Журнал Радио 1 номер 1947 год. Радиолокационные станции

Журнал Радио 1 номер 1947 год. Радиолокационные станции В. Тукбаев 

В годы второй мировой войны радиотехника сделала большие успехи в области применения колебаний очень высокой частоты — дециметровых и сантиметровых волн. За эти годы возникла и необычайно широко развилась новая область радиотехники — радиолокация.

Основными видами боевого применения наземных радиолокационных станций во второй мировой войне были:

а) дальнее обнаружение самолетов. Станции этого назначения должны были обнаруживать самолеты на возможно большем расстоянии, хотя бы даже за счет точности определения направления на цель (азимута) и расстояния до самолета. Дальнее обнаружение позволяло выиграть время для приведения в боевую готовность систем ПВО;

б) наводка зенитных орудий. Дальность действия этих станций была невелика — не более 30 км, но зато расстояние до цели, ее высоту и направление на нее («текущие координаты цели») они должны были определять с большой точностью. Эти станции также автоматически «следили» за определенной, заранее выбранной целью. Полученные данные автоматически поступали по кабелю на ПУАЗО (приборы управления артиллерийским зенитным огнем);

в) наводка прожекторов. Станции наводки прожекторов давали возможность наводить прожектор на самолет ночью, не включая его и, следовательно, не демаскируя его преждевременно;

г) наведение истребителей. Станции этого типа обладали также оотносительно небольшой дальностью действия (60 — 80 км), зато точно определяли координаты вражеского самолета. Офицер, командовавший наведением, наблюдал на экране станции положение своих и вражеских самолетов и по радиотелефону давал истребителям нужные указания.

В Военно-Морском Флоте радиолокационные станции вели наблюдение за теми районами моря, где могли быть корабли противника, обнаруживали его, наводили орудия корабельной артиллерии и корректировали стрельбу по всплескам от разрыва снарядов. Эскадра кораблей,

снабженных радиолокационными станциями, могла итти в тумане или ночью, в тесном строю, не убавляя хода и не опасаясь столкновений.

СКЕЛЕТНАЯ СХЕМА СТАНЦИИ

Радиолокационная техника основана на передаче и приеме импульсных сигналов. Локацнонная станция излучает кратковременные мощные импульсы и после каждого импульса, длящегося примерно 3 — 4 микросекунды, она мгновенно переключается на прием отраженного импульса. Интервалы между импульсами составляют около 1 миллисекунды.

Каждая радиолокационная станция состоит из следующих (рис. 1) основных узлов:

Рис. 1.

1) хронизатор — прибор, посылающий пусковые сигналы синхронизации в те узлы, которые должны работать строго определенное время, в установленной заранее строгой последовательности;

2) передатчик — генератор колебаний сверхвысокой частоты;

3) антенна, излучающая так называемые «зондирующие» импульсы и принимающая отраженные импульсы;

4) приемник, усиливающий слабые сигналы отраженных импульсов и подающий их на электронно-лучевой индикатор;

5) электронно-лучевой индикатор, воспроизводящий на экране сигналы в виде, наиболее удобном для их распознавания и определения координат цели;

6) источник электропитания.

Простейшая скелетная схема радиолокационной станции показана на рис. 1. Некоторые узлы станции иногда совмещаются в одном блоке (например, хронизатор и передатчик).

На схеме рис. 1 не показан переключатель антенны. Этот переключатель присоединяет антенну то к передатчику, то к приемнику. Таким переключателем может служить искровой промежуток с резонансными контурами. В момент посылки зондирующего импульса происходит пробой искрового промежутка и вся энергия колебаний высокой частоты направляется в передающий фидер, представляющий собой в этот момент малое сопротивление.

Принимаемый антенной слабый отраженный импульс не может пробить искровой промежуток и по приемному фидеру подается ко входу приемника.

ХРОНИЗАТОР

Если на станции применяется передатчик с самовозбуждением, то он сам выполняет роль хронизатора. Такие станции обычно предназначаются для обнаружения дальних целей; в этом случае возможная нестабильность частоты посылки импульсов не играет большой роли.

На станциях, дающих более точные координаты цели, применяются автономные хронизаторы — отдельные генераторы, задающие частоту посылок импульсов и посылающие пусковые импульсы в другие узлы станции. В качестве такого хронизатора (в зависимости от требований к схеме) можно применять генератор синусоидальных колебаний, блокинг-генератор или мультивибратор.

