www.radartutorial.eu www.radartutorial.eu Основи радіолокації

Модулятор

Модулятор радіолокаційного передавача генерує високу напругу для генераторної лампи протягом часу, що дорівнює тривалості зондувального імпульсу. Фактично модулятор вмикає анодну напругу генераторної лампи тільки на час існування зондувального імпульсу. Через це в англомовній літературі його також називають радіолокаційним модулятором типу «keyed on/off» («увімкнення / вимкнення»).

У більшості випадків такий модулятор використовується для керування потужними генераторами коливань, такими як магнетрони. Крім цього, модулятори використовуються також в потужним підсилювачах, оснащених амплітронами, оскільки вони мають приймати високу напругу тільки під час зондувального імпульсу.

Високо-
вольтне
джерело
живлення
Зарядний діод
Зарядний дросель
Формуюча лінія
C1
R1
Тиратрон
Імпульсний трансформатор

Рисунок 1. Принципова схема модулятора радіолокаційного передавача

Високо-
вольтне
джерело
живлення
Зарядний діод
Зарядний дросель
Формуюча лінія
C1
R1
Тиратрон
Імпульсний трансформатор

Рисунок 1. Принципова схема модулятора радіолокаційного передавача

Високо-
вольтне
джерело
живлення
Зарядний діод
Зарядний дросель
Формуюча лінія
C1
R1
Імпульсний трансформатор

Рисунок 1. Принципова схема модулятора радіолокаційного передавача (інтерактивний рисунок)

Зарядний діод Трансформатор розжарення тиратрону Формуюча лінія Тиратрон

Рисунок 2: Блок модулятора радіолокатора П-18
(інтерактивний рисунок)

Модулятор містить в собі накопичувач енергії у вигляді формуючої лінії (див. Рисунок 1), представленої послідовністю з’єднаних паралельно конденсаторів та котушок індуктивності. Ця формуюча лінія заряджається по колу заряджання до подвійної напруги високовольтного джерела живлення завдяки магнітному полю зарядного дроселя. Зарядний дросель також обмежує зарядний струм. Зарядний діод встановлюється для того, щоби після заряджання формуючої лінії вона не розрядилася через внутрішній опір блоку живлення.

Тиратрон працює як електронний перемикач та керується голкоподібним імпульсом. Коло R-C відділяє сітку тиратрона від підсилювача по напрузі постійного струму. Імпульсний трансформатор використовується для регулювання опору під час розряджання.

Рисунок 2: Блок модулятора радіолокатора П-18

Високо-
вольтне
джерело
живлення
Формуюча лінія
Магнітне поле

Рисунок 3: Еквівалентна схема кола заряджання

Високо-
вольтне
джерело
живлення
Формуюча лінія
Магнітне поле

Рисунок 3: Еквівалентна схема кола заряджання

Коло заряджання

Функціонування модулятора в фазі заряджання пояснюється за допомогою еквівалентної схеми, наведеної на Рисунку 3. Графіки напруги в точках кола заряджання наведені на Рисунку 4. Припускається, що в початковому стані коло знеструмлене. Тому на еквівалентній схемі тиратрон показаний у вигляді розімкнутого вимикача.

Після увімкнення (стрибок напруги показаний лінією оливкового кольору на Рисунку 4) струм проходить через зарядний діод, потім через зарядний дросель і заряджає конденсатори формуючої лінії. Індуктивності формуючої лінії тут виконують другорядну функцію. Однак індуктивність зарядного дроселя протидіє пусковому струму своїм великим індуктивним опором та створює сильне магнітне поле. Заряджання конденсаторів відбувається за експоненціальним законом (лінія зеленого кольору). На це накладається протидія індукції зарядного дроселя.

Підвищення напруги під дією магнітного поля
(напруга
увімкнення)
Напруга заряду
конденсатора
(без зарядного дроселя)
Напруга заряду
без зарядного дiода
UC

Рисунок 4: Графіки напруги кола заряджання

 
Підвищення напруги під дією магнітного поля
(напруга
увімкнення)
Напруга заряду
конденсатора
(без зарядного дроселя)
Напруга заряду
без зарядного дiода
UC

Рисунок 4: Графіки напруги кола заряджання

 UC = U0 · (1 - cosωr · t)
ωr2= 1 (1)
LDr · ΣC

Після заряджання конденсаторів до напруги, що подається від джерела живлення, зарядний струм зменшується і магнітне поле в зарядному дроселі також зменшується. Таким чином, наступна індуктивність створює додаткову напругу, яка продовжує заряджати конденсатори до тих пір, поки магнітне поле повністю не зникне. Тепер конденсатори могли б розрядитися через джерело живлення (блакитна лінія), але зарядний діод блокує струм у цьому напрямку і енергія, таким чином, зберігається в конденсаторах.

Коло розряджання
Формуюча лінія
C1
R1
Тиратрон
(запалений,
відкритий)
Імпульсний трансформатор

Рисунок 5: Еквівалентна електрична схема кола розряджання

Формуюча лінія
C1
R1
Тиратрон
(запалений,
відкритий)
Імпульсний трансформатор

Рисунок 5: Еквівалентна електрична схема кола розряджання

Функціонування модулятора в фазі розряджання пояснюється за допомогою еквівалентної схеми, наведеної на Рисунку 5. Графіки напруги в точках кола розряджання наведені на Рисунку 6.

Після заряджання формуючої лінії імпульс запалення подається на тиратрон через коло R-C. Тиратрон запалюється, відкривається і струм розряду проходить через імпульсний трансформатор.

Перший конденсатор починає розряджатися через запалений тиратрон та імпульсний трансформатор. Цей процес мав би відбуватися за експоненціальною функцією, але тепер починає діяти протиіндукція індуктивностей формуючої лінії: він перезаряджається іншими конденсаторами з невеликою затримкою.

Напруга
розряджання
конденсатору
Напруга
розряджання
формуючої лінії
τ

Рисунок 6: Графіки напруги кола розряджання

Напруга
розряджання
конденсатору
Напруга
розряджання
формуючої лінії
τ

Рисунок 6: Графіки напруги кола розряджання

Таким чином, через імпульсний трансформатор протікає струм протягом інтервалу часу τ. У вторинній обмотці виникає імпульс високої напруги, який подається на генераторну лампу, яка, в свою чергу, генерує високочастотні коливання протягом цього ж часу τ. Задній край кривої напруги розряджання відповідає кривій розряджання одного конденсатора формуючої лінії. Зелена крива наруги розряджання відповідає конденсатору з ємністю, що дорівнює сумі ємностей окремих конденсаторів. На практиці перезаряд може відбуватися через індуктивності первинної обмотки імпульсного трансформатора.

Енергія передається найбільш ефективно, коли внутрішній опір формуючої лінії дорівнює внутрішньому опору імпульсного трансформатора. Таким чином, імпульсний трансформатор отримує тільки частину напруги, інша частина падає на внутрішньому опорі формуючої лінії.