Качественные показатели УПЧ

Усилители промежуточной частоты усиливают колебания между выходом преобразователя частоты и входом детекторного каскада. От качества работы УПЧ зависит дальность радиолокационного наблюдения, разрешающая способность и другие параметры РЛС. К основным качественным показателям УПЧ импульсного радиолокационного приемника относятся: величина промежуточной частоты, полоса пропускания, коэффициент усиления, эффективность, время восстановления чувствительности, стабильность основных параметров, устойчивость и надежность работы и др.

Некоторые качественные показатели, играющие важную роль в связных и радиовещательных приемниках, не имеют существенного значения для радиолокационных приемников. Например, высокая избирательность по соседнему каналу является одним из основных требований для радиовещательных и связных радиоприемников. Для радиолокационных приемников этот параметр особой роли не играет, так как в диапазоне сверхвысоких частот основным видом помех являются шумы, обладающие, как правило, равномерным энергетическим спектром. Избирательность по отношению к таким помехам определяется эффективной шириной полосы пропускания, а не степенью прямоугольности резонансной кривой.

При выборе значения промежуточной частоты руководствуются тем, что с увеличением ее легче обеспечивается симметрия резонансных кривых колебательных контуров, снижаются шумы, вносимые гетеродином, облегчается разделение частотных составляющих видеосигналов и промежуточной частоты на выходе детектора, улучшается работа системы автоматической подстройки частоты.

При уменьшении промежуточной частоты повышается устойчивость работы усилителя, уменьшается критичность разброса параметров схемы и пр. Исходя из этих предпосылок, промежуточная частота радиолокационных приемников выбирается в пределах 15…90 МГц. Радиолокационные приемники диапазона сантиметровых и миллиметровых волн, в том числе и приемники судовых навигационных РЛС, имеют промежуточную частоту 30 и 60 МГц.

Полоса пропускания УПЧ не должна быть очень узкой, чтобы не вызывать искажений импульсных сигналов. Однако слишком широкая полоса пропускания увеличивает собственные шумы и тем самым уменьшает чувствительность приемника. Полоса пропускания обычно отсчитывается на уровне 3 дБ (на уровне 0,7по напряжению).

Схемотехническое построение УПЧ радиолокационных приемников принципиально не отличается от обычных схем резонансных усилителей, работающих в диапазоне частот до 100 МГц. В качестве активных элементов этих усилителей используются биполярные и полевые транзисторы, а также интегральные схемы. По способу включения активных элементов применяются, как правило, схемы с общим эмиттером и общей базой. Схемы с общим эмиттером обеспечивают достаточное усиление, облегчают межкаскадное согласование, но отличаются меньшей устойчивостью в работе. Схемы с общей базой имеют очень малое входное сопротивление, но отличаются высокой устойчивостью работы, что является очень важным для многокаскадных схем УПЧ радиолокационных приемников.

Нагрузкой каскадов УПЧ являются избирательные системы (фильтры) на LC- контурах или на фильтрах ПАВ. Резонансные каскады УПЧ должны обеспечивать максимальный коэффициент усиления на резонансной частоте, равной промежуточной (fпр = 60 МГц) в пределах полосы пропускания 3…25 МГц. В целях обеспечения постоянства параметров усилительных каскадов применяются традиционные способы стабилизации режима работы транзисторов по постоянному току (статический режим), а также при  необходимости применяют отрицательную обратную связь по переменному току (динамический режим).

В современных РЛС схемы усилителей промежуточной частоты реализуются, как правило, интегральных схемах (ИС). При этом, одна ИС может полностью выполнять функции всего УПЧ. В таких УПЧ вместо обычных выводных компонентов (резисторов, конденсаторов и др.) применяются безвыводные компоненты поверхностного монтажа (КПМ), что снижает различные паразитные связи, а следовательно, повышает устойчивость работы усилителя.

По характеру амплитудных характеристик применяют линейные и логарифмические схемы УПЧ.

 

 

Рис.2.41. Линейный УПЧ:                                Рис. 2.42. Логарифмический УПЧ:

 а) амплитудная характеристика,                     а) амплитудная характеристика,

б) вид сигналов на входе и на выходе             б) сигналы на входе и на выходе

 

Линейный УПЧ

Этот усилитель имеет линейную зависимость выходного напряжения от входного в пределах не более 50-кратного значения амплитуды собственных шумов. При превышении этого значения наступает насыщение (или перегрузка) и входной сигнал не вызывает дальнейшего увеличения выходного сигнала (рис. 4.11, а, б). Регулировкой коэффициента усиления (К) УПЧ можно устанавливать различный наклон линейного участка характеристики, а следовательно, и наилучшие условия для приема слабых или сильных сигналов. При малом усилении К1 ближние объекты будут обнаруживаться хорошо, а дальние затеряются в шуме. Если коэффициент усиления К₂ установлен достаточным для приема сигналов дальних объектов, то будут потеряны сигналы от ближних объектов, находящиеся в зоне помех от моря. Устранить частично этот недостаток можно с помощью схемы ВРУ, уменьшающей усиление линейного УПЧ для ближних объектов в большей степени, чем для дальних.

Эффективна ВРУ лишь для ослабления помех от моря, уровень которых зависит от дистанции. Если же на данном расстоянии имеются объекты с различными отражающими поверхностями, то будут теряться слабые сигналы или ограничиваться сильные.

