Вопрос № 2. Структурная схема и принцип работы гетеродинного автокомпенсатора активных помех

Структурная схема гетеродинного автокомпенсатора приведена на рис. 5.20.

Рис. 5.20. Структурная схема гетеродинного автокомпенсатора

Как и в квадратурном автокомпенсаторе в гетеродинном дополнительных приемных каналов также может быть несколько. Рассмотрим работу гетеродинного автокомпенсатора также при одном дополнительном приемном канале.

Напряжение активной шумовой помехи в основном приемном канале на выходе ПУПЧ, как и в квадратурном АК, представим в виде

,

а на выходе смесителя СМ1 –

.

Напряжение помехи в дополнительном канале

,

где - сдвиг фаз между помеховыми напряжениями, принимаемыми основным и дополнительным приемными каналами.

В начальный момент адаптации на выходе сумматора напряжение активной помехи соответствует напряжению на выходе смесителя (СМ1)

.

На входы коррелятора, выполненного на смесителе (СМ2) и фильтре (Ф), поступают напряжения и . В результате преобразования этих напряжений на выходе смесителя (СМ2) выделяется напряжение на частоте

.

Это напряжение усредняется за счет накопления (интегрирования) колебаний в узкополосном фильтре (Ф), обладающем достаточно большой памятью.

Комплексный коэффициент (аналогично квадратурному автокомпенсатору) вводится путем гетеродинирования колебаний дополнительного канала напряжением в управляемом смесителе (УСМ). На выходе управляемого смесителя напряжение помехи дополнительного канала преобразуется на частоту

.

Величина модуля коэффициента определяется амплитудой напряжения на выходе узкополосного фильтра (Ф), а фазоподбором количества каскадов в усилителе обратной связи (У). На входах сумматора напряжения помехи основного и дополнительного каналов оказываются в установившемся режиме работы равным по амплитуде и противоположным по фазе.

Таким образом, квадратурный и гетеродинный автокомпенсаторы в результате адаптации обеспечивают минимум дисперсии (средней мощности) помехи на выходе, а выходное напряжение становится декоррелированым по отношению к напряжению .

Эффективность подавления помехи квадратурным и гетеродинным автокомпенсаторами практически одинакова. Однако устойчивость работы многоканального квадратурного автокомпенсатора достигается проще, чем гетеродинного. Это объясняется тем, что регулирование коэффициентов передачи квадратурных каналов производится постоянным напряжением. Кроме того, в интегральном исполнении аппаратурная реализация квадратурного автокомпенсатора проще, поэтому в современных РЛС он используется чаще.

Специфика работы автокомпенсаторов активных помех обуславливает ряд дополнительных требований к функциональным узлам приемных трактов РЛС.

1) Требование к идентичности задержек напряжений помехи в основном и дополнительном канале. Наличие временного рассогласования приемных каналов приводит к снижению коэффициента взаимной корреляции напряжений активных шумовых помех на входах АК и, следовательно, коэффициента подавления. Можно показать, что допустимый относительный временной сдвиг, напряжений на входах сумматора не должен превышать

,

где - полоса пропускания приемных каналов до входов автокомпенсатора. При условии, что идентичность основного и дополнительного каналов с точки зрения временной задержки обеспечивается сравнительно успешно (здесь - ширина спектра полезного сигнала). Таким образом, элементы приемных устройств основного и дополнительных каналов до входа сумматора АК должны быть достаточно широкополосными.

2) Требование к чувствительности дополнительных каналов:

Модуль коэффициента взаимной корреляции помех на входах АК с учетом собственных шумов приемных каналов

, (5.19)

где - модуль коэффициента взаимной корреляции активных шумовых помех (без учета собственных шумов приемных каналов);

, - отношение мощности активной шумовой помехи к мощности собственных шумов для соответствующего приемного канала.

При выводе соотношения (5.19) предполагалось, что коэффициент взаимной корреляции собственных шумов приемных каналов, а также помех и собственных шумов равен нулю.

После подстановки (5.19) в выражение (5.15) получим

. (5.20)

Из анализа (5.20) можно сделать вывод, что чувствительность дополнительных каналов приема должна быть не ниже чувствительности основного приемного канала. Это требование обеспечивается включением в дополнительные приемные каналы до входов АК тех же элементов, что и в основной приемный канал (УВЧ, смеситель, ПУПЧ).

3) Требования к коэффициенту усиления антенн дополнительных приемных каналов.

Отношение мощности активной шумовой помехи к мощности собственных шумов дополнительного приемного канала можно представить в виде

, (5.21)

где - мощность активной шумовой помехи на входе дополнительного приемного канала при условии, что коэффициент усиления антенны равен единице;

- коэффициент усиления антенны дополнительного приемного канала при в направлении на постановщик помехи.

Из соотношения (5.21) видно, что значение параметра при фиксированной мощности собственных шумов приемного канала можно увеличить (а тем самым увеличить значение коэффициента подавления ) путем увеличения коэффициента усиления антенны дополнительного приемного канала. Таким образом, для получения значений необходимо использовать в дополнительных приемных каналах остронаправленные антенны, главные лепестки ДН которых можно было бы направлять на постановщики помех. Выполнение подобного требования в РЛС с зеркальной антенной затруднительно. Поэтому в таких РЛС следует считать вполне приемлемым выполнение условия

,

где - максимальный коэффициент усиления антенны основного приемного канала в направлении боковых лепестков диаграммы направленности. Другими словами, ДН антенн дополнительных приемных каналов должны перекрывать боковые лепестки ДН антенны основного приемного канала.

4) Требования к диаграммам направленности антенн дополнительных приемных каналов.

Чтобы система уравнений (5.1) была невырожденной (т. е. имела решение), антенны дополнительных приемных каналов должны иметь различные либо амплитудные, либо фазовые диаграммы направленности, либо и те и другие. Реализация амплитудных различий представляет достаточно трудную задачу при использовании слабонаправленных антенн в дополнительных приемных каналах. Поэтому проще реализовать отличие фазовых диаграмм. Для этого достаточно разнести фазовые центры антенн дополнительных приемных каналов (рис. 5.21).

Рис. 5.21. К вопросу обеспечения требований к ДН антенн дополнительных приемных каналов.

Однако разнос фазовых центров антенн приводит к возникновению относительного временного сдвига колебаний АШП на входах приемных каналов и, следовательно, к снижению реализуемого коэффициента подавления. Этот сдвиг можно оценить по формуле

,

где - расстояние между фазовыми центрами антенн.

Значение входит в левую часть выражения в качестве одной из составляющих.

5) Требование к быстродействию автокомпенсатора. Динамическая постоянная времени автокомпенсатора, определяющая время переходных процессов (время настройки) должна удовлетворять условию

.

Выполнение левого неравенства исключает возможность ослабления полезного сигнала и повышает запас устойчивости АК. Выполнение правого неравенства обеспечивает возможность компенсации относительных амплитудных и фазовых изменений колебаний АШП на входах приемных каналов, обусловленных вращением антенны РЛС.

Автокомпенсатор активных помех работает в условиях изменения мощности помехи на его входах в большом диапазоне (десятки децибел). Поэтому необходимы меры по обеспечению требуемого быстродействия АК при малых уровнях помех и исключения самовозбуждения при больших. С этой целью в цепь обратной связи (в цепь левого входа СМ2 гетеродинного АК или фазовых детекторов квадратурного АК) включают усилитель-ограничитель или усилитель с ШАРУ.

Выводы

В ходе проведенного занятия были рассмотрены учебные вопросы занятия (еще раз их озвучить), учебные цели занятия достигнуты.

Задание на самостоятельную подготовку:

1. Изучить и углубить знания материала, рассмотренного на занятии.

2. Отработать в конспекте дополнительный материал по учебным вопросам сегодняшнего группового занятия, изложенный в основной и дополнительной литературе.

Профессор отдела РЛВ РТВ ВВС

подполковник И. Лютиков