Широкодиапазонное приемное устройство системы обнаружения радиолокационных сигналов
Полезная модель относится к пассивным системам обнаружения радиолокационных сигналов с выносным антенным устройством, соединенным с приемным устройством протяженным кабельным трактом, и может быть использована в составе радиэлектронного оборудования надводных и подводных судов различного назначения. Задачей полезной модели является повышение чувствительности при одновременном обеспечении максимального динамического диапазона широкодиапазонного приемного устройства. Сущность полезной модели заключается в том, что в широкодиапазонном приемном устройстве, содержащем предварительный усилитель высокой частоты, связанный посредством протяженного кабельного тракта с блоком преобразования и усиления на видеочастоте, на входе блока преобразования и усиления на видеочастоте установлен блок коррекции затухания, содержащий последовательно соединенные малошумящий усилитель, регулируемый аттенюатор и корректирующий фильтр, выход которого через видеодетектор соединен с входом видеоусилителя, при этом корректирующий фильтр имеет амплитудно-частотную характеристику, обратную характеристике затухания протяженного кабельного тракта с ослаблением на нижней частоте диапазона, а с помощью регулируемого аттенюатора устанавливается оптимальный коэффициент передачи высокочастотного тракта.
Полезная модель относится к пассивным системам обнаружения радиолокационных сигналов с выносным антенным устройством, соединенным с приемным устройством протяженным кабельным трактом, и может быть использована в составе радиэлектронного оборудования надводных и подводных судов различного назначения.
Известно широкодиапазонное приемное устройство прямого усиления [1], которое содержит последовательно соединенные усилитель высокой частоты (УВЧ), видеодетектор и видеоусилитель. Чувствительность приемного устройства определяется известным соотношением:
где 
коэффициент пропорциональности, определяющий долю продетектированных шумов усилителя высокой частоты, попадающих в полосу пропускания видеоусилителя,
Р - предельная (пороговая) чувствительность,
К - постоянная Больцмана (1,38·10-23 эрг/град),
Т - абсолютная температура (293°К),
F - полоса пропускания видеоусилителя, Гц,
М - добротность видеодетектора,
G - коэффициент передачи высокочастотного (ВЧ) тракта от входа усилителя высокой частоты (УВЧ) до видеодетектора,
N - коэффициент шума предварительного УВЧ, ед, f - эквивалентная полоса шумов предварительного УВЧ, Гц.
Из формулы (1) следует, что при некотором оптимальном значении Gопт коэффициента передачи ВЧ-тракта первое слагаемое становится сколь угодно меньшим второго (например, в 10 раз), и им можно пренебречь. Оптимальным это значение является потому, что дальнейшее увеличение коэффициента передачи не приводит к повышению чувствительности, но сокращает динамический диапазон приемного устройства.
Чувствительность приемного устройства с оптимальным коэффициентом передачи ВЧ-тракта, таким образом, может быть определена по формуле:
Однако в системах обнаружения радиолокационных сигналов с выносным антенным устройством и внесенным в систему протяженным кабельным трактом коэффициент передачи, как правило, изменяется от низкочастотного края к высокочастотному, уменьшаясь из-за возрастания затухания в кабеле по мере повышения частоты.
Для компенсации потерь в обычной практике обеспечивают соответствие минимального значения коэффициента передачи ВЧ-тракта в диапазоне (Gmin) оптимальному значению (Gmin
Gопт), вследствие чего в остальной части диапазона коэффициент передачи Gf становится больше оптимального (GfGопт). Однако при этом чувствительность на спаде амплитудно-частотной характеристики (АЧХ) ВЧ-тракта оказывается
ниже рассчитанной по формуле (2).
Наиболее близким аналогом, принятым за прототип предлагаемой полезной модели, является широкодиапазонное приемное устройство системы обнаружения радиолокационных сигналов [2].
Устройство по прототипу содержит выносную приемную антенну, соединенную с входным модулем, в котором производится предварительное усиление принятых сигналов на высокой частоте(предварительный УВЧ) и который соединен посредством протяженного кабельного тракта с входом приемного устройства, содержащего последовательно соединенные видеодетектор и видеоусилитель.
Недостатком устройства-прототипа, как и предыдущего аналога, является снижение чувствительности на высокочастотном краю диапазона на величину неравномерности АЧХ ВЧ-тракта.
