформатора ТА3 28 соединен со вторым входом первого выпрямителя 29, вывод 4 токового трансформатора ТА3 28 соединен с первым входом первого выпрямителя 29. Выходы первого выпрямителя 29, второго выпрямителя 30 и третьего выпрямителя 31 соединены с входом первого компаратора 32. Выход первого компаратора 32 соединен с входом первого ждущего мультивибратора 34, первым входом второго ключевого каскада 36 и входом инвертора 37. Выход первого ждущего мультивибратора 34 соединен с входом первого ключевого каскада 35, выход первого ключевого каскада 35 соединен с четвертым входом коммутатора 33. Первый выход коммутатора 33 соединен с шестым входом источника питания и модулятора 7, второй выход коммутатора 33 соединен с седьмым входом источника питания и модулятора 7, третий выход коммутатора 33 соединен с восьмым входом источника питания и модулятора 7. Выход второго ключевого каскада 36 соединен с девятым входом источника питания и модулятора 7, выход инвертора 37 соединен с десятым входом источника питания и модулятора 7.
Работа передатчика осуществляется следующим образом. По команде с БЦВМ в задающем генераторе БРЛС формируется СВЧ-сигнал несущей частоты. С задающего генератора через волновод подачи входного СВЧ-сигнала 1 через развязывающий прибор 3 и p-i-n аттенюатор 4 СВЧ-сигнал поступает на усилитель СВЧ 5 для усиления и далее в волновод выходного сигнала 6.
Усилитель СВЧ 5 выполнен на двух лампах бегущей волны - ЛБВ1 14 и ЛБВ2 16, соединенных через тракт промежуточный 15. ЛБВ по совокупности важнейших параметров, включая полосу пропускания рабочих частот, коэффициент усиления, среднюю мощность, КПД, высокую стабильность частоты и фазы, низкий уровень шумов, значительное ослабление уровня выходного сигнала в паузе между импульсами, прочность и компактность конструкции, превосходят другие виды усилительных устройств СВЧ (Кукарин СВ. Электронные СВЧ приборы - М., Радио и связь, 1981 г., с.64-100; Кацман Ю.А. Приборы СВЧ - М., Высшая школа, 1983 г., с.196-264; под редакцией Скольника М. Справочник по радиолокации т.3, М., Советское радио, 1979 г., с.7-127). Поэтому в качестве выходного усилительного каскада передатчика использовано комплексированное изделие «Чадра» 100СГ06-014ТУ, состоящее из двух ЛБВ с низковольтным управлением, соединенных через тракт промежуточный 15.
В БРЛС предусмотрен режим дальнего боя (режим большой выходной мощности передатчика) и ближнего боя (режим малой выходной мощности передатчика). В режиме малой выходной мощности БРЛС в передатчике работает одна ЛБВ1 14, в режиме большой выходной мощности БРЛС в передатчике работают две лампы бегущей волны - ЛБВ1 14 и ЛБВ2 16.
Команды переключения режима БРЛС поступают с БЦВМ в передатчик на контакт разъема для подачи команд переключения режимов БРЛС 18. С контакта разъема для подачи команд переключения режимов БРЛС 18 сигнал поступает на источник питания и модулятор 7, который управляет подключением ЛБВ1 14 и ЛБВ2 16.
СВЧ-сигнал подается на вход ЛБВ1 для основного усиления. С выхода ЛБВ1 СВЧ-сигнал через тракт промежуточный 15 поступает на вход ЛБВ2 16. ЛБВ2 16 работает как радиопрозрачный прибор в режиме, когда не требуется большая выходная мощность, и с усилением, когда требуется большая выходная мощность. Режимы работы ЛБВ определяются управляющими напряжениями, поступающими на сетки ЛБВ1 14 и ЛБВ2 16 из источника питания и модулятора 7.
Согласно руководству по применению ЛБВ ОСТ 11 0348-86, с.7 при каскадном включении ЛБВ необходимо согласовать значения выходной мощности каждой предыдущей ЛБВ с максимальным значением входной мощности следующей ЛБВ.