Конструктивно УПЧ (вместе с детектором) оформляется в виде отдельного хорошо экранированного блока. Количество каскадов УПЧ достигает 8. .. 10; каждый каскад имеет полосовой фильтр, настроенный на промежуточную частоту. Необходимая широкая полоса частот обеспечивается шунтированием контуров полосовых фильтров активными сопротивлениями. Переключение полосы, осуществляемое при изменении длительности излучаемых импульсов, обычно осуществляется ее сужением в одном из каскадов. Этого достаточно, чтобы общая резонансная кривая УПЧ была более острой.

УПЧ имеет общую регулировку усиления и ВРУ (или ВАРУ). Общая регулировка осуществляется вручную изменением коэффициента усиления нескольких каскадов УПЧ с помощью соответствующего потенциометра «Усиление - A/C GAIN», размещенного на панели пульта управления РЛС. Временная регулировка усиления достигается специальной схемой ВАРУ, запускаемой синхроимпульсом несколько раньше запуска передатчика. Вырабатывает эта схема импульсы напряжения, состоящие из прямоугольной и экспоненциальной составляющих (рис. 2.46). В результате воздействия импульса ВАРУ на 2... 3 первых каскада УПЧ их усиление изменяется во времени после излучения импульса передатчиком определенным образом. На время излучения  зондирующих импульсов прямоугольная составляющая запирает приемный тракт полностью,  а затем при спаде экспоненциальной составляющей импульса усиление приемника плавно увеличивается во времени (дальности) до номинального значения. В результате импульсы, отраженные от ближних объектов, усиливаются слабее, чем импульсы, отраженные от более удаленных объектов. С помощью отдельной ручки «Помехи от моря» или «Волны»  (A/C SEA) можно с пульта управления изменять амплитуду импульса ВАРУ и в каждом конкретном случае подбирать вариант наилучшего обнаружения ближних объектов, маскируемых отражением от морских волн.

 

Логарифмический УПЧ

 . Усилитель этого типа имеет логарифмическую зависимость между выходным и входным напряжениями (рис.2.42, а). Благодаря этому при большом диапазоне изменения амплитуд входных сигналов на выходе УПЧ амплитуды сигналов изменяются лишь в несколько раз. Такой УПЧ действует безынерционно и позволяет ослабить как регулярные, так и случайные помехи. Это дает возможность использовать его для уменьшения помех от моря и дождя, а кроме того, для лучшего различения объектов с различными отражающими свойствами.

Применение   логарифмического УПЧ с дифференцирующей цепью, имеющей малую постоянную времени (МПВ), позволяет снизить уровень отражений от моря и дождя до уровня собственных шумов (рис. 2.42,6). Отражение от моря и дождя (снега) складывается из множества отдельных отражений в облучаемой площади. Непрерывное изменение (флюктуация) суммарного уровня такого отраженного сигнала подчиняется определенному закону, а именно: среднее квадратическое отклонение флюктуации от среднего значения сигнала пропорционально среднему значению. На рис. 2.42,6 для диаграммы входного сигнала это дает большой размах ее заштрихованной части и большую приподнятость при меньшем расстоянии.

На выходе логарифмического УПЧ среднее квадратическое отклонение флюктуации становится постоянным (равным уровню шумов) и не зависит от среднего значения мешающего отражения от моря.

После дифференцирующей цепи с МПВ из выходного сигнала УПЧ исключается постоянная составляющая (удаляется среднее значение), и амплитуда помех от моря будет при любых расстояниях на одном уровне с шумом.

Следовательно, на выходе логарифмического УПЧ помехи значительно ослаблены, а амплитуды слабых и сильных отраженных импульсов выравниваются; регулировка усиления в процессе работы не требуется. Для более эффективного подавления помех от моря предусмотрена схема  ВРУ, которая осуществляется в нескольких линейных каскадах, включенных перед логарифмическим  каскадом УПЧ.

Рис.2.43 Форма импульса ВАРУ.

 

Детектор и МПВ

Детектор приемника РЛС (рис. 2.44,а) является нагрузкой УПЧ и преобразует импульсы промежуточной частоты в видеоимпульсы. В морских РЛС применяется амплитудная модуляция и, соответственно, амплитудное детектирование.

 

Рис. 2.44. Принцип действия детектора и МПВ:

а) схема,                                        б) временные диаграммы.

Амплитудное детектирование обеспечивает:

-      получение огибающей модулированного колебания (видеоимпульса) из радиоимпульса на промежуточной частоте (ПЧ);

-      отделение полезного видеосигнала от колебаний ПЧ.

Обычно применяют схему диодного детектирования, на которую подаются колебания с последнего каскада УПЧ. Диодный детектор включает три основных элемента:

- нелинейный элемент (диод VD1);

- сопротивление нагрузки (R1);

- фильтр (емкость нагрузки C1).

При воздействии на диод VD1 радиоимпульса ПЧ (рис. 2.45, фигура 1) на сопротивлении нагрузки R1 выделяется положительный импульс с пульсациями ( рис.2.45, фигура2), которые сглаживаются емкостью C1, выполняющей роль фильтра. 

Рис. 2.45. Принцип работы детектора:

1 – напряжение на входе детектора, 2 – напряжение на нагрузке.

⇐ Предыдущая14151617181920212223Следующая ⇒

Поделиться: