Báo cáo Hoàn thiện công nghệ thiết kế, chế tạo bộ khuếch đại siêu cao tần tạp thấp

bộ khoa học và công nghệ Dự án sản xuất thử nghiệm độc lập cấp nhà n−ớc trung tâm khoa học kỹ thuật và công nghệ quân sự Báo cáo khoa học tổng kết dự án sản xuất thử nghiệm Hoàn thiện công nghệ thiết kế, chế tạo bộ khuếch đại siêu cao tần tạp thấp (Đ∙ sửa chữa theo kết luận của HĐ nghiệm thu cơ sở ngày 13.07.2006) 6242 Hà Nội 07. 2006 bộ khoa học & công nghệ bộ quốc phòng dự án sản xuất thử nghiệm độc lập cấp nhà n−ớc trung tâm khoa học kỹ thuật và công nghệ quân sự Báo cáo khoa học tổng kết dự án Hoàn thiện công nghệ thiết kế, chế tạo bộ khuếch đại siêu cao tần tạp thấp Cơ quan chủ quản dự án: Bộ Khoa học và Công nghệ Cơ quan chủ trì dự án: Trung Tâm KHKT&CNQS/BQP Đơn vị thực hiện dự án: Viện Rađa/Trung Tâm KHKT&CNQS Chủ nhiệm dự án: TS. NCVC. Trần Văn Hùng Các đơn vị hợp tác chính: 1. Quân chủng PK-KQ: Phòng Rađa/CụcKT; E291/F371; E927/F371. 2. Tr−ờng đại học Bách Khoa Hà Nội. 07. 2006 Lời nói đầu Năm 1980 đ−ợc sự giúp đỡ của một Việt kiều tại Cộng hoà Pháp, Viện Kỹ thuật Quân sự đã triển khai thực hiện đề tài cấp Viện: “Nghiên cứu thiết kế chế tạo và áp dụng thử bộ khuếch đại siêu cao tần tạp âm thấp vào tuyến thu rađa dải sóng 10 cm” và đã đ−ợc đánh giá nghiệm thu xuất xắc, nh−ng đề tài không đ−ợc tiếp tục phát triển do lúc đó chúng ta gặp rất nhiều khó khăn về nguồn vật t− linh kiện và kinh phí đảm bảo. Năm 1992 Viện Kỹ thuật Quân sự phối hợp với Viện Kỹ thuật Phòng không thực hiện đề tài cấp Bộ Quốc phòng: “Nghiên cứu chế tạo thay thế khối, phân khối, cụm chi tiết hay hỏng hóc trong khí tài phòng không bằng linh kiện và công nghệ mới”, trong đó việc nghiên cứu chế tạo và áp dụng bộ khuếch đại siêu cao tần bằng bán dẫn tr−ờng có nội tạp nhỏ vào tuyến thu của đài rađa cảnh giới dẫn đ−ờng làm việc ở dải sóng 10 cm đã đ−ợc đánh giá tốt và có chỉ lệnh cho mở đề tài áp dụng thử. Năm 1997 Viện Kỹ thuật Quân sự tham gia dự án cải tiến đài rađa cảnh giới dẫn đ−ờng Π37 (làm việc ở dải sóng 10cm) của Quân chủng Phòng không tại Nhà máy Quốc phòng A29 với nội dung: cải tiến tuyến thu cao tần, trong đó đèn khuếch đại siêu cao tần YB99 đ−ợc thay thế bằng bộ khuếch đại siêu cao tần bán dẫn tr−ờng tạp thấp. Tuy kết quả đạt đ−ợc có nhiều khả quan (nghiệm thu đ−ợc ba bộ trên tổng số năm bộ), song vẫn còn nhiều điểm tồn tại nh−: độ nhạy máy thu không đồng đều ở các kênh; khó đảm bảo độ nhạy của kênh thu làm việc ở phía tần số cao; độ bền của bộ khuếch đại (khả năng chịu đựng mức công suất lớn ở đầu vào máy thu) không cao; độ tin cậy làm việc thấp… Nguyên nhân chính của những tồn tại đó là do: Việc nghiên cứu tính toán thiết kế ch−a hợp lý, khi thiết kế ch−a thực sự bám sát các yêu cầu tổng thể về chỉ tiêu kỹ thuật và tình trạng hoạt động thực tế của đài rađa Π37; Công nghệ chế tạo còn đơn giản và mang tính chất thủ công; Chất l−ợng vật t− linh kiện không đảm bảo; Trình độ và kinh nghiệm thực tế của đội ngũ cán bộ tham gia thực hiện ch−a cao; Sự xuống cấp của khí tài do thời gian khai thác sử dụng dài dẫn đến sự biến