УСТРОЙСТВО ДЛЯ ПОВЫШЕНИЯ НАДЕЖНОСТИ ВОЛНОВОДНЫХ УСТРОЙСТВ САНТИМЕТРОВОГО ДИАПАЗОНА ВОЛН

Полезная модель относится к радиолокационной технике и может быть использована в радиотехнической и авиационной промышленности.
Необходимость улучшения технических характеристик современных БРЛС приводит к неуклонному росту их энергетического потенциала. Волноводные тракты БРЛС насыщены большим числом подвижных, коммутационных и других сложных устройств и работают в тяжелых климатических и механических условиях. В то же время они должны удовлетворять требованиям высокой надежности. Поэтому требование электрической прочности для волноводных устройств является одним из определяющих. Это требование особенно критично для систем высокого уровня мощности.
Из уровня техники известны: устройство для измерения импульсной мощности, состоящее из направленного ответвителя, болометрической измерительной головки, широкополосного усилителя, дифференцирующей цепочки и пикового вольтметра (Ф. Тишер Техника измерений на сверхвысоких частотах. Государственное издательство физико-математической литературы - Москва, 1963 г., стр.83-88), а также устройство для измерения затухания волноводных устройств (Ф. Тишер Техника измерений на сверхвысоких частотах. Государственное издательство физико-математической литературы. Москва, 1963 г., стр.236), которое производит измерение затухания с помощью двух направленных ответвителей, включенных во входную и выходную линии волноводных устройств. Мощности на выходе ответвителей измеряются одним и тем же индикатором.
К недостаткам данных устройств можно отнести то, что они не решают задачу получения импульсной мощности значительной величины (16 кВт - в сантиметровом диапазоне волн) для проверки волноводных устройств в сантиметровом диапазоне волн.
пр
рмакс
пр
зап
зап
пр
рмакс
зап
Электрическая прочность характеризует способность СВЧ устройств к работе на высоком уровне мощности и определяется предельной величиной мощности электрического поля, превышение которого приводит к пробою. Предельная мощность электрического поля Р соответствует возникновению пробоя. Для обеспечения необходимой надежности волноводных трактов максимальный уровень рабочей мощности Р должен быть меньше величины пробивной мощности Р. Это условие характеризуется коэффициентом запаса электрической прочности К равным отношению пробивной мощности к рабочей, т.е. К=Р/Р. Величина К должна быть 2…4. (Д.Г. Райцын Электрическая прочность СВЧ устройств М., Советское радио, 1977 г., с. 11-16).
В настоящее время современные БРЛС в сантиметровом диапазоне волн имеют выходную импульсную мощность более 16 кВт, поэтому волноводные устройства (с учетом коэффициента запаса) в передающем канале должны выдерживать импульсную мощность по величине в 2 раза больше.
Номинальные мощности стандартных генераторов в сантиметровом диапазоне волн намного ниже рабочей мощности волноводных устройств, поэтому обеспечить проверку электрической прочности волноводных устройств и определить их потери при нужной рабочей мощности сигнала нет возможности.
Технический результат предлагаемого технического решения направлен на повышение надежности волноводных устройств в составе передатчика сантиметрового диапазона волн для бортовой радиолокационной станции (БРЛС).