Несоблюдение этого условия может привести к работе второй ЛБВ за точкой насыщения, к уменьшению выходной мощности и к искажению формы огибающей выходного СВЧ-сигнала в импульсном режиме.
Неоптимальная настройка комплекта ЛБВ по выходной мощности и токам замедляющей системы приводит к увеличению уровня спектральной плотности амплитудных и фазовых шумов, что недопустимо в БРЛС, использующих доплеровскую обработку сигналов.
Согласование значения выходной мощности ЛБВ1 14 с максимальным значением входной мощности ЛБВ2 16 осуществляет изготовитель комплексированного изделия «Чадра», указывая в технических условиях 100СГ06-014ТУ оптимальный уровень входной мощности ЛБВ1 14 в режиме малой выходной мощности и оптимальный уровень входной мощности ЛБВ1 14 в режиме большой выходной мощности, обеспечивая этим оптимальную входную мощность ЛБВ2 16.
Невыполнение указанного требования приводит к перегреву замедляющей системы из-за явления динамической расфокусировки и уменьшения рабочего диапазона частот из-за явления недонасыщения и перенасыщения входным сигналом (ОСТ 110348-86 с.17).
На входе ЛБВ1 14 сигнал СВЧ имеет небольшую импульсную мощность, поэтому установку оптимальной входной мощности ЛБВ1 14 можно осуществить с помощью p-i-n аттенюатора. На выходе ЛБВ1 14 импульсная выходная мощность составляет значительную величину (3000 Вт) и установку оптимальной входной мощности ЛБВ2 16 осуществить с помощью p-i-n аттенюатора невозможно.
Поэтому применен дешифратор кода частоты 8, который совместно с p-i-n аттенюатором 4 предназначен для установки входной оптимальной мощности на всех несущих частотах на входе ЛБВ1 14 в режиме малой выходной мощности и на всех несущих частотах на входе ЛБВ1 14 в режиме большой выходной мощности, обеспечивая тем самым оптимальную входную мощность и для ЛБВ2 16.
Дешифратор кода частоты 8 выполнен на отдельной печатной плате. Дешифратор кода частоты 8 работает в двух режимах: регулировки и штатном (в составе БРЛС). Признаком включения режима регулировки является наличие подключенного к дешифратору технологического интерфейса через контакт разъема для подключения технологического интерфейса 9.
На этапе регулировки дешифратора необходимо для каждой несущей частоты подобрать управляющий код, при котором фиксируется оптимальная величина выходной мощности при допустимой величине тока замедляющей системы ЛБВ. Данные коды запоминаются во внутренней FLASH памяти устройства управления 11. При этом каждой несущей частоте соответствует свой адрес ячейки памяти.
При работе дешифратора в штатном режиме на контакты разъема для подачи кодов номера несущей частоты 2 поступают коды номера этой несущей частоты с задающего генератора БРЛС. Код номера этой несущей частоты через согласующее устройство 10 поступает на устройство управления 11 и определяет адрес ячейки FLASH памяти, в которой хранится ранее установленный при регулировке для данной несущей частоты управляющий код.
Входной сигнал (уровней ТТЛ) в виде цифрового кода номера несущей частоты с задающего генератора БРЛС в штатном режиме поступает на контакт разъема для подачи кодов номера несущей частоты 2 передатчика и далее на вход согласующего устройства 10 дешифратора кода частоты 8.
Согласующее устройство 10 предназначено для преобразования уровней ТТЛ входных сигналов дешифратора кода частоты 8 в уровни LVTTL (стандарт LVTTL, низковольтная транзисторно-транзисторная логика 3,3V), необходимые для работы устройства управления 11. Согласующее устройство 10 выполнено на микросхемах SN74 АНС14PWRG4. Преобразованный сигнал с согласующего устройства 10 поступает в устройство управления 11.
Устройство управления 11 выполнено на программируемой логической интегральной схеме (ПЛИС) фирмы Altera EPM1270T144I5, имеющей в своем составе FLASH память и встроенный генератор опорных сигналов (Антонов А.П. Язык описания цифровых устройств. Altera HDL, М., Радио Софт, 2001 г., с.69 - 171).