Задачей полезной модели является повышение чувствительности при одновременном обеспечении максимального динамического диапазона широкодиапазонного приемного устройства.
Предпосылки предлагаемой полезной модели основаны на следующем.
Чувствительность приемного устройства определяется минимальной величиной сигнала на входе, при которой на выходе обеспечивается заданное соотношение сигнал/шум (например, равное 1).
Напряжение сигнала на выходе приемного устройства прямого усиления определяется соотношением:
где
Pc - мощность сигнала на входе, Вт
Gf - коэффициент передачи (усиления) ВЧ-тракта по мощности в каждой точке диапазона частот,
- чувствительность видеодетектора по току, В/А,
Rв - входное сопротивление видеоусилителя, Ом,
Rв - сопротивление видеодетектора на видеочастоте, Ом,
Gв - коэффициент усиления видеоусилителя по напряжению.
Среднеквадратичное значение напряжения шумов на входе видеоусилителя приемника не зависит от частоты принимаемого сигнала и при выполнении в рабочем диапазоне условия GfGопт определяется шумами ВЧ-тракта (от входа УВЧ до видеодетектора) из соотношения:
где Рш - мощность шумов ВЧ-тракта на входе видеодетектора.
Значение Рш рассчитывается из соотношения:
Подставляя (5) в (4) получим:
Соответственно, среднеквадратичное значение шумов на выходе видеоусилителя определяется из выражения:
а отношение сигнал/шум определяется из выражения
откуда для 
получим значение чувствительности Рс
Из соотношения (7) следует, что при наличии неравномерности амплитудно-частотной характеристики ВЧ-тракта чувствительность приемного устройства достигает максимального значения и зависит только от коэффициента N шума УВЧ и эквивалентной полосы шумов f лишь при максимальном значении коэффициента передачи Gf=Gmax, в других же точках частотного диапазона, на спаде АЧХ, имеющих коэффициент передачи GfGmax, даже при выполнении условия GfСопт, чувствительность будет ниже на (Gmax-Gf) дБ.
Поэтому для увеличения соотношения сигнал/шум и, соответственно, повышения чувствительности на спаде амплитудно-частотной характеристики ВЧ-тракта достаточно уменьшить напряжение шумов на выходе приемного устройства путем снижения коэффициента передачи ВЧ-тракта во всем диапазоне до уровня Gf
Gonr, например, с помощью корректирующего фильтра верхних частот.
Сущность полезной модели заключается в том, что в широкодиапазонном приемном устройстве, содержащем предварительный усилитель высокой частоты, связанный посредством протяженного кабельного тракта с блоком преобразования и усиления на видеочастоте, на входе блока преобразования и усиления на видеочастоте установлен блок коррекции затухания, содержащий последовательно соединенные малошумящий усилитель, регулируемый аттенюатор и корректирующий фильтр, выход которого через видеодетектор соединен с входом видео-усилителя,
при этом корректирующий фильтр имеет амплитудно-частотную характеристику, обратную характеристике затухания протяженного кабельного тракта с ослаблением на нижней частоте диапазона, а с помощью регулируемого аттенюатора устанавливается оптимальный коэффициент передачи высокочастотного тракта, при котором чувствительность Р приемного устройства во всем диапазоне определяется из соотношения (2).
Сущность полезной модели поясняется чертежом структурной схемы широкодиапазонного приемного устройства, содержащего предварительный усилитель 1 высокой частоты (УВЧ), вход которого соединен с приемной антенной 2, а выход посредством протяженного кабельного тракта 3 связан с входом блока 4 преобразования и усиления на видеочастоте, который содержит последовательно соединенные блок 5 коррекции затухания, видеодетектор 6 и видеоусилитель 7, выход которого образует выход приемного устройства. Блок 5 коррекции затухания содержит последовательно соединенные малошумящий усилитель 8 высокой частоты (МШУ), регулируемый аттенюатор 9 и корректирующий фильтр 10.
Устройство работает следующим образом.
Принятые антенной 2 радиосигналы поступают во входное устройство, конструктивно объединенное с антенной, где усиливаются предварительным УВЧ 1, и передаются по протяженному кабельному тракту 3 на вход блока 5 коррекции затухания, где после усиления в МШУ 8 и ослабления регулируемым аттенюатором 9 поступают на вход корректирующего фильтра 10.
Коэффициент усиления УВЧ 1 выбирают достаточным для обеспечения, с учетом компенсации затухания сигналов в кабельном тракте, коэффициента передачи, удовлетворяющего условию
GfGопт в любой точке рабочего диапазона (обычно около 45 дБ).
Однако, поскольку при приеме сигналов в широком диапазоне частот их затухание L в протяженном кабельном тракте существенно различается на верхней и нижней частотах L=(Lвпог-Lнпог )·l, где l - длина кабеля, Lвпог, Лнпог - погонное затухание кабеля на верхней и нижней частоте диапазона, то суммарный коэффициент передачи высокочастотного (ВЧ) тракта от входа УВЧ 1 до входа корректирующего фильтра 10 оказывается в рабочем диапазоне неравномерным на величину L.
Компенсация этой неравномерности осуществляется корректирующим фильтром 10, имеющим амплитудно-частотную характеристику, обратную характеристике затухания кабельного тракта 3. Корректирующий фильтр 10 выполнен в виде фильтра верхних частот с частотой среза, равной верхней частоте рабочего диапазона приемника, и ослаблением на нижней частоте диапазона, равным неравномерности затухания кабельного тракта. Конструктивно фильтр 8 может быть выполнен в виде двух связанных микрополосковых линий, преимущественно, с емкостной связью.
МШУ 8 блока 5 компенсирует внесенные корректирующим фильтром 10 начальные потери, а регулируемый аттенюатор 9, на который подается выходной сигнал МШУ 8, позволяет установить оптимальный коэффициент передачи ВЧ-тракта (Gопт), что обеспечивает по всем диапазоне приемного устройства чувствительность, определяемую соотношением (7), без сокращения динамического диапазона приемного устройства.
С выхода корректирующего фильтра 10 сигнал поступает на видеодетектор 6, а с его выхода - на вход видеоусилителя 7.
В результате компенсации блоком 5 коррекции затухания избыточного над оптимальным значением коэффициента передачи ВЧ-тракта во всем диапазоне обеспечиваются максимальная чувствительность, определяемая коэффициентом шума предварительного УВЧ и эквивалентной полосой шумов УВЧ, без сокращения динамического диапазона приемного устройства.
Кроме этого, введение блока коррекции затухания, устраняющего искажение частотной характеристики широкодиапазонного приемного устройства при наличии протяженных кабельных трактов, позволяет учесть конструктивные особенности объекта-носителя при размещении системы обнаружения радиолокационных сигналов и использовать выносную антенну, не ухудшая технических характеристик системы.
Представленные чертежи и описание позволяют, используя существующую элементную базу, изготовить приемное устройство промышленным способом и использовать в пассивных системах обнаружения радиолокационных сигналов, размещаемых на подводных и надводных судах, что характеризует полезную модель как промышленно применимую.
Список литературы
1. IREE Convention Record. - 1955. - v.V, p.3.
2. DR 2000 Electronic Support receiver. - Jane's Radar and Electronic Warfare Systems 2005-2006.: Janes's Information Group Limited, Sentinel House, 163 Brighton Road, Coulsdon, SurreyCRS 2YH, UK. - 2005., прототип.
Широкодиапазонное приемное устройство, содержащее предварительный усилитель высокой частоты (УВЧ), связанный посредством протяженного кабельного тракта с блоком преобразования и усиления на видеочастоте, отличающееся тем, что на входе блока преобразования и усиления на видеочастоте установлен блок коррекции затухания, содержащий последовательно соединенные малошумящий усилитель, регулируемый аттенюатор и корректирующий фильтр, выход которого через видеодетектор соединен с входом видеоусилителя, при этом корректирующий фильтр имеет амплитудно-частотную характеристику, обратную характеристике затухания протяженного кабельного тракта с ослаблением на нижней частоте диапазона, а с помощью регулируемого аттенюатора устанавливается оптимальный коэффициент передачи высокочастотного тракта, при котором чувствительность Р приемного устройства во всем диапазоне определяется из соотношения
,
где 
,
N - коэффициент шума предварительного УВЧ, ед.,
k - коэффициент Больцмана - 1,38 10-23 эрг/град,
T - абсолютная температура - 293К,
F - полоса пропускания видеоусилителя, Гц,
f - эквивалентная полоса шумов предварительного УВЧ, Гц.
