Coolelectrics.ru

К первым радиолокационным установкам предъявлялись очень скромные требования. Нужно было только заблаговременно предупредить о появлении противника, помочь  подготовиться к соответствующей его встрече. Решение этой задачи значительно продвинуло вперед технику обнаружения самолетов. Непрерывное совершенствование радиолокационных приборов позволило затем расширить и усложнить возложенные на них обязанности. Появились новые станции самого разнообразного назначения. Вместе с тем совершенствовались и станции дальнего обнаружения, превращаясь в могучее средство обороны. Такая станция ведет круговой обзор и позволяет одновременно определять все три координаты. Для этого прежде всего необходим индикатор кругового обзора. С его помощью оператор ведет наблюдение за воздушной обстановкой во всей зоне действия радиолокатора. Вот на экране появилось изображение цели. Какой-то самолет попал в зону обнаружения.

 

Через некоторое время — второй, затем третий. В разных направлениях, на самых различных расстояниях обнаруживается множество объектов. Вряд ли один или несколько операторов, столпившихся у одного экрана, смогли бы следить за всеми целями, точно и своевременно сообщать об их положении, курсе, скорости.

Поэтому сразу же возникла необходимость в увеличении числа индикаторов. Но нет смысла на каждом из них наблюдать за всей зоной действия. С помощью дополнительных индикаторов лучше всего просматривать по выбору любой узкий сектор. Тогда оператор, выбрав себе цель на общем экране, начинает следить лишь за ней одной.

 

При этом он приобретает возможность пользоваться крупным масштабом, получать более точные сведения, не мешая при этом другим операторам. Так и поступают на практике.

 

Вместе с индикатором кругового обзора пользуются секторными индикаторами. На них умещается лишь часть круга — сектор в несколько десятков градусов, искусственно «растянутый» в своей суженной части до прямоугольной формы. Получается индйкация в координатах дальность — азимут. Развертка дальности осуществляется по вертикали, а по горизонтали отмечаются азимутальные углы в пределах осматриваемого сектора. Если на индикаторе кругового обзора цель обозначалась в виде небольшой светящейся дужки (в зависимости от ширины луча), то на секторном индикаторе в прямоугольных координатах она появится выпрямленной, в виде небольшой черточки. Середина черточки обозначит определяемый азимут, а высота ее — расстояние до цели. Вращая специальный штурвал, можно по желанию оператора рассмотреть на экране любой сектор. Разумеется, такой индикатор «работает» лишь тогда, когда антенна станции, вращаясь, облучает выбранный сектор. В остальное время инерционные качества светящегося слоя, покрывающего экран, сохраняют старые сведения.
Для определения высоты также существуют специальные индикаторы. Вхместо азимута и дальности на них отмечается дальность и высота целей в любом выбранном секторе.

 

Так, с помощью нескольких индикаторов ведется наблюдение за всеми обнаруженными самолетами.
Но достаточно ли обнаружить присутствие самолета в просматриваемой зоне? Повидимому, нет. Ведь неизвестно-, какой это самолет — свой или противника. Для ответа на этот вопрос предназначена система опознавания «свой—чужой». Специальный прибор устанавливается на своих самолетах. Он принимает импульс радиолокационной станции и автоматически отвечает условным сигналом. Этот опознавательный сигнал, наблюдаемый на станции, указывает принадлежность самолета.

 

Точная и беспрерывная информация о местоположении самолетов противника поступает на командный пункт наведения. В воздух поднимаются истребители-перехватчики. Точно следуя передаваемым по радио указаниям, они направляются навстречу обнаруженному врагу.
Перед летчиком небольшой экран специального радиолокатора. В центре — две перекрещивающиеся линии. Все ближе и ближе должен быть неприятельский самолет. Вот, где-то на экране появилась светящаяся точка. Летчик так направляет свой самолет, чтобы точка-цель попала в центр экрана. По мере приближения цели у точки на экране растут искусственные «крылья» — две черточки по бокам. Создается впечатление, что действительно видишь на экране приближающийся самолет. Когда «крылья» достигают заранее известной, отмеченной на экране величины, прицеливание окончено — в это мгновение открывают огонь. Так заканчивается слаженная работа по обнаружению, опознаванию, наведению и, наконец, боевой встрече врага.

На рисунке изображена возможная схема станции. Это — скелетная схема. Она названа так потому, что вместо тысяч самых разнообразных деталей и проводников на ней видны лишь условные обозначения главнейших приборов — блоков, т. е. «скелет» станции. Схема показывает взаимосвязь отдельных блоков.

 

За названиями изображенных на схеме блоков скрываются многочисленные и самые разнообразные электрические явления. Но в каждом из них легко обнаружить одно общее свойство. Это синхронность, т. е. одновременность возникновения электрических процессов в различных блоках. Действительно, вместе с передачей высокочастотного импульса появляется напряжение развертки на трубках индикаторов, начинает вырабатываться очередная партия масштабных отметок. Но как же обеспечивается эта синхронность в работе всех частей радиолокатора? Ответ на этот вопрос может быть только один. Надо сделать один из приборов станции «дирижером». Его сигналы отправляются во все остальные блоки и включают их в работу. На изображенной схеме таким прибором является хронизатор. В нем вырабатываются пусковые импульсы, о которых мы неоднократно упоминали.

 

Пусковые импульсы — это очень слабые «всплески» постоянного напряжения. Какие-нибудь несколько десятков вольт не в состоянии заставить магнетрон вырабатывать энергию высокой частоты.

 

Поэтому пусковые импульсы и не применяются непосредственно для этой цели. Они поступают в модулятор, где управляют образованием мощных импульсов напряжения. Теперь уже тысячи вольт направляются модулятором к передатчику. В магнетроне возникают колебания. Они существуют лишь столько времени, пока в анодной цепи действует импульс модулятора. Колебания высокой частоты как бы заполняют собой импульс модулятора.

 

Дальнейший путь высокочастотной энергии нам известен. По кабелю или волноводу направляется она к антенному переключателю, «зажигает» разрядник и дальше, через антенну, уходит на поиски невидимой цели. Рядом с антенной показан механизм, который приводит ее во вращение. Он управляется оператором станции, связан с приборами, показывающими направление антенны.
Одновременно с модулятором пусковые импульсы поступают и в индикатор. Об их разнообразном применении в этом приборе было сказано в предыдущей главе.

 

Возвратившиеся эхо-сигналы попадают в приемник. В радиолокации используются но существу такие же приемники, как и в радиовещании. Все же их отличает ряд особенностей, связанных с частотой и формой принимаемых сигналов. Такие приемники обладают в сотни раз большей чувствительностью. Это значит, что радиолокатор может улавливать очень слабые сигналы. Мы уже знаем, что только собственный «шум» кладет предел чувствительности приемника.

 

Принятые сигналы очень высокой частоты не удается усиливать непосредственно до необходимой величины. Обычные электронные лампы «отказываются» работать на таких частотах, и поэтому необходимо снизить частоту полученного эхо-сигнала. Эту задачу выполняет преобразователь, который смешивает два колебания — принятое антенной и созданное в приемнике с помощью клистрона. Если клистрон настроен на несколько отличную частоту, то из сложной «смеси» двух колебаний можно извлечь очень полезный сигнал — порцию электрических колебаний той же длительности, что и принятый эхо-сигнал, но значительно более низкой частоты, равной разнице частот двух смешанных колебаний. Новый, преобразованный эхо-сигнал теперь уже нетрудно усилить. Лампа за лампой усиливают его в миллионы раз. Когда величина сигнала делается достаточной, его выпрямляют. Вместо «порции» электрических колебаний получается «порция» постоянного напряжения. Она снова поступает в усилитель и, наконец, в индикатор. Так едва ощутимый импульс сверхвысокой частоты превращается приемником в импульс напряжения, пригодный для управления электронным лучом трубки.

 

Подобная скелетная схема — одна из возможных. В ней указаны лишь самые главные блоки. Существуют и другие схемы. Например, во многих станциях пусковые импульсы вырабатываются не в отдельном блоке, а поступают из модулятора. В зависимости от тактико-технических требований, предъявляемых к станции, количество отдельных блоков может меняться. Иногда возможно значительное упрощение, иногда, наоборот, приходится вводить ряд дополнительных устройств, развивающихся в самостоятельные блоки. Они превращают станцию в большое и сложное сооружение; для его обслуживания нужен опытный и многочисленный персонал.

Группа самолетов-бомбардировщиков летит выполнять важное боевое задание. За бортом воздушного корабля глубокая облачность, непроглядная ночь. Где-то далеко внизу, завернувшись в мрачное покрывало спасительницы-непогоды, расположен небольшой, но важный объект бомбардировки. Как отыскать его? Как отличить его на фоне огромной и единой общей «цели» — поверхности земли? Для этой цели были использованы так называемые панорамные индикаторы. Основание гигантского конуса, в вершине которого находится самолет, сделалось зоной одновременного наблюдения. Летчики получили в свое распоряжение контурную карту, нарисованную электронным лучом на экране радиолокатора.

 

Под фюзеляжем самолета располагается антенна радиолокатора. Ее диаграмма направленности, как лезвие острого ножа, опускается на поверхность земли, вытягиваясь далеко вперед по направлению полета. Только непосредственно под самолетом радиоволны падают на землю вертикально, впереди же волна приходит к земле наклонно. Отражение очень сильно зависит не только от качества поверхности, но и от ее формы. Если поверхность гладкая, то она отражает, как зеркало, если неровная,— то волны рассеиваются во всех направлениях, и наблюдение с помощью радиоволн становится возможным.

 

В тот момент, когда радиолокатор посылает зондирующий импульс, в центре экрана появляется светящееся пятно. Одновременно с импульсом оно начинает двигаться по радиусу, рисует линию. Такая развертка может быть осуществлена, например,, с помощью магнитного поля отклоняющей катушки. Поступающие эхо-сигналы попадают на управляющий электрод трубки и изменяют яркость пятна. Чем сильнее отраженный сигнал, тем ярче пятно. Чем дальше находится цель, тем дальше от центра экрана появится «изображение» этой цели. Так как каждое тело на поверхности земли, «освещенное» радиолокатором, в той или иной степени отражает радиоволны, то электронный луч прочертит линию переменной яркости. Эта линия будет изображать пока узкую полоску земли, вытянувшуюся из-под самолета далеко вперед по курсу.

 

Теперь заставим антенну вращаться. Ножевидный луч будет «освещать» полоску за полоской, меняя азимут; за время одного оборота он облучит все основание гигантского конуса, всю зону обнаружения. Вместе с антенной вращается и отклоняющая катушка. Теперь и светящаяся линия на экране будет менять свое положение вместе с антенной. Изменился азимут — изменился «рисунок». Сделан полный оборот — и рисунок повторяется. Если экран трубки покрыт специальным составом, обладающим необходимой длительностью свечения, то задачу можно считать решенной. На экране появляется радиолокационная карта. Оператор отчетливо «видит» контуры береговой линии, импульсы от кораблей на море, железные дороги, реки, мос*гы, городские постройки и т. д.

 

В центре экрана всегда видно яркое светящееся кольцо —этр «круг высоты». Куда бы ни «смотрела» антенна, уходящие вертикально вниз волны, отражаясь, приносят обратно сигнал о высоте самолета, рисуют круг высоты. Только за пределами этого круга начинается подлинная карта местности.

 

Совершенно очевидно, что чем уже диаграмма направленности, чем короче используемая волна, тем более четкая и подробная карта рисуется электронным лучом на экране.

На передней панели индикатора основное место занимает экран электронно-лучевой трубки. Это баллон воронкообразной формы с длинным горлом. Круглое, широкое дно баллона и служит экраном.

 

В горловине трубки размещается «прожектор». Он состоит из ряда электродов. Как и в других лампах, для получения электронов служит катод, накаливаемый подогревной нитью. Рядом с ним, почти окружая его, расположен управляющий электрод — заряженный отрицательно цилиндр с небольшим отверстием в торцевой стенке (см. рисунок). Отталкиваемые от стенок электроны выходят из отверстия тонким пучком.

 Электронный луч трубки служит своеобразным «карандашом», который вычерчивает на экране получаемые сведения. Значит, необходимо сделать «карандаш» острым и ярким. Для этой цели надо хорошо сфокусировать электронный пучок, придать электронам достаточно большую скорость. Все это и входит в обязанности «прожектора».

 

Вышедший из отверстия управляющего электрода пучок электронов встречает на своем пути аноды. Их может быть, например, два. Первый анод своим высоким положительным зарядом разгоняет электроны. Достаточно узкому лучу, обладающему большой скоростьк}, удается проскочить мимо анода. Далее путь прегражден вторым анодом. Он обычно шире первого-, имеет еще больший положительный заряд. Структура электрического поля между анодами такова, что оно приобретает свойства электронной «линзы», под воздействием которой луч сжимается. Подбирая заряд этого анода,   обычно   регулируют   преломляющее   действие «линзы», фокусируют поток электронов. После второго анода скорость пучка еще более возрастает. Теперь электронный «карандаш» можно считать окончательно сформированным.

Электрически заряженные цилиндры — не единственный способ фокусировки луча. Применяются и электронно-лучевые трубки с магнитными «линзами». Это вполне естественно, если вспомнить, что движущийся электрон становится также носителем магнитного поля. Помещая горловину трубки в катушку, создающую соответствующее магнитное поле, можно добиться хорошей фокусировки. При этом конструкция самой трубки упрощается.

Еще один замечательный прибор современной радиотехники — лампа с бегущей волной. Между ней и клистроном есть много общего. Так же как и там, группирующийся в пучки электронный луч взаимодействует с электромагнитным полем, отдает ему свою энергию. Но только теперь это поле уже не сосредоточено в каком-то определенном месте, оно «бежит» вместе с электронным лучом, окружая его.

Устройство, создающее электронный луч,— такое же, как и в клистроне. Правда, для того чтобы луч не расходился, используют специальную фокусирующую катушку, создающую продольное магнитное поле. Это становится понятным, если учесть, что длина пути луча составляет несколько десятков сантиметров.

 

Набравшие скорость и хорошо сфокусированные электроны поступают в рабочую часть лампы. При этом их скорость достигает приблизительно одной десятой скорости света. Рабочая часть представляет собой своеобразную линию передачи электромагнитной энергии. Это металлическая труба, в центре которой помещена проволочная спираль. Специальное устройство соединяет начало и конец спирали с внешними линиями — подачи и отвода электромагнитной энергии. Обычно лампа с бегущей волной используется для усиления принятых отраженных сигналов. Электромагнитная волна поступает в лампу и направляется вдоль спирали. Действительная скорость распространения волны по спирали равна приблизительно скорости света. Но нас интересует скорость вдоль оси спирали (тот путь, по которому движутся электроны). Эта скорость меньше скорости света во столько раз, во сколько длина одного витка спирали больше расстояния между соседними витками. Правильно сконструировав спираль, можно сделать эту скорость такой же, как и у электронов.

 

Как только электронный поток попадает в рабочую часть лампы, он начинает двигаться одновременно с волной и взаимодействует с ней. Электрическое поле вдоль спирали меняет свою величину и направление. В одних местах оно ускоряет электроны, в других тормозит. Группы с повышенной скоростью уходят вперед, заторможенные — отстают. Образуются движущиеся друг за другом «пакеты». Попрежнему при торможении электроны отдают свою энергию полю, а при ускорении получают ее от поля.

 

Если сделать так, чтобы получаемая электромагнитным полем энергия была больше, чем отдаваемая, то лампа будет усиливать проходящую через нее волну. Для этой цели средняя скорость пучка электронов делается несколько большей, чем скорость волны. Тогда даже ускоренные на одном участке электроны, опережая волну, попадут в соседнее тормозящее поле и отдадут ему свою энергию. В этом случае общее число замедляемых электронов будет больше, чем ускоряемых. Лампа будет усиливать проходящую через нее радиоволну. Таков принцип действия действия лампы с бегущей волной.

 

Лампа с бегущей волной — сравнительно сложный прибор, но она обладает рядом больших преимуществ. Так, например, она в равной степени хорошо пропускает очень большой диапазон частот. Ранее описанные электронные приборы этим качеством не обладали.