В нашем случае входная цепь должна выполнять следующие функции:

• частотная селекция принимаемых сигналов для уменьшения помех на нерабочей частоте;
• подавление зеркального канала;
• защита первого каскада приёмника от перегрузки и повреждения мощностью СВЧ сигналов, поступающих в приёмник на рабочих частотах.

      Для защиты приёмника от перегрузок будем  использовать антенный переключатель (АП) и устройство защиты приёмника (УЗП).

      Для выполнения ВЦ функций селекции и подавления шумов зеркального канала используем полосовой фильтр. 

3.2.1. Антенный переключатель

 

      Одним из основных узлов РЛП является антенный переключатель (АП). Антенные переключатели предназначены для коммутации передатчика  к антенне на время прихода отраженных или ответных сигналов. Они должны: обеспечить уменьшение до минимума мощности излучаемого зондирующего импульса просачивающегося на вход приемника; быть быстродействующими т.к. с увеличением времени срабатывания возрастает вероятность пробоя входных цепей приемника, а с увеличением времени восстановления увеличивается минимальная дальность РЛС (мертвая зона обзора на малых расстояниях от РЛС); иметь минимальные потери мощности при излучении зондирующего импульса и особенно при приеме отраженного от цели сигнала; обладать большим сроком службы и высокой надежностью. Коммутационные АП состоят настроенных отрезков линий и газоразрядных приборов (разрядников), изменяющих сопротивление под действием мощных СВЧ сигналов. Разрядники включают в фидерный тракт РЛС параллельно или последовательно.

      Выбор типа АП зависит от мощности излучаемого зондирующего импульса. При мощности импульса 100-150 КВт АП реализуют путем последующего соединения ферритового циркулятора, газового разрядника и диодного резонансного СВЧ ограничителя.

      При мощности 1-2 КВт газовый разрядник  не вводят в состав АП. 

3.2.2. Разрядники защиты приемника

 

      Защиту  триодов входного каскада РЛП  от перегрузки и повреждения СВЧ сигналами (от собственного передатчика РЛС или от внешних источников помех) в полосе рабочих частот, как уже указывалось, обычно осуществляют разрядником защиты приемника (РЗП) и ограничителем СВЧ мощности на полупроводниковых диодах.

      РЗП описываются двумя группами параметров: параметрами низкого уровня мощности, характеризующими свойства РЗП в режиме приема слабых сигналов (СВЧ разряда нет), и параметрами высокого уровня мощности характеризующими его защитные свойства при воздействии на него мощных импульсов СВЧ (происходит СВЧ разряд).

      К параметрам низкого уровня мощности относятся:

• полоса рабочих частот П_РАБ = f_MAX – f_MIN, выраженная в процентах по отношению к средней частоте рабочего диапазона П_раб, %;
• потери в режиме приема L_пр, дБ;
• коэффициент стоячей волны КСВ.

      Основными параметрами высокого уровня мощности являются:

• максимально допустимая импульсная мощность P_И на входе РЗП, кВт;
• мощность зажигания P_заж – максимальная импульсная мощность, на выход ЗП, мВт;
• энергия пика W_п (Дж) и мощность плоской части P_пл (мВт) СВЧ импульса, просачивающаяся через РЗП во время его горения;
• время восстановления РЗП t_в, мкс;
• характеристика времени t_G после окончания входного импульса СВЧ, в течение которого потери снизятся до условной величины L_пр + G (дБ).

3.2.3. Диодный ограничитель

 

      Диодный ограничитель, в отличие от РЗП, не требует никаких питающих напряжений и поэтому обеспечивает защиту как при включенной, так и при выключенной аппаратуре. Он характеризуется двумя состояниями: состоянием пропускания  при малой мощности сигнала, т.е. на низком уровне мощности (потери пропускания L_пр малы), и при состоянием запирания при большой мощности сигнала, т.е. на высоком уровне мощности (потери запирания L_зап велики). 

3.2.4. Входная цепь

 

      В используемом диапазоне частот в силу особенностей  несимметричных полосковых волноводов наиболее перспективно использование согласующих цепей на микрополосковых линиях. Основными характеристиками микрополосковой линии, сечение которой показано на (рис. 1, б) являются: волновое сопротивление и эффективная диэлектрическая проницаемость, которые зависят от толщины подложки Н, ширины микрополосковой линии Е, толщины металлизированного слоя t и относительной диэлектрической проницаемости e. Из соображений технологичности широкое применение в качестве полосовых фильтров (ПФ) находит  связанная система из резонансных полуволновых разомкнутых резонаторов [3]: 

рис. 1 

      Такой ПФ (рис. 1, а) образован рядом одинаковых параллельно связанных линий (длина участка связи равна L₀/4), и является наиболее употребительным из-за отсутствия особо критичных размеров.

      Основными исходными данными для проектирования такого  полосового фильтра являются: частота сигнала, полоса пропускания приёмника, затухание в полосе пропускания L_п, обычно принимаемое за 3 дБ, полоса  заграждения П_з, определемая в нашем случае как П_з = 4f_пч = 120 МГц, затухание на границах  полосы  заграждения L_з = 26 дБ, волновые  сопротивления подводящих линий W₀ = 75 Ом.

      При использовании для аппроксимации  частотной характеристики  фильтра  максимально плоских функций  Баттерворта можем  посчитать  число элементов n по формуле: 

        

      Округляем в большую сторону и получаем, что проектируемый ПФ должен состоять из (n + 1) = 2 элементов.