Устройство управления 11 управляет цифроаналоговым преобразователем (ЦАП) 12. С выхода устройства управления 11 эти коды по последовательной линии передачи данных транслируются в ЦАП 12. Для синхронизации последовательной линии передачи данных используется встроенный генератор опорных сигналов устройства управления 11 (ПЛИС). ЦАП 12 выполнен на микросхеме AD5320BRTZ. Преобразованный сигнал с выхода ЦАП 12 поступает на управляемый источник тока 13, преобразующий напряжение в ток для управления p-i-n диодом в p-i-n аттенюаторе 4. Управляемый источник тока 13 выполнен на микросхемах 140УД20Б (Дж. Кар Проектирование и изготовление электронной аппаратуры, М., Мир, 1980 г., с.126 - 135, 235-257).
Перед установкой дешифратора кода частоты 8 в передатчик производят программирование ПЛИС устройства управления 11. В компьютер устанавливается специально разработанная программа. Компьютер с помощью программатора USB Blaster Altera через контакт разъема для подключения технологического интерфейса 9 подключается к дешифратору 8 на второй вход устройства управления 11. По этой программе устанавливается необходимая для работы конфигурация ПЛИС и затем в ее ячейки FLASH памяти записываются коды, соответствующие максимальному затуханию p-i-n аттенюатора 4. Максимальное затухание p-i-n аттенюатора 4 устанавливается для исключения подачи на этапе регулировки сигнала СВЧ большой мощности на вход ЛБВ, что приведет к ее отказу. После программирования дешифратор кода частоты 8 устанавливают в передатчик.
На этапе регулировки дешифратора контакт разъема для подключения технологического интерфейса 9 подключают к технологическому интерфейсу, соединенному через адаптер с компьютером, входящими в состав рабочего места регулировки передатчика.
Адаптер предназначен для преобразования универсальной последовательной шины (USB) в шину SMI и выполнен на основе микропроцессора (микросхема АТ89С5131А - S3 SIM фирмы ATMEL).
Технологический интерфейс SMI представляет собой последовательную синхронную трехпроводную шину (сигналы MDC, MDIO и шина GND).
В процессе регулировки передатчика из компьютера через адаптер и технологический интерфейс типа SMI (Serial Management Interface, Спецификация IEE 802.3u сетевой технологии Ethernet от 1995), через контакт разъема для подключения технологического интерфейса 9 поступают на второй вход устройства управления И управляющие коды (цифровой код) управления током p-i-n диода p-i-n аттенюатора 4.
На волновод подачи входного СВЧ-сигнала W1 1 с СВЧ-генератора (входит в состав рабочего места настройки передатчика) подают СВЧ-сигнал с частотой, соответствующей одной из несущих частот.
На дисплее компьютера выбирают номер несущей частоты и подбирают управляющий код, при котором управляемый источник тока 13 дешифратора кода частоты 8 выдает такой величины ток управления p-i-n диодом p-i-n аттенюатора 4, при котором фиксируется оптимальная величина выходной мощности передатчика при допустимой величине тока замедляющей системы ЛБВ. Аналогичным образом устанавливают управляющие коды для всех несущих частот. Далее адаптер и технологический интерфейс типа SMI отсоединяют от контакта разъема для подключения технологического интерфейса 9 (Джон Ф. Уэйкерли Проектирование цифровых устройств том 1, издательство Москва, 2002 г.). После чего дешифратор готов к работе в штатном режиме.
При работе дешифратора в штатном режиме также на волновод подачи входного СВЧ-сигнала W1 1 подают СВЧ-сигнал несущей частоты, а на контакт разъема для подачи кодов номера несущей частоты 2 поступают коды номера данной несущей частоты (цифровой код уровней ТТЛ) с задающего генератора БРЛС. Код номера данной несущей частоты через согласующее устройство 10 поступает на устройство управления 11 и определяет адрес ячейки FLASH памяти, в которой хранится ранее установленный для данной несущей частоты управляющий код. Этот код по последовательной линии передачи данных транслируется в ЦАП 12 для преобразования и далее на управляемый источник тока 13, который управляет затуханием p-i-n аттенюатора 4, что приводит к установке оптимальной для данной частоты входной мощности на входе ЛБВ. Время срабатывания схемы от момента подачи на вход нового цифрового кода до момента получения с выхода ЦАП 12 соответствующего коду значения напряжения - не более 20 мкс.