đổi các tham số kỹ thuật một cách khó kiểm soát đ−ợc… Trên cơ sở kết quả đã đạt đ−ợc của các đề tài nghiên cứu và các dự án cải tiến rađa, tr−ớc những yêu cầu cấp bách về vật t− thay thế của các loại khí tài rađa, năm 2001 Thủ tr−ởng Bộ Quốc Phòng đã giao cho Phân viện Rađa (Viện Rađa ngày nay) chủ trì thực hiện Dự án sản xuất thử nghiệm cấp Nhà n−ớc “Hoàn thiện công nghệ thiết kế, chế tạo bộ khuếch đại siêu cao tần tạp thấp”. Ngày 15 tháng 1 năm 2002 Bộ tr−ởng Bộ KHCNMT (nay là Bộ KH-CN) ra quyết định số 49/QĐ-BKHCNMT phê duyệt Dự án và Dự án đ−ợc triển khai thực hiện thông qua Hợp đồng nghiên cứu khoa học và phát triển công nghệ số 01/2002/HĐ-DAĐL ngày 24.1.2002 giữa Bộ Khoa học, Công nghệ và Môi tr−ờng; Bộ Quốc Phòng và Trung tâm KHKT&CNQS. Mục tiêu của Dự án là: Hoàn thiện quy trình công nghệ chế tạo bộ khuếch đại siêu cao tần tạp thấp cho rađa cảnh giới dẫn đ−ờng Π37 làm việc ở dải sóng 10 cm và tiến tới thực hiện thiết kế chế tạo các bộ khuếch đại cao tần cho các đài rađa làm việc ở các dải sóng khác để chủ động nguồn vật t− thay thế, đảm bảo khả năng chiến đấu của các loại khí tài rađa trong quân đội ta hiện nay. Dự án này đã tập trung giải quyết các vấn đề cơ bản sau: - Khảo sát và đánh giá chính xác tình trạng kỹ thuật thực tế tuyến siêu cao tần của các đài rađaΠ37, trên cơ sở đó xác định lại chỉ tiêu kỹ thuật của bộ khuếch đại cao tần tạp thấp cho phù hợp. - Xác định và xây dựng quy trình tính toán thiết kế bộ khuếch đại cao tần tạp thấp cho rađa Π37 (bao gồm hai phần: mạch bảo vệ và mạch khuếch đại siêu cao tần tạp thấp) trên cơ sở nghiên cứu ứng dụng công nghệ và linh kiện mới. - Sản xuất 10 bộ khuếch đại siêu cao tần theo quy trình tính toán thiết kế đã xác định, lắp đặt sản phẩm vào rađa Π37 để chiến đấu thử nghiệm. - Tổ chức đánh giá kết quả thử nghiệm, trên cơ sở đó đ−a ra các kết luận và kiến nghị để có thể tiến hành triển khai sản xuất và đ−a sản phẩm vào trang bị. Báo cáo khoa học này trình bày các phần cơ bản nh− sau: Phần một: Khảo sát đánh giá tình trạng thực tuyến cao tần rađa Π37 Phần hai: Xây dựng chỉ tiêu kỹ thuật cho KĐCT tạp thấp ứng dụng ở rađa Π37 Phần ba: Cơ sở lý thuyết để tính toán thiết kế bộ KĐCT tạp thấp Phần bốn: Thiết kế, chế tạo bộ KĐCT tạp thấp ứng dụng trong rađa Π37 Phần năm: Xây dựng quy trình thiết kế, chế tạo, kiểm tra, lắp đặt bộ KĐCT Trong suốt quá trình thực hiện, dự án luôn nhận đ−ợc sự quan tâm ủng hộ nhiệt tình và có hiệu quả của các ngành, các cấp của Bộ KH-CN; Bộ QP; các đơn vị phối hợp và các đồng nghiệp. Điều đó đã tạo điều kiện rất thuận lợi cho sự thành công của dự án. Nhóm thực hiện dự án - Viện Rađa xin chân thành cảm ơn tất cả những sự ủng hộ đó! Mục lục Phần 1 Khảo sát và đánh giá thực trạng tuyến siêu cao tần đài rađa Π37 Trang 3 1.1 Những vấn đề chung 3 1.1.1 Hệ thống phát 3 1.1.2 Hệ thống thu 4 1.1.3 Thiết bị chuyển mạch anten 5 1.2 Đánh giá thực trạng tuyến siêu cao tần rađa Π37 8 1.2.1 Tổng quan 8 1.2.2 Kết quả khảo sát thực tế 11 1.2.2.1 Khảo sát công suất lọt từ máy phát sang máy thu 11 1.2.2.2 Khảo sát điều kiện và môi tr−ờng làm việc 15 1.2.2.3 Khảo sát tần suất hỏng của đèn khuếch đại cao tần YB394 16 1.3 Kết luận phần một 17 Phần 2 Xây dựng chỉ tiêu kỹ thuật bộ Kđct tạp thấp ứng dụng trong tuyến thu đài rađa Π37 18 2.1 Yêu cầu chung đối với sản phẩm của Dự án 18 2.2 Xây dựng sơ đồ khối của bộ KĐCT tạp âm thấp 19 2.3 Chỉ tiêu kỹ thuật của bộ KĐCT tạp âm thấp 19 2.4 Kết luận phần hai 20 Phần 3 Cơ sở lý thuyết để tính toán thiết kế bộ KĐCT tạp âm thấp 21 3.1 Đ−ờng truyền siêu cao tần 21 3.1.1 Khái niệm cơ bản về đ−ờng truyền 21 3.1.2 Mô hình vật lý và các tham số sơ cấp 22 3.1.3 Ph−ơng trình truyền sóng 23 3.1.4 Sự phản xạ sóng trên đ−ờng truyền, hệ số phản xạ 25 3.1.5 Đ−ờng truyền vi dải 31 3.1.5.1 Cấu trúc hình học của đ−ờng truyền vi dải 31 3.1.5.2 Những tham số cơ bản của đ−ờng truyền vi dải 32 3.1.5.3 Các tổn hao trong đ−ờng truyền vi dải 33 3.1.5.4 Các đặc tính và yêu cầu đối với vật liệu làm mạch dải 33 3.2 Ma trận tán xạ 33 3.2.1 Lý thuyết mạng hai cổng 34 3.2.2 Tham số tán xạ 34 3.2.3 Các tính chất của tham số tán xạ 37 3.2.4 Đồ thị dòng tín hiệu 38 3.2.5 Tham số của mạng hai cổng 40 3.3 Gản đồ Smith 44 3.3.1 Cơ sở xây dựng 44 3.2.2 Tính toán phối hợp trở kháng bằng giản đồ Smith 45 3.4 Khảo sát thiết kế bộ khuếch đại đại cao tần 47 3.4.1 Sơ đồ chức năng của bộ khuếch đại cao tần 47 3.4.2 Khảo sát sự ổn định của mạch KĐCT 48 3.4.3 Phối hợp trở kháng đầu vào và đầu ra của mạch KĐCT 57 3.4.4 Hệ số khuếch đại khi phối hợp trở kháng hoàn toàn 60 3.4.5 Tính toán bộ KĐCT với giá trị khuếch đại cho tr−ớc 62 3.4.6 Tính toán bộ KĐCT với hệ số tạp tối −u 64 3.4.7 Tính toán bộ KĐCT có nhiều tầng khuếch đại 67 3.5 Khảo sát thiết kế bộ hạn chế công suất cao tần 68 3.5.1 Những vấn đề chung 68 3.5.2 Một số mạch hạn chế công suất cao tần kiểu thụ động 70 3.5.2.1 Cấu trúc của điốt pin 70 3.5.2.2 ứng dụng của điốt pin ở một số mạch HCCS cao tần 72 3.6 Kết luận phần ba 85 Phần 4 Tính toán thiết kế và chế tạo bộ Kđct tạp thấp ứng dụng trong tuyến thu đài rađa Π37 86 4.1 Tính toán thiết kế và chế tạo bộ KĐCT tạp thấp 86 4.1.1 Tính toán thiết kế bộ KĐCT tạp thấp 86 4.1.1.1 Xác định chỉ tiêu kỹ thuật của bộ KĐCT 86 4.1.1.2 Chọn sơ đồ khối cho mạch KĐCT 86 4.1.1.3 Chọn linh kiện transistor cho mạch KĐCT 87 4.1.1.4 Tính toán thiết kế mạch KĐCT 89 4.1.1.4.1 Tính toán số tầng khuếch đại 89 4.1.1.4.2 Tính toán tầng đầu vào 91 4.1.1.4.3 Tính toán tầng đầu ra 101 4.1.1.4.4 Tính toán đ−ờng truyền trở kháng 50Ω trên mạch dải CT 104 4.1.1.4.5 Tính toán kích th−ớc hộp của bộ KĐCT 105 4.1.1.5 Xây dựng sơ đồ nguyên lý của mạch KĐCT 106 4.1.1.6 Xây dựng bản vẽ thiết kế của bộ KĐCT 106 4.1.2 Chế tạo bộ KĐCT tạp thấp 107 4.1.2.1 Gia công mạch dải CT 107 4.1.2.2 Cấy dán và hàn linh kiện 107 4.1.2.3 Gia công cơ khí 108 4.1.2.4 Lắp ráp bộ KĐCT tạp thấp 109 4.1.3 Kiểm tra đánh giá tham số kỹ thuật của bộ KĐCT tạp thấp 109 4.1.3.1 Đo đặc tuyến biên độ tần số của bộ KĐCT tạp thấp bằng máy đo tổng hợp siêu cao tần MARCONI 6200B 109 4.1.3.2 Đo hệ số khuếch đại của bộ KĐCT tạp thấp bằng máy phát tín hiệu chuẩn Γ4-80 110 4.2 Tính