ЛАМПОВЫЕ РАДИОЛОКАЦИОННЫЕ МОДУЛЯТОРЫ

АННОТАЦИЯ

Краткие сведения, показывающие релевантность ламповых модуляторов в современной радиолокации.

Ключевые слова: ламповый, модулятор, электровакуумный.

Радиолокация затрагивает как военные, так и мирные отрасли, от поиска потенциального противника до управления движением воздушных судов. В связи с бурным развитием промышленности и технологий в целом, появилась необходимость усовершенствования ныне существующих радиолокационных систем и создание совершенно новых. Приоритетным направлением является совершенствование и доработка существующих узлов и агрегатов в связи оставшимся потенциалом для модернизации и большими трудностями в создании совершенно новых систем, такие как: трудозатраты, вливание больших денежных средств, длительное время разработки и доработки технической документации и др. Модернизация, как было сказано выше, заключается в частичной замене основных узлов на более совершенные и доработка цепей питания. В своей выпускной работе я затрагиваю вопрос модернизации импульсного модулирующего устройства передатчика РЛС.

По виду управляемых параметров модуляторы делятся на амплитудные, частотные, фазовые, квадратурные, однополосные и т.д. Если несущими являются импульсные сигналы, то их модулируют с помощью амплитудно-импульсных, частотно-импульсных, время-импульсных и широтно-импульсных модуляторов. Качество работы модуляторов определяется линейностью его характеристик.

Модулятор является одной из составных частей передающих устройств радиосвязи, радио- и телевещания. Здесь несущими являются высокочастотные гармонические колебания, а модулирующими — колебания звуковой частоты и видеосигналы. Также применяют в радиолокации, системах кодово-импульсной связи, телеуправления и телеметрии. Модуляторы, преобразующие постоянные напряжения в переменные, применяются в усилителях постоянного тока и нуль-органах, работающих по принципу модуляции — демодуляции, для устранения дрейфа нуля и повышения чувствительности аналоговых вычислительных устройств. Устройство, работающее по принципу модулятор-демодулятор, называется модем.

Передача данных по радиоканалу производится модуляцией параметров несущего колебания информационным сигналом. При передаче цифровой информации значения амплитуды и фазы колебания несущей частоты должны принимать дискретные значения в однозначном соответствии с информационной последовательностью. Формирование сигнала – существенно нелинейная операция. Диапазон изменения основных параметров формируемого сигнала велик, поэтому на мировом рынке множество сопоставимых моделей модуляторов. Повышение технических требований к системам передачи информации приводит к быстрому совершенствованию этих устройств. Попытаемся систематизировать современное состояние техники модуляторов СВЧ-диапазона в интегральном или микромодульном исполнении и оценить тенденции их развития.

Электронные лампы применяются в таких устройствах как: мощные усилители, генераторы и модуляторы и др. Электронные лампы должны удовлетворять следующим требованиям: обладать большой допустимой мощностью рассеяния на аноде Р_{а макс} и сетках Р_{с макс}, иметь высокие рабочие напряжения, пропускать большие анодные токи, иметь малые междуэлектронные емкости, большие статические коэффициенты усиления, иметь относительно небольшие напряжения запирания, хорошую линейность характеристик.

Кроме перечисленных требований, обращается большое внимание на качество сигнала, которое определяется оптимальным сочетанием широкой полосы частот, высокого коэффициента усиления и хорошей линейности характеристик электронных приборов. При разработке одним из основных направлений повышения качества сигналов радиоэлектронных систем является улучшение линейности анодно-сеточных характеристик электронных ламп. Лампы с хорошей линейностью характеристик позволяют повысить и КПД. Для получения большого КПД форма нижнего искривленного участка анодно-сеточной характеристики подбирается таким образом, чтобы начальный ток, т. е. ток в рабочей точке при отсутствии сигнала, был как можно меньшим.

