Бузлов А. А., Парліков В. І., Сосков Ю. А. ВАТ НІЕМІ концерну “ППО Алмаз-Антей” вул. Верейський 41, Москва 121471, Росія тел.: 095-4489475, факс: 095-4437959

Анотація У доповіді викладено результати розробки малошумящего підсилювально-перетворювального модуля сантиметрового діапазону для моноимпульсной РЛС. Розглядаються особливості побудови модуля, наведені результати експериментальних вимірювань.

I. Вступ

Сучасні вхідні пристрої (ВУ) приймальних систем моноімпульсних РЛС, які мають великий коефіцієнт посилення (-50 дБ) і до яких висуваються жорсткі вимоги щодо електромагнітної сумісності, будуються з двома перетвореннями частоти. Для забезпечення стійкості роботи ВУ були розбиті на два модулі: модуль НВЧ і модуль ПЧ. В цій доповіді розглядається підсилювально-перетворювальні СВЧ модуль, який складається з пристрою захисту, малошумні підсилювача (МШУ), пристрої термостабілізації, перетворювача на 1-у проміжну частоту Firal і аттенюатора АРУ.

II. Основна частина

Функціональна схема підсилювально-перетворювального модуля наведена на рис. 1.

Рис. 1. Функціональна схема усилительнопреобразовательного модуля

Fig. 1. Function circuit of modifier-converter module З антенно-фідерної системи через волноводномікрополосковий перехід сигнал надходить на пристрій захисту 1 від впливу потужності передавача. Це пристрій виконаний на pin-діод 2А547А-

3, який управляється струмом детекторного діода 2А125А-6, розташованого через чверть хвилі після pin-діода. Захисний пристрій знижує надходить на його вхід імпульсну потужність з 500 мВт до 10 мВт. При вхідної потужності менше 10 мВт втрати пристрої захисту не перевищують 0,5 дБ.

Далі сигнал надходить на МШУ 2, виконаний на 4-х транзисторах ЗПЕ74А-2. Для забезпечення стійкості МШУ розбитий на дві частини, між якими встановлено вентиль. Харчування транзисторів ЗПЕ74А-2 здійснюється через біполярний транзистор з стабілітроном 2С133Д-1 в ланцюзі затвора. Така схема живлення забезпечує автоматичну установку і стабілізацію режиму роботи польових транзисторів.

Посилений МШУ сигнал надходить на пристрій термостабілізації коефіцієнта передачі 4. Цей пристрій складається з двох включених через чверть хвилі pin-діодів. Ток управління на ці діоди подається від джерела +19 В через ланцюжок, що містить терморезистор СТЗ-17. Загасання пристрої термостабилизации при +20 ° С близько 2 дБ. Параметри ланцюжка вибрані таким чином, щоб при зниженні температури до -50 ° С загасання, що вноситься pinдіодамі, збільшувалася на 2 дБ, при підвищенні температури до +65 ° С загасання зменшувалася на 1 дБ.

Далі розташований шлейфові фільтр придушення дзеркального каналу 5, після якого сигнал надходить на балансний змішувач 6. У цьому змішувачі, виконаному на діодах 2А118АР-6, виробляється перетворення СВЧ сигналу в сигнал Fn4l (кілька сотень МГц). Змішувач розроблений на комбінації микрополосковой (МПЛ) і симетричною і несиметричною щілинних ліній передачі (ЩЛ). Кільцевій міст виконаний на несиметричною ЩЛ | 1 |. Вхід сигналу здійснюється через МПЛ, вхід гетеродина через симетричну ЩЛ, розміщену на звороті підкладки. При цьому діоди змішувача порушуються сигналом синфазно, а гетеродином противофазно. За постійному струму діоди змішувача включені послідовно, що, по-перше, дозволяє вирівнювати параметри діодів, а, по-друге, дозволяє використовувати для контролю струму діодів тільки один висновок. На вихід змішувача сигнал Fn4l надходить через ФНЧ.

