книги / Основы радиотехники и антенны. Антенны

мая в волноводе, практически не теряет своей энергии в феррите; здесь существенное значение приобретает различие фазовой ско­ рости прямой и обратной волн за счет различных значений и р,_ для них. В результате эти волны получают в ферритовой пластине различные фазовые сдвиги. Если разность сдвигов фазыф достигает 180°. то фазовращатель называется гиратором.

Теорля и опыт показывают, что существуют оптимальные зна­ чения толщины ферритовой пластины t и расстояния s, при которых уголф имеет максимум. Это t = 0,17а и s = 0, т. е. пластина долж­ на вплотную прилегать к узкой стенке волновода и толщина ее долж-

Рис. 8.7 Вентиль с невзаимным смещением поля фер­ ритовой пластиной.

на составлять 0,17 от ширины а волновода. Очевидно, что если плас­ тина будет находиться у противоположной стенки волновода, то угол ф будет обратным по знаку (переменное магнитное поле имеет обратное направление).

Гираторы в сочетании со щелевыми мостами образуют фазовые циркуляторы с высокими качественными показателями. В § 63 описывается применение такого циркулятора в схеме антенного пе­ реключателя.

Итак, в диапазоне СВЧ можно осуществить следующие уст­ ройства с применением ферритов: поляризационные циркуляторы и вентили, основанные на необратимом вращении плоскости поляри­ зации; резонансные вентили, основанные на необратимых резонанс­ ных потерях; вентили на смещении поля, основанные на необрати­ мом смещении структуры поля; гираторы и фазовые циркуляторы, основанные на необратимых фазовых сдвигах.

60 Антенные переключатели. Назначение и принцип действия

Антенными переключателями называются устройства, предна­ значенные для автоматического переключения антенны с выхода передатчика к входу приемника и обратно при переходе соответ­ ственно с передачи на прием и обратно:

Такие переключатели применяются главным образом в радио­ локационных станциях (РЛС), работающих по импульсному методу. В этих РЛС передача и прием не происходят одновременно и потому можно использовать одну и ту же антенну в качестве передающей и приемной. В результате получается экономия в одной антенне и в механизме для синхронного вращения двух антенн при поиске объекта. Кроме того, значительно упрощаются конструкция и экс­ плуатация станции н повышается точность определения угловых координат.

К антенным переключателям предъявляются следующие тре­ бования:

1. Во время передачи высокочастотный импульс передатчика должен с минимальными потерями поступать в антенну и не про­ сачиваться на вход приемника. Последнее необходимо для зашиты приемника от повреждения.

Современные радиолокационные станции средней мощности имеют импульсную мощность порядка (100ч-1000) кет, а для нор­ мальной работы приемника на вход его должно быть подано не бо­

Следовательно, переключатель на входе приемника должен вносить очень большое затухание для импульса передатчика, которое при ламповом смесителе превышает

отраженных от ближайших объектов, время перехода переключа­ теля с передачи на прием не должно превышать нескольких микро­ секунд.

4. Линия передачи должна быть согласована с передатчиком во время передачи и с приемником, с учетом имеющегося антенного переключателя во время приема.

5. Срок службы переключателя должен быть по возможности большим (не менее 800—1000 нас).

Различают пассивные и активные антенные переключатели. Более широкое применение получили последние, в них активным элехментом служит газоразрядный прибор. Идеальным был бы раз­ рядник, который имеет нулевое сопротивление в режиме передачи и бесконечно большое в режиме приема и совершает переход из од­ ного режима в другой мгновенно. По схеме подключения газораз­ рядных приборов к главному фидеру различают ответвительные и балансные антенные переключатели.

Рис. 8.8. Ответвительная схема антенного пере­ ключателя.

На рис. 8.8 показана ответвительная схема антенного пере­ ключателя с двумя простыми искровыми разрядниками, из которых один (Рх) образует переключатель блокировки передатчика (ПБЛ), а другой (Р2) — переключатель защиты приемника (ПЗП). Оба разрядника находятся в Т-образных ответвлениях от основного фидера, соединяющего передатчик с антенной.

При идеальных разрядниках схема полностью удовлетворяет поставленным требованиям. В момент появления импульса передат­ чика разрядники мгновенно пробиваются до полного короткого за­ мыкания между точками b — d и / — k t которое через четверть­ волновые отрезки трансформируется в бесконечно большое со­ противление между точками а — с и е — g. Благодаря этому энер­ гия от передатчика беспрепятственно движется к антенне, не по­ ступая в ответвления.

через четвертьволновую линию трансформируется в бесконечно

энергия отраженных импульсов направляется в форме бегущих волн к приемнику.

Разрядники блокировки передатчика и защиты приемника можно также включать в ответвления, соединенные последователь-

Рис. 8.9. График изменения напряжения между электродами искрового разрядника.

мо с основным фидером, но для этого разрядники должны быть уда­ лены от него на расстояние Х/2. Возможно также последовательное включение одного разрядника и параллельное — другого.

Действительные условия работы схемы отличаются от описан­ ных по следующим признакам.

Во время передачи напряжение на реальном разряднике и его сопротивление не равны нулю. В момент появления импульса передатчика на разряднике возникает пик напряжения (рис. 8.9), обеспечивающий его пробой, после чего до конца импульса устанав­ ливается напряжение дугового разряда с постоянной амплитудой.

Наличие напряжения на пробитом разряднике означает, вопервых, просачивание мощности от разрядника fk (см. рис. 8.8) к приемнику. Так как приемник согласован с линией, то просачиваемая мощность равна

где Uр — напряжение на разряднике; ZB— волновое сопротивление линии.

Если в разряднике ПЗП энергия начального пика или мот ность плоской части импульса слишком велики, то смеситель при емника выходит из строя. Для полупроводникового смесителя особенно опасен начальный пик.

Во-вторых, в связи с тем, что сопротивление пробитых раз­ рядников не равно нулю (Rv ^ 30-f-50 ом), входное сопротивление ответвлений в ас и eg не бесконечно велико, а имеет конечную величину

Следовательно, Т-образные ответвления шунтируют основную линию, и энергия, возбуждаемая передатчиком, частично теряется

вответвлениях на развитие и поддержание разряда в искровых промежутках. Приведенные формулы показывают, что в ответвле­ ниях фидер должен иметь большое волновое сопротивление, а со противление пробитого разрядника Rp должно быть как можно меньше.

Простой искровой разрядник с воздушным зазором имеет в этом отношении сравнительно хорошие характеристики, но он не­ стабилен, требует частой регулировки и срок службы его невелик. Для устранения этих недостатков электроды разрядника помещают

встеклянный баллон, наполненный смесью аргона с парами воды при пониженном давлении порядка 5—30 мм ргп.спг. Можно бы ис­ пользовать аргон без примеси, при этом напряжение горения раз­ ряда уменьшается, но время восстановления разрядника было бы недопустимо большим (до 1000 мксек). Пары воды захватывают электроны, возникшие при разряде, в результате чего образуются отрицательные ионы; последние рекомбинируют с положительными ионами быстрее, чем электроны, и это способствует сокращению

времени деионизации (восстановления) до единиц микросекунд. В разрядник ПЗП вводят еще электрод вспомогательного под­ жига, к которому подводится постоянное отрицательное напряже­ ние от источника э. д. с. 750—1000 в через балластное сопротив­ ление 4—6 Мом. Благодаря этому электроду образуется тлеющий разряд, обеспечивающий свободными электронами основной искро­ вой промежуток. В итоге уменьшается длительность начального пика (до 10'9 сек) и его энергия. Ток вспомогательного электрода приходится ограничивать величиной 100—200 мка, так как вспо

могательный разряд генерирует шумы во время приема.

Есть еще одно средство повышения эффективности антенных переключателей — введение в них резонансных трансформаторов (резонаторов). Как показано на рис. 8.10, в ПБП вводится только один трансформатор — повышающий с первичной обмоткой

и со вторичной непыо в виде контура L2CXи электродов разрядника Pi, переключатель защиты приемника (ПЗП) содержит как повы­ шающий трансформатор с первичной обмоткой L 3, вторичной

цепью в виде контура L^LbC2 и разрядника Ръ так и понижающий трансформатор, первичной цепью которого служит тот же контур L4L6C2, а вторичная обмотка La включается в начале фидера при­ емника.

Благодаря повышающему трансформатору разрядники про­ биваются при п раз меньшем напряжении импульсов передатчика (п > 1), где п — коэффициент трансформации. Это ускоряет про­ цесс разряда и уменьшает энергию начального пика. Повышающие трансформаторы способствуют также увеличению входного сопро­ тивления ответвлении в ас и eg от /?вх = Z'i,Q/Rp до ^вх = я? z v # p ,

Рис. 8.10. Схема антенного переключателя, содер жащего резонансные трансформаторы.

так как сопротивления разрядников Rp трансформируются к точкам bd и fk до величины R p/n2. Увеличение R BX означает уменьшение потерь энергии в цепях разрядников.

Понижающий трансформатор позволяет уменьшить напряже­ ние на входе приемника по сравнению с напряжением на электродах разрядника. Его коэффициент трансформации выбирается с учетом необходимости согласования приемника с главным фидером.

Собственная добротность колебательного контура ПЗП ис­ числяется тысячами — десятками тысяч, а поэтому потери прини­ маемого сигнала в нем ничтожно малы. Чувствительность приемни­ ка снижается быстрее за счет шумов, генерируемых в цепи вспомо­ гательного электрода разрядника, и все же в правильно сконструи­ рованном ПЗП общие потери во время приема не превышают 0,5—1 Од.

Менее жесткие требования предъявляются к ПБП. Разрядник ПБП может иметь чисто аргоновое наполнение и не требует введе­ ния вспомогательного электрода, поскольку здесь не столь су­ щественно время разряда и восстановления разрядника.

61. Разновидности ответвительных антенных переключателей

В качестве резонансного трансформатора используется четвертьволновый шлейф, который с одного конца замкнут накоротко а другим соединяется

Рис 8.11. Схема ответвительного антенного пере­ ключателя метровых волн

с электродами разрядника (Pi, Р2). В промежуточных точках bd (fk) шлейф подключается к ответвлению от основного фидера

Так как шлейф имеет длину ?с/4, то индуктивная проводимость короткозамкнутой части шлейфа полностью компенсируется емкостной проводимостью его разомкнутой части, и входное сопротивление такого шлейфа между bd(fk) при непробитом разряднике бесконечно велико. Следовательно, шлейфы не шунтируют линии в bd и fk во время приема и не вызывают дополнитель ных потерь энергии отраженных импульсов.

Во время передачи те же шлейфы действуют как повышающие трансфор маторы напряжения, передаваемого из основной линии в ответвления Коэф фициент трансформации шлейфов характеризуется отношением напряжения

реключатели применяются на дециметровых и частично сантиметровых волнах Так как волновое Сопротивление коаксиального фидера очень мало, то роль резонансного трансформатора здесь особенно велика. В схеме, пока­ занной на рис 8.12 , резонатором служит короткозамкнутая с обоих концов