2.10. Проектирование преобразователя  частоты

      Преобразователь частот (смеситель) РПрУ РЛС часто  выполняется на диодах по балансной схеме. Для балансных смесителей на диодах с барьером Шотки (ДБШ) потери сигнала в сантиметровом и миллиметровом диапазоне составляют соответственно 5...8 и 6...10 дБ, а коэффициент шума – 6...9 и 7…12 дБ, что неприемлемо в нашем случае из-за отсутствия УРЧ в составе радиотракта.

        В сантиметровом диапазоне используют  ПЧ на биполярных транзисторах (БТ), которые обладают коэффициентом усиления 3-12 дБ и коэффициентом шума  1,7-4,6 дБ. Однако лучшие характеристики во всем СВЧ диапазоне имеют ПЧ на полевых транзисторах (ПТ), так как в более широком диапазоне 1-15 ГГц они обеспечивают усиление 8-12 дБ при коэффициенте шума  1,1-3,5 дБ. К преимуществам смесителей на ПТ можно отнести более простые цепи смещения по постоянному току и более высокую температурную стабильность. Поэтому используем транзисторный преобразователь частоты на полевом транзисторе с барьером Шотки (ПТШ), усилительные и шумовые свойства которого, в основном, и определят чувствительность РПрУ.

2.11. Проектирование усилителя  промежуточной частоты

 

      Основное  усиление в РПрУ обеспечивается усилителем промежуточной частоты. Схемотехника каскадов этого устройства разнообразна, однако заметно упростить приёмник позволяет применение в качестве усилительных элементов аналоговых интегральных микросхем (ИМС).

        Основные требования, предъявляемые к УПЧ – это малый коэффициент шума и достаточно высокий коэффициент усиления, а кроме того он должен обладать широким динамическим диапазоном, линейной ФЧХ и равномерной АЧХ в рабочем диапазоне частот, хорошо согласован, обладать высокой надёжностью.

     В настоящее время в наибольшей мере этим требованиям удовлетворяют УПЧ на интегральных микросхемах. УПЧ с логарифмической амплитудной характеристикой (ЛАХ), который наилучшим образом выполняет усилительные функции при широком динамическом диапазоне входных сигналов, реализуем на ИМС.

2.12. Проектирование детектора импульсных сигналов

 

      При детектировании импульсных сигналов различают два вида: пиковое и импульсное детектирование. В первом случае  определяется только амплитуда импульсов, качество же воспроизведения формы их огибающей играет второстепенную роль.

      В нашем случае импульсного детектирования необходимо воспроизвести огибающую каждого поступающего на детектор радиоимпульса. Для этого обычно применяется диодный детектор, постоянная величина времени (RC) нагрузки которого выбирается достаточно большой, так, чтобы в течение времени между радиоимпульсами напряжение на выходе не успевало заметно снизиться, а изменялось по закону огибающей последовательности радиоимпульсов. Наличие в схеме детектора реактивных элементов приводит к искажению формы импульсов, т.к. вызывает переходные процессы, за счет которых увеличивается время установления t_у и время спада t_сп импульсов на его выходе. Обеспечение минимальных искажений формы импульсов (t_у и t_сп), в заданных пределах, является главной задачей импульсного детектора. Желательно при этом получить высокий коэффициент передачи, но не за счет увеличения искажений сверх заданной величины.

      Режим работы и параметры схемы импульсного  детектора выбирается из условия  обеспечения допустимых искажений формы импульсов.

        Схемы пикового и импульсного детекторов аналогичны, отличие только в том, что постоянная времени нагрузки у пикового детектора на два, три порядка больше, чем у импульсного. В таких детекторах используют германиевые диоды. 

2.10. Структурная схема РПрУ

 

      Итак, ВЦ – входная цепь, входящая в состав структурной схемы РПУ, представляет собой устройство защиты приемника от просочившихся сигналов.

      

 

      Для обеспечения необходимого коэффициента шума в схему не требуется УРЧ. Преобразователь частоты состоит из смесителя и гетеродина. Преобразователь частоты преобразует частоту сигнала на промежуточную частоту f_ПЧ = 30 МГц, на которой происходит основное усиление сигнала. Демодулятором служит АД (амплитудный детектор), за которым включается видеоусилитель. Для подстройки частоты гетеродина используется устройство частотной автоподстройки (ЧАПЧ).

 

3. Электрическое  проектирование РПрУ

3.1. Расчет параметров электронных приборов

 

      В качестве транзистора для видеоусилителя выбираем ГТ 309А (по таблице приложения 4 [3]), т.к. 0,3 = 27 МГц = 90 МГц и выполняется условие (2…3) .

      Для выбранного транзистора определим  Y-параметры и шумовые характеристики в схеме с ОЭ на частоте сигнала f_С.

      Параметры ГТ 309А: 

h = 50 – статический коэффициент передачи тока базы в схеме с ОЭ;

|h_21э| = 30 – модуль статического коэффициента передачи тока базы в схеме с ОЭ на некоторой частоте fм = 100 МГц;

С_к = 10 пФ – ёмкость коллекторного перехода;

h_11Б = 15 Ом – входное сопротивление транзистора в режиме малого сигнала;

τ_ос = 500 псек – постоянная времени цепи обратной связи;

I_{K max} = 10 мA – максимальный ток коллектора;

= 120 МГц. 

      Расчёт  параметров схемы с ОЭ на ГТ309А: 

r_б = 2τ_ос/C_к = 100 Ом

f_s = f_гр∙(h_11Б/r_б) =36 МГц

γ_гр = f_с/f_гр = 0,25

γ_гр = f_с/f_s = 0,833

I_э = 0,2∙I_{K max} = 2 мA

α₀ = h_21э/( h_21э + 1) =0,98 

      Расчет  Y-параметров:

Эквивалентная схема транзистора в схеме  с общим эмиттером: