УСИЛИТЕЛЬНО-ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬНЫЙ МОДУЛЬ МОНОИМПУЛЬСНОГО ПРИЕМНИКА

July 1, 2012 by admin Комментировать »

Бузлов А. А., Парликов В. И., Сосков Ю. А. ОАО НИЭМИ концерна "ПВО Алмаз-Антей" ул. Верейская 41, Москва 121471, Россия тел.: 095-4489475, факс: 095-4437959

Аннотация В докладе изложены результаты разработки малошумящего усилительно-преобразовательного модуля сантиметрового диапазона для моноимпульсной РЛС. Рассматриваются особенности построения модуля, приведены результаты экспериментальных измерений.

I.    Введение

Современные входные устройства (ВУ) приемных систем моноимпульсных РЛС, которые имеют большой коэффициент усиления (-50 дБ) и к которым предъявляются жесткие требования по электромагнитной совместимости, строятся с двумя преобразованиями частоты. Для обеспечения устойчивости работы ВУ были разбиты на два модуля: модуль СВЧ и модуль ПЧ. В данном докладе рассматривается усилительно-преобразовательный СВЧ модуль, который состоит из устройства защиты, малошумящего усилителя (МШУ), устройства термостабилизации, преобразователя на 1-ю промежуточную частоту Firal и аттенюатора АРУ.

II.  Основная часть

Функциональная схема усилительно-преобразовательного модуля приведена на рис. 1.

Рис. 1. Функциональная схема усилительнопреобразовательного модуля

Fig. 1. Function circuit of modifier-converter module Из антенно-фидерной системы через волноводномикрополосковый переход сигнал поступает на устройство защиты 1 от воздействия мощности передатчика. Это устройство выполнено на pin-диоде 2А547А-

3,    который управляется током детекторного диода 2А125А-6, расположенного через четверть волны после pin-диода. Защитное устройство снижает поступающую на его вход импульсную мощность с 500 мВт до 10 мВт. При входной мощности менее 10 мВт потери устройства защиты не превышают 0,5 дБ.

Далее сигнал поступает на МШУ 2, выполненный на 4-х транзисторах ЗПЭ74А-2. Для обеспечения устойчивости МШУ разбит на две части, между которыми установлен вентиль. Питание транзисторов ЗПЭ74А-2 осуществляется через биполярный транзистор со стабилитроном 2С133Д-1 в цепи затвора. Такая схема питания обеспечивает автоматическую установку и стабилизацию режима работы полевых транзисторов.

Усиленный МШУ сигнал поступает на устройство термостабилизации коэффициента передачи 4. Это устройство состоит из двух включенных через четверть волны pin-диодов. Ток управления на эти диоды подается от источника +19 В через цепочку, содержащую терморезистор СТЗ-17. Затухание устройства термостабилизации при +20°С около 2 дБ. Параметры цепочки выбраны таким образом, чтобы при понижении температуры до -50°С затухание, вносимое pinдиодами, увеличивалось на 2 дБ, при повышении температуры до +65°С затухание уменьшалось на 1 дБ.

Далее расположен шлейфовый фильтр подавления зеркального канала 5, после которого сигнал поступает на балансный смеситель 6. В этом смесителе, выполненном на диодах 2А118АР-6, производится преобразование СВЧ сигнала в сигнал Fn4l (несколько сотен МГц). Смеситель разработан на комбинации микрополосковой (МПЛ) и симметричной и несимметричной щелевых линий передачи (ЩЛ). Кольцевой мост выполнен на несимметричной ЩЛ |1|. Вход сигнала осуществляется через МПЛ, вход гетеродина через симметричную ЩЛ, размещенную на обратной стороне подложки. При этом диоды смесителя возбуждаются сигналом синфазно, а гетеродином противофазно. По постоянному току диоды смесителя включены последовательно, что, во-первых, позволяет выравнивать параметры диодов, а, во-вторых, позволяет использовать для контроля тока диодов только один вывод. На выход смесителя сигнал Fn4l поступает через ФНЧ.

Для исключения "пролаза" сигнала в цепь гетеродина между входом гетеродина и смесителем установлен микрополосковый вентиль 3. Наличие этого вентиля и использование в тракте деления гетеродинов кольцевых мостов и фильтров позволило обеспечить развязку между каналами моноимпульсного приемника более 45 дБ.

Со смесителя 6 сигнал Fn4l поступает на аттенюатор АРУ 7, выполненный на сосредоточенных элементах с использованием pin-диодов 2А541А-6 |2|. Этот аттенюатор обеспечивает изменение коэффициента передачи модуля в пределах 30 дБ при изменении тока управления от 0 до 7,5 мА.

Основные параметры модуля приведены в таблице.

Рабочая полоса частот

5 %

Коэффициент шума, дБ

< 5 дБ

Коэффициент усиления KD, дБ

12±1,5 дБ

Неравномерность Кп в полосе

<1 ДБ

ДКР в диапазоне температур от -50°С до +65° С

±1,5 дБ

Диапазон регулировки АРУ

0 30 дБ

Изменение фазы Кр при регулировке АРУ

2-3°

Максимальный входной сигнал (при сжатии на 1 дБ)

20 мкВт

Питание

+ 19 В, 60 мА -5 В, 15 мА

КСВН по входу/выходу

1,5/2

Рис. 2. Амплитудные характеристики усилительнопреобразовательного модуля

На рис.2 приведены амплитудные характеристики модуля при двух значениях мощности гетеродина (ряд 1 5 мВт, ряд 2-20 мВт).

