РЛС на твердотільних пристроях

7. РЛС на твердотільних пристроях

Безперервно, починаючи з перших магнетронівдля використання в радіолокації проводились розробки НВЧ великої потужності, які володіли би високою надійністю та покращеними параметрами. Розробки ґрунтувалися на дослідженнях в області електронно-променевих, плазмових та феритових пристроїв, а також на вивченні об'ємних ефектів у напівпровідникових матеріалах. Генерування великої імпульсної та середньої потужності, необхідних для розв'язку задач радіолокації, було та залишається предметом найбільш значного технічного пошуку в радіоелектроніці.

Навіть для звичайних радіолокаційних систем з середніми параметрами необхідна імпульсна потужність порядку 100 кВт та середня потужність від 50 до 200 Вт. В залежності від призначення РЛС потужність яка потрібна на виході змінюється в самих широких межах, починаючи від малих потужностей невеликих переносних РЛС до величезних потужностей, необхідних для станцій контролю космічного простору та протиракетної оборони.

Базовий варіант твердотільної радіолокаційної системи може бути, в якому один твердотільний НВЧ генератор живить параболічну антену. Такий варіант використовується для малопотужних РЛС, але в більшості задач, які зустрічаються в радіолокації, необхідна імпульсна та середня потужність на один, два або три порядку більше отриманої за допомогою одного напівпровідникового генератора незалежно від його типу. Для отримання необхідної потужності потрібна сумісна робота великої кількості твердотільних генераторів, включених в тому чи іншому поєднанні*.

Для складання потужностей декількох генераторів розробник РЛС використовувати будь-який з двох основний видів їх складання. Генератори можна з'єднувати безпосередньо паралельно, утворюючи твердотільний еквівалент електронно-променевої лампи, або окремі генератори можна розподілити в апертурі ФАР з додаванням потужностей в просторі .

Принципи, покладені в сучасних РЛС, потребують мінімальної модифікації в тому випадку, коли безпосередньо замінити електронно-променеві НВЧ лампи відповідною кількістю твердотільних підсилювачів. Таке рішення представляє великий інтерес для деяких типів радіолокаційного обладнання, а також при модернізації застарілого обладнання для підвищення його надійності. Але з точки зору розробки нового обладнання цей варіант має ряд недоліків та обмежень :

1) з-за значних втрат в пристрої додавання потужностей знижуються ККД та вихідна потужність НВЧ генераторів;

2) вартість пристрою додавання потужності при великій потужності буде складати значну долю від вартості системи в цілому;

3) електронне відхилення променя антени може бути здійснене тільки за допомогою фазообертача великої потужності, 'Що також буде сприяти збільшенню втрат та зменшенню ККД;

4) при живленні антени потужним підсилювачем появляться втрати на розподілення поля в апертурі.

Одначе цей варіант володіє рядом переваг:

1) оскільки потрібний один приймальний пристрій, може бути застосовуватись лазер чи параметричний підсилювач, використання яких в антенній решітці зазвичай неможливо із-за економічних чинників;

2) твердотільні та електронно-променеві генератори можуть бути взаємозамінними для забезпечення резервування та поліпшення параметрів;

3) в випадку антен з механічним скануванням один генератор зручніше.

8. Вибір потужних НВЧ транзисторів

В потужних каскадах передавача з напівпровідникових пристроїв використовуються біполярні та польові транзистори. Біполярні транзистори використовуються від самих низьких частот до 10 ГГц. За потужними параметрами на частотах приблизно до 1,5 ГГц до них наблизились, а за багатьма іншими параметрами і випередили МДП-польові транзистори, а на частотах вище 5...б ГГц більш підходять польові транзистори з бар'єром Шоттки. Останні таку ж величину потужності, як у біполярних транзисторів, забезпечують на частотах приблизно в 3 рази більше. У транзисторів з бар'єром Шоттки верхня робоча частота доходить до 60 ГГц та вище.

Крім біполярних та польових транзисторів в каскадах передавачів використовуються ще ряд напівпровідникових пристроїв, таких як тиристори, діоди Ганна, лавинно-пролітні діоди, варикапи, варактори та тунельні діоди.

Відсутність кола накалу у транзисторів зумовлює їх негайну готовність до роботи. Низькі живлячі напруги різко зменшують надійність системи захисту обслуговуючого персоналу. В передавачах потужністю приблизно до 1 кВт повна заміна ламп транзисторами призводить до зменшення габаритів та маси.

Недоліки транзисторних передавачів перед усім пов'язані з високою вартістю потужних транзисторів із-за надзвичайно важкої технології їх виготовлення. Інші їхні недоліки в порівнянні з лампами визначаються малою потужністю одного транзистору і високою чуттєвістю їх до перевантажень .

В теперішній час вітчизняна промисловість та зарубіжні фірми випускають потужні генераторні транзистори як широкого використання, так і вузькоспеціалізовані. Це в першу чергу визначає діапазон робочих частот, який для перших і головним чином для других жорстко пов'язаних з їх призначенням.

Польові транзистори випускаються з затвором на основі p-n-переходу, з ізольованим затвором (МДП-транзистори) та з бар'єром Шоттки (ПТШ). Спочатку розглянемо МДП-транзистори, що забезпечують в порівнянні з першими набагато більші потужності, що генеруються. Польові МДП-транзистори вигідно відрізняються від біполярних завдяки ряду переваг. До перших з них можна віднести менший вплив температури на їх властивості внаслідок від'ємного температурного коефіцієнту струму стоку, а також відсутність вторинного пробою. Це значно підвищує їх експлуатаційну надійність, і зокрема дозволяє включати більшу кількість транзисторів паралельно. До переваг МДП-транзисторів можна віднести значно менший час включання та виключання, відсутність або значне послаблення процесів накопичування заряду, які визначають інерційну нелінійність транзисторів .

В польових транзисторах з бар'єром Шоттки інерційність процесів на один-два порядки менше, ніж у польових транзисторів з р-п-переходом та МДП-транзисторів. Крім того технологія виготовлення бар'єра Шоттки дозволяє зменшувати міжелектродні проміжки аж до субмікронних розмірів .

Висновки

На сучасному етапі розвитку науково-технічної думки вчені, які працюють в галузі промисловості, що займається розробками радіоелектронних пристроїв для комплексів та систем протиповітряної оборони, розробили потужні НВЧ-транзистори на основі яких стало можливим побудувати радіопередавальні пристрої якісно нового покоління. Ці радіопередавальні пристрої відповідають сучасним тактико-технічним характеристикам радіолокаційних станцій виявлення цілей, їх супроводження та наведення.

Як ми побачили, існує велика кількість різноманітних способів побудування багатоканальних передавальних пристроїв, що відповідають вимогам до передавальних систем РЛС. Кількість каскадів впливає на параметри та характеристики РПП за відомими законами.