Для виключення “пролаз” сигналу в ланцюг гетеродина між входом гетеродина і змішувачем встановлено микрополосковой вентиль 3. Наявність цього вентиля і використання в тракті поділу гетеродинів кільцевих мостів і фільтрів дозволило забезпечити розв’язку між каналами моноимпульсной приймача більше 45 дБ.

З змішувача 6 сигнал Fn4l надходить на аттенюатор АРУ 7, виконаний на зосереджених елементах з використанням pin-діодів 2А541А-6 | 2 |. Цей аттенюатор забезпечує зміну коефіцієнта передачі модуля в межах 30 дБ при зміні струму управління від 0 до 7,5 мА.

Основні параметри модуля наведені в таблиці.

Робоча смуга частот

5 %

Коефіцієнт шуму, дБ

<5 дБ

Коефіцієнт посилення KD, ДБ

12 ± 1,5 дБ

Нерівномірність Доп в смузі

<1 ДБ

ДКР в діапазоні температур від -50 ° С до +65 ° С

± 1,5 дБ

Діапазон регулювання АРУ

0 30 дБ

Зміна фази Дор при регулюванні АРУ

2-3°

Максимальний вхідний сигнал (при стисненні на 1 дБ)

20 мкВт

Харчування

+ 19 В, 60 мА -5 В, 15 мА

КСХН по входу / виходу

1,5/2

Рис. 2. Амплітудні характеристики усилительнопреобразовательного модуля

На рис.2 наведено амплітудні характеристики модуля при двох значеннях потужності гетеродина (ряд 1 5 мВт, ряд 2-20 мВт).

AMPLIFIER-CONVERTER FOR MONOPULSE RECEIVER

Fig. 2. Amplitude performance of amplifier-converter module

Як бачимо, насичення (при стисненні на 1 дБ) відбувається при вхідної потужності близько -47 дБ / Вт (Рвх = 0,02 мВт). При збільшенні потужності гетеродина з 5 до 20 мВт, тобто на 6 дБ, збільшення динамічного діапазону склало всього 1 дБ. Це говорить про те, що обмеження відбувається в змішувачі, але виробленого збільшення потужності гетеродина недостатньо: при коефіцієнті посилення МШУ 22 24 дБ потужність сигналу на його виході буде 3-4 мВт. Як відомо, для нормальної роботи змішувача потужність гетеродина повинна бути на порядок вище потужності сигналу. Таким чином, для отримання максимального динамічного діапазону потужність гетеродина повинна бути порядку 40 мВт.

Конструктивно підсилювально-перетворювальні модуль виконаний по гібридно-інтегральної технології і містить чотири плати з Полікор (плата пристрої захисту, плата двокаскадного МШУ з вентилем, плата двокаскадного МШУ з пристроєм термостастабілізаціі, фільтром і змішувачем з вентилем на вході гетеродина і плата аттенюатора АРУ).

Корпус модуля титановий, рамкового типу. У верхній частині модуля розташована високочастотна схема, в нижній стабілізатори напруги. Верхня і нижня кришки заварюються лазерної зварюванням із заповненням обсягу інертним газом. Входи сигналу і гетеродина хвилеводні перетином 16×8 мм, виведення сигналу Fn4l через роз’єм типу СРГ50751ФВ.

Габарити модуля 100,4 x64, 4×36 мм, маса не більше 900 м.

I. Висновок

Розроблений на вітчизняній елементній базі підсилювально-перетворювальні модуль дозволив істотно покращити електричні й експлуатаційні параметри вхідних пристроїв моноимпульсной РЛС.

II. Література

[1] Гвоздьов В. І., Нефедов Е. І. Об’ємні інтегральні схеми СВЧ. – М.: Наука, 1985. – 312 с.

[2] Сосков Ю. А. Дослідження характеристик резонансних pin-атенюаторів на зосереджених елементах. В кн.: 12-я Міжнародна Кримська конференція «СВЧ техніка і телекомунікаційні технології». Матеріали конференції [Севастополь, 9-13 вересня 2002 р.]. – 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 ЗПЕ74А-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.

Джерело: Матеріали Міжнародної Кримської конференції «СВЧ-техніка і телекомунікаційні технології», 2003р.