toán thiết kế và chế tạo bộ hạn chế công suất cao tần 111 4.2.1 Tính toán thiết kế bộ HCCS cao tần 111 4.2.1.1 Xác định chỉ tiêu kỹ thuật của bộ HCCS cao tần 111 4.2.1.2 Xác định sơ đồ chức năng của mạch HCCS cao tần 112 4.2.1.3 Chọn vật t− linh kiện cho mạch HCCS cao tần 113 4.2.1.4 Tính toán thiết kế mạch HCCS cao tần 115 4.2.1.4.1 Tính toán số tầng hạn chế 116 4.2.1.4.2 Tính toán đ−ờng truyền trở kháng 50Ω và các tham số phối hợp trên mạch dải cao tần 118 4.2.1.4.3 Tính toán kích th−ớc hộp của bộ HCCS cao tần 119 4.2.1.5 Xây dựng sơ đồ nguyên lý mạch HCCS cao tần 119 4.2.1.6 Xây dựng bản vẽ thiết kế của bộ HCCS cao tần 120 4.2.2 Chế tạo bộ HCCS cao tần 121 4.2.2.1 Gia công mạch dải cao tần 121 4.2.2.2 Cấy dán và hàn linh kiện 121 4.2.2.3 Gia công cơ khí 121 4.2.2.4 Lắp ráp bộ HCCS cao tần 122 4.2.3 Kiểm tra đánh giá tham số kỹ thuật của bộ HCCS cao tần 122 4.2.3.1 Đánh giá tổn hao thông qua của bộ HCCS cao tần ở trong phòng thí nghiệm 122 4.2.3.2 Đánh giá khả năng làm việc của bộ HCCS trên đài rađa Π37 125 4.3 Ghép nối hệ thống và thử nghiệm tổng thể sản phẩm 127 4.3.1 Ghép nối hệ thống 127 4.3.2 Đánh giá tham số kỹ thuật và thử nghiệm tổng thể sản phẩm 129 4.3.2.1 Đánh giá TSKT của sản phẩm ở trong phòng thí nghiệm 129 4.3.2.2 Đánh giá độ nhạy máy thu rađa Π37 với bộ KĐCT tạp thấp 129 4.3.3 Chạy thử nghiệm thực tế sản phẩm trên các đài rađa Π37 134 Phần 5 Xây dựng quy trình thiết kế và chế tạo bộ Kđct tạp thấp ứng dụng trong tuyến thu đài rađa Π37 135 5.1 Xây dựng quy trình thiết kế 135 5.1.1 Quy trình thiết kế bộ HCCS cao tần 135 5.1.2 Quy trình thiết kế bộ KĐCT tạp thấp 137 5.2 Xây dựng quy trình chế tạo sản phẩm 140 5.3 Xây dựng quy trình kiểm tra hiệu chỉnh sản phẩm 142 5.3.1 Quy trình kiểm tra hiệu chỉnh sản phẩm ở phòng thí nghiệm 142 5.3.2 Quy trình kiểm tra sản phẩm trên đài rađa Π37 145 5.4 Xây dựng quy trình lắp đặt sản phẩm vào đài rađa Π37 148 Phần 6 Kết luận và kiến nghị 150 Tài liệu tham khảo 152 kí hiệu và các chữ viết tắt CS Công suất CT Cao tần HCCS Hạn chế công suất KĐ Khuếch đại KĐCT Khuếch đại cao tần LNA (Low Noise Amplifier) Khuếch đại tạp âm thấp MAG (Maximum Available Gain) Hệ số khuếch đại hiệu dụng lớn nhất PPL (Passive Power Limiter) Hạn chế công suất thụ động RL (Return Loss) Tổn hao trở về VSWR Hệ số sóng đứng 3 Phần Một khảo sát và đánh giá thực trạng tuyến siêu cao tần đài rađa cảnh giới dẫn đ−ờng Π37 1.1. Những vấn đề chung. Rađa Π37 làm việc ở dải sóng 10 cm, nó đảm bảo nhiệm vụ phát hiện, xác định toạ độ mục tiêu và thực hiện dẫn đ−ờng cho không quân, vì thế nó có vị trí đặc biệt quan trọng trong mạng cảnh giới phòng không của chúng ta hiện nay. Các đài Π37 của Liên Xô cũ giúp ta đều đ−ợc sản xuất từ những năm 70 của thế kỉ tr−ớc và có các thế hệ khác nhau, các thế hệ hệ này khác nhau ở mức độ cải tiến một số hệ thống trong đài (chủ yếu cải tiến ở các hệ thống thu, phát và chống nhiễu), ở Việt Nam hiện đang có các thế hệ: Π37-1; Π37M2; Π37M3. Theo thống kê, hiện nay chúng ta có khoảng 22 bộ đài rađa Π37 trong đó 18% số đài có chất l−ợng cấp hai, 77% số đài có chất luợng cấp ba và 5% số đài có chất l−ợng cấp năm (cấp năm là cấp có chất l−ợng kém nhất). Có thể thấy hầu hết các đài rađa Π37 của ta đã xuống cấp do quá thời gian khai thác sử dụng. Trong những năm qua, để đảm bảo chiến đấu cho rađa Π37 chúng ta đã th−ờng xuyên (định kỳ và đột xuất) tiến hành sửa chữa hiệu chỉnh, tuy nhiên chất l−ợng sản phẩm sau sửa chữa ch−a cao, một trong những nguyên nhân chính ảnh h−ởng đến chất l−ợng sửa chữa là thiếu vật t− thay thế, đặc biệt là các chủng loại vật t− của tuyến siêu cao tần. Tuyến siêu cao tần của rađa Π37 bao gồm các thành phần: thu cao tần, phát cao tần và hệ thống anten-đ−ờng truyền. Đặc điểm kỹ thuật cơ bản của một số thành phần trong tuyến siêu cao tần này là: 1.1.1. Hệ thống phát. Máy phát tạo ra các xung năng l−ợng siêu cao tần qua hệ thống anten đ−ờng truyền bức xạ vào không gian. Thành phần của hệ thống gồm: - Bộ chỉnh l−u cao áp BBC điện áp +(6 -7)KV dòng tải 300 mA . - Cuộn cảm nạp cho phép nhận đ−ợc trên cuộn trữ năng điện áp +(12ữ14) KV-lớn gấp đôi điện áp nguồn vào do khối BBC tạo ra. - Điốt ghim để cố định điện áp một chiều trên dây dài giả khi thay đổi tần số lặp lại của xung kích. 4 - Cuộn trữ năng Y2 tạo xung dạng hình thang biên độ khoảng 16KV, trở kháng sóng 24Ω. Số l−ợng mắt nạp là 8 ( tuỳ theo chế độ kích mà ta sử dụng 5 hay 8 mắt). - Khoá cao tần cao áp chân không BB-20 để chuyển mạch các mắt của dây trữ năng khi thay đổi các chế độ làm việc (thay đổi chế độ kích phát). - Biến áp xung Y5 để phối hợp trở kháng của đèn magnhetrôn với trở kháng sóng của dây trữ năng và tăng điện áp xung đ−a đến catốt đèn magnhetrôn. - Đèn phát magnhetrôn МИ29 và hệ thống nam châm vĩnh cửu là nguồn tạo ra các dao động siêu cao tần công suất lớn để đ−a lên anten. - Công tắc phóng điện dùng đèn khí hyđrô loại ТГИ- 400/16 chịu đ−ợc điện áp cao, dòng lớn, nội trở nhỏ và có đặc tính điểm hoả d−ơng . - Khoá điều khiển (điốt có điều khiển T50) đựơc mở nhờ xung của bộ so sánh, khi khoá mở thì không còn dao động trong mạch nạp. - Các mạch đièu khiển, kiểm tra và bảo vệ để bảo vệ hệ thống phát khỏi các sự cố bất th−ờng nh− đánh lửa, quá tải, quạt mát hỏng, nguồn sai pha… Các chỉ tiêu kỹ thuật cơ bản của hệ thống: - Số l−ợng kênh phát: 5 (mỗi kênh làm việc ở 1 tần số cố định trong dải sóng 10cm). - Công suất trung bình của mỗi kênh phát: ≥ 700 W. - Công suất xung của mỗi kênh phát: ≥700 KW . - Độ rộng xung phát: (2,5 ữ 2,9)às ở chế độ “Kích th−a” 1 và “Kích th−a” 2. - Độ rộng xung phát: (1,4 ữ2,0)às ở chế độ “Kích mau” 1 và “Kích mau” 2. - Tần số lặp lại của xung phát: 375Hz với chế độ “kích th−a” 1; 330 Hz với chế độ “kích th−a” 2; 750 Hz ở chế độ “kích mau” 1 và “kích mau” 2. 1.1.2. Hệ thống thu. Hệ thống thu rađa Π37 đ−ợc thiết kế theo sơ đồ máy thu ngoại sai một lần trộn tần có mạch tự động điều chỉnh tần số của bộ dao động ngoại sai. Thành phần chính của máy thu gồm: - Bộ chuyển đổi từ ống sóng chữ nhật kích th−ớc (34x72)mm sang cáp đồng trục 50Ω để ghép chuyển mạch anten với đầu vào máy thu - ВПС. - Bộ khuyếch đại cao tần dùng đèn sóng chạy УВ-99 hoặc bán dẫn УВ-394. - Bộ dao động ngoại sai СГ- 01. - Bộ chia công suất của bộ dao động ngoại sai ДM-01. 5 - Bộ trộn kênh tín hiệu và chọn lọc tần số ВСС. - Bộ trộn tần kênh tự động điều chỉnh tần số dao động ngoại sai. - Bộ khuếch đại trung tần kênh biên độ và khuếch đại trung tần kênh t−ơng can. - Bộ trộn tín hiệu kênh biên độ và bộ trộn tín hiệu kênh t−ơng can. Các chỉ tiêu kỹ thuật cơ bản của hệ thống: - Số l−ợng kênh thu: 05 - Hệ số tạp của mỗi kênh thu: ≤ 6,5 dB - Độ nhạy của mỗi máy thu: ≥ 105dBm (đối với cả hai loại đèn khuếch đại cao tần YB99 và YB394). 1.1.3. Thiết bị chuyển mạch anten. Chuyển mạch anten để truyền năng l−ợng siêu cao tần công suất lớn từ máy phát đến anten và sóng phản xạ từ mục tiêu về máy thu với độ tổn hao nhỏ nhất. Ngoài ra, thiết bị chuyển mạch anten còn phải đảm bảo ngăn công suất cao tần từ đ−ờng phát lọt sang đ−ờng thu (độ cách ly phát-thu) và ngăn tín hiệu phản xạ từ mục tiêu vào phía máy phát (độ định h−ớng). Trong rađa Π37, chuyển mạch anten thực hiện theo nguyên lý khoá chuyển mạch rẽ nhánh (hình 1.1), ở đây, đèn chứa khí phóng điện bảo vệ máy thu đặt ở nhánh thu và mắc nối tiếp đèn chứa khí phóng điện (đèn nối thông) ở phía nhánh phát. Để tránh ảnh h−ởng của kênh thu đến sự làm việc của kênh phát và của kênh phát đến kênh thu thì phải đặt chính xác đèn phóng điện bảo vệ máy thu và đèn phóng điện thông mạch đ−ờng phát đến nhánh rẽ ra anten với các đoạn t−ơng ứng λ/4 và λ/2. Khi máy phát phát xung cả hai đèn đều làm việc và chúng có điện trở rất nhỏ gần bằng điện trở ngắn mạch, xung máy phát đi vào anten và đ−ờng vào máy thu bị ngắn mạch bởi đèn phóng điện bảo vệ máy thu, khi đó đoạn một phần t− b−ớc sóng đóng vai trò chính. Khi kết thúc xung phát, đèn phóng điện nối thông đ−ờng phát bị hở, nên điện trở của nó rất lớn và khi di chuyển về nhánh anten bằng đoạn một phần hai b−ớc sóng sẽ tạo ra trở kháng rất lớn nhìn từ anten về máy phát, điều đó sẽ tạo sự ngăn cách lớn không cho tín hiệu vào máy phát. Chuyển mạch anten của rađa Π37 thực hiện trên ống sóng chữ nhật kích th−ớc (34x72)mm, ghép năng l−ợng ở thành hẹp ống sóng cho đèn phóng điện nối thông máy phát và ở thành rộng ống sóng cho đèn phóng điện bảo vệ máy thu. Ghép ở thành hẹp ống sóng có khả năng tổn hao nhỏ khi phát và ngăn cách lớn khi thu, ghép 6 ở thành rộng ống sóng có khả năng tổn hao nhỏ khi thu và ngăn cách lớn khi phát. Anten λ/4 λ/2 Hình 1.1. Sơ đồ chuyển mạch anten loại rẽ nhánh. Đèn phóng điện nối thông máy phát dùng loại PP-7 chung cho cả năm kênh phát, hộp cộng h−ởng cho PP-7 dạng hình xuyến. Hộp hình xuyến kết hợp với hai cực phễu của PP-7 tạo ra hộp cộng h−ởng, điều chỉnh cộng h−ởng bằng thay đổi khoảng cách khe giữa hai cực phễu của PP-7. Đèn phóng điện bảo vệ máy thu có dạng một đoạn ống sóng chữ nhật chiều dài bằng λ/4, hai đầu bịt bằng hai vách cộng h−ởng. Do hộp cộng h−ởng có hệ số phẩm chất cao, dải tần sẽ hẹp nên phải dùng bốn loại đèn có kích th−ớc khác nhau cho năm kênh thu (PP-2 ở kênh 1,3; PP-3 ở kênh 5; PP-4 ở kênh 2 và PP-20 ở kênh 4). Sơ đồ t−ơng đ−ơng chuyển mạch anten d−ới dạng dây song hành ở hình 1.2. Tới anten c Khuếch đại cao tần c λ/2 λ/4 a b a b λ/4 Từ máy phát Hình 1.2. Sơ đồ t−ơng đ−ơng của chuyển mạch anten rađa Π-37 Máy thu Máy phát 7 Trong sơ đồ hình 1.2, đèn phóng điện PP-7 cùng với hộp cộng h−ởng của nó t−ơng đ−ơng nh− mạch cộng h−ởng song song nối vào điểm aa ghép với ống sóng chính ở thành hẹp qua đoạn một phần t− b−ớc sóng điểm bb. Khung cộng h−ởng này có độ phẩm chất rất cao nên khi cộng h−ởng (ở trạng thái không đánh lửa) có trở kháng rất lớn, khi mất cộng h−ởng (khi phóng điện) có trở kháng rất nhỏ. Sử dụng tính chất thay đổi trở kháng rất lớn này để làm bộ thông mạch và hở mạch đ−ờng phát của chuyển mạch anten. Sơ đồ t−ơng đ−ơng này chỉ thực hiện với mốt sóng truyền là H10. Điểm cc nối ở thành rộng ống sóng vẽ sơ đồ t−ơng đ−ơng của đèn phóng điện bảo vệ máy thu, ở đây nó t−ơng đ−ơng với đoạn ống sóng có chiều dài bằng một phần t− b−ớc sóng ngắn mạch đầu cuối khi phát và hở mạch khi thu. ở chế độ thu, lúc này các đèn phóng điện không là việc, ở điểm aa có trở kháng đầu vào rất lớn, chuyển qua đoạn một phần t− b−ớc sóng có trở kháng rất nhỏ làm chập mạch đ−ờng dây song hành ở điểm bb. Từ điểm bb đến điểm cc có chiều dài bằng nửa b−ớc sóng, cho nên tại điểm cc cũng có trở kháng rất nhỏ, làm chập mạch dây song hành tại đó sẽ ngăn không cho năng l−ợng thu nhận từ anten vào máy phát và nó chỉ đi vào máy thu qua đèn phóng điện chữ nhật không bị tổn hao lớn. Đèn phóng điện chữ nhật liên kết với ống sóng ở thành rộng để có điện trở đầu vào của đèn phóng điện phối hợp với điện trở ống sóng tốt sẽ giảm sự tổn hao tín hiệu từ anten vào máy thu. ở chế độ phát, các đèn phóng điện làm việc (phóng điện), khung cộng h−ởng của đèn phóng điện PP-7 bị mất cộng h−ởng, điện trở đầu vào của nó trở nên rất nhỏ (điểm aa) qua đoạn một phần t− b−ớc sóng trở kháng trở nên rất lớn (điểm bb) nối song song với đ−ờng chính. Có thể coi đ−ờng dây ở điểm này chỉ có tải là trở kháng đặc tính của ống sóng, tức là không có sự bất đồng nhất nào trên đ−ờng truyền. Bởi vậy năng l−ợng cao tần tự do đi từ magnhetron đến anten mà không bị phản xạ từ đèn PP-7. Tại điểm cc có trở kháng rất lớn, do cách đó một đoạn một phần t− b−ớc sóng có sự ngắn mạch do sự đánh lửa của đèn phóng điện chữ nhật, bởi vậy năng l−ơng cao tần từ máy phát không vào máy thu. Có thể nhận thấy, loại chuyển mạch anten rẽ nhánh có kết cấu và nguyên lý khá đơn giản nh−ng lại tồn tại một số nh−ợc điểm sau: - Đèn phóng điện phải dùng hai loại khác nhau. - Làm suy giảm rõ rệt công suất phát khi phát. 8 - Công suất lọt từ phía máy phát sang phía máy thu cao. - Dải thông tần làm việc hẹp. Trên đây chúng ta đã xem xét đến hệ thống phát và thiết bị chuyển mạch anten là những phần có ảnh h−ởng cơ bản đến chất l−ợng và khả năng hoạt động của máy thu rađa Π37. Với thiết bị chuyển mạch anten, chức năng ngăn công suất máy phát lọt vào máy thu có thể đ−ợc coi nh− một bộ phận bảo vệ máy thu, nếu công suất lọt sang lớn, bộ khuếch đại cao tần đầu vào máy thu sẽ bị hỏng (đặc biệt là các bộ khuếch đại cao tần bằng bán dẫn tr−ờng vốn rất yếu tr−ớc công suất mạnh của tín hiệu đầu vào), đây là nguyên nhân trực tiếp và là yếu tố quan trọng nhất quyết định đến khả năng làm việc của bộ khuếch đại siêu cao tần tạp thấp. Với hệ thống phát, sự hoạt động ổn định (ổn định về tần số và ổn định về công suất phát) của nó quyết định đến chất l−ợng làm việc của máy thu. 1.2. Đánh giá thực trạng tuyến siêu cao tần rađa Π37. Mục đích của việc khảo sát là để đ−a ra đ−ợc các đánh giá chính xác về thực trạng của tuyến siêu cao tần - tuyến có ảnh h−ởng trực tiếp đến chất l−ợng và độ bền của các bộ khuếch đại cao tần, đặc biệt là các bộ khuếch đại cao tần sử dụng bán dẫn tr−ờng tạp âm thấp trong máy thu rađa Π37. Trên cơ sở đó sẽ thiết kế và xây dựng chỉ tiêu kỹ thuật của bộ khuếch đại siêu cao tần tạp âm thấp của Dự án cho phù hợp với tình trạng thực tế đó. 1.2.1. Tổng quan. Do những đặc thù: công suất phát lớn (700KW xung), tần số làm việc cao (từ 2,71GHz đến 3,10GHz), đèn phát dùng loại magnhetron nên khi hoạt động các tham số kỹ thuật của máy phát rađa Π37 th−ờng không ổn định, nhất là trong điều kiện đài rađa đã xuống cấp nh− hiện nay thì trong máy phát th−ờng xuyên xảy ra các hiện t−ợng đánh lửa đèn phát, tần số và công suất phát ra không ổn định, không nâng đ−ợc dòng phát lên giá trị danh định… Trong hệ thống chuyển mạch anten, các đèn phóng điện bảo vệ máy thu và nối thông máy phát do sản xuất đã lâu nên chất l−ợng hiện nay rất kém, hơn nữa lại không có máy đo chuyên dụng để kiểm tra chất l−ợng thực tế của đèn mà chỉ đánh giá bằng mắt th−ờng. Một đèn phóng điện đ−ợc coi là tốt nếu khi máy phát làm việc, qua lỗ tròn quan sát trên thân đèn nhìn thấy sáng đều và ánh sáng có màu tím hoa cà, nếu đèn kém chất l−ợng thì ánh sáng không liên tục và có màu trắng. Vì công 9 suất của máy phát lớn cộng với điều kiện làm việc trong môi tr−ờng nóng ẩm cao cho nên các đệm chì, đệm lò so cho đèn phóng điện trong chuyển mạch anten rất mau hỏng gây đánh lửa trong ống sóng và làm lọt công suất lớn từ phía máy phát vào máy thu. Độ ẩm cao cũng là yếu tố gây ảnh h−ởng đến tuyến ống dẫn sóng của đài rađa. Tuyến ống sóng của đài rađa Π37 theo thiết kế nó không đ−ợc sấy khô tr−ớc khi phát cho nên khi trong ống sóng độ ẩm quá cao thì sẽ gây đánh lửa khi nâng công suất phát lên giá trị danh định. Một số phần tử trong máy phát (cuộn chặn, biến thế cao áp, biến thế xung...) của một số đài rađa không đảm bảo chất l−ợng nên hay gây ra quá tải và các sự cố khác trong quá trình làm việc của đài rađa. Tất cả các yếu tố trên đây là nguyên nhân trực tiếp gây ảnh h−ởng đến khả năng làm việc tin cậy và độ bền của máy thu đài rađa. Thực trạng các máy thu của các đài rađa Π37 hiện nay phần lớn không đảm bảo chỉ tiêu độ nhạy toàn tuyến theo giá trị danh định (105dBm), lý do chủ yếu của tình trạng này là đèn khuếch đại cao tần (mạch đầu vào của tuyến thu) bị kém chất l−ợng dần theo thời gian hoạt động (hệ số khuếch đại giảm và hệ số tạp tăng). Đối với các bộ khuếch đại cao tần dùng đèn sóng chạy YB99, do đặc điểm về nguyên l