Рис. 2.

Принципиальная схема станции с автономным хронизатором показана на рис. 2. Временная диаграмма работы отдельных узлов такой станции приведена на рис. 3. По этой диаграмме можно проследить последовательность работы отдельных узлов станции. Пусковой импульс (1) заставляет передатчик генерировать (2) строго определенный промежуток времени. После этого «открывается» (3) приемник, и в течение паузы между посылками импульсов производят прием отраженных импульсов. Переключатель антенны не дает возможности мощному зондирующему импульсу попасть на вход приемника, но все же напряжение этого импульса, частично проникшее на вход приемника, может оказаться настолько большим, что перегрузит и заблокирует приемник. Поэтому приемник не может начать работу тотчас же по прекращении зондирующего импульса. Понадобится некоторое время на восстановление рабочих условий, которое может оказаться таким, что отраженные импульсы от целей на близких расстояниях приемник не примет и они не поступят на индикатор.

Рис. 3.

Для устранения подобной опасности от хронизатора подается положительный по напряжению прямоугольный импульс (рис. 3, 3). Он поступает на экранирующую сетку и анод одной или нескольких ламп каскада усиления промежуточной частоты. Прямоугольный импульс, как видно из диаграммы, подается тотчас же по окончании зондирующего импульса, а заканчивается в конце паузы между посылкой импульсов.

Подача импульса, регулирующего поступление пилообразного напряжения развертки на электpонно-лучевую трубку (рис. 3, 4), также осуществляется хронизатором. Начало его рассчитано так, что линия развертки на экране появляется с началом зондирующего импульса. Благодаря этому в начале линии развертки обычно виден зондирующий импульс. Левый край его является нулем шкалы расстояний.

Для того чтобы устранить появление отраженных, импульсов от таких целей, которые находятся на расстоянии, превышающем максимальную дальность действия радиодокационнон станции, на электронно-лучевую трубку от хронизатора подается прямоугольный импульс (рис. 3, 5), определяющий длительность развертки. Она видна только в течение строго установленного отрезка времени и, следовательно, отраженные импульсы от очень далеких целей на экране индикатора видны не будут.

Для облегчения отсчета расстояния до цели подаются специальные сигналы от хронизатора (рис. 3, 6), называемые «масштабными импульсами». Это — прямоугольные импульсы отрицательного напряжения. Они поступают через такие промежутки времени, что расстояние на экране трубки межау каждым масштабным импульсом соответствует определенному расстоянию между обнаруженной целью и станцией.

Масштабные импульсы поступают только в то время, пока длится действие импульса, запускающего пилообразное напряжение развертки.

Зондирующий импульс, посылаемый станцией, не может быть слишком длинным и не может повторяться очень часто. Надо дать приемнику время на прием отраженных импульсов с максимального расстояния, на которое рассчитана станция, прежде чем послать следующий зондирующий импульс. Длительность его должна быть достаточна для того, чтобы принять отраженный импульс от близких целей и чтобы на экране индикатора можно было отличить по форме от грозовых разрядов и других помех.

При выборе частоты посылок импульсов главную роль играет максимальное расстояние, в пределах которого станция должна наблюдать за целями. В свою очередь выбор длительности импульса зависит от допустимого минимального расстояния, в пределах которого станция может не наблюдать близкие цели.

ПЕРЕДАТЧИК

В передатчиках радиолокационных станций встречаются схемы генераторов как с самовозбуждением, так и с посторонним возбуждением. В первом случае генератор обычно осуществляв ет и синхронизацию работы других узлов станции. Несущая частота такого генератора определяется параметрами его объемного контура, а частота посылок импульсов и длительность их — параметрами сеточного контура. В частности, от емкости блокировочного конденсатора сетки зависит длительность зондирующего импульса, а от сопротивления в цепи сетки — частота посылок. Синхронизирующий импульс для управления работой других узлов снимается с сопротивления в цепи накала генератора. Такие генераторы называют иногда генераторами с самомодуляцией.