Получение большой колебательной мощности Р_К является также важнейшим требованием, предъявляемым к мощным лампам. Предельные значения колебательной мощности определяются допустимой мощностью, рассеиваемой анодом, в зависимости от Р_к различают электронные лампы малой, средней и большой мощностей. Выпускаемые промышленностью мощные триоды и тетроды с линейными характеристиками обеспечивают уровни мощности в непрерывном режиме вплоть до 25 кВт на частотах до 500 МГц, а на частотах порядка 1 МГц — до 500 кВт и более. Коэффициенты усиления по мощности могут достигать 25...30 дБ.

Модуляторные триоды усиливают низкочастотные сигналы и работают при отрицательных смещениях на сетке, т. е. имеют левые анодно-сеточные характеристики, когда сеточные токи отсутствуют. По сравнению с генераторными, эти приборы имеют редкую сетку и, следовательно, незначительный статический коэффициент усиления.

Преимуществами СВЧ полупроводников являются:

- малые размеры и возможность получить большую мощность сложением её в пространстве;

-возможность изготовления крупных серий идентичных приборов;

-малая величина рабочего питающего напряжения;

-большая долговечность, из-за отсутствия высокотемпературного узла, катода, как в ЭВП СВЧ;

-относительно низкая стоимость одного узла;

-относительно высокая надёжность всего устройства в связи с тем, что многоэлементная система может продолжать своё функционирования даже при отказе некоторых узлов.

Но у ПП СВЧ есть и недостатки, такие как:

-малая выходная мощность. Этот недостаток принципиально предопределяется их малыми размерами и составным материалом полупроводника, который является плохим проводником тепла;

-не оптимальный КПД. Это определяется как потерями при движении носителей заряда в ПП среде, так и невозможностью отбора от них всей сообщаемой энергии.

-уязвимость к воздействию СВЧ-оружия, в связи с низковольтным режимом работы в отличие от ЭВП, режим работы которых исчисляется несколькими тысячами вольт.

-резкое снижение уровня выходной мощности на частотах свыше 6 ГГц

Преимуществами ЭВП СВЧ являются:

-высокий уровень мощности как средней, так и импульсной;

-высокий уровень КПД при движении электронов в вакууме, созданным внутри лампы. Известны промышленные образцы приборов, обеспечивающие КПД вплоть до 80%.

-устойчивость к многократным пробоям внутри лампы.

Недостатки, которые не позволяют дать мощным ЭВП широкое распространение:

-наличие высокотемпературного узла – катода, предопределяющего конечную долговечность прибора;

-необходимость нагревать катод в течении 3-5 минут для выхода в рабочий режим;

-высокое рабочее анодное напряжение, вследствие чего растут габаритные размеры, соответственно и масса источника питания;

-неизбежное наличие пробоев в рабочем режиме, эта неприятная особенность чревата потерей сопровождения цели;

-относительно большие габариты лампы и обвязки, обеспечивающей её работоспособность;

-при выходе из строя прибора с единичными ЭВП СВЧ происходит выход из строя вся РЛС.

 -относительная сложность разработки новых приборов в связи с исчерпанием модернизационного потенциала ЭВП СВЧ.

-большой разброс параметров ЭВП, побороть который практически невозможно.

ЭВП СВЧ по-прежнему, не просто востребованы, но и просто незаменимы в решении вопросов узкой направленности. На данный момент полное вытеснение ламповых приборов невозможно в связи с их специфическими преимуществами.

Список литературы:

1. Макаров В.Н., Суходолец Л.Г. Перспективы развития мощных передатчиков РЛС с использованием электровакуумных приборов СВЧ Москва: Радиотехника, вып.№1 2010. – с 97-106
2. Белов Л.А. Формирование стабильных частот и сигналов. –М.: ИЦ "Академия", 2005. –224 с
3. Шишкин Г.Г. Электроника. [электронный ресурс] URL: https://studme.org/83134/tovarovedenie/moschnye_generatornye_modulyatornye_lampy (дата обращения 4.04.2021)