Для оптимальной работы двух последовательно включенных ЛБВ необходимо также согласование выхода ЛБВ1 и входа ЛБВ2 и согласование выхода ЛБВ2 с нагрузкой.
Тракт промежуточный 15 служит для согласования выхода ЛБВ1 14 и входа ЛБВ2 16. Радикальным средством устранения влияния ЛБВ2 16 на ЛБВ1 14 является включение в тракт промежуточный 15 развязывающего прибора - циркулятора. Циркулятор защищает ЛБВ1 14 от обратной волны, отраженной от входа ЛБВ 2 16. Развязывающее устройство 3 также представляет собой циркулятор и служит для защиты задающего генератора БРЛС от обратной волны, отраженной от входа ЛБВ1 14 (Вамберский М.В. Передающие устройства СВЧ. - М., Высшая школа, 1984 г., с.406-430; под редакцией А.М.Чернушенко Конструкция СВЧ устройств и экранов, М., Радио и связь, 1983 г., с.78-207).
Источник питания и модулятор - 7 осуществляют формирование питающих напряжений для усилителя СВЧ 5 (Найвельт Г.С. Источники электропитания РЭА. - М., Радио и связь, 1986 г., с.121 - 208) и производят модуляцию ЛБВ1 14 и ЛБВ2 16 усилителя СВЧ 5 по управляющему электроду (Минаев М.И. Радиопередающие устройства сверхвысоких частот. - Минск, ВЫШЭЙШАЯ ШКОЛА, 1978 г., с. 40-93, под редакцией Сколника М. Справочник по радиолокации, т.3, М., Советское радио, 1979 г., с.7-127, Костиков В.Г. Источники электропитания высокого напряжения РЭА. - М., Радио и связь, 1986 г., с.5-125).
Тракт выходной 17 обеспечивает согласование ЛБВ2 16 через волновод выходного сигнала 6 с нагрузкой и также содержит циркулятор, защищающий ЛБВ2 16 от обратной волны, отраженной от нагрузки (Вамберский М.В. Передающие устройства СВЧ. - М., Высшая школа, 1984 г., с.406-430; под редакцией А.М.Чернушенко Конструкция СВЧ-устройств и экранов. - М., Радио и связь, 1983 г., с.78-207).
Превышение максимальных значений токов электродов ЛБВ приводит к их быстрому отказу. Особенно опасно превышение анодного тока (ОСТ 110348-86 с.16). В технических условиях на ЛБВ обязательно указывается допустимая величина анодного тока, поэтому в передатчиках на ЛБВ применяют защиту, которая измеряет величину анодного тока и отключает высокое напряжение при увеличении анодного тока более допустимой нормы.
При применении двух ЛБВ в передатчике предусмотрена защита от превышения анодного тока. При последовательном включении двух ЛБВ (через тракт промежуточный) можно измерить анодный ток только общий для обеих ЛБВ, поэтому применяемая защита защищает от превышения общего анодного тока для обеих ЛБВ. Но при анализе отказов ЛБВ в составе передатчика отмечается повышенная отказность первой ЛБВ 14. Чтобы уменьшить отказность первой ЛБВ 14 предлагается ввести защиту по превышению анодного тока первой ЛБВ 14 в виде второго устройства защиты 19, которое определяет величину анодного тока первой ЛБВ 14, как разность величин катодного и коллекторного тока первой ЛБВ 14. Катодный и коллекторный токи первой ЛБВ1 14 по цепям с первого и второго выходов ЛБВ1 14 соответственно поступают на второй и четвертый входы источника питания и модулятора 7 и далее на входы второго устройства защиты 19 (входы первого и второго датчиков Холла). По цепи катодного и коллекторного тока первой ЛБВ1 14 в устройстве защиты 19 установлены первый датчик Холла 20 и второй датчик Холла 21, которые используются как датчики тока. Важнейшим достоинством таких датчиков является полное отсутствие электрической связи с измеряемой цепью. Удобство бесконтактного срабатывания (полное отсутствие механического износа) и простота использования делают их незаменимыми в данном случае.