При схеме генератора с посторонним возбуждением его задача заключается в генерировании мощных импульсов высокой частоты через регулярные промежутки времени. Длительность импульсов очень невелика и генератор в эти краткие мгновения можно сильно перегрузить, чтобы получить высокую мощность в импульсе. Постороннее возбуждение подобного генератора осуществляется от модулятора, посылающего прямоугольный импульс большой амплитуды. Подмодуляторный каскад модулятора начинает работу, получив пусковой импульс с хронизатора. Этот пусковой импульс уже имеет нужную длительиость и форму. В подмодуляторе он усиливается без изменения формы и длительности и подается на модулятор, где еще раз усиливается и затем «раскачивает» передатчик.

Рис. 4.

Выбор величины несущей частоты генерируемой передатчиком радиолокационной станции зависит от назначения станции, степени направленности антенны и некоторых других факторов. Для частот до 600 MHz (0,5 м) в качестве генераторных ламп применяются триоды. Для более высоких частот при применении триодов сказывается вредное действие меж электродных емкостей лампы и время пролета электронов Поэтому в генераторах станций, работающих в сантиметровом диапазоне воли, применяются магнетроны. Колебания высокой частоты снимают с магнетрона с помощью введенной внутрь его небольшой петли связи, соединенной с фидером.

АНТЕННА

Размеры, форма и электрические характеристики антенны зависят от длины волны и назначения станции. В антенную систему входят: фидер от передатчика к антенне, собственно антенна, приемный фидер и переключатель прием — передача. Антенна конструируется так, чтобы обеспечить необходимую направленность и ширину пучка излучения в горизонтальной и вертикальной плоскостях.

Направленные свойства антенны радиолокационной станции позволяют сконцентрировать излучаемую мощность в нужном направлении, т. е. увеличить таким образом дальность действия станции. Кроме того, благодаря направленности излучения улучшается и точность определения направления на цель.

Переключатель антенны ввиду предъявляемых к нему высоких требований выполняется особо тщательно, переключение его происходит со скоростью не более одной микросекунды.

Антенна радиолокационной станции состоит из вибраторов одного или нескольких типов, в зависимости от рабочей частоты и технических требований к антенне.

Для частот ниже 600 MHz конструкция антенны представляет собой ряд вибраторов, расположенных в несколько этажей (рис. 4, а). Позади вибраторов располагают нроволочный ненастроенный рефлектор. Антенны такой конструкции создают пучок излучения, обладающий необходимой направленностью, при правильном подборе взаимного расположения вибраторов и фаз токов в них.

Антенна другой конструкции (рис. 4, b) типа Уда-Яги имеет один активный вибратор и настроенный рефлектор позади. Впереди вибратора располагают несколько директоров Отправителей), обеспечивающих необходимую направленность излучения. В первой конструкции антенны для увеличения направленности необходимо увеличивать количество вибраторов по вертикали и горизонтали. В антенне Уда-Яги настроенный рефлектор и директоры возбуждаются активным вибратором и направляют излучаемую энергию в перпендикулярном направлении. При работе на частотах порядка 600 MHz или выше антенна состоит из вибратора, расположенного в фокусе параболоида (рис. 4, с). Перед вибратором на расстоянии четверти волны установлен рефлектор. Он отражает излучаемую энергию назад к параболическому зеркалу, откуда - она направляется вперед, подобно пучку света в прожекторе. Чем больше диаметр параболического зеркала по сравнению с рабочей длиной волны станции, тем уже излучаемый пучок.

ФИДЕР

Для связи антенны с приемником и передатчиком применяются фидерные линии. При низких рабочих частотах (меньше 400 MHz) фидер представляет собой открытую двухпроводную линию.

Для станций, работающих на более высоких частотах, фидерами служат концентрические линии. Внутренний проводник такой линии расположен в центре металлической трубы, представляющей собой наружный проводник, и удерживается в этом положении при помощи керамических или полистироловых шайб. При более высоких частотах вместо шайб применяются четвертьволновые «металлические» изоляторы.

Фидерами радиолокационных станций, работающих на волнах длиной в несколько сантиметров, являются так называемые волноводы, представляющне собой полую металлическу трубу прямоугольного или круглого сечения. Волновод сам не излучает, не обладает заметными потерями и может подать к антенне большую мощность, чем концентрическая линия таких же размеров.

