книги из ГПНТБ / Приемные устройства радиолокационных сигналов конспект лекций

УДК 621.396.966.2 (0.75.8)

И. В. Василеьв, В. И. Гапон, JI. К . Никонов, Ю. Н. Седышев.

ПРИЕМНЫЕ УСТРОЙСТВА РАДИОЛОКАЦИОННЫХ СИГНАЛОВ

Гос. публичная

наѵ!чо-т('.ѵни'т.ска

«ВИРТА им. Говорова Л. А.», 1973

2

/

ВВЕДЕНИЕ

Задачи создания материально-технической базы коммунизма, укрепления обороноспособности нашей Родины и всего социалисти­ ческого лагеря, намеченные на XXIV съезде КПСС, неразрывно связаны с ускорением научно-технического прогресса, с органиче­ ским соединением достижений научно-технической революции с преимуществами социалистической системы хозяйства.

Научно-технический прогресс в значительной степени определя­ ется развитием фундаментальных и прикладных исследований в области физики, математики, радиотехники и радиоэлектроники и широким внедрением результатов этих исследований в различные отрасли народного хозяйства, а также в боевую технику войск.

В настоящее время приемные устройства составляют основную и обязательную часть любой радиотехнической системы. Техниче­ ские параметры радиоприемников во многом определяют тактико­ технические характеристики радиоэлектронного вооружения: даль­ ность действия, точность, разрешающую способность, помехозащи­ щенность, надежность и т. д.

Наиболее совершенными и сложными являются приемные устройства радиолокационных сигналов, что обусловлено высокими

и жесткими требованиями к характеристикам систем оружия ПВО

вусловиях непрерывного развития средств воздушно-космического нападения и средств ведения радиоэлектронной борьбы. Преодоле­

ние трудностей технической реализации радиолокационных прием­ ников стало возможным благодаря дальнейшему развитию стати­ стической теории радиолокации и такой важной ее ветви, как тео­ рия обнаружения радиолокационных сигналов, которая позволяет определить оптимальную структуру приемного тракта и характери­ стики его элементов при выбранной модели сигнала и помех.

Последние научные достижения физики твердого тела обеспе­ чили прогресс в области унификации базисных элементов, входя­

3

щих в состав приемных трактов обработки сложных радиолокаци­ онных сигналов. Применение новых сверхчистых материалов при­ вело к фундаментальным 'Преобразованиям в технических и техно­ логических принципах построения радиоприемной аппаратуры. Стало обычным использование в приемниках в качестве функциональ­ но законченных блоков интегральных высокочастотных микросхем, гибридных мнкрополосковых конструкций СВЧ; оптических и циф­ ровых систем обработки сигналов.

высокую чувствительность радиоприемников. Параметрический ре­ зонанс, открытый советскими учеными Л. И. Мандельштамом и Н. Д. Папалекси, положен в основу построения схем параметриче­ ских малошумящих усилителей.

В СССР и за рубежом созданы и эксплуатируются малошумя­ щие квантовые усилители, работающие на принципе индуцирован­ ного излучения вещества, который предложен советскими учеными лауреатами Нобелевской премии А. М. Прохоровым и Н. Г. Ба­ совым.

Разработка теории возбуждения волн пространственного заряда электронных потоков и их взаимодействия с заземляющими систе­ мами обеспечила значительный прогресс в области конструирова­ ния малошумящих электроннолучевых параметрических усилителей и ЛБВ.

На стыке физики и радиоэлектроники успешно идет освоение оптического диапазона волн и техники приема оптических сигналов.

Однако перечисленные вопросы пока еще не нашли достаточно концентрированного отражения в учебной литературе по приемным устройствам радиолокационных сигналов.

Настоящее учебное пособие является дополнением к учебнику «Приемные устройства радиолокационных сигналов» (под редак­ цией Письменецкого А. А., АРТА, 1965) и учебному пособию по расчету и проектированию радиолокационных приемников с тем же названием (под редакцией Седышева Ю. Н., ВИРТА, 1973).

В пособии излагается обобщенный материал, накопленный за последние годы кафедрой в процессе выполнения НИР и чтения лекций по теории линейного шумящего каскада с переменными па­ раметрами, которая развивает и дополняет теорию каскада с по­ стоянными параметрами и позволяет с единых позиций анализироровать свойства различных по назначению элементов приемного тракта: диодных и электроннолучевых параметрических усилителей, УВЧ на туннельных диодах, квантовомеханических усилителей, УВЧ на ЛБВ, балансных смесителей и корреляционных детекторов,

В учебное пособие включен также раздел, связанный с изло­ жением принципов построения радиолокационных приемников оп­ тического диапазона волн.

4

Пособие рассчитано на слушателей радиотехнических факуль­ тетов и соответствует новой программе учебной дисциплины «Ра­ диоприемные устройства».

Введение и раздел 2 написаны Ю. Н. Седышевым, разделы 1, 3 и 5 — И. ,В. Васильевым, разделы 4, 6, 7, и 9 — Л. К. Никоновым, раздел 8 — В. И. Талоном.

О » -

I

5

/

ТЕОРИЯ ЛИНЕЙНОГО ШУМЯЩЕГО КАСКАДА

СПЕРЕМЕННЫМИ ПАРАМЕТРАМИ

Всовременных радиолокационных приемных устройствах, кро­ ме каскадов, анализ работы которых базируется .на общей теории линейного шумящего четырехполюсника с постоянными параметра­ ми, имеется ряд каскадов, работа которых основана на использова­ нии нелинейных элементов.

К таким каскадам относятся, например, все виды параметри­ ческих усилителей высокой частоты, а также преобразователи частоты и перемножители сигнальных напряжений.

В большинстве случаев они представляют собой шестиполюсники с двумя входами и одним выходом.

Особенностью этих каскадов является то, что при относитель­ но малом уровне входного сигнального напряжения у них со­ храняется линейная зависимость выходного напряжения от вход­ ного, т. е. по сигнальному напряжению эти каскады можно счш тать линейными.

При некоторых ограничениях такие шестиполюсники с нели­ нейными элементами могут быть представлены для напряжения сигнала как линейные четырехполюсники с переменными пара­ метрами.

Задача заключается в том, чтобы найти математические соот­ ношения, позволяющие применить к анализу этих каскадов, со­ держащих нелинейные элементы, уже известную общую теорию линейного шумящего четырехполюсника с постоянными парамет­ рами.

Решение этой задачи начнем с рассмотрения основных свойств нелинейных элементов и оценки условий, допускающих представ­ ление каскадов с нелинейными элементами в виде линейных четы­ рехполюсников.

1.1. Свойства нелинейных элементов \

Нелинейным элементом будем, называть двухполюсник (рези­ стор, конденсатор или катушку индуктивности), величина основ­

ного параметра которого (соответственно сопротивления, емкости или индуктивности) изменяется под воздействием приложенного к этому двухполюснику напряжения или проходящего через него тока.

Физические свойства «елинейного элемента определяют вид его характеристики. Если элемент резистивный, то его вольт-амперная характеристика, т. е. зависимость тока от напряжения і= f (и), мо­ жет быть крутой или пологой, линейно-ломаной (рис. 1,а) или квадратичной (рис. 1,6). При этом для нелинейного элемента сох­ раняется зависимость

Ряс. 1

Если элемент емкостный, то в зависимости от его свойств ме­ няется вид вольт-фарадной характеристики, т. е. зависимости ем­ кости от. напряжения С=ф(и). Для конденсатора всегда сохраня­ ются соотношения

вид зависимости потокосцѳпления от тока Ф = £(г) и для него со­ храняется соотношение

Очень важно то, что во всех случаях оказывается возможным, прикладывая к нелинейному элементу гармоническое переменное напряжение, получить периодическое изменение основного парамет­ ра этого элемента (R, С или L) и таким образом получить элемент с переменным параметром.

Примером резистивного элемента с переменным параметром может служить электронная лампа, крутизна которой изменяется во времени периодически под воздействием приложенного к проме­ жутку сетка-катод переменного напряжения от отдельного генера­ тора. На рис. 2 показана зависимость крутизны лампы от времени.

Поскольку функция, описывающая зависимость параметра эле­ мента от времени, является периодической, то, следовательно, ее

7

всегда можно представить в виде ряда Фурье. Например, если на нелинейное сопротивление подается напряжение

ur(t)=UTcos К - Н-<рг) •= i f е ' “р ‘ + Щ е " ' "г".

параметром элемента, напряжением генератора), то, преобразовав вольт-амперную характеристику элемента /=<р(ы) в зависимость проводимости от напряжения g — f(u) , построим график изменения проводимости во времени g(t) (рис. 3).

I