_{ПЕРЕЛІК УМОВНИХ СКОРОЧЕНЬ}
РПрП – радіоприймальний пристрій

РЛС – радіолокаційна станція

НВЧ – надвисокі частоти

МСЛ – мікросмужкова лінія

РНС – рівносигнальний напрямок

ЗМ – змішувач

СПФ – смугово-пропускаючий фільтр

ВК – вхідне коло

ПВЧ – підсилювач високої частоти

ППЧ – підсилювач проміжної частоти

АРП – автоматичне регулювання підсиленням

Г – гетеродин


Початкові дані до проекту:

Тип сигналу – імпульсно – модульований (прості радіоімпульси)

Тривалість імпульса – 1 мкс.

Чутливість приймача при прийомі на параболічну антену не гірше 3 мкВ.

Середня частота смуги пропускання (носійна частота) - 9.745 ГГц

Хвилевий опір фідерних ліній, які підводять енергію – 50 Ом.

Смуга пропускання 0.5 ГГц по рівню затухання без активних втрат 1дБ.

Смуга подавлення 1.6 ГГц по рівню затухання без врахування активних втрат 20 дБ.

ЗМІСТ

Вступ………………………………………………….……..…….....4

1 Загальна частина……………………………….………………...5

1.1Загальні відомості про РЛС………………………………….…..5

1.2 Вимоги до вхідного кола радіоприймального каналу бортової

моно імпульсної РЛС………………………………………………..7

1.3 Вибір функціональної схеми моноімпульсної РЛС….......…...8

1.4 Розробка структурної схеми радіоприймального тракту.........10

2 Розрахункова частина

2.1 Розробка топологічної схеми СПФ вхідного кола…..……......14

2.2 Розрахунок елементів топологічної схеми та технічних

параметрів СПФ вхідного кола…………………………................18

3 Висновки ……………………………………………………..... ...23

Перелік посилань............................. ………....................................24


ВСТУП

Радіолокація — галузь науки і техніки, об'єднуюча методи і засоби виявлення, виміри координат, а також визначення властивостей і характеристик різних об'єктів, заснованих на використанні радіохвиль. Близьким терміном, що частково перекривається, є радіонавігація, проте в радіонавігації активнішу роль грає об'єкт, координати якого вимірюються, найчастіше це визначення власних координат. Основне технічне обладнення радіолокації — радіолокаційна станція.

Розрізняють активну, напівактивну, активну з пасивною відповіддю і пасивну радіолокацію. Підрозділяються по використовуваному діапазону радіохвиль, по вигляду зондуючого сигналу, числу вживаних каналів, числу і вигляду вимірюваних координат, місцю установки РЛС.

До складу РЛС входить радіолокаційний приймальний пристрій. Радіолокаційний приймач є складовою частиною РЛС призначених для виявлення, визначення координат та параметрів руху віддалених об'єктів. В даному курсовому проекті будуть розглядатися принципи побудови як приймального пристрою, так і моноімпульсної РЛС радіоприймального каналу вцілому. Основною метою є розробка та розрахунок вхідного кола (смугово-пропускаючого фільтру) радіоприймального пристрою сантиметрового діапазону. В технічному завданні містяться загальні характеристики прийнятих сигналів, якісні та конструктивні вимоги.


1. ЗАГАЛЬНА ЧАСТИНА

1.1 ЗАГАЛЬНІ ВІДОМОСТІ ПРО МОНОІМПУЛЬСНІ РЛС

Радіолокаціний приймач є складовою частиною РЛС, призначених для виявлення, визначення координат і параметрів руху віддалених об’єктів (радіолокаційних цілей). Для витягання інформації використовується зондування простору радіосигналами з подальшим прийомом відбитої від цілі електромагнітної енергії, причому інформація про цілі иоже міститися в амплітуді (або відношені амплітуд) і частоти (або спектру) сигналів. Такий спосіб носить назву активної радіолокаціїї з пасивною відповіддю.

Пеленгація цілей, що полягає у визначенні напряму на ціль є однією з основних задач радіолокації. В наш час широке застосування знайшов моноімпульсний метод визначення напрямку на ціль, при якому відбитий імпульс містить повну інформацію про кутове положення цілі (азимут чи кут місця) . Цим і пояснюється походження терміну «моноімпульсна» пеленгація.

Відбиті від цілі сигнали одночасно приймаються двома незалежними приймальними каналами по кожній координатній площині пеленгації. Так як в моноімпульсних системах пеленгація здійснюється по одному імпульсу та використовується два незалежних канали прийому в кожній координатній площині, то амплітудні флуктуаціїї відбитого сигналу не значно впливають на точність виміру кутових координат.

В моноімпульсних системах з амплітудною пеленгацією для визначення кутової координати в одній площині формуються дві діаграми направленості антени, які перетинаються, рознесені на кути від рівносигнального напрямку (рисунок 1).



Рисунок 1 - Рознесені діаграми направленості


При відхилені цілі на кут від РСН рівень прийнятого сигналу по нижній діаграмі, більше рівня сигналу, прийнятого по верхній діаграмі. Різниця амплітуд прийнятих сигналів визначає кут відхилення цілі від рівносигнального напрямку. Знак цієї різниці характерезує напрям зсуву рівносигнального напрямку відносно цілі. Коли РСН поєднується з цілью, амплітуди відбитих сигналів, прийнятих по обом діаграмам, рівні, а їх різниця дорівнює нулю.


1.2 ВИМОГИ ДО ВХІДНОГО КОЛА РАДІОПРИЙМАЛЬНОГО КАНАЛУ МОНОІМПУЛЬСНОЇ РЛС
До приймачів РЛС пред’являються жорсткіші вимоги, ніж до приймачів іншого призначення. Багато РЛС є частиною стратегічних комплексів виявлення об’єктів.

Вхідне коло приймача сантиметрових хвиль зв'язує вихід антенно фідерного пристрою з входом першого каскаду приймача: малошумлячим підсилювачем. При цьому вхід та вихід кола повинні бути узгодженими з хвилевими опорами приєднаних до них ліній передач, щоб у місцях з’єднання не виникало відбиття НВЧ енергії. Вхідне коло радіоприймального каналу моноімпульсної бортової РЛС повинна забезпечувати :

• 
  Частотну селекцію приймаючих сигналів для зменшення сигналів похибок на непрацюючих частотах. Частотну селекцію сигналів вхідного кола здійснюють за допомогою НВЧ фільтра, який в цьому випадку називають преселектором.
  
• 
  Захист першого каскаду від перенавантаження та пошкодження СВЧ потужністю сигналів, які надходять до приймача на робочих частотах. Це необхідно здійснювати тільки в радіолокаційних приймачах, на вхід яких завжди проникає частина потужності імпульсного передавача РЛС.
  
• 
  Зменшення впливу зміни вихідного імпедансу антенно-фідерного пристрою на стабільність характеричтик першого каскада. Рои використанні в першому каскаді приймача ренегеративного малошумлячого підсилювача НВЧ визначаються наряду з іншими факторами зміни імпеданса джерела сигналу, підключеного до входа підсилювача.
  

Всі елементи вхіднго кола приймача повинні вносити якомога менші втрати ( для забезпечення низького коефіцієнта шуму) та мати достатньо широку смугу пропускання.
1.3 ВИБІР ФУНКЦІОНАЛЬНОЇ СХЕМИ МОНОІМПУЛЬСНОЇ

РЛС
Обираємо амплітудну сумарно – різнецеву систему. Моноімпульсна система з сумарно – різницевим кутовим дискримінатором менш вимоглива до ідентичності характеристик приймальних каналів і тому більш широко використовується в сучасних моноімпульсних системах. В таких системах прийняті від цілі сигнали з виходу антені надходять в сумарно – різницевий перетврорювач (хвилеводний міст), де додаються і віднімаються. З виходів хвилеводного моста сумарний та різницевий високочастотні сигнали надходять до сумарного та різницевого каналів, де перетворюються в сигнали проміжної частоти і підсилюються до необхідного значення. Амплітуда різницевого сигналу визначає значення кутової похибки, а різниця фаз між сумарним та різницевим сигналом – знак кутової помилки, тобто напрям відхилення цілі від рівносигнального напрямку. Залежність сигналу похибки від амплітуди приймальних сигналів виключається системою АРП. Фаза різницевого сигналу на виході антени змінюється в залежності від напряму відхилення цілі відносно рівносинального напрямку та може співпасти з фазою сумарного сигналу, чи бути з ним в противофазі. При відсутності розузгодження , коли напрям на ціль співпадає з рівносигнальним напрямком антенної системи, відбити від цілі сигнали на виході приймальних каналів мають рівні амплітуди, тому різницевий сигнал дорівнює нулю.

Різницевий сигнал безпосередньо використовується для управління положенням антенної системи у процесі пеленгу або автоматичного супроводження цілі. Утворений при прийомі сумарний сигнал використовується не тільки як опорний, але й для виявлення цілі, а також виміру дальності до цілі та її швидкості.

Схема приведена на рисунку 3.



Рисунок 2 – Функціональна схема моноімпусьної РЛС
1.4 РОЗРОБКА СТРУКТУРНОЇ СХЕМИ РАДІОПРИЙМАЛЬНОГО

ТРАКТУ
Вхідне коло приймача забезпечує захист приймача від перевантажень і пошкодження СВЧ потужністю сигналу, що надходить на робочій частоті при роботі на одну антену з передавачем. ВК пов'язує вихід антенно-фідерного пристрою з входом 1-ого каскаду приймача, в даному випадку з змішувачем. При цьому вхід і вихід вхідного кола повині бути узгодженні з хвильовими опорами приєднуваних до них ліній передач, щоб у місцях з'єднання не виникало віддзеркалень НВЧ енергії.

У нашому випадку вхідне коло повинно виконувати наступні функції:

• частотна селекція прийнятих сигналів для зменшення перешкод на неробочій частоті.

• придушення дзеркального каналу.

• захист 1-ого каскаду приймача від перевантаження і пошкодження потужністю НВЧ сигналів, що надходять у приймач на робочих частотах.

Перетворювач частот (змішувач) РПрП РЛС часто виконується на діодах з балансної схемою.У сантиметровому діапазоні використовують ПЧ на біполярних транзисторах (БТ), які володіють коефіцієнтом підсилення 3-12 дБ і коефіцієнтом шуму 1,7 - 4,6 дБ. Проте кращі характеристики в усьому НВЧ діапазоні мають ПЧ на польових транзисторах (ПТ), так як в більш широкому діапазоні 1-15 ГГц вони забезпечують посилення 8-12 дБ при коефіцієнті шуму 1,1 - 3,5 дБ. До переваг змішувачів на ПТ можна віднести більш прості ланцюги зсуву по постійному струму і більш високу температурну

стабільність. Також можливе використання транзисторного перетворювача частоти на польовому транзисторі з бар'єром Шотки (ПТШ), підсилювальні та шумові властивості якого, в основному, і визначать чутливість РПрП.

Підсилювач проміжної частоти . Основне підсилення в РПрП забезпечюється підсилювачем проміжної частоти. Схемотехніка каскадів данного пристрою різна. Головна вимога, яка висувається для ППЧ – це малий коефіцієнт шуму, а також достатньо великий коефіцієнт підсилення, крім того він повинен мати широкий динамічний діапазон , лінійною ФЧХ і рівномірною АЧХ в робочому діапазоні частот, добре узгодженим, мати високу надійність.

Детектор імпульсних сигналів. При детектуванні імпульсних сигналів розрізняють 2 види : пікове та імпульсне детектування. В першому випадку визначається тільки амплітуда імпульсів , якість відтворення форми огинаючої грає другорядну роль. У нашому випадку імпульсного детектування необхідно відтворити огинаючу кожного радіоімпульсу , що потрапляє на детектор. Для цього зазвичай застосовують діодний детектор, постійна велечина часу (RC) навантаження якого обирається достатньо великою, так, щоб протягом часу між радіоімпульсами напруга на виході не встигала помітно знизитися, а змінювалася за законом огинаючої послідовності радіоімпульсів. Наявність в схемі детектора реактивних елементів приводить до спотворення форми імпульсів, оскільки викликає перехідні процеси, за рахунок яких збільшується час встановлення в та час спаду імпульсів _сп на цого виході. Забезпечення мінімальних спотворень форми імпульсів (_в и _сп), у заданих межах, є головним завданням імпульсного детектора. Бажано при цьому отримати високий коефіцієнт передачі, але не за рахунок збільшення спотворень понад задану величину.

Режим роботи і параметри схеми імпульсного детектора вибирається з умови забезпечення допустимих спотворень форми

імпульсів. Схеми пікового і імпульсного детекторів аналогічні, відмінність лише в тому, що постійна часу навантаження в пікового детектора на два, три порядки більше, ніж в імпульсного. У таких детекторах використовують германієві діоди.

АРП дозволяє забезпечити незалежність сигналу помилки від амплітуд приймальних сигналів завдяки нормуванню амплітуд сумарного та різницевого сигналу відносно амплітуди сумарного сигналу.




Рисунок 3 – Структурна схема радіоприймального тракту
2 РОЗРАХУНКОВА ЧАСТИНА

2.1 РОЗРОБКА ТОПОЛОГІЧНОЇ СХЕМИ СМУГОВО- ПРОПУСКАЮЧОГО ФІЛЬТРУ ВК

Найбільше поширення в якості НВЧ фільтрів знайшли мікросмугові фільтри. У таких фільтрах роль реактивних елементів грають короткозамкнені або розімкнені відрізки МПЛ, котрі при довжині еквівалентні відповідно індуктивностям або ємностям, а при , де n = 1,2..., стають резонансними і еквівалентні паралельному послідовному коливальному контору в залежнсті від того замкнені чи розімкнуті вони в кінці.Фільтри будуються на основі як семетричних так і так і не семетричних МПЛ.

Фільтри на несиметричних МПЛ мають великі втрати в провідниках та втрати випромінення з розімкнутих кінців резонаторів, меншу добротність ненагружених резонаторів. Фільтри на семетричних МПЛ мають кращі характеристики по внесеному затуханню в смузі пропускання та в смузі затримки. Однак недоліком є складність реалізації, оскільки виконання короткозамкнутих відрізків ліній та підстройка таких фільтрів утруднені.

В силу особливостей несиметричних смугових хвилеводів широке застосування в якості смугового фільтру знайшла лише система з напівпровідникових розімкнутих резонаторів. Топологічна та електрична схеми таких фільтрів показані на рисунку 4 та на рисунку 5 відповідно.

Найбільш широко використовуємими функціями апроксимації частотних характеристик фільтрів являються поліноми Чебишева та максимально плоскі функції Баттерворса

Даний метод проектування СПФ заснований на використанні в якості прототипу низькочастотної схеми ФНЧ з n елементів.


Рисунок 4 – Топологічна схема СПФ вхідного кола


Рисунок 5 – Еквівалентна схема СПФ вхідного кола
2.2 РОЗРАХУНОК ЕЛЕМЕНТІВ ТОПОЛОГІЧНОЇ СХЕМИ ТА ТЕХНІЧНИХ ПАРАМЕТРІВ СПФ ВК
1. Обираємо чебишівську апроксимацію частотної характеристики, оскільки вона забезпечить більш круті схили при меншому числі ланок фільтрів порівняно з максимально плоскою характеристикою. Отже, сумарне затухання в смузі пропускання буде теж найменшим, що є важливим для мікросмугових фільтрів, активні втрати яких відносно великі.

2. За формулою визначаємо необхідне число елементів прототипної схеми ФНЧ.

отриманий результат заокруглюєм до найближчого цілого n=2. ( два напівпровідникові резонатори). Відповідно, необхідне число звя’заних чвертьхвилевих ланок фільтра рівне n+1=3.

3. З довідника [6] для значення = = 1дБ знаходимо величину

1/r = 2,66 і узагальнені параметри прототипу =1,822 та =0,685

4. За формулами розраховуємо узагальнені параметри прототипної схеми ФНЧ : і

5. За формулою знаходимо коефіцієнти:

;

;

;

6. За формулою ; розраховуємо хвилевий опір звя’заних ліній кожної ланки фільтра при парному та непарному видах збудження.

Ом

Ом

Ом

Ом

Ом

Ом
а б

Графік 1 – Залежність параметрів паралельно зв’язаних мікросмугових ліній від розмірів МСЛ і нормованої ширини зазору між смужками
7. Для розрахунку розмірів топологічної схеми задамося підкладкою товщиною h=0,5 мм, яка має . Матеріал провідників – мідь. Використовуючи отримані значення та по графіку 1(а) знаходимо відношення розмірів МCЛ кожної ланки і відповідну відносну ширину зазорів звя’заних ліній . Необхідні для отримання цих значень криві з проміжними значеннями відсутніми на графіку, визначаємо приблизно інтерполюючи між наявними значеннями . Абсолютне значення розмірів та знаходимо через товщину підкладки h=0,5 мм.

=> мм.

6 => мм.

=> мм.

=> мм.

=> мм.

=> мм.

8. По графіку 1(б) знаходимо ефективну діелектричну проникність МCЛ кожної ланки :







9. Далі за допомогою знаходимо відповідні довжини чвертьхвилевих відрізків зв’язаних ліній: , де см/с- швидкість світла в повітрі.








Графік 2 – залежність величини зменшення розімкнутого відрізка МСЛ від його розмірів.
10. Отримані довжини відрізків необхідно скоректувати на величину , визначену з графіка 2 , та враховуючи вплив кінцевої ємності розімкнутого кінця чвертьхвилевого відрізку. Тому необхідні довжини відрізків МCЛ кожної ланки рівні:



=> мм.

=> мм.

=> мм.

мм.

мм.

мм.

За розрахованими даними будуємо топологічну схему проектованого СПФ (рисунок 6)



Рисунок 6 - топологічна схема проектованого СПФ


11. Перейдемо до розрахунку сумарного затухання СПФ. Оскільки геометричні розміри мікросмугових резонаторів фільтру близькі між собою, вважаємо їх ненавантажені добротності однакові і втрати розсіяння фільтру в середині смуги пропускання розраховуємо за формулою .

12. Добротність визначимо для чвертьхвилевих резонаторів однакових між собою крайніх ланок фільтра, враховуючи, що резонатор незв'язаний.

13. Ефективна діелектрична проникність визначається за формулою:





14. Хвилевий опір МПЛ розраховуємо за формулою:





Таблиця 1

Метал	Срібло	Мідь	Золото	Алю-міній	Воль-фрам	Молиб-ден	Пла-тина	Хром	Тан-тал
	6,17	5,8	4,1	3,72	1,78	1,76	0,94	0,77	0,64
	2,03	2,09	2,49	2,61	3,76	3,8	5,2	5,75	6,26

15. Використовуючи дані таблиці 1, за формулою , знаходимо добротність резонатора, обумовлену втратами провідності:




16. Значення коефіцієнта знаходимо за формулою:




17. Розрахуємо ненавантажену добротність резонатора



Тепер можна визначити розсіювання в середині смуги пропускання:



18. Втрати на границі смуги пропускання знайдемо за формулою



Сумарне затухання фільтра на границях смуги пропускання знаходимо згідно формули:


ВИСНОВКИ

Вході виконання курсового проекту було спроектовано вхідний пристрій радіоприймального пристрою бортової моноімпульсної РЛС. Розраховано топологічну схему смугово – пропускаючого фільтру вхідного кола, а також розроблено функціональну схему моноімпульсної бортової РЛC. СПФ вхідного кола був побудований на мікросмугових лініях, що є доцільним, в якості матеріалу була обрана мідь. Розраховано сумарне затухання фільтрів на границях смуги пропускання, що становить 3,43дБ. Вцілому поставлена мета була успішно досягнута.
ПЕРЕЛІК ПОСИЛАНЬ

1. Сиверс А.П. Проектирование радиоприемных устройств. Москва, «Советское радио» 1976.-480 с.

2. Клич С.М. Проектирование СВЧ устройств радиолокационных приемников. Москва, «Советское радио» 1973.-314 с.

3. ГОСТ 3008-95.

4. Барулин Л. Г. Радиоприемные устройства – Москва, «Радио и связь»

5. “Моноимпульсная радиолокация - 2е изд. ” Леонов А. И.,

Фомичев У. И. ,1984 – 312 с.

6. Федельштейн А. Л. Справочник по элементам волноводной техники.