Технический результат достигается тем, что устройство для измерения импульсной мощности сигнала в сантиметровом диапазоне волн (устройство) отличается тем, что содержит первый усилитель СВЧ, первый выходной тракт, второй выходной тракт, входной тракт, второй усилитель СВЧ, контакт разъема для подачи модулирующего импульса, выходной волновод первого усилителя СВЧ W1, входной волновод W2 первого усилителя СВЧ, первый входной волновод W3 второго выходного тракта, первый выходной волновод W4 входного тракта, первый волноводный выход W5 второго выходного тракта, третий волноводный выход W6 входного тракта, входной волновод W7 первого выходного тракта, второй волноводный выход W8 второго выходного тракта, входной волновод W9 входного тракта, второй волноводный вход W10 второго выходного тракта, второй волноводный выход W11 входного тракта, выходной волновод W12 первого выходного тракта, выходной волновод W13 второго усилителя СВЧ, входной волновод W14 второго усилителя СВЧ, при этом волноводный выход W6 соединен с третьим выходом входного тракта, входной волновод W9 соединен со входом входного тракта, первый выход входного тракта через волноводное соединение W4 и W2 соединен со вторым входом первого усилителя СВЧ мощности, второй выход входного тракта через волноводное соединение W11 и W14 соединен со вторым входом второго усилителя СВЧ мощности, выход первого усилителя СВЧ мощности через волноводное соединение W1 и W3 соединен с первым входом второго выходного тракта, выход второго усилителя СВЧ мощности через волноводное соединение W13 и W10 соединен со вторым входом второго выходного тракта, волноводный выход W5 соединен с первым выходом второго выходного тракта, волноводный выход W8 соединен со вторым выходом второго выходного тракта, входной волновод W7 соединен с входом первого выходного тракта, выходной волновод W12 соединен с выходом первого выходного тракта, контакт разъема для подачи модулирующего импульса соединен с первым входом первого усилителя СВЧ мощности и первым входом второго усилителя СВЧ мощности.
Предлагаемое устройство для измерения импульсной мощности сигнала в сантиметровом диапазоне волн формирует импульсную мощность сигнала в сантиметровом диапазоне волн более 20 кВт, что позволяет на этапе настройки и испытания волноводные устройства проверять на электрическую прочность при величине импульсной мощности выше, чем рабочая мощность в составе передатчика, и при этом измерять потери волноводных устройств.
Функциональная схема устройства для измерения импульсной мощности сигнала в сантиметровом диапазоне волн представлена на Фиг.1, функциональная схема усилителя СВЧ - на Фиг.2.
Устройство для измерения импульсной мощности сигнала в сантиметровом диапазоне волн (Фиг.1) содержит первый усилитель СВЧ 1, первый выходной тракт 2, второй выходной тракт 3, входной тракт 4, второй усилитель СВЧ 5, контакт разъема для подачи модулирующего импульса 6, выходной волновод первого усилителя СВЧ 1 W1 7, входной волновод W2 8 первого усилителя СВЧ 1, первый входной волновод W3 9 второго выходного тракта 3, первый выходной волновод W4 10 входного тракта 4, первый волноводный выход W5 11 второго выходного тракта 3, третий волноводный выход W6 12 входного тракта 4, входной волновод W7 13 первого выходного тракта 2, второй волноводный выход W8 14 второго выходного тракта 3, входной волновод W9 15 входного тракта 4, второй волноводный вход W10 16 второго выходного тракта 3, второй волноводный выход W11 17 входного тракта 4, выходной волновод W12 18 первого выходного тракта 2, выходной волновод W13 19 второго усилителя СВЧ 5, входной волновод W14 20 второго усилителя СВЧ 5.
Первый усилитель СВЧ 1 и второй усилитель СВЧ 5 (Фиг.2) выполнены идентичными и каждый из них включает входной волновод W1 21, источник питания и модулятор 22, тракт входной 23, усилитель мощности 24, выходной волновод W2 29, контакт разъема для подачи модулирующего импульса 30. При этом усилитель мощности 24 содержит первую лампу бегущей волны (ЛБВ1) 25, тракт промежуточный 26, вторую лампу бегущей волны (ЛБВ2) 27, тракт выходной 28.
При этом волноводный выход W6 12 соединен с третьим выходом входного тракта 4, входной волновод W9 15 соединен с входом входного тракта 4, первый выход входного тракта 4 через волноводное соединение W4 10 и W2 8 соединен со вторым входом первого усилителя СВЧ мощности 1, второй выход входного тракта 4 через волноводное соединение W11 17 и W14 20 соединен со вторым входом второго усилителя СВЧ мощности 2, выход первого усилителя СВЧ мощности 1 через волноводное соединение W1 7 и W3 9 соединен с первым входом второго выходного тракта 3, выход второго усилителя СВЧ мощности 5 через волноводное соединение W13 19 и W10 16 соединен со вторым входом второго выходного тракта 3, волноводный выход W5 11 соединен с первым выходом второго выходного тракта 3, волноводный выход W8 14 соединен со вторым выходом второго выходного тракта 3, входной волновод W7 13 соединен с входом первого выходного тракта 2, выходной волновод W12 18 соединен с выходом первого выходного тракта 2, контакт разъема для подачи модулирующего импульса 6 соединен с первым входом первого усилителя СВЧ мощности 1 и первым входом второго усилителя СВЧ мощности 5.
В первом усилителе СВЧ 1 (Фиг.2) волновод W1 21 соединен с входом тракта входного 23, выход тракта входного 23 соединен с первым входом ЛБВ1 25, выход ЛБВ1 25 соединен с входом тракта промежуточного 26, выход тракта промежуточного 26 соединен с первым входом ЛБВ2 27, выход ЛБВ2 27 соединен с входом тракта выходного 28, выход тракта выходного 28 соединен с волноводом W2 29, контакт разъема для подачи модулирующего импульса 30 соединен с входом источника питания и модулятора 22, первый выход источника питания и модулятора 22 соединен со вторым входом ЛБВ1 25, второй выход источника питания и модулятора 22 соединен со вторым входом ЛБВ2 27.
Предлагаемое устройство формирует импульсную мощность сигнала в сантиметровом диапазоне волн более 20 кВт, что позволяет волноводные устройства передатчика на этапе настройки и испытания узлов передатчика проверять на электрическую прочность при величине импульсной мощности выше, чем рабочая мощность и при этом измерять потери волноводных устройств (Д.Г. Райцын Электрическая прочность СВЧ устройств. М. - Советское радио, 1977 г., с.18-64). Данные параметры волноводных устройств, при необходимости, можно проверить аналогичным способом при климатических и механических воздействиях. Это позволяет устранить отказы волноводных устройств при работе в составе передатчика.
Работа устройства осуществляется следующим образом.
Входной сигнал СВЧ с генератора подается на входной волновод W9 15 входного тракта 4. Во входном тракте 4 находится мост, который распределяет мощность сигнала на два идентичных канала. В каждом канале находится циркулятор для согласования, фазовращатель и ответвитель для контроля мощности сигнала. С выхода первого канала по первому выходному волноводу W4 10 входного тракта 4 сигнал поступает через входной волновод W2 8 первого усилителя СВЧ 1 на второй вход первого усилителя СВЧ 1. С выхода второго канала по второму волноводному выходу W11 17 входного тракта 4 сигнал поступает через входной волновод W14 20 второго усилителя СВЧ 5 на второй вход второго усилителя СВЧ 5.
Модулирующий импульс с контакта подачи модулирующего импульса 6 поступает на первый вход первого усилителя СВЧ 1 и первый вход второго усилителя СВЧ 5. Усиленный сигнал с выхода первого усилителя СВЧ 1 через волноводное соединение W1 7 - W3 9 поступает на первый вход второго выходного тракта 3. Усиленный сигнал с выхода второго усилителя СВЧ 5 через волноводное соединение W13 19 - W10 16 поступает на второй вход второго выходного тракта 3. Во втором выходном тракте 3 находятся: суммирующий мост, циркулятор для согласования, ответвитель для контроля мощности. Сигналы с первого и второго входа второго выходного тракта 3 поступают на суммирующий мост, где мощности входных сигналов суммируются и через циркулятор сигнал поступает на второй волноводный выход W8 14 второго выходного тракта 3.
Первый усилитель СВЧ 1 и второй усилитель СВЧ 5 идентичны, с целью получения максимальной мощности сигнала при суммировании во втором выходном тракте 3 обеспечивается их синхронная и синфазная работа. Все ответвители, используемые в устройстве, имеют затухание не менее 30 дБ. Синфазность первого усилителя СВЧ 1 и второго усилителя СВЧ 5 обеспечивается с помощью фазовращателей во входном тракте 4. Третий волноводный выход W6 12 входного тракта 4 и первый волноводный выход W5 11 второго выходного тракта 3 используются для контроля мощности (Вамберский М.В. Передающие устройства СВЧ. М.-Высшая школа, 1984 г., с.364 - 430).
