电容-微波复合引信设计优化

电容-微波复合引信原理方框图如图10-22所示。

图10-22　电容-微波复合引信原理方框图

由图10-22可知，此引信通过两个信道获取目标信息，一路是微波探测器，一路是电容探测器。此复合引信采取串联方式，微波信道预警，电容信道定距。此复合引信虽然是利用两种物理场探测目标（静电场和微波辐射场），但只用一个场源，这就使电路大大简化。

引信工作过程如下：接通电源后，偏压自激微波源产生10.8GHz的微波振荡，通过馈线将此电磁振荡耦合到微波天线。微波天线向空间辐射微波振荡信号。在弹目接近到一定距离时，天线接收到目标的反射信号，经偏压鉴频器得到多普勒信号，经信号处理电路进行目标识别、距离判定，在距要求的炸点之前一段距离输出给与门电路一信号，使与门处在打开状态。偏压自激中频信号作为电容探测器的场源，当弹目接近到预定炸点距离时电容信号处理电路输出一信号给与门，与门电路输出启动信号给点火电路，电雷管起爆。

一、微波探测器

此微波探测器实质是一个偏压自激微波自差机。微波信道全电路方框图如图10-23所示。

图10-23　微波信道电路框图

偏压自激微波自差机利用体效应振荡器的负微分电导特性使体效应振荡器的偏压产生中频自激，中频自激偏压对微波振荡产生脉冲调制，通过天线对外辐射脉冲信号。当目标出现时，回波信号对偏压自激信号产生调频作用。当弹目存在相对运动时，调制的频率为多普勒频率，通过对偏压自激信号进行鉴频可得到多普勒信号。

体效应振荡器的微波等效电路如图10-24所示。图中D为耿氏二极管。若器件工作在猝灭模式，那么流入振荡器的电流Ib就是流过器件端面电流i的平均值，即

式中，T＝2π/ω为微波振荡周期。

根据器件的瞬态特性和方程式（10-21）可以得到此振荡器的输入特性，如图10-25所示。可以利用这一特性使振荡器的偏压处于自激状态。

在图10-24中虚线之间的部分为振荡器，RL为振荡器的负载，L1为偏压激励元件。一般情况下，振荡器的偏置端工作在相对微波而言的低频状态，因此，可以把振荡器看成具有图10-25所示输入特性的没有电荷存储的二端网络。因而可以把图10-24的电路看成电源E、电感L1和振荡器相串接的电路，并有

又可以写成

图10-24　体效应振荡器的微波等效电路

式中，τ（ub）＝g（ub）L1，g（ub）为图10-25所示曲线的微分电导。从方程式（10-22）和式（10-23）可以计算出振荡器偏压的时域波形，从波形可知偏压确实处于自激状态。(www.xing528.com)

微波振荡受到自激偏压的调制，使振荡成为脉冲振荡。

微波振荡器采用微带振荡器，主要由匹配传输线、微带谐振腔、耿氏器件以及低通滤波器组成。

天线收发共用，采用介质天线，介质天线由近似偶极子的探针作馈源。E面方向图波瓣宽度40°，H面方向图波瓣宽度约80°。由于天线与耿氏管之间是由微带传输线匹配的，所以，可以用图10-26所示的等效电路来分析天线阻抗变化对振荡器参数的影响。图中ZA为天线的等效输入阻抗，Zd是负阻激励器件的等效阻抗，Z是天线输入阻抗经匹配传输线变换后在AA′面的等效阻抗。当有回波信号时，天线等效输入阻抗要发生变化，即＝ZA＋ΔZA。Z是频率f和ZA的函数；Zd是频率f、负阻器件偏压u和微波振荡幅度um的函数。

图10-25　振荡器输入特性曲线

图10-26　用以分析天线阻抗对振荡器影响的等效电路

稳定振荡时有

Zd(u，um，f)＋Z(f，)＝0

即

由于ZA是以多普勒频率周期性变化的，变化量随目标的靠近而增大，因此R（t，）、X（f，）也是以多普勒频率周期性变化的。为了满足方程式（10-26）的稳定振荡条件，Rd（u，um，f）、Xd（u，um，f）必然调整自己的大小而周期性地变化。由于Rd、Xd的大小是由耿氏器件本身决定的，它们的大小变化必然导致振荡器伏安特性的变化，它的变化是周期性的，因而必导致建立在伏安特性上的偏压振荡波形也发生相应的变化，即偏压振荡信号的幅度和周期也以多普勒频率周期性变化。变化的速度反映了目标与天线的相对速度信息，变化的幅度反映了目标的距离信息。因此，只要从偏压振荡信号的幅度变化或从其频率变化中将多普勒信号提取出来，就能实现对目标信息的提取。

二、电容探测支路

在此复合引信中，电容探测器没有单独的场源，而是用微波探测器的偏压自激信号作为场源，这就使得电路大为简化。目标信号经检波、放大、目标识别等处理后加到与门电路的一个输入端。

电容-微波复合探测器的方向图如图10-27所示。

图10-27　电容-微波复合探测方向图

图中阴影部分为电容探测方向图与微波方向图的共有部分。仅当目标在此区域内出现时引信才起作用，因此，可以使复合引信抗干扰能力比单一体制的探测器要好得多。

常用的复合引信还有反坦克雷用的地震-磁复合引信，反直升机雷用的声-红外复合引信，反坦克导弹用的激光-磁复合引信，末敏弹用的毫米波-红外复合引信。这些复合引信的探测原理都已经学习过，在复合体制中主要是信号处理结合方式问题，电磁兼容性和结构兼容性问题，此处不一一赘述。