Радиоприемное устройство (РПУ)

Радиоприёмное устройство предназначено для приёма, преобразования, усиления и формирования сигналов, отраженных целей и принятых антенной, до величин, необходимых для нормальной работы индикаторного устройства.

Функционально РПУ построено по супергетеродинной схеме с однократным преобразованием частоты.

РПУ состоит из следующих функциональных узлов.

1. Устройство защиты приёмника.

2. Усилитель высокой частоты.

3. Преобразователь частоты.

4. Усилитель промежуточной частоты.

5. Видео усилитель.

6. Устройство автоматической регулировки частоты клистронного гетеродина (АПЧ).

7. Схема автоматической временной регулировки усиления.

Радиолокационные станции работают в диапазоне СВЧ. Назначение радиолокационной станции определяет схему ее приемника, его конструкцию и качественные показатели, от которых зависят основные параметры радиолокационной станции (дальность действия, точность, определения координат цели, разрешающая способность). Удачная конструкция и схема приемника могут значительно улучшить параметры радиолокационной станции.

Импульсная работа радиолокационных станций в диапазоне СВЧ предъявляет ряд специфических требований к их приемникам.

Радиоимпульсы, отраженные от дальних целей, поступают на вход приемника с амплитудой в несколько микровольт. Их мощность измеряется тысячными и миллионными долями микроватта.

Напряжение отраженных сигналов на выходе приемника представляют собой видеоимпульсы с амплитудой в несколько десяток вольт. Мощность выходных видеоимпульсов должна быть порядка долей ватта.

Для неискаженного усиления слабых радиоимпульсов с последующим преобразованием их в видеоимпульсы прямоугольной формы приемник радиолокационной станции должен обладать высокой чувствительностью и иметь широкую полосу пропускания. Если в приемнике связи полоса пропускания составляет несколько килогерц, то в радиолокационном приемнике она измеряется десятками долями и единицами мегагерц.

Большой коэффициент усиления радиолокационного приемника и широкая полоса пропускания являются причиной сильного влияния на его работу внутренних шумов. Радиолокационные приемники чаще всего выполняются по супергетеродинной схеме. Основные элементы приемника имеют следующее назначение:

Устройство защиты приёмника. Требуемая для защиты приёмника изоляция от передатчика должна составлять не менее 60÷80дБ, а суммарная энергия, просачивающаяся через защитное устройство, незначительна и не должна превышать 1мВт. Ферритовый антенный переключатель (ФАП) и устройство защиты приёмника (УЗП) объединены в одной конфигурации. Структура построения ФАП обеспечивает развёртку приёмника и передатчика до 40дБ. Дополнительную развязку, до 80дБ обеспечивает широкополосный разрядник защиты приёмника (РЗП) представляет собой вакуумно-герметичную резонаторную структуру, заполненную газом. При воздействии

СВИ электрического поля высокого уровня мощности возникает внутри РЗП газовый разряд, в результате чего входное сопротивление разрядника значительно падает, а вносимое или затухание резко возрастает.

Входная цепь служит для согласования волнового сопротивления антенного фидера с входным сопротивлением приемника. Чаще всего представляет собой одиночный колебательный контур. При помощи входной цепи на входе первого каскада приемника стараются получить, возможно, большее превышение сигнала над уровнем внутренних шумов.

Преобразователь частоты осуществляет преобразование радиоимпульсов высокой частоты в радиоимпульсы промежуточной частоты. Он состоит из смесителя и гетеродина. Преобразование частоты в РПУ, производится с помощью кристаллических диодных смесителей, размещённых в специальных волноводных секциях к которым подводятся непрерывные колебания СВЧ от гетеродина, отраженные сигналы от антенны или ослабленные сигналы магнетрона.

УПЧ (усилитель промежуточной частоты) усиливает импульсы промежуточной частоты до величины, необходимой для нормальной работы детектора. В этом усилителе происходит основное усиление принимаемых сигналов. Коэффициент усиления данного усилителя может доходить до сотен тысяч, а число каскадов до 12 и даже более. В качестве ламп применяются исключительно высокочастотные пентоды с большой крутизной характеристики. Усиление импульсов промежуточной частоты поступающих из смесителя производится УПЧ. От качества работы УПЧ зависят дальность радиолокационного наблюдения и разрешающая способность.

