Главная страница | Контакты | Случайная страница Автомобили Астрономия Биология География Дом и сад Другие языки Другое Информатика История Культура Литература Логика Математика Медицина Металлургия Механика Образование Охрана труда Педагогика Политика Право Психология Религия Риторика Социология Спорт Строительство Технология Туризм Физика Философия Финансы Химия Черчение Экология Экономика Электроника

Формирование сигналов сложной формы

Одной из основных технических характеристик, определяющих дальность действия РЛС в беспомеховых условиях и в условиях воздействия активных преднамеренных помех, является энергия в импульсе . Увеличение энергии в импульсе за счет импульсной мощности передающего устройства Р 4и 0 нежелательно по многим причинам:

- увеличение импульсной мощности достигается путем увеличения анодных напряжений электровакуумных приборов передающего устройства, что приводит к росту габаритов и массы модуляторов и высоковольтных выпрямителей;

- появляется необходимость повышения электрической прочности антенно-волноводных трактов, их герметизации и заполнения нейтральными газами во избежание пробоев;

- ограничивается возможность использования твердотельных генераторов и усилителей СВЧ;

- усложняются условия обеспечения безопасности обслуживающего состава и др.

Увеличение энергии в импульсе за счет длительности узкополосных сигналов простой формы, т.е. сигналов с монохроматическим заполнением, при-водит к ухудшению потенциальной разрешающей способности по дальности

и потенциальной точности измерения дальности

Эти ограничения, свойственные узкополосным сигналам простой формы, являются следствием того, что база таких сигналов

(3.7)

близка к единице и увеличение длительности простого сигнала приводит к уменьшению ширины его спектра . В этих условиях возникает необходимость использования таких сигналов, которые позволили бы увеличить энергию зондирующих импульсов без ухудшения разрешающей способности по дальности и точности ее измерения. Таким требованиям удовлетворяют широкополосные сигналы сложной формы, база которых .

Расширение спектра сигнала может быть достигнуто за счет внутриимпульсной манипуляции или модуляции частоты или фазы высокочастотного заполнения. При этом под манипуляцией понимается скачкообразное, а под модуляцией – плавное изменение несущей частоты или фазы в течение длительности импульса.

Схему формирования частотно манипулированного импульса можно представить себе в виде линии задержки с подключенными к ее отводам колебательными контурами и сумматором (рис.3.2).

На вход схемы подается короткий монохроматический импульс такой малой длительности , чтобы ширина его спектра была равна необходимой (заданной) ширине спектра зондирующего импульса. При воздействии этого короткого импульса на вход схемы каждый из контуров последовательно возбуждается на своей резонансной частоте . На выходе сумматора формируется протяженный составной частотно-манипулированный импульс длительностью , спектр которого, , определяется величиной девиации частоты. Таким образом, схема осуществляет разную временную задержку различных групп частот и называется растягивающим фильтром. Непостоянство группового времени запаздывания для различных спектральных составляющих исходного спектра импульса относят к классу явлений дисперсии скорости распространения.

Поэтому линии задержки с переменным временем запаздывания называют дисперсионными.

Большие переменные временные задержки в десятки и сотни микросекунд можно обеспечить, используя дисперсионные ультразвуковые линии задержки с многоэлементными пьезоэлектрическими преобразователями, которые преобразуют электрические колебания в ультразвуковые за счет прямого пьезоэффекта и ультразвуковые в электрические за счет обратного. В этих линиях задержки используются ультразвуковые поверхностные волны, т.е. механические колебания в ограниченной области на поверхности материала.

Положительным свойством этих волн является возможность съема сигнала с любой точки поверхности на пути распространения волны. Кварцевая пластина ДУЗЛЗ с нанесенными на ней двумя решетками металлических штриховых электродов, имеющих переменный шаг, располагается на металлическом основании (рис.3.3). Расстояния между штриховыми электродами двух решетчатых преобразователей изменяются в соответствии с законом изменения длины волны в формируемом линейно-частотно модулированном (ЛЧМ) сигнале.

Два рядом находящихся штриховых электрода входного решетчатого преобразователя представляют собой пару вибраторов, которые могут возбудить в звукопроводе только колебания, длина волны которых равна расстоянию между электродами. Так как шаг решетки переменный, то она возбуждает спектр колебаний, длина волны которых изменяется от минимального до максимального значений, соответственно изменению расстояний между парами соседних штриховых электродов.

Если на вход ДУЗЛЗ подать короткий импульс длительностью , то между решеткой и основанием возникает электрическое поле, которое вызывает ультразвуковую поверхностную волну. Звукопровод возбуждается одновременно всеми частотами, находящимися в пределах широкого спектра частот входного короткого радиоимпульса. Ультразвуковые волны, распространяясь вдоль звукопровода, достигают приемной (выходной) решетки, в которой осуществляется обратное преобразование: ультразвуковые колебания образуют переменные электрические заряды, которые вызывают высокочастотные колебания, снимаемые с выхода решетчатого преобразователя. Приемная (выходная) решетка имеет зеркальное расположение электродов по отношению к передающей (входной), т.е. если во входной решетке шаг ее по ходу волны изменяется от меньшего к большему, то в выходной - от большего к меньшему.

Вследствие этого выходная решетка первоначально воспринимает и осуществляет преобразование ультразвуковых колебаний в электрические колебания, для которых путь прохождения поверхностной волны наименьший (), т.е. колебания, длина волны которых максимальна. Последними преобразуются колебания, для которых путь прохождения наибольший (), т.е. колебания, соответствующие минимальной длине волны. Вводя требуемый закон частотной модуляции в расстановку штриховых электродов, можно получить заданную дисперсионную характеристику ДУЗЛЗ (рис.3.4), т.е. зависимость времени задержки t_з от частоты. Этой дисперсионной характеристике будет соответствовать закон внутриимпульсной частотной модуляции, т.е. закон изменения частоты заполнения 4 0формируемого импульса (рис.3.5, а) и б) соответственно).

Обобщенная структурная схема РЛС, использующей ЛЧМ импульсы, показана на рис.3.6. Запускающие импульсы синхронизирующего устройства (СУ), следующие с частотой повторения F_и, поступают на вход генератора ударного возбуждения (ГУВ), который формирует на промежуточной частоте () простые короткие радиоимпульсы с базой , т.е. например, при ширина спектра составляет . Эти радиоимпульсы подаются на растягивающий фильтр (РФ), использующий ДУЗЛЗ.

С выхода РФ снимаются ЛЧМ радиоимпульсы, девиация промежуточной частоты которых соответствует исходной ширине спектра , а длительность этих импульсов равна заданному (требуемому) максимальному времени задержки , вносимой ДУЗЛЗ. Следовательно, база этих импульсов , составляет десятки или сотни единиц и определяет степень растяжки исходного короткого импульса, т.е. .

На рис 3.7 а показан спектр короткого импульса длительностью монохроматическим заполнением промежуточной частотой f_ПЧ на входе РФ, а на рис 3.7 б,в – спектр ЛЧМ импульса длительностью на выходе РФ при базе сигнала 50 и 100 соответственно. Как видно из рисунков, величина девиации частоты ЛЧМ импульса, определяющая ширину его спектра, примерно равна ширине спектра входного сигнала; при увеличении базы ЛЧМ импульса форма его спектра приближается к прямоугольной.

В преобразователе частоты (ПЧ) спектр ЛЧМ импульсов длительностью 7t 4и 0 переносится на несущую частоту f_н. В передающем устройстве (ПДУ) осуществляется многокаскадное усиление импульсной мощности, после чего зондирующие импульсы мощностью от десятков кВт до единиц МВт через антенный переключатель (АП) поступают на вход антенного устройства и излучаются в пространство.