Выходное напряжение датчика тока пропорционально индукции магнитного поля, окружающего проводник. Величина индукции, в свою очередь, пропорциональна току (Абрикосов А.А. Основы теории металлов - М., Наука, главная редакция физико-математической литературы, 1987 г., с.520, Ашкрофт Н., Мермин Н. Физика твердого тела. - М., Мир, 1979 г., "Hall Effect Sensing and Application Book" (Honeywell MICRO SWITCH Sensing and Control. 1999г.).
Выходные сигналы с первого 20 и второго 21 датчиков Холла поступают на вычитающее устройство 22. С вычитающего устройства 22 напряжение, пропорциональное разности величин катодного и коллекторного токов ЛБВ1 14, поступает на второй компаратор 23, где сравнивается с заданным напряжением порога. Если выходной сигнал вычитающего устройства 22 превышает величину напряжения порога второго компаратора 23, на выходе компаратора 22 появляется сигнал, который далее поступает на второй ждущий мультивибратор 24. Второй ждущий мультивибратор 24 формирует импульс «Запрет излучения», который поступает на третий вход источника питания и модулятора 7. По сигналу «Запрет излучения» источник питания и модулятор 7 формирует напряжение запирания на управляющий электрод ЛБВ1 14, предотвращая тем самым выход из строя ЛБВ1 14.
Во втором устройстве защиты 19 используются датчики Холла CLSM-50LA, вычитающее устройство собрано на микросхеме 140УД26А, компаратор на микросхеме AD8561ARZ, ждущий мультивибратор на микросхеме 533АГЗ.
1
1
2
2
2
2
1
2
2
Переменное трехфазное напряжение 200 В, 400 Гц с БРЛС поступает на контакты разъема для подачи входного переменного напряжения питания 38, 39, 40 для источника питания и модулятора 7. В случае отказа в источнике питания или модуляторе 7 может произойти повышение тока по трехфазному переменному напряжению 200 В, 400 Гц, что приведет к значительным отказам в передатчике. Для защиты от превышения тока по трехфазному переменному напряжению 200 В, 400 Гц введено первое устройство защиты 25. Для формирования тока, пропорционального по величине току цепи 200 В, 400 Гц, по каждой фазе переменного напряжения используются специально разработанные токовые трансформаторы (ТА1, ТА2, ТА3). Измеряемым током является ток первичной обмотки трансформатора I, амплитуда которого пропорциональна току нагрузки. Конструкция трансформатора тока представляет собой кольцо из ферромагнитного материала с обмоткой, через отверстие которого проходит провод с измеряемым током. Данный провод играет роль первичной обмотки с числом витков W=1 (выводы 1-2). Вторичная обмотка с числом витков W (выводы 3-4), намотанная на кольце, совместно с нагрузкой, выполняет функцию линейного преобразователя вторичного тока I в напряжение U (I=I/W) (Хныков А.В. Теория и расчет трансформаторов источников вторичного электропитания. - М., СОЛОН - Пресс, 2004 г., с.93 - 97). Напряжение U с каждого токового трансформатора является знакопеременным и подается на входы выпрямителей 29, 30, 31, где преобразовывается в постоянное напряжение, которое далее поступает на первый компаратор 32.
Максимальный ток первичной обмотки каждого токового трансформатора - 5 А, вторичной обмотки - 125 мА. С контактов разъема подачи входного переменного напряжения питания фазы: А 38, В 39, С 40 трехфазное переменное напряжение 200 В, 400 Гц поступает на первые выводы первичной обмотки трех токовых трансформаторов ТА1 26, ТА2 27, ТА3 28, соответственно (все токовые трансформаторы идентичны). Со вторых выводов первичной обмотки трех токовых трансформаторов ТА1 26, ТА2 27, ТА3 28 трехфазное переменное напряжение 200 В, 400 Гц поступает на первый, второй, третий входы коммутатора 33 соответственно, а с первого, второго, третьего выходов коммутатора 33 - на шестой, седьмой, восьмой входы источника питания и модулятора 7.
Каждая фаза трехфазного переменного напряжения 200 В, 400 Гц с вторичных обмоток трех токовых трансформаторов ТА1 26, ТА2 27, ТА3 28 поступает для выпрямления на первые и вторые входы первого, второго, третьего выпрямителей 29, 30, 31, (выпрямители идентичны) соответственно. На выходе каждого выпрямителя стоит резистор для нагрузки и развязывающий диод. Сигналы с выхода первого, второго, третьего выпрямителей 29, 30, 31 поступают на вход первого компаратора 32, где происходит сравнение его величины с напряжением порога, заранее выставленным при регулировке и соответствующим рабочему току по первичной обмотке токового трансформатора - 2 А, а по вторичной обмотке - 50 мА.
Выходной сигнал первого компаратора 32 поступает на первый ждущий мультивибратор 34, второй ключевой каскад 36, инвертор 37. Выходной сигнал первого ждущего мультивибратора 34 поступает на первый ключевой каскад 35, который управляет коммутатором 33.
Команда включения высокого напряжения поступает с БРЛС на контакт разъема подачи команды включения высокого напряжения 41, далее на второй ключевой каскад 36, который управляет подачей этой команды, на девятый вход источника питания и модулятора 7. По команде включения высокого напряжения на ЛБВ1 14, ЛБВ2 16 подается высоковольтное напряжение питания анода. В первом и втором ключевом каскадах имеются реле, которые и производят управление командами.
Инвертор 37 формирует команду «Запрет», она поступает на десятый вход источника питания и модулятора 7. Источник питания и модулятор 7 по команде «Запрет» подает запирающее напряжение на управляющие электроды обоих ЛБВ.
Если величина тока по первичной обмотке токового трансформатора превышает 2,5 А, входной сигнал на первом компараторе 32 превысит установленный порог, и, как следствие, инвертор 37 выдаст команду «Запрет». Второй ключевой каскад 36 выключает команду включения высокого напряжения. Первый ключевой каскад 35 выдаст сигнал на коммутатор 33 и он отключает трехфазное переменное напряжение от источника питания и модулятора 7, предотвращая отказы. Временные задержки по сигналам в каскадах 34, 35, 36, 37 подобраны таким образом, чтобы команды сформировались в вышеуказанной последовательности.
В первом устройстве защиты 25 применены: коммутатор 33 - контактор КНЕ030УВ-27 В, первый компаратор 32 - микросхема AD8561AR, выпрямители 29, 30, 31 - диодные матрицы 2Д906А1/ББ, первый ждущий мультивибратор 34 - микросхема 533АГЗ, ключевые каскады 35, 36 - на транзисторах 2Т630А, инвертор 37 - микросхема 533ЛА3 (Кузнецов М.И., Основы электротехники. - М, Высшая школа, 1970 г., с.192-226, Дж. Кар Проектирование и изготовление электронной аппаратуры. М., Мир, 1980 г., с.78-81, 97-103, с.224-228, 301-304).
Получение требуемых технических параметров передатчика осуществляется за счет:
- применения комплексированного изделия «Чадра», состоящего из двух ЛБВ, обеспечивающего большую выходную импульсную мощность, низкий уровень вносимых шумов, значительное ослабление уровня выходного сигнала в паузе между импульсами;
- защиты первой ЛБВ по превышению анодного тока;
- установки оптимальной входной мощности на обоих ЛБВ на несущих частотах;
- обеспечения согласования обоих ЛБВ по входу и выходу;
- защиты от превышения тока по трехфазному переменному напряжению 200 В, 400 Гц.
По предлагаемому техническому решению изготовлены опытные образцы передатчика. Передатчик обеспечивает выходную импульсную мощность в режиме дальнего боя до 16000 Вт, в режиме ближнего боя - не менее 2500 Вт, спектральная плотность амплитудных шумов (в полосе 1 Гц) при отстройке 0,3-35 кГц составляет 110 дБ. Технические параметры подтверждены положительными результатами приемосдаточных и предварительных испытаний.