УВЧ (усилитель высокой частоты) предназначен для усиления входного сигнала высокой частоты поступающего на вход приёмника. Данный сигнал отражается от целей.

Детектор осуществляет преобразование радиоимпульсов в видеоимпульсы.

Видеоусилитель. Под видеоусилителем понимается совокупность каскадов, включенных между УПЧ и индикаторным устройством. Он предназначен для усиления видеоимпульсов по амплитуде и трансляции их в индикаторное устройство, служит для увеличения амплитуды видеоимпульсов, полученных на нагрузке детектора, до величины, обеспечивающей нормальную работу индикатора. В оконечном каскаде видеоусилителя обычно происходит согласование выходного сопротивления видеоусилителя с входным сопротивлением фидера, при помощи которого приемник соединяется с индикатором.

Смесители в сантиметровых приемниках выполняются на полупроводниковых диодах, а в качестве гетеродинов используются отражательные клистроны. Эти элементы представляют высокочастотный блок приемника, который располагается в непосредственной близости от антенного переключателя станции.

Рис. 3.1. Структурная схема РЛС ОВНЦ

3.2 Разработка встроенной системы технического диагностирования

СТД предназначена автоматического контроля технического состояния РЛС в основных режимах работы, определения неисправного прибора и поиска отказавшего узла в этом приборе.

ИКТ

Световое табло

Модули ИН

ИС

Модули ЛСУ ИНМ

КР К-2УМ К4 КИП

Пр. 4-1(2)

КС К-14

пр.5р пр. 14

Рис. 3.2. Функциональная схема СТД

В состав автоматической системы контроля входят:

ИКТ - информационное контрольное табло

Модули ИН – индикация неисправности

Модули ЛСУ – логическая универсальная сборка

2-ИС - измерительная стойка

КИП – контроль импульсов приемника

бл. КР – контроль жидкости для каналов охлаждения

КС – контроль в стробе

Также с помощью устройства выборочного контроля можно высветить уровень любого из контролируемых параметров. Выбор можно осуществить с помощью двух переключателей: группового на 16 положений и канального на 20 положений.

Световое табло является объективным показателем технического состояния контролируемой аппаратуры. Световое табло имеет 320 ячеек: по горизонтали 20, по вертикали 16.

Так же для диагностирования РЛС применяется Контрольно-измерительный прибор РИП-10 (рис 2.3)

Рис.3.3. Структурная схема РИП-10

РИП-10 состоит из генератора высокой частоты, измерительной линии, аттенюаторов и т. п. Специфическим прибором для определения чувствительности и измерений в радиолокационных приемниках является высокочастотный генератор стандартного сигнала (ГСС).

В отличие от генераторов сигналов (ГС), выходная мощность которых не калибруется, генератор стандартных сигналов (ГСС) имеет калиброванный по мощности выход и может работать как в режиме незатухающих, так и амплитудно-модулированных импульсов.

В качестве ГСС в корабельных условиях используются радар-тестеры, например ГК4-21А (РИП-10М) в десятиметровом диапазоне. Прибор обеспечивает на некалиброванном выходе мощность не менее 5 мВт, диапазон изменения выходной калиброванной мощности 10^-5 – 10^-14 Вт с погрешностью установки не хуже ±1,5 дБ. Прибор ГК4-21А позволяет производить измерение мощности внешних источников до 200 мВт и производить анализ спектра радиоимпульсов длительностью от 0,5 до 2,5 мкс. Погрешность измерения мощности не хуже ±0,8 дБ. Структурная схема ГК4-21А приведена на рисунке. Прибор состоит из унифицированного измерительного блока РИП-ИМ и высокочастотного блока РИП-10М (или РИП-7М, РИП-15М).

ВЧ блок обеспечивает необходимую мощность в рабочем диапазоне частот, которая поступает на калиброванный аттенюатор, термисторную камеру измерения уровня мощности, волномер и смеситель. По мощности, рассеиваемой на термисторе - камере уровня мощности, устанавливается определенный уровень на входе калиброванного аттенюатора с помощью измерительного моста. Перекрытие рабочего диапазона частот осуществляется изменением объема резонатора и соответствующим изменениям напряжения на отражателе. Частота незатухающих колебаний ВЧ генератора контролируется собственным волномером. Для измерения частоты внешних импульсных сигналов используется усилитель волномера. Для измерения мощности используется термистор, изменение сопротивления которого при подаче на него ВЧ мощности измеряется мостом. Измерительный мост используется и для индикации уровня мощности.

Для анализа спектра внешних радиоимпульсов в приборе имеется анализатор спектра. Измерение ширины спектра или полосы пропускания приемных устройств осуществляется с помощью волномера и специальной схемы, формирующей импульс частотной метки. Отсчет ширины или полосы спектра производится по нониусной шкале волномера, который используется при измерении частоты собственных и внешних колебаний.

Контроль работоспособности РЛС состоит в периодической проверке основных параметров РЛС в процессе ее эксплуатации. Так как параметры антенны (коэффициент усиления и диаграмма направленности) в процессе эксплуатации не изменяются (за исключением случаев механического повреждения), то наибольшее значение имеет периодическая проверка мощности и частоты передатчика, чувствительности приемника и режима работы ВЧ тракта (К _бв или К _свн). При проведении технического осмотра №2 контроль основных технических параметров производится с помощью приборов встроенного контроля: при регламентных проверках, при проверках перед выходом в море, при ремонтах и специальных профилактических проверках – с помощью специальных измерительных приборов, в основном радар-тестеров и РИП.

С помощью прибора РИП-10 производится следующая диагностика РЛС

1.Измерение частоты передатчиков. РЛС работает на антенну. Радар-тестер подключается к ВЧ тракту через направленный ответвитель прямой волны. Коэффициент ослабления ответвителя должен быть такой, чтобы мощность, поступающая на измерительный прибор, не превышала максимально допустимую для данного прибора. Измерение производится по волномеру измерительного прибора.

Вместо радар-тестера можно использовать резонансные волномеры, например Ч2-12 (35-ИМ), Ч2-9 (ВСТ-10) и т. п. Аналогично рассмотренному производится настройка передатчиков на заданную частоту. Погрешность измерения частоты не превышает ±5 МГц.

2.Измерение мощности передатчиков. Прибор подключается так же, как при измерении частоты. Измеряемая мощность не должна быть больше предельно допустимой. Погрешность измерения обычно не превышает ±3 дБ.

3.Измерение чувствительности приемника. Частота радар-тестера устанавливается равной частоте магнетрона передатчика. Измерение может производиться при подаче на вход незатухающих колебаний по такой же методике, как при измерении с помощью встроенного генератора шумов. Но более правильно измерение чувствительности с помощью амплитудно-модулированных колебаний, так как приемник работает нормально в импульсном режиме. Длительность и частота следования импульсов устанавливаются близкими к значениям в РЛС.

Приемник связывается с радар-тестером либо через направленный ответвитель, либо через коаксиально-волноводный переход с известным ослаблением.

В РЛС с амплитудным методом индикации для измерения используется индикатор, в РЛС с яркостной индикацией на вход приемника включается осциллоскоп со ждущей разверткой, синхронизация которого осуществляется импульсами запуска передатчика или синхроимпульсами радар-тестера. Аттенюаторы радар-тестера должны быть полностью введены, ручкой «Усиление приемника» и ручкой «Усиление» осциллоскопа устанавливается заметная амплитуда шумов на экране ЭЛТ индикатора или осциллоскопа.

После тщательной установки частоты и уровня мощности радар-тестера выводятся его аттенюаторы до появления импульса на фоне шумов. По сумме ослабления элементов связи и введенных аттенюаторов определяется уровень мощности сигнала с учетом уровня выходной мощности радар-тестера в децибелах относительно 1 Вт или 1мВт.

Одновременно с измерением чувствительности приемника производится подстройка разрядников (особенно эффективна подстройка разрядника приемника) до получения максимального сигнала на индикаторе (осциллоскопе).