ПРИЕМНИК

Когда зондирующий импульс достигнет объекта. последний рассеивает электромагнитную энергию во всех направлениях, поэтому только очень малая часть этой энергии вернется обратно к радиолокационной станции. Величина ее в среднем не превышает 2 - 10-14 W. Как указывает академик Б. А. Введенский, подобную мощность развивает гирька весом около 3/4 грамма, опускающаяся со скоростью в 1 миллиметр в год.

Для уверенного приема и усиления таких слабых сигналов к конструкции преемников радиолокационных станций предъявляют очень строгие требования. По схеме такие приемники являются супергетеродинами с тем отличием, что в них зачастую применяется двойное преобразование частоты и имеется много каскадов усиления промежуточной частоты. Локационные приемники рассчитываются на пропускание очень широкой полосы частот. Основной задачей конструктора приемника является достижение максимального соотношения сигнал-шум. Поскольку мощность отраженного импульса уменьшается по мере увеличения расстояния до цели, снижение уровня шумов позволяет обнаруживать цели на больших расстояниях. Однако уровень шумов теплового происхождения, развивающихся во входном контуре приемника, не дает возможности уменьшения шумов до нуля.

ИНДИКАТОРЫ

С выхода приемника отраженные импульсы поступают на индикатор.

На радиолокационных станциях можно встретить электронно-лучевые трубки как с электростатическим, так и с магнитным отклонением луча. Диаметры экранов бывают от 2 до 12 дюймов (5 — 30 cм).

Рис. 5.

Для радиолокационных станций различного тактического назначения применяются индикаторы разных типов. Развертки четырех основных типов приведены на рис. 5. Простейшей из них является развертка типа А. На экране трубки с электростатическим отклонением при посылке каждого зондирующего импульса возникает светящаяся горизонтальная линия, бегущая слева направо. На горизонтально-отклоняющие пластины трубки подается напряжение пилообразной формы, на вертикально-отклоняющие пластины — напряжение с выхода приемника. Поступление отраженного импульса вызывает вертикальный бросок на линии развертки. Поскольку линия развертки калибрована в единицах расстояния (километрах), то расстояние до цели определяется путем, прямого отсчета по шкале. Точное направление на цель можно определить, вращая антенну до тех пор, пока отраженный импульс не будет максимальным по амплитуде.

Рис. 6.

В развертке типа В (рис. 5, В) азимут цели определяется по оси абсцисс, а дальность — по оси ординат. В этом случае применяется трубка с магнитным отклонением. Развертка типа В охватывает сектор до 180°. Для отметки отраженных импульсов применяется яркостная модуляция электронного пучка напряжением, поступающим с приемника. Цель при этом видна на экране в виде светящейся точки.

Развертка типа С (рис 5, С) подобна предыдущей с той разницей, что вместо расстояния до дели определяется ее высота. Такая развертка применяется на самолетных радиолокационных станциях, чтобы облегчить нахождение цели в воздухе.

Развертка «кругового обзора» широко применяется на тех радиолокационных станциях, где нет надобности определять высоту цели. Эта развертка (рис. 5, Д) представляет собой как бы «электронную карту» местности, в центре которой расположена радиолокационная станция. Линия развертки вращается радиально по часовой стрелке синхронно с вращением антенны. Отраженный импульс представляется ярко освещенным пятном. Расстояние до цели отсчитывается от центра до светящегося пятна. Воображаемая линия через центр светящегося пятна указывает азимут цели. Вокруг экрана для облегчения отсчета расположена азимутальная шкала. Нередко на экран трубки кругового обзора накладывается прозрачная контурная карта местности, окружающей станцию, что облегчает распознавание целей и определение их координат.

Трубки кругового обзора обладают некоторым послесвечением экрана. Отраженные импульсы, воспроизведенные на экране такой трубки, светятся некоторое время (I — 2 сек.) после их появления, что обдегчает наблюдение за целями вокруг станции, а не только в том секторе, в ротором находится в данный момент линия развертки.

На рис. 6 приведена энергетическая диаграмма, показывающая, какие токи и напряжения необходимы для питания отдельных узлов станции.

(Окончание в следующем номере)

Вернуться к содержанию журнала "Радио" 1 номер 1947 год







Рекомендуемый контент




Copyright © 2010-2017 housea.ru. Контакты: info@housea.ru При использовании материалов веб-сайта Домашнее Радио, гиперссылка на источник обязательна.