АВТОГЕНЕРАТОР РАДИОИМПУЛЬСОВ Советский патент 2006 года по МПК H01P7/04 

Изобретение относится к области радиопередающих устройств, работающих в импульсном режиме, и может быть использовано при разработке радиолокационных станций с малой "мертвой зоной", в радиодальномерах, измеряющих малые расстояния, и в другой специальной аппаратуре.

Известно, что для уменьшения "мертвой зоны" радиолокационных станций, обеспечения возможности измерения малых расстояний с помощью импульсных радиодальномеров и в некоторых других случаях необходимо генерировать короткие радиоимпульсы с высокой крутизной заднего фронта.

Поясним, что понимается под термином "мертвая зона". В современных радиолокационных станциях всегда имеет место прямое попадание части мощности излучаемого радиоимпульса на вход приемника. Пока эта мощность не уменьшится до уровня чувствительности приемника (10^-10-10^-12 Вт), отраженный от цели сигнал не может быть выделен в приемном устройстве. Время, в течение которого (считая от переднего фронта радиоимпульса) сигнал, отраженный от цели, не может быть получен на выходе приемника, определяет "мертвую зону" станции. Во многих случаях значительная часть "мертвой зоны" определяется задним фронтом радиоимпульса, который, как правило, спадает по экспоненциальному закону.

Следовательно, чем круче задний фронт радиоимпульса, тем быстрее приемник становится работоспособным и тем меньшие расстояния до цели могут быть измерены.

В настоящее время в радиолокационных станциях, радиодальномерах и другой аппаратуре широко применяются импульсные автогенераторы на трехэлектродных лампах, СВЧ-транзисторах, диодах с отрицательным дифференциальным сопротивлением и т.д. Во всех этих случаях модулирующий импульс подается на один из электродов электронного прибора, с помощью которого осуществляется генерация электромагнитных колебаний. При этом в колебательной системе автогенератора возникают электромагнитные колебания, форма и длительность огибающей которых определяется главным образом формой и длительностью модулирующего импульса и постоянной времени колебательной системы.

Постоянная времени колебательной системы начинает сказываться после окончания модулирующего импульса, т.е. после "отключения" электронного прибора (лампы, транзистора и т.п.) от колебательной системы. Математически постоянная времени колебательной системы τ записывается следующим образом (см., например, Гоноровский И.С. Основы радиотехники, 1957, стр.323):

здесь Q - добротность колебательной системы;

f - ее резонансная частота.

Физически постоянная времени определяет время, за которое амплитуда свободных колебаний (за счет энергии, накопленной в колебательной системе) уменьшится в е раз (е - основание натурального логарифма) после окончания действия модулирующего импульса.

Минимальная длительность радиоимпульса, генерируемого автогенератором, определяется временем нарастания и временем спада колебаний в колебательной системе.

Уменьшить время спада колебаний (т.е. уменьшить постоянную времени колебательной системы) можно, уменьшая добротность Q или повышая частоту f (см. формулу (1)).

Если частота задана заранее, что бывает, например, при работе нескольких радиопередающих устройств, использующихся в независимых радиосистемах, на одну антенну, то уменьшить длительность радиоимпульса за счет уменьшения длительности заднего фронта (зависящей от постоянной времени колебательной системы) можно, только уменьшая добротность колебательной системы.

Кроме того, при работе автогенератора непосредственно на антенну изменения параметров антенны, происходящие по разным причинам (при сканировании, уменьшении температуры окружающей среды, осадках и т.п.), сказываются и на параметрах автогенератора (в частности, на изменении длительности заднего фронта радиоимпульса).

Генераторы коротких радиоимпульсов известны. Примером может служить генератор, описанный в патенте США 3351869, класс 331-77. Недостатками этого генератора являются следующие.

1. Возможность работы только в сантиметровом диапазоне, так как необходимым условием его работы является наличие волновода. Применение волноводов в дециметровом диапазоне, особенно в спецаппаратуре, неоправданно из-за резкого увеличения габаритов волноводов.

Например: на частоте 1 ГГц размер широкой стенки волновода будет около 15 см.

2. Необходимость наличия мощного модулирующего генератора видеоимпульсов, так как получение коротких радиоимпульсов осуществляется с помощью спектральных составляющих модулирующего импульса, лежащих в сантиметровом диапазоне. Спектральные составляющие видеоимпульса убывают при увеличении частоты (см. Гоноровский И.О. Основы радиотехники, 1957 г., стр.33-34).

Например: при использовании модулирующего импульса длительностью 1 мксек с частотой повторения 1 кГц и мощностью 100 Вт на волне 3 см (10 ГГц) можно получить СВЧ-радиоимпульс длительностью в несколько наносекунд и мощностью порядка единиц микроватт, т.е. на 7-8 порядков ниже мощности модулирующего импульса.

Предлагаемое изобретение может быть использовано на частотах, лежащих ниже сантиметрового диапазона, в частности в дециметровом диапазоне.

Целью настоящего изобретения является уменьшение длительности заднего фронта радиоимпульса, генерируемого автогенератором, и уменьшение дестабилизирующего действия антенной системы на характеристики автогенераторов.

Эта цель достигается уменьшением добротности колебательной системы и соответствующим уменьшением постоянной времени путем введения в колебательную систему автогенератора дополнительного постоянного затухания. Величина постоянного затухания, вводимого в колебательную систему, выбирается таким образом, чтобы не ухудшались другие параметры генератора.

Затухание можно было бы увеличить, увеличивая связь выходного контура автогенератора с нагрузкой. Но в малогабаритной аппаратуре, используемой на борту летающих объектов, автогенератор часто работает непосредственно на антенну, поэтому увеличение связи с ней нежелательно, так как при этом увеличивается дестабилизирующее действие антенной системы на характеристики автогенератора.

Изложенная сущность изобретения поясняется чертежами автогенератора дециметрового диапазона. На фиг.1 изображен схематический вид автогенератора в разрезе; на фиг.2 - общий вид конструкции автогенератора; на фиг.3 - эпюра тока в анодно-сеточном контуре автогенератора; на фиг.4 - упрощенная эквивалентная схема автогенератора.

На фиг.1 представлены: 1 - штырь, 2 - изолятор, 3 - анодный блокировочный дроссель, 4 - анодная крышка, 5 - пластина, 6 - слюдяная прокладка, 7 - анодный контакт, 8 - лампа, 9 - емкость связи с нагрузкой, 10 - анодно-сеточный контур, 11 - сеточный цилиндр, 12 - катодно-сеточный контур, 13 - катодный цилиндр, 14 - пластина, 15 - поглотитель ХВ10,6, 16 - слюдяная прокладка, 17, 18 - накальные блокировочные дроссели, 19, 20 - проходные конденсаторы, 21 - катодная крышка, 22 - накальный контакт, 23 - емкость обратной связи, 24 - выступ, 25 - гайка, 26 - корпус, 27 - отверстие.

На фиг.2: 28 - винт, 29 - винт, 30 - винт емкости связи с нагрузкой, 31 - выходное устройство, 32 - винт емкости обратной связи, 33 - цанга, 34 - гайка, 35 - крышка, 36 - винт, 37 - шайба.

На фиг.3: l - длина анодно-сеточного контура, J_m - амплитуда тока в анодно-сеточном контуре, ω - круговая частота, генерируемая автогенератором.

На фиг.4: Ca-к - ламповая емкость анод-катод, Ca-с - ламповая емкость анод-сетка, Сс-к - ламповая емкость сетка-катод, Ra - сопротивление, вносимое в анодно-сеточный контур антенной, Rп - сопротивление, вносимое в контур поглотителем.

Автогенератор собран по схеме с общей сеткой, обычной для дециметрового диапазона. Анодно-сеточный контур 10 образован внутренней поверхностью корпуса 26, наружной поверхностью сеточного цилиндра 11 и емкостью анод-сетка лампы 8. Катодно-сеточный контур 12 образован внутренней поверхностью сеточного цилиндра 11 наружной поверхностью катодного цилиндра 13 и емкостью сетка-катод лампы 8. Лампа 8 закреплена в сеточном цилиндре 11 гайкой 25, ввернутой по резьбе, сделанной на внутренней поверхности сеточного цилиндра 11, и прижимающей сеточный вывод лампы 8 к выступу 24. Регулировка величины обратной связи производится изменением емкости 23 с помощью перемещения винта 32 в цанге 33, контрящейся гайкой 34. Внешняя нагрузка подсоединяется с помощью коаксиального кабеля к выходному устройству 31.

Изменение емкости связи 9 с нагрузкой осуществляется перемещением винта 30 отверткой при снятой крышке 35 выходного устройства 31. Крышка 35 вворачивается по резьбе на внутренней поверхности выходного устройства 31. Конструкция емкостей обратной связи и связи с нагрузкой выбрана цилиндрической, как обладающая большей температурной стабильностью, надежностью и удобством регулировки (по сравнению, например, с плоской конструкцией).

Прототип цилиндрической конструкции описан в патенте США №3426256, кл. 317-249.

Источник анодного напряжения подключается к штырю 1, блокировка анодной цепи по СВЧ осуществлена с помощью дросселя 3 и емкости, образованной пластиной 5, слюдяной прокладкой 6 и дном анодной крышки 4. Анодный контакт 7 припаян к пластине 5 и выведен через отверстие 27 в дне анодной крышки 4. Анодная крышка 4 закреплена на корпусе 26 винтами 28. Пластина 5 крепится ко дну анодной крышки 4 винтами 36, изолированными от пластины 5 диэлектрическими шайбами 37. Изоляция по постоянному току катодного цилиндра 13 от корпуса 26 осуществлена с помощью слюдяной прокладки 16. Емкость, образованная между цилиндрами 13 и 11 слюдяной прокладкой 16, замыкает катодно-сеточный контур 12 по СВЧ. Источник напряжения канала подключается к выводам проходных конденсаторов 19 и 20. Дроссели 17 и 18 вместе с конденсаторами 19 и 20 препятствуют попаданию СВЧ-токов в источник накального напряжения.

Снижение добротности и, следовательно, постоянной времени анодно-сеточного контура 10 осуществлено с помощью магнитодиэлектрического поглотителя 15. Хорошие результаты были получены при изготовлении поглотителя 15 из материала типа ХВ-10,6. Это сделано следующим образом: подковообразный кусок поглотителя 15 с помощью винтов 29 диэлектрической пластиной 14 прижат ко дну анодно-сеточного контура 10, где, как известно, расположена пучность контурного тока (см., например, В.А.Волгов. Детали контуров радиоаппаратуры, 1954 г., стр.196, 229). На упрощенной эквивалентной схеме поглотитель 15 изображен в виде сопротивления Rп, включенного параллельно сопротивлению Rа, вносимому в анодно-сеточный контур 10 автогенератора антенной.

Благодаря наличию Rп изменения Rа меньше изменяет параметры контура 10, по сравнению со случаем отсутствия Rп и, следовательно, изменение параметров антенны меньше сказывается на характеристиках автогенератора. В случае, если диэлектрические потери в поглотителе больше чем магнитные, пластина может быть внесена в пучность электрического поля.

Изобретение относится к области радиопередающих устройств, работающих в импульсном режиме, и может быть использовано при разработке радиолокационных станций с малой «мертвой зоной», в радиодальномерах, измеряющих малые расстояния, и в другой специальной аппаратуре. Технический результат заключается в уменьшении длительности заднего фронта радиоимпульса и ослаблении дестабилизирующего действия нагрузки на параметры генерируемых колебаний. Для этого устройство содержит генераторную лампу, анодно-сеточный и катодно-сеточный контуры, цилиндрические емкости обратной связи и связи с нагрузкой и их элементы регулировки, анодные и накальные блокировочные цепи, выполненные в виде дросселей и конденсаторов, и выходной разъем, при этом в анодно-сеточный контур автогенератора внесена подковообразная пластина из материала, обладающего магнитодиэлектрическими потерями, расположенная в пучности магнитного или электрического поля между дном анодно-сеточного контура и прижимной диэлектрической пластиной. 4 ил.

Автогенератор радиоимпульсов, содержащий генераторную лампу, включенную по схеме с общей сеткой, анодно-сеточный и катодно-сеточный контуры, образованные отрезками линий с распределенными параметрами, цилиндрические емкости обратной связи и связи с нагрузкой и их элементы регулировки, анодные и накальные блокировочные цепи, выполненные в виде дросселей и конденсаторов, и выходной разъем, отличающийся тем, что, с целью уменьшения длительности заднего фронта радиоимпульса и ослабления дестабилизирующего действия нагрузки на параметры генерируемых колебаний, в анодно-сеточный контур автогенератора внесена подковообразная пластина из материала, обладающего магнитодиэлектрическими потерями, расположенная в пучности магнитного или электрического поля между дном анодно-сеточного контура и прижимной диэлектрической пластиной.