程 豐，劉剛金，楊 寧，閆曉光

一種多普勒無線電引信接收機(jī)門限電路研究

程 豐，劉剛金，楊 寧，閆曉光

（國營洛陽丹城無線電廠，河南洛陽 471000）

目前空空導(dǎo)彈主動(dòng)式無線電引信多采用連續(xù)多普勒接收方式，而其門限電路的性能對(duì)整個(gè)接收機(jī)的靈敏度等指標(biāo)都具有至關(guān)重要的影響作用。通過分析總結(jié)了門限電路的選擇依據(jù)，給出了一種門限電路原理圖。從等效模型的繪制、電路工作流程等方面系統(tǒng)介紹分析了該電路，其經(jīng)驗(yàn)和分析思路對(duì)工程技術(shù)人員具有指導(dǎo)意義。

引信 門限電路 增益 接收機(jī)

0 引言

無線電引信就是利用輻射的電磁波來探測目標(biāo)的近炸引信[1]。其實(shí)質(zhì)就是一臺(tái)近距雷達(dá)（SRR），當(dāng)制導(dǎo)系統(tǒng)將導(dǎo)彈導(dǎo)引到目標(biāo)附近，在彈目交會(huì)時(shí)，近炸引信探測目標(biāo)反射的或輻射的無線電波，經(jīng)過混頻、相關(guān)、或檢波等各種技術(shù)措施，對(duì)目標(biāo)進(jìn)行識(shí)別，并且分離出與目標(biāo)距離、速度等相關(guān)信息，進(jìn)行綜合處理后，在有效殺傷目標(biāo)位置，輸出引爆信號(hào)，引爆戰(zhàn)斗部[2]。

主動(dòng)無線電引信包括發(fā)射機(jī)，調(diào)制器，收、發(fā)天線，接收機(jī)。接收機(jī)包括高頻混頻、濾波、放大、第二次混頻、濾波放大、門限電路。門限電路作為連續(xù)多普勒主動(dòng)式無線電引信接收機(jī)的一部分，對(duì)整個(gè)引信接收系統(tǒng)的性能起著至關(guān)重要的作用，其主要功能是對(duì)濾波放大后的多普勒正弦波信號(hào)進(jìn)行處理，以得到適合邏輯電路處理的方波信號(hào)[3]。

在單門限比較器中，輸入電壓在閥值電壓附近的任何微小變化，都將引起輸入跳變，不管這個(gè)變化是來自輸入信號(hào)還是外部干擾，因此單門限抗干擾能力很差。而滯回比較器具有滯回特性，即慣性具備一定抗干擾能力[4]。滯回比較器采用的是運(yùn)算放大器LM710負(fù)反饋接法。

本人根據(jù)現(xiàn)場實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，從理論角度著重介紹一種使用LM710構(gòu)成門限電路的技術(shù)參數(shù)分析方法，從而找到如何提高門限電路技術(shù)指標(biāo)方法。

1 門限電路作用分析

由于前艙測試系統(tǒng)的可測性設(shè)計(jì)和導(dǎo)彈電路的可測性設(shè)計(jì)，進(jìn)行引信測試時(shí)，引信內(nèi)部信號(hào)發(fā)射后至測試系統(tǒng)加調(diào)制和高頻處理，輸出混合信號(hào)至引信混頻放大濾波處理，中頻輸出信號(hào)模數(shù)轉(zhuǎn)換及數(shù)字電路處理等過程[5]。

圖1 引信測試原理圖

門限電路位于邏輯板上，它用來處理中頻輸出信號(hào)。邏輯板的部分電路方框圖如圖2。門限電路是一個(gè)電壓比較器，是滯回電壓比較器，過門限的電壓被輸出至邏輯板判定分系統(tǒng)根據(jù)接近脈沖和離開脈沖的數(shù)量和連續(xù)性來判定是否輸出引信起爆信號(hào)[6]。

圖2 邏輯板的部分電路方框圖

2 門限電路分析

2.1 概述

常見的滯回比較器電路如圖3。

圖3 常見滯回比較器電路

圖4是采用的滯回比較器電路[7]。由于多普勒A和多普勒B信號(hào)在經(jīng)過滯回比較器判斷時(shí)，所采用的是同等電路結(jié)構(gòu)，下面以多普勒A信號(hào)的轉(zhuǎn)換過程來敘述滯回比較器的工作過程。

2.2 電路分析

2.2.1 電路概述

以三極管Q1的狀態(tài)可以將整個(gè)比較器系統(tǒng)分為兩個(gè)工作過程。第一個(gè)工作過程，三極管Q1處于截止?fàn)顟B(tài)。第二個(gè)工作過程，三極管Q1處于飽和導(dǎo)通狀態(tài)。受Q1和Q2兩個(gè)三極管的控制作用，三極管起開關(guān)作用。其組合分為4種。其中由于Q1的集電極和Q2的基級(jí)通過穩(wěn)壓二極管VR2相連，當(dāng)Q1飽和導(dǎo)通時(shí)，Q1的集電極UC=11 V+UCE1=11.3 V，小于15.7 V，不受穩(wěn)壓二極管VR2的影響。Q2的基級(jí)無電流通過，Q2轉(zhuǎn)變?yōu)榻刂範(fàn)顟B(tài)。在此種狀態(tài)下Q2不會(huì)出現(xiàn)飽和導(dǎo)通狀態(tài)。

圖4 滯回比較器

當(dāng)Q1截止時(shí)，由于Q1的集電極UC=U1，大于15.7 V，此時(shí)二極管處于反向擊穿狀態(tài)，Q2基級(jí)存在電壓大于Q2發(fā)射極0V電壓，Q2飽和導(dǎo)通，穩(wěn)壓二極管VR2將UC=U1穩(wěn)定在15.7 V位置。此時(shí)三極管Q2不存在截止?fàn)顟B(tài)。其對(duì)應(yīng)的邏輯關(guān)系如表1。

表1 邏輯關(guān)系

兩個(gè)三極管Q1和Q2的狀態(tài)始終處于相反狀態(tài)。

2.2.2 第一個(gè)工作過程

1）U1點(diǎn)的電壓

在Q1截止，即當(dāng)UBE1≤0.7 V時(shí)，UI電壓主要受VR2影響。U1點(diǎn)電壓在不考慮穩(wěn)壓二極管VR2影響時(shí)其通過分壓所得到的電壓計(jì)算公式如公式（1）。

在公式（1）中代入各個(gè)電阻值，計(jì)算出來U1。由于穩(wěn)壓二極管VR2的穩(wěn)壓值為15 V，加上Q2基級(jí)電壓UB1，那么穩(wěn)壓二極管VR2正端的電壓值為（15+UB1）V。將穩(wěn)壓二極管負(fù)端的電壓U1和正端的電壓值為（15+UB1）V進(jìn)行比較，其比較結(jié)果有兩個(gè)：

（1）如果正端（15+UB1）V≥負(fù)端U1；二極管不導(dǎo)通，不起穩(wěn)壓作用，U1電壓由公式（1）決定，應(yīng)為19.66 V。

（2）如果正端（15+UB1）V＜負(fù)端U1；二極管導(dǎo)通起穩(wěn)壓作用，U1電壓不由公式（1）決定，應(yīng)為（15+UB1）V。

2）三極管Q2的作用。

三極管Q2截止的充分必要條件為：基級(jí)的電壓小于等于發(fā)射極電壓[9]。Q2的發(fā)射極接地，因此UC1=0，對(duì)二極管VR2和三極管Q2進(jìn)行直流等效分析，其等效的電路圖如圖5。

圖5 等效電路

當(dāng)VR2導(dǎo)通時(shí)，Q2的基級(jí)電壓為（15+UB1）必大于0（發(fā)射極電壓），三極管be導(dǎo)通，ce導(dǎo)通，三極管Q2輸出VCQ電壓（低電平電壓，在0V附近）。此時(shí)，U1的電壓為（15+UB1）V=15.7V。

當(dāng)VR2不導(dǎo)通時(shí)，Q2的基級(jí)電壓為0 V，三極管be截止不導(dǎo)通，ce截止不導(dǎo)通，三極管Q2輸出5V電壓。此時(shí)，U1的電壓可以確定。

3）Un電壓分析

穩(wěn)壓二極管VR1的穩(wěn)壓值為11 V，電阻R8和R10為調(diào)式電阻。

對(duì)A點(diǎn)進(jìn)行節(jié)點(diǎn)分析法[8]進(jìn)行分析計(jì)算：

進(jìn)入節(jié)點(diǎn)UA的兩個(gè)輸入電流分別為：通過RII的電流(VR1-UA)/R11=(11-UA)/10和通過R9的電流(UI-UA)/（R10+R9），從節(jié)點(diǎn)UA輸出的1個(gè)電流為UA/R8。

因此：[(1-)/11]+[(-)/（10+9）]=/8進(jìn)行轉(zhuǎn)換后，UA=（11R8R10+11R8R9+10R8U1）/（R8R10+R8R9+10R8+10R9+10T10）代入電阻值，可得A點(diǎn)電壓UA=（726+0.2U1）/66.53和電壓比較器正輸入端電壓，Un=UA+（U1-UA）/（R10+R9）*R9，當(dāng)VR2導(dǎo)通U1取15.7 V，計(jì)算出UA1；當(dāng)VR2不導(dǎo)通U1取值確定，計(jì)算出UA2，UA2大于UA1。

所以Un=UA+（U1-UA）/(R10+R9)*R9代入各項(xiàng)數(shù)據(jù)。計(jì)算出Un1值。

2.2.3 第二個(gè)工作過程

三極管飽和的充分必要條件為：基級(jí)的電流與三極管放大系數(shù)的乘積大于集電極的電流。三極管Q1處于飽和導(dǎo)通狀態(tài)。

選取適當(dāng)?shù)腞3值便可以控制基級(jí)電流ib1的值，實(shí)現(xiàn)Q1的飽和導(dǎo)通。此時(shí)Q1的集電極UC=11 V+UCE1=11.3 V，小于15.7 V，不受穩(wěn)壓二極管VR2的影響。Q2的基級(jí)無電流通過，Q2轉(zhuǎn)變?yōu)榻刂範(fàn)顟B(tài)。

在第二種狀態(tài)下，對(duì)A點(diǎn)使用節(jié)點(diǎn)電流法，按照上述的計(jì)算方法進(jìn)行計(jì)算，可以得到Un2值。

2.2.4 流程分析

1）電壓比較器簡介

LM710電壓比較器的內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖6。

圖6 電壓比較器內(nèi)部結(jié)構(gòu)

LM710電壓比較器的主要技術(shù)指標(biāo)：反應(yīng)時(shí)間40 ns；輸出正電壓為14 V，負(fù)電壓為-6 V。

LM710電壓比較器常用作正弦波轉(zhuǎn)方波，遲滯比較器是正反饋，反饋電阻不能隨便選擇，要根據(jù)理論計(jì)算，算出比例之和在根據(jù)電流的大小得出具體的電阻值。

2）初始狀態(tài)

起始狀態(tài)，當(dāng)導(dǎo)彈飛向目標(biāo)，引信接收機(jī)開始工作，23V電壓存在，電壓比較器的輸入端U-電壓不存在，電壓比較器沒有輸出，Q1截止，Q2導(dǎo)通。此時(shí)電壓比較器的正端輸入為Un1值。

3）循環(huán)狀態(tài)

圖7 循環(huán)狀態(tài)

多普勒頻率為kHz級(jí)別，時(shí)間周期為μs級(jí)，電壓比較器的滯回時(shí)間也即循環(huán)所需時(shí)間不會(huì)影響多普勒頻率，也不會(huì)對(duì)最終的測試結(jié)果產(chǎn)生影響[10]。

3 結(jié)論

文章通過對(duì)連續(xù)多普勒主動(dòng)式無線電引信接收機(jī)門限電路的作用、工作特性、初始狀態(tài)、工作流程做了全面的分析總結(jié)，為工程技術(shù)人員在門限電路的分析方面提供了有力的理論指導(dǎo)思想，可有效提高現(xiàn)場技術(shù)人員在門限電路分析方面的能力。

[1] 崔占忠等. 近炸引信原理[M]. 北京: 北京理工大學(xué)大學(xué)出版社, 2009, 1-45.

[2] 丁鷺飛, 耿富錄. 雷達(dá)原理[M]. 西安: 西安電子科技大學(xué)出版社, 2005: 34-35.

[3] 牛亮, 錢天偉, 王秋霞等. 某型導(dǎo)彈無線電近炸引信測試系統(tǒng)[J]. 四川兵工學(xué)報(bào), 2011(4): 47-49

[4] 王遠(yuǎn). 模擬電子技術(shù)[M]. 北京: 機(jī)械工業(yè)出版社, 1994, 224-225.

[5] 路明, 張戎, 陶冠時(shí)等. 無線電引信自動(dòng)測試技術(shù)綜述[J]. 艦船電子工程, 2009(5): 10-17

[6] 楊寧, 王小琴, 程曉雪等. 某型空空導(dǎo)彈近炸引信PF2故障典型案例分析[J]. 航空維修工程, 2018(12): 62-65

[7] 陳瑞強(qiáng), 江月松, 裴朝. 基于雙閾值前沿時(shí)刻鑒別法的高頻脈沖激光測距系統(tǒng)[J]. 光學(xué)學(xué)報(bào), 2013(9).

[8] 邱關(guān)源.電路[M]. 北京: 高等教育出版社, 1999, 216-218.

[9] 鈴木雅臣. 集體管電路設(shè)計(jì)[M]. 北京: 科學(xué)出版社, 2014, 35-42.

[10] 蔡光斌, 胡昌華, 王鑫. 導(dǎo)彈測試設(shè)備故障模式分析與診斷技術(shù)[J]. 導(dǎo)彈與航天運(yùn)載技術(shù), 2007(2): 55-57.

Study on the threshold circuit of a doppler radio fuze receiver fuze receiver

Cheng Feng, Liu Gangjin, Yang Ning, Yan Xiaoguang

（State-owned Luoyang Dancheng Wireless Power Plant, Luoyang 471000, China）

TN96

A

1003-4862（2022）00-0001-04

2021-12-28

程豐（1982-），男，高級(jí)工程師。研究方向：空導(dǎo)彈及其測試設(shè)備故障診斷技術(shù)。E-mail: 963239620@qq.com