Работа первого и второго усилителей СВЧ осуществляется следующим образом.
Для получения в сантиметровом диапазоне волн значительной величины выходной импульсной мощности сигнала в усилителе мощности 24 применяется в качестве выходного усилительного каскада усилитель СВЧ мощности трехсантиметрового диапазона длин волн У52252, состоящий из двух последовательно включенных ламп бегущей волны ЛБВ1 25 и ЛБВ2 27 с низковольтным управлением, соединенных через тракт промежуточный 26.
Входной сигнал через волновод W1 21 поступает на вход тракта входного 23, с выхода входного тракта 23 сигнал СВЧ поступает на первый вход ЛБВ1 25. Усиленный сигнал с выхода ЛБВ1 25 поступает на вход тракта промежуточного 26. С выхода тракта промежуточного 26 сигнал поступает на первый вход ЛБВ2 27, с выхода ЛБВ2 27 дополнительно усиленный сигнал поступает на вход тракта выходного 28, с выхода тракта выходного 28 на волновод W 2 29.
Синхронная работа и импульсный режим работы усилителей СВЧ обеспечиваются подачей на контакт разъема для подачи модулирующего импульса 30 модулирующих импульсов с генератора Agilent 33250А (параметры модулирующего импульса измеряются по осциллографу TDS2022), которые поступают на вход источника питания и модулятора 22. С первого выхода источника питания и модулятора 22 модулирующие импульсы поступают на второй вход ЛБВ1 25, со второго выхода источника питания и модулятора 22 модулирующие импульсы поступают на второй вход ЛБВ2 27. Модулирующие импульсы открывают обе ЛБВ на время их длительности.
Указанные выше приборы входят в состав рабочего места настройки усилителя СВЧ (Ю.С. Гаврилов Справочник по радиоизмерительным приборам. М. - Энергия, 1976 г., с.3-58, 246-300).
В трактах: входном 23, промежуточном 26, выходном 28 усилителя СВЧ 1 находятся циркуляторы, которые производят согласование входных сигналов с нагрузками (Вамберский М.В. Передающие устройства СВЧ. М. - Высшая школа, 1984 г., с.406-430; под редакцией А.М. Чернушенко. Конструкция СВЧ устройств и экранов. Москва. Радио и связь, 1983 г., с.78-207).
Для проверки электрической прочности и измерения потерь испытуемого устройства (волноводного устройства) передатчика собирается рабочее место, в которое входят: устройство для измерения импульсной мощности сигнала в сантиметровом диапазоне волн, пульт настройки устройства, необходимые измерительные приборы.
Вход испытуемого устройства соединяется со вторым волноводным выходом W8 14 второго выходного тракта 3, выход испытуемого устройства соединяется с входным волноводом W7 13 первого выходного тракта 2. Первый выходной тракт 2 содержит ответвитель для контроля мощности и нагрузку для поглощения входной мощности сигнала.
Входной СВЧ сигнал необходимой мощности подается на входной волновод W9 15 входного тракта 4 с генератора Е8257Д. Измерение выходной мощности сигнала осуществляется на выходном волноводе W12 18 первого выходного тракта 2 ваттметром N8481A с преобразователем N8481B. По полученной величине выходной мощности с учетом заданных и вносимых потерь определяют заданные параметры волноводных устройств.
Предлагаемое техническое решение позволяет повысить надежность работы волноводных устройств и, как следствие, надежность работы передатчика, в сантиметровом диапазоне волн. Предлагаемое устройство для измерения импульсной мощности сигнала в сантиметровом диапазоне волн формирует импульсную мощность сигнала в сантиметровом диапазоне волн более 20 кВт, что позволяет на этапе настройки и испытания волноводные устройства проверять на электрическую прочность при величине импульсной мощности выше, чем рабочая мощность в составе передатчика, и при этом измерять потери волноводных устройств.
В настоящее время устройство для измерения импульсной мощности сигнала в сантиметровом диапазоне волн прошло испытания, используется при изготовлении передатчика сантиметрового диапазона волн для БРЛС, получены положительные результаты.