Антенна

Нагрузка

Uepedamui

Волноводнчи мост (1)

Рис. 14.3. Балансная схема антенного переключателя (БАП)

Иереключотемние

ВолноВодиый мост (2)

УЗП Приемник

щмг

-30 Р^з ~ж.

1- \ГШ.

г., П32

щ

1У

Рис. 14.4. БАП на щелевых мостах: а - режим передачи; б - режим приема

ПереВшчш

1 ilupKffjrmop Натзка

Приемник

Рж. 14.5. Схема ферритового антенного переключателя (ФАП)

-90 .

-90\

-90° 0°-

essss K > :

- О -90

5 6 7

Рис. 14.6. ФАП с фазовым циркулятором

на схеме. Поскольку оба они находятся на расстоянии Х/4 от волновода (Я- длина волны в волноводе), в месте их присоединения к линии (точки а - о и б - б) входное сопротивление оказывается равным бесконечности и поэтому электромагнитная энергия беспрепятственно проходит из передатчика в антенну А. По окончании зондирующего импульса оба разрядника гаснут. При этом в точках а - а оказывается короткое замыкание, поскольку к иим присоединяется полуволновой короткозамкнутый отрезок линии. В точках в - в входное сопротивление равное бесконечности, так как между короткозамкнутыми точками а - а и точками в - в имеетси отрезок длиной А,/4. При таких условиях принятый антенной сигнал беспрепятственно проходит нз антенны к приемнику Пр.

Схемам ОАП свойственны существенные недостатки: ограниченная ши рокополосность (А / = 4...5 %), необходимость использования двух типов разрядников, большие потери в РБП, большой КСВН до возникновения разряда на начальном участке зондирующего импульса и др. Поэтому в новых разработках радиолокационных приемников сантиметрового и миллиметрового диапазона целесообразно применять схемы БАП или ФАП,

Схема БАП (рис. 14.3) реализуется на двух одинаковых волноводных мостах и двух одинаковых переключательных элементах, включенных между мостами [55]. Действие схемы основано на балансе амплитуд и фаз СВЧ колебаний, распространяющихся в двух волноводных каналах схемы.

При подаче мощности передатчика к плечу 1, она делится пополам с относительным сдвигом фаз Ч и поступает к переключательным элементам ПЭ. Входное сопротивление последних под воздейстрием зондирующего импульса становится близким к нулю, поэтому почти вся мощность передатчика отражается от них и возвращается в плечи / и 2 моста 1. Относительный сдвиг фаз этих отраженных колебаний определяется как исходной величи-ной сдвига ф, так и разностью расстояний от моста до переключающих элементов, в качестве которых используются газоразрядиики, полупроводниковые диоды или их сочетания. Можно эту разность расстояний выбрать так, чтобы при обратном распространении мощностей P f. /2 через мост 1 из плеч / и 2 обеспечивалась синфазность их колебаний в плече 2 и противо-фазиость - в плече /. Тогда обе отраженные волны просуммируются в плече 2 и поступят из него в антенну без заметных потерь.

Небольшая часть мощности передатчика просачивается через переключательные элементы в плечи 3 и 4 моста 2, но расстояния от переключающих элементов до этих плеч и в мосте 2 подбираются так, чтобы на выходе его в плечах 4 колебания были синфазными, а в плече 3 - противофазными. Суммарная просачивающаяся мощность Р^рос^ поглотится согласованной нагрузкой, а к приемнику, подключенному к плечу 3, будут подведены лишь небольшая мощность РпросА обусловленная неидеальным балансом амплитуд и фаз в плече. Эта мощность ослабляется еще УЗП, включаемым между плечом 3 и входом приемника.

При приеме сигнала из антенны Р^ колебания делятся в мосте 1 пополам с соответствующим фазовым сдвигом, проходят через переключающие элементы без существенного ослабления и поступают на мост 2, где складываются на выходе плеча 3 и поступают в приемник.

Мосты, используемые в БАП, могут быть различной конструкции: Т-образные, кольцевые и щелевые. Наибольшее распространение, благодаря своей компактности и симметричности, получили БАП иа щелевых мостах со связью по узкой стенке (рис. 14.4). Такая схема состоит из двух мостов ЩМ-1 и ЩМ-2 с отверстиями связи по узкой стенке и двумя переключательными элементами ПЭ1 и ПЭ2. Если щелевой мост симметричен и его свойства и характеристики одинаковы со стороны любого плеча, то мощность, поданная в одно из плеч, распределяется поровну между двумя противоположными плечами со сдвигом в 90°, и тогда суммарные и разностные мощности образуются в соответствии с описанным выше механизмом прохождения колебаний, обозначенным иа рис. 14.4 отдельно для режима излучения и режима приема. Порядок расчета БАП изложен в [55, 83}.

Действие ферритового АП основано на невзаимных свойствах четырех-плечного ферритового циркулятора (см. гл. 6). К плечу / (рис. 14.5) подключается передатчик, а к плечу 2 - антенна, поэтому мощность передатчика передается полностью через плечо 2 в антенну. Однако, ввиду ненде-ального согласования передатчика с антенио-фндерным трактом, часть мощности отразится от антенны (PJ и попадает на вход приемника, подключаемого к плечу 3. Туда же поступит мощность утечки, проникающая из плеча t через циркулятор непосредственно на плечо 3, вследствие неидеальной развязки между плечами. Эта мощность Ру ослабляется УЗП, включаемым

на входе приемника, частично проникает в приемник, а частично отражается от входа приемника, направляется в плечо , где и поглощается согласованной нагрузкой. В интервалах между зондирующими импульсами сигналы, отраженные от цели Р^, улавливаются антенной, поступают в плечо 3 на УЗП и вход приемника почти без всякого ослабления. Ферритовый циркулятор выполняет также функции вентилей, обеспечивающих развязку передатчика от влияния изменения импеданса антенно-фидерного тракта, а этого последнего - от УЗП с приемником.

Большое распространение получила схема ФАП с фазовым циркулятором, основанная иа использовании иевзаимных свойств ферритового фазовращателя, помещенного в поперечное магнитное поле: вносимый им фазовый сдвиг меняется по величине при изменении направления распространения СВЧ колебаний на противоположные [55. Схема ФАП состоит из циркулятора, ферритового фазовращателя, свернутого Т-моста и щелевого моста (рис. 14.6). В параллельных плечах Т-моста фазы колебаний одинаковы, если они возбуждаются со стороны плеча 2, и противоположны при возбуждении колебаний со стороны плеча . При одновременном подведении равных мощностей к параллельным плечам Т-моста с одинаковыми или противоположными фазами, они суммируются соответственно в плечах 2 или 4. Поскольку ферритовые пластины фазовращателей находятся в поперечном магнитном поле, они в зависимости от направления распространения колебаний вносят фазовый сдвиг -90° или 0. Поэтому схема движения колебаний в циркуляторе рис. 14.6 будет соответствовать рис. 14.5.

Переключающие элементы антенных переключателей

Наибольшее распространение в качестве переключающих элементов получили резонансные разрядники, полупроводниковые диодные выключатели и ограничители, быстродействующие ферритовые переключатели.

Резонансные разрядники представляют собой комбинацию резонатора и газового разрядника. Резонатор заполняется газом, чаще всего смесью паров воды с аргоном или водородом, при низком давлении и герметически закупоривается. Под воздействием СВЧ электрического поля высокого уровня (т. е. при поступлении зондирующего импульса передатчика) возникает газовый разряд, в результате которого входное сопротивление разрядника становится весьма малым, что препятствует прохождению через него мощности СВЧ. По окончании импульса разрядник гаснет и для СВЧ поля низкого уровня он представляет собой обычный резонатор или фильтр из нескольких резонансных структур. Разрядники защиты приемника РЗП делятся на широкополосные и узкополосные. Широкополосные РЗП обладают

15 7-230 409