AMPLIFIER-CONVERTER FOR MONOPULSE RECEIVER

Fig. 2. Amplitude performance of amplifier-converter module

Как видим, насыщение (при сжатии на 1 дБ) происходит при входной мощности около -47 дБ/ Вт (Рвх = 0,02 мВт). При увеличении мощности гетеродина с 5 до 20 мВт, т.е. на 6 дБ, увеличение динамического диапазона составило всего 1 дБ. Это говорит о том, что ограничение происходит в смесителе, но произведенного увеличения мощности гетеродина недостаточно: при коэффициенте усиления МШУ 22 24 дБ мощность сигнала на его выходе будет 3-4 мВт. Как известно, для нормальной работы смесителя мощность гетеродина должна быть на порядок выше мощности сигнала. Таким образом, для получения максимального динамического диапазона мощность гетеродина должна быть порядка 40 мВт.

Конструктивно усилительно-преобразовательный модуль выполнен по гибридно-интегральной технологии и содержит четыре платы из поликора (плата устройства защиты, плата двухкаскадного МШУ с вентилем, плата двухкаскадного МШУ с устройством термостастабилизации, фильтром и смесителем с вентилем на входе гетеродина и плата аттенюатора АРУ).

Корпус модуля титановый, рамочного типа. В верхней части модуля расположена высокочастотная схема, в нижней стабилизаторы напряжения. Верхняя и нижняя крышки завариваются лазерной сваркой с заполнением объема инертным газом. Входы сигнала и гетеродина волноводные сечением 16×8 мм, вывод сигнала Fn4l через разъем типа СРГ50751ФВ.

Габариты модуля 100,4×64,4×36 мм, масса не более 900 г.

I.    Заключение

Разработанный на отечественной элементной базе усилительно-преобразовательный модуль позволил существенно улучшить электрические и эксплуатационные параметры входных устройств моноимпульсной РЛС.

II.   Литература

[1] Гвоздев В. И., Нефедов Е. И. Объемные интегральные схемы СВЧ. — М.: Наука, 1985. — 312 с.

[2] Сосков Ю. А. Исследование характеристик резонансных pin-аттенюаторов на сосредоточенных элементах. В кн.: 12-я Международная Крымская конференция «СВЧ техника и телекоммуникационные технологии». Материалы конференции [Севастополь, 9-13 сентября 2002 г.]. — Севастополь: Вебер, 2002, с. 389-390.

ISBN 966-7968-12-Х, IEEE Cat. Number 02ЕХ570.

BuzlovA. A., ParlikovV. I., SoskovYu. A.

NIEMI public corporation, "PVO Almaz-Antey" Concern 41 Vereyskaya Str., Moscow, Russia, 121471 phone +7 (95) 4489475, fax +7 (95) 4437959

Annotation In this report the results of developing a lownoise microwave amplifier-converter module for monopulse radars are presented. Design features of the module are considered; experimental measurements are listed.

The microwave amplifier-converter module comprises a protective device, a low-noise amplifier, a thermal stabilization device, a 1st intermediate frequency downconverter and an attenuator.

In Fig. 1 a function circuit of the modifier-converter module is shown. From the antenna-feeder system the signal through a waveguide-microstrip adapter enters the protective device 1 which shields it against the transmitter power interference. The protective device reduces the incoming pulse power from 500mWto 10mW. For the input power below 10 mW, losses at the protective device do not exceed 0.5dB.

The signal further enters the low-noise amplifier 2 comprising four ЗПЭ74А-2 transistors. For better stability, the low-noise amplifier is split into two parts with a microstrip ferrite isolator between them.

The amplified signal is fed to the gain thermal stabilization device 4. This device consists of two pin-diodes coupled at the interval of one-fourth of a wavelength. The circuit parameters are chosen in such a way that the attenuation introduced by the pin-diodes increases by 2dB if the temperature drops to -50°C and decreases by 1dB if the temperature rises to +65°C.

A stub filter 5 follows used to suppress an image channel, after which the signal enters the balanced mixer 6. The mixer based on 2A118AP-2 diodes converts the RF-signal into the 1st intermediate frequency (several hundreds of MHz). The 1st IF is fed from the mixer 6 to the AGC attenuator 7 made of lumped elements including 2A541A-6 pin-diodes |2|. The attenuator provides for the module transmission factor variations within 30dB at the control current variations between 0 and 7.5mA.

The principal parameters of the module are presented in the table.

As shown in Fig. 2, the saturation (at a 1dB compression) occurs at the input power of about -47dB/W (Pin=0.02mW). When the heterodyne power increases from 5 to 20mW, i. e. by 6dB, the dynamic range increases only by 1dB. This means that the limitations take place in the mixer; however, the increase in the generated heterodyne power is insufficient: at the 22-24dB LNA gain the signal power at the amplifier output is 3-4mW. It has been known that for mixers to operate normally the heterodyne power should one order of magnitude higher than the signal power. Hence the optimal heterodyne power should be about 40mW.

The amplifier-converter module is manufactured under a hybrid IC technology. Its frame-shaped case is made of titanium. The RF circuit is located at the top and the voltage control circuit at the bottom of the module.

The amplifier-converter module offers significant improvements in the electrical and operational performance of monopulse radar input devices.

Источник: Материалы Международной Крымской конференции «СВЧ-техника и телекоммуникационные технологии», 2003г.

Оставить комментарий

микросхемы мощности Устройство импульсов питания пример приемника провода витков генератора выходе напряжение напряжения нагрузки радоэлектроника работы сигнал сигнала сигналов управления сопротивление усилитель усилителя усиления устройства схема теория транзистора транзисторов частоты