ПЕРЕДАЮЩЕЕ УСТРОЙСТВО ИМПУЛЬСНОЙ РЛС Российский патент 2008 года по МПК G01S7/484 

Изобретение относится к передающим устройствам радиоэлектронной аппаратуры, преимущественно радиолокационных станций (РЛС), и может быть использовано для формирования последовательности радиоимпульсов высокой частоты требуемого уровня мощности.

Известны высокочастотные передающие устройства (ПУ), используемые в телевидении и связи и описанные в учебно-технической литературе [1, стр.160-168].

Наиболее близким к предлагаемому изобретению по назначению является принятый за прототип «Радиолокационный высокочастотный твердотельный монопередатчик среднего уровня мощности» [2]. Это передающее устройство содержит последовательно соединенные возбудитель, дискретный аттенюатор, предварительный усилитель, развязывающее устройство, второй дискретный аттенюатор, четырех- или шестиканальный делитель мощности, четыре или шесть блоков усилителей мощности, каждый из которых через развязывающее устройство соединен с одним из входов четырех- или шестиканального сумматора, выход которого является выходом устройства. При этом каждый блок усилителей мощности состоит из четырехканального делителя, четырех усилителей и четырехканального сумматора мощности.

Наиболее существенным недостатком такого передатчика является работа его активных элементов без начального смещения в режиме класса С, когда угол отсечки коллекторного (стокового) тока сильно зависит от подводимой к активному элементу ВЧ мощности. Это затрудняет установку оптимального угла отсечки на многих активных элементах, приводит к необходимости введения в схему дискретных аттенюаторов для установки начального распределения уровней усиливаемых сигналов между каскадами, повышает требования к стабильности источников электропитания и рабочих температур, ухудшает спектральные характеристики выходного сигнала, ограничивает номенклатуру используемых активных элементов и количество каналов как всего передающего устройства, так и блока усилителя мощности.

Примененные в прототипе синфазные делители-сумматоры требуют введения в схему развязывающих устройств между каскадами, что снижает полосу усиливаемых частот, КПД, эксплуатационную надежность и экономичность.

Техническим результатом предлагаемого изобретения является возможность построения экономичных передающих устройств импульсных РЛС разного уровня мощности (ее регулирование и модулирование) с использованием широкой номенклатуры активных элементов и режимов их работы, имеющих высокие значения КПД, малые нелинейные искажения, простоту реализации и повышенную эксплуатационную надежность.

Для достижения указанного результата в известном передающем устройстве (ПУ), содержащем возбудитель, делитель входной мощности, блоки усилителей мощности и сумматор выходной мощности, причем блок усилителей мощности состоит из делителя, усилителей и сумматора мощности, количество каналов усиления равно N, где N≥2, количество каналов в блоке усилителей мощности равно К, где К≥2, в каждый блок усилителей мощности введен модулятор, нагруженный на К резистивных делителей, и устройство защиты, а все делители и сумматоры мощности выполнены на основе последовательно или бинарно соединенных направленных ответвителей каскадного типа и являются квадратурными мостами деления и сложения соответственно.

На чертеже представлена структурная схема предлагаемого ПУ, где введены следующие обозначения:

1 - возбудитель;

2 - делитель входной мощности (ДВМ);

3 - блок усилителей мощности (БУМ);

4 - сумматор выходной мощности (СВМ);

5 - делитель входной мощности БУМ (ДМ);

6 - усилитель мощности БУМ (УМ);

7 - сумматор выходной мощности БУМ (СМ);

8 - модулятор;

9 - резистивные делители;

10 - устройство защиты (УЗ).

На чертеже не показаны источники электропитания ТПУ.

Предлагаемое ПУ содержит возбудитель 1, N-канальный делитель входной мощности ДВМ 2, N блоков усиления мощности БУМ 3, N-канальный сумматор выходной мощности СВМ 4, K-канальные делители входной мощности ДМ 5, усилители мощности УМ 6, K-канальные сумматоры выходной мощности СМ 7, модуляторы 8, резистивные делители 9 и устройства защиты 10. Вход возбудителя подключен к синхронизатору РЛС, а выход - к входу ДВМ 2, каждый из N выходов которого соединен с входом ДМ 5 соответствующего БУМ 3, каждый из К выходов которого соединен с первым входом соответствующего УМ 6. Вторые входы УМ 6 через соответствующие резистивные делители 9 соединены с выходами модуляторов 8, первые входы которых подключены к синхронизатору РЛС, а вторые - к выходам УЗ 10. Выходы УМ 6 соединены с соответствующими входами СМ 7, первые выходы СМ 7 всех N БУМ 3 соединены с соответствующими входами СВМ 4, а вторые выходы СМ 7 с входами У 310, выход СВМ 4 является выходом ПУ.

Возбудитель 1 выполнен в соответствии с требованиями к стабильности частоты передающих устройств когерентных доплеровских РЛС и рекомендациями, указанными в технической литературе [1 (стр.326-368), 2].

Усилитель мощности 6 может быть выполнен на обычных или балансных транзисторах по квадратурным или двухтактным схемам [1, стр.104-106].

Делители ДВМ 2, ДМ 5 и сумматоры СМ 7, СВМ 4 выполнены на основе последовательно или бинарно соединенных направленных ответвителей каскадного типа и являются квадратурными мостами деления и сложения мощности, соответственно [1, стр.271-283].

Устройство защиты УС 10 состоит из детектора и порогового устройства.

Модулятор представляет собой ключевую схему, объединенную с логическим устройством.

ПУ работает следующим образом. С синхронизатора РЛС подается запускающий импульс на входы модуляторов 8, опережающий на некоторое время импульс на входе возбудителя 1. Модуляторы 8 вырабатывают импульсы прямоугольной формы с длительностью большей, чем радиоимпульсный сигнал, сформированный возбудителем. Импульсы с выходов модуляторов 8 через резистивные делители 9 поступают на вторые входы каждого УМ 6. Резистивными делителями 9 устанавливается начальное смещение, которое определяет режим работы каждого активного элемента (транзистора) в УМ 6, например режим класса АВ. В этом режиме обеспечиваются малые нелинейные искажения усиливаемых радиоимпульсных сигналов, расширяется динамический диапазон их усиления по мощности, появляется возможность регулирования выходной мощности ПУ путем изменения уровня сигнала маломощного усилителя в возбудителе.

Радиоимпульсный сигнал с возбудителя 1 проходит через делители мощности 2 и 5 и поступает на первые входы УМ 6, «подготовленных» к усилению в заданном режиме.

СМ 7 суммируют выходные мощности УМ 6 каждого БУМ 3, выходные мощности которых суммируются в СВМ 4.

Делители 2, 5 и сумматоры 7, 4 осуществляют «развязку» между усилителями УМ 6, а также между возбудителем 1 и БУМ 3 и подавляют «эхо-сигналы» в ВЧ трактах передающего устройства. При превышении «эхо-сигнала» на выходе БУМ 3 некоторого порогового значения срабатывает устройство защиты. Сигналом для устройства защиты является радиоимпульс, появляющийся на балластных резисторах СМ 7 при сильных отражениях, вызванных неисправностями. Этот радиоимпульс детектируется и поступает на пороговое устройство, которое выключает модулятор 8. При этом усиление в соответствующем БУМ 3 резко уменьшится, что препятствует выходу из строя активных элементов в УМ.

В предлагаемом ПУ выходная мощность может достигать любых заданных величин (ограничивается коэффициентами усиления активных элементов) благодаря тому, что количество каналов N и К практически не ограничено. Как указано в литературе [1, стр.162], надежность ПУ увеличивается при увеличении N и К и соблюдении условия К>N.

Таким образом, благодаря введению в каждый БУМ модулятора с резистивными делителями и устройства защиты, использованию квадратурных мостовых схем в делителях и сумматорах мощности и практически неограниченного количества каналов в ПУ и БУМ с соответствующими связями, предлагаемое изобретение позволяет создать экономичное передающее устройство импульсной РЛС разного уровня мощности с использованием широкой номенклатуры активных элементов и режимов их работы с высоким значением КПД, малыми нелинейными искажениями, простой реализацией и повышенной эксплуатационной надежностью.

Источники информации

1. Проектирование радиопередатчиков. Под редакцией В.В.Шахгильдяна. М., Радио и связь, 2003.

2. Патент РФ №40492 на полезную модель «Радиолокационный высокочастотный твердотельный монопередатчик среднего уровня мощности». МПК G01S 7/282. Заявка №2004114780 от 19.05.2004.

Изобретение относится к радиолокации и может быть использовано для формирования последовательности радиоимпульсов. Достигаемый технический результат - получение выходных сигналов с заданными величинами выходной мощности и малыми нелинейными искажениями. Передающее устройство (ПУ) импульсной РЛС содержит возбудитель, делитель входной мощности, блоки усилителей мощности (БУМ), сумматор выходной мощности, причем каждый БУМ состоит из модулятора, устройства защиты, делителя мощности, усилителей и сумматора мощности, количество каналов усиления ПУ равно N, где N≥2, количество каналов усиления БУМ равно К, где К≥2, а упомянутые делители и сумматоры мощности выполнены на основе последовательно или бинарно соединенных направленных ответвителей каскадного типа и являются квадратурными мостами деления и сложения мощности соответственно. 1 ил.

Передающее устройство (ПУ) импульсной радиолокационной станции (РЛС), предназначенное для формирования последовательности радиоимпульсов требуемого уровня мощности, содержащее возбудитель, на вход которого подается синхроимпульс с РЛС, делитель входной мощности (ДВМ), блоки усилителей мощности (БУМ) и сумматор выходной мощности (СВМ), выход которого является выходом ПУ, причем каждый БУМ состоит из делителя мощности (ДМ), усилителей (УМ) и сумматора мощности (СМ), каждый вход которого через УМ соединен с соответствующим выходом ДМ, вход которого соединен с соответствующим выходом ДВМ, отличающееся тем, что количество каналов усиления ПУ равно N, где N≥2, количество каналов усиления БУМ равно К, где К≥2, и N>K, вход ДВМ соединен с выходом возбудителя, первые выходы СМ всех БУМ соединены с соответствующими входами СВМ, в каждый БУМ введен модулятор, при этом модулятор вырабатывает импульсы прямоугольной формы с длительностью большей, чем радиоимпульсный сигнал, сформированный возбудителем, подключенный первым входом к синхронизатору РЛС, нагруженный на К резистивных делителей, выходы которых соединены со вторыми входами соответствующих УМ, и устройство защиты, выход которого соединен со вторым входом модулятора, а вход - со вторым выходом СМ, кроме того, ДВМ и ДМ, а также СМ и СВМ состоят из последовательно или бинарно соединенных направленных ответвителей каскадного типа и являются квадратурными мостами деления и сложения мощности, соответственно.