Резонансные разрядники

   Несмотря на сходный с "традиционными" газовыми разрядниками принцип работы, эти приборы столь специфичны, что их выделяют в отдельный класс. Они представляют собой высокочастотные газоразрядные антенные переключатели. Основное применение они находят в импульсных радиолокационных станциях.

РР-4
РР-6
РР-7
РР-11
РР-49М
РР-62
РР-78
РР-83А-1
РР-173
РР-511Б

   В приемно-передающей импульсной радиоаппаратуре передатчик и приемник часто имеют общую антенну. Это обусловлено в основном экономическими соображениями, так как такая антенна является сложным и дорогостоящим устройством.

   Мощность, излучаемая в импульсе передатчиком, достигает сотен киловатт при длительности импульсов от 0,5 до 10мкс. Эти импульсы создают в фидере, соединяющем генератор с антенной, напряжения ВЧ порядка нескольких тысяч Вольт. Так как приемник присоединен к этому же фидеру, то, если не принять специальных мер, изоляция в приемнике окажется пробитой. С помощь специальных газонаполненных искровых разрядников входная цепь приемника замыкается на время существования в фидере высокого напряжения. Поэтому мощность, проникающая в цепь приемника в моменты работы генератора, становится ничтожной и не может повредить приемник.

   Разрядник включается в ответвление к приемнику на расстоянии λ/4 от фидера (фидером может служить двухпроводная линия, коаксиальная линия или волновод). В момент возникновения колебаний в генераторе разрядник зажигается, в нем возникает разряд, практически замыкающий накоротко точки а и б. При этом вход приемника запирается, так как короткозамкнутый четвертьволновый отрезок линии представляет собой почти бесконечное сопротивление. После прекращения мощного импульса генератора разрядник гаснет и принимаемые колебания свободно поступают на вход приемника.

   Основное требование, предъявляемое к такому типу разрядников - малая просачивающаяся (в приемник) мощность. Другим немаловажным требованием является время восстановления разрядника. Действительно, если время восстановления разрядника велико, то импульс передатчика радиолокационной станции, отразившись от близко расположенной цели, не сможет попасть на вход приемника. И наконец, третье требование — широкополосность высокочастотных разрядников. Это требование выполняется за счет различных конструктивных ухищрений.

   Газовое наполнение разрядника (его состав и давление) и зазор между электродами должны быть подобраны так, чтобы выполнить первые два требования. Наиболее часто употребляемым газом для наполнения высокочастотных разрядников является аргон при давлении 30—40 мм рт. ст. (смесь аргона и водяных паров).

   По конструкции высокочастотные разрядники радиолокационных станций разделяются на разрядники метрового диапазона и разрядники дециметрового и сантиметрового диапазонов. Последние еще делятся на разрядники коаксиальных линий и разрядники волноводных линий.

   Наиболее простыми по конструкции являются разрядники метрового диапазона. Они представляют собой стеклянный баллон с газовым наполнением, внутри которого помещены два конусообразных металлических электрода. Иногда такой разрядник имеет электрод поджига, на который подается во время начала импульса высокое напряжение (относительно близлежащего электрода). За счет этого в полости разрядника создается ионное облачко, ускоряющее начало основного пробоя разрядника, что значительно снижает величину просачивающейся мощности на вход приемника.

   В дециметровом диапазоне (от 10 см до 1 м) радиолокационные станции имеют коаксиальные линии. Особенности применения в антенных переключателях этого диапазона разрядников заключаются в том, что они конструктивно объединяются с объемными резонаторами. Объемный резонатор выполняет в этом случае роль резонансного контура, настроенного на частоту передатчика. Сопротивление такого резонансного контура существенно велико, что в свою очередь способствует пробою разрядника. Электрод поджига обязателен для разрