8.5. Методы получения когерентного напряжения

Методы получения когерентного напряжения могут быть разделены в зависимости от особенностей осуществления фазовой синхронизации и сравнения колебаний. В основу классификации можно положить следующие четыре особенности:

направление фазовой синхронизации,

частота, на которой осуществляется фазирование,

частота, на которой производится сравнение когерентного и отраженных сигналов,

режим работы когерентного гетеродина.

Что касается первой особенности, то возможны два направления: когда генератор высокой частоты фазирует когерентный гетеродин и, наоборот, когда когерентный гетеродин фазирует генератор высокой частоты. Применение первого или второго способа зависит в основном от диапазона волн радиолокатора.

Так, например, на метровом и дециметровом диапазонах, когда в качестве генераторов высокой частоты используются ламповые генераторы и применяются усилители высокой частоты, возможны оба направления синхронизации. На сантиметровом и миллиметровом диапазонах обычно используется фазирование от генератора высокой частоты, так как на этих диапазонах применение мощных усилителей высокой частоты сопряжено с определенными трудностями.

Фазирование возможно на любой частоте, т. е. и на высокой и на промежуточной. В настоящее время в основном применяется способ фазирования на промежуточной частоте как наиболее простой в технической реализации.

На сантиметровых и миллиметровых волнах фазирование на высокой частоте затруднено из-за того, что для лучшего осуществления фазовой синхронизации требуется малая добротность контуров когерентного гетеродина, в то же время для большей стабильности частоты последнего эту добротность нужно увеличивать.

В принципе сравнение сигналов, связанное с образованием биений, может осуществляться и на высокой, и на промежуточной частотах.

Наиболее широко используется все же сравнение на промежуточной частоте как наиболее простое в техническом осуществлении.

Режим работы когерентного гетеродина может быть как импульсным, так и непрерывным.

Если направление фазирования принято от когерентного гетеродина, то обычно применяют непрерывный режим, если же от генератора высокой частоты, - импульсный.

Исходя из первых трех особенностей работы можно осуществить 8 различных вариантов схем образования когерентного напряжения. Однако с точки зрения практического выполнения наибольший интерес представляют только три из них:

фазирование на высокой частоте от когерентното гетеродина, сравнение на промежуточной частоте (рис. 8.16, а),

фазирование на промежуточной частоте от генератора высокой частоты, сравнение на промежуточной частоте (рис. 8.16, б),

фазирование на высокой частоте от генератора высокой частоты, сравнение на высокой частоте (рис. 8.16, в).

Рис. 8.16. Основные схемы образования когерентного напряжения: а - фазирование осуществляется от когерентного гетеродина на высокой частоте, сравнение с когерентным напряжением осуществляется на промежуточной частоте, б - фазирование когерентного гетеродина и сравнение с когерентным напряжением осуществляются на промежуточной частоте, в - фазирование когерентного гетеродина и сравнение с когерентным напряжением осуществляются на высокой частоте. М - модулятор, ГВЧ - генератор высокой частоты; КГ - когерентный гетеродин, МГ - местный гетеродин, См - смеситель, УПЧ - усилитель промежуточной частоты, ППП - переключатель прием-передача

В настоящее время наибольшее распространение получил вариант фазирования на промежуточной частоте от генератора высокой частоты и сравнение также на промежуточной частоте, поскольку создание стабильного когерентного гетеродина на промежуточной частоте значительно проще, чем на высокой. Одна из возможных схем такого гетеродина приведена на рис. 8.17.

Рис. 8.17. Принципиальная схема когерентного гетеродина, работающего на промежуточной частоте

Здесь левая лампа Л₁ является усилителем фазирующего импульса промежуточной чистоты. Правая лампа Л₂ является генератором, собранным по схеме индуктивной трехточки. Эта лампа заперта по третьей сетке и отпирается импульсом, подаваемым синхронно с импульсом фазирования.

Колебания фазирующего импульса, навязанные контуру генератора, будут поддерживаться в дальнейшем автогенератором в течение времени, пока лампа Л₂ открыта. Отпирающий импульс выбирается равным

Перед началом следующего цикла фазирования лампа Л₂ снова запирается, причем время запирания должно быть достаточным для затухания колебаний в контуре гетеродина. Графики напряжений, поясняющие работу гетеродина, приведены на рис. 8.18.

Рис. 8.18. Графики напряжений, поясняющие работу когерентного гетеродина на промежуточной частоте: а - фазирующие импульсы, б - отпирающие импульсы, в - когерентное напряжение

Рассмотрим теперь процесс сравнения колебаний когерентного гетеродина и отраженных сигналов. Этот процесс сводится к выделению огибающей биений при помощи детектора.

Согласно формуле (8.2) амплитуда напряжения на входе детектора U_вх обычно настолько велика, что имеет место линейное детектирование. В этом случае, раскладывая продетектированное напряжение по биному Ньютона, получаем

где k - коэффициент передачи детектора.

Выделяя на нагрузке детектора основную гармонику частоты биений, получаем

где

Зависимость амплитуды биений от разности фаз представлена на рис. 8.19, а.

Чувствительность детектора к изменению разности фаз φ равна

Зависимость чувствительности детектора от разности фаз φ представлена на рис. 8.19, б. Как видим, чувствительность простого детектора при значениях разности фаз φ = nπ, где n = 0, 1, 2, ..., равняется нулю. Эти значения разности фаз называются "слепыми".

Рис. 8.19. Графики зависимости амплитуды сигнала биений и чувствительности детектора от разности фаз: а - зависимость амплитуды биений от разности фаз, б - зависимость чувствительности обычного детектора от разности фаз, в - зависимость чувствительности детектора от разности фаз для случая U_с = U_к, г - зависимость чувствительности балансного детектора от разности фаз для случая U_с = U_к

Если U_с = U_к, то

Тогда чувствительность детектора равна

Зависимость чувствительности детектора k_φ2 от разности фаз φ представлена на рис. 8.19, в. При применении балансного детектора в случае U_c = U_к напряжение на его нагрузке

Чувствительность такого детектора

Зависимость чувствительности балансного детектора k_φ3 от разности фаз φ представлена на рис. 8.19, г.

Как видно, с точки зрения повышения чувствительности детектора целесообразно работать при условии U_с = U_к.