自導系統右放大裝置分析與替代化研究＊

許慶芬 杜 軍

（1.海軍七○二廠 上海 200434）（2.海裝軍械保障部 北京 100081）

1 引言

接收裝置如何更大程度的濾除混響與噪聲的干擾，提高目標檢測能力，直接影響到裝備自導系統性能的好壞，是體現該型裝備性能的重要指標之一［1］。該放大裝置組件由左－上放大裝置、右－下放大裝置、保護裝置、頻率形成器等四個功能與結構相聯系的裝置構成，右放大裝置則是右－下放大裝置的一部分?；囋诮邮諘r用于進行目標回波的聲電能量轉換，并按一定規律形成接收方向特性，形成的上、下、左、右四個波束進入放大裝置，左－上、右－下放大裝置分別對應接收這四路信號。右放大裝置負責接收右路來的信號，其主要作用是選頻放大與抑制混響干擾，由于上、下、左、右四個放大裝置在結構與原理上完全一致，本文對右放大裝置電路進行具體分析與替代化設計研究，即可完全獲得四個放大裝置的工作特性，同時為該型自導系統故障診斷及替代化設計與研究進一步奠定基礎。

2 右放大裝置設計原理

右放大裝置的主要作用是降低混響干擾，采用的主要技術為ODN抗混響原理［2］。系統采用固定中心頻率的窄帶抗混響陷波器來抑制混響干擾，以利于檢測目標，提高自導的檢測和抗干擾性能。ODN調整，實際上是一個閉環的自動調節過程。它由發射機、基陣、接收機、頻率自動調整控制電路等共同完成。其系統原理框圖如圖1所示，當發射機發射一個聲脈沖之后，接收機首先對混響進行采樣，通過頻率自動調控電路頻率鑒別后，根據混響相對陷波器中心頻率的偏差情況，給出頻率指示信號給發射機，使發射機對所發頻率進行必要的修正，在下一個發射周期中改變發射載頻，這樣反復一定次數的采樣、鑒頻、頻率修正，就能保證混響頻率基本上對準陷波器的中心頻率。

3 右放大裝置分析

3.1 右放大裝置組成與工作原理

右放大裝置的方框圖如圖2所示。

圖1 ODN調整閉環

圖2 右放大裝置（前半部分）方框圖

其中：Fon為基準頻率B；СИ6為放大裝置同步脈沖；РФ為抑制混響濾波器。

右放大裝置由基陣輸入轉換開關和放大器組成，放大器帶有抑制混響濾波器，并且其輸入端帶有雙位轉換開關K4，用于按СИ6指令向輸入端輸送基準頻率，進行頻率自動調整。

對于主動自導來說，由于發射功率較大，基陣輸入轉換開關用于保證自導系統發射信號時接收機系統不受發射功率影響［3］；在接收信號時，基陣輸入轉換開關作為寬帶通濾波器，其主要作用是抑制海洋噪聲對回波信號的影響［4］。在接收機正常工作時，雙位轉換開關根據СИ6控制信號，控制右放大裝置在選頻放大與頻率自動調整之間切換。通過帶РФ的放大器與頻率自動調整的共同作用，最終使混響頻率落入陷波器中心頻率上，達到抑制混響的目的。

3.2 基陣輸入轉換開關和雙位轉換開關電路分析

基陣輸入轉換開關和雙位轉換開關具體電路如圖3所示。

1）基陣輸入轉換開關

該發射機和接收機與換能器基陣的耦合電路采用變壓器方式，變壓器的初級繞組有兩個，一個與發射機相接，另一個與接收機相接，變壓器的次級繞組則始終與換能器基陣相連接。為了防止發射時的大功率信號損壞接收機，在接收機的輸入電路中采取了耐高壓的保護電路［5］。

圖3 基陣輸入轉換開關和雙位轉換開關電路

如圖3所示電路圖，放大器每一個輸入端與基陣輸出端經過基陣輸入開關相連接，該開關包括電容C1，C2，C3，二極管V1，V2和電感器L1。在發射期間基陣輸入轉換開關可預防擊穿帶РФ放大器中的晶體三極管V3。在接收期間，由于接收信號幅度較小，不足以使V1，V2導通，此時基陣輸入轉換開關起寬帶濾波器的作用。濾波器電路由L1，C4，R1組成，電容C1，C2，C3加入到輸入回路是使其調諧到工作頻率。

圖4 寬帶濾波器頻率特性

若自導系統發射脈沖載頻為B＝30kHz，不考慮接收回波時產生的多卜勒頻移，根據：ω0＝2πf＝ 1／，L＝0.1μF，可 求 得：L＝0.28mH；品 質 因 數：Q＝ω0L／R＝0.002。該寬帶濾波器的頻率特性如圖4所示，上限頻率約為120kHz，下限頻率約為7kHz，通頻帶約為120kHz，其品質因數反映了濾波器的濾波特性，Q值愈高，頻率選擇性越好，通頻帶愈窄；Q值愈低，頻率選擇性越差，通頻帶愈寬［6］。

2）雙位轉換開關

雙位轉換開關型號為143KT1。其主要參數為：（1）開啟電壓：≥2.4V；（2）電源要求：＋15V與－24V。內部結構如圖5所示。其中：5，4為輸入端；8，2為其對應輸入端；11，12為控制端。

圖5 143KT1電子開關

當СИ6控制信號為高電平時，開關全部合上，從基陣輸入轉換開關來的信號經過4與2接地，基準頻率Fon經過5與8進入帶РФ的放大器，進行頻率自動調整；當СИ6控制信號為低電平時，開關全部斷開，回波信號經過電阻R2進入帶РФ的放大器中晶體三極管V3的基極。

3.3 帶抑制混響濾波器的放大器電路分析

帶抑制混響濾波器的放大器具體電路如圖6所示。本節所涉及的陷波器是實現ODN抗混響的主要裝置之一，它主要用于實現基本的選頻與放大功能［7］。

根據圖6所示，該放大器由抑制混響濾波器與射極跟隨器兩部分組成，從而實現陷波與放大的作用。抑制混響濾波器由電感器L2，電阻R3，電容C8，C9，C10，C12組成，通過L2的抽頭與電源相連，有利于實現阻抗匹配。它接在晶體三極管V3的集電極上。晶體三極管V3與電阻R4，R5，R6，電容C8構成射極跟隨器，其主要作用是提高輸出阻抗，增強帶負載的能力［8］。電阻R4，R3以及＋15V電源電壓為V3提供直流偏置。R6用于調整抑制深度。射極跟隨器的輸出阻抗和二極管V9，V10形成限幅器，使右放大裝置后半部分的三極管總是工作在線性狀態。

圖6 帶РФ的放大器

圖7為抑制混響濾波器的簡圖，其中C＝0.038μF，R＝6.18KΩ。假設航速VT為40節，發射頻率f0＝30kHz，則：

圖7中，電路的總阻抗［9］為

圖7 抑制混響濾波器簡圖

4 替代化研究

由于該型裝備屬國外引進，從研仿設計、維修保障等角度考慮，需對其進行替代化研究。

1）基陣輸入轉換開關主要起保護接收通道、抑制海洋自噪聲的作用，對它的技術指標要求并不太高，因此，在替代化研究中，仍采用原電路圖，其缺點是電路中含有電感L，而電感在電路中易受其他因素的影響，電感值不穩定，會造成帶寬與中心頻率同原電路圖不一致，但這給后續電路造成的影響并不大；

2）雙位轉換開關143KT1用DG201替代，DG201為四輸入模擬開關，這里只用它的兩個輸入端；

3）對于帶抑制混響濾波器的放大器，采用雙T帶阻濾波電路進行替代，其原理電路見圖9。

圖9 雙T帶阻濾波原理電路

由節點導納方程不難導出電路的傳遞函數為

式中，AVF＝1＋R4／R5，Q＝1／2（2－AVF）。如果AVF＝1，則Q＝0.5，增加AVF，Q將隨之升高。當AVF趨近2時，Q趨向于無窮大。因此，AVF愈接近2，｜｜愈大，帶阻濾波的選頻特性愈好，即阻帶的頻率范圍愈窄。

圖10 雙T帶阻濾波器頻率特性

選取R1＝R2＝R＝2.06KΩ，R3＝1KΩ，C1＝C3＝C＝2500PF，C2＝2C1＝5000PF，則其中心頻 率 為：f0＝30.9kHz，這與混響中心頻率基本一致。由于Q值影響帶阻濾波的選頻特性，經過多次取值并計算仿真，得出當R5＝27K，R4＝25.92K時，AVF＝1.96，Q＝12.5。此時，其下截止頻率fL＝30.43kHz，上截止頻率fH＝31.38kHz，帶寬為950Hz。其頻率特性如圖10，其中X表示頻率（kHz），Y表示放大倍數｜｜。

由于原電路圖中總放大倍數｜｜＝1，故在雙T帶阻濾波電路后又加上了比例運算電路，使總放大倍數滿足原條件。

4）電路中的集成運放均采用OP27A低噪聲精密運放，這種運放的特點是內部噪聲低，這對于自導系統的工作是很有好處的，同時在替代時也注意消除運放的誤差［10］；電路中的二極管V1、V2、V9、V10用2CK75D代替，其管耗、正向工作電壓、額定正向整流電流等參數與原有器件基本相同。

目前正在開展實際電路設計與測試工作，通過測試對比，進一步完善替代化設計，以達到原有右放大裝置的性能指標。

5 結語

本文對自導系統右放大裝置組件工作原理、組成及其具體電路進行了分析研究，包括基陣輸入轉換開關、雙位轉換開關、帶抑制混響濾波器的放大器電路等，并對基陣輸入轉換開關、帶抑制混響濾波器的放大器的頻率特性進行了研究，最后對右放大裝置電路進行了替代化研究，分析了替代化電路的中心頻率、放大倍數及相應的替換件特性，所得結論有利于掌握上、下、左、右四個放大裝置的工作特性，同時為該型自導系統故障診斷及替代化設計研究進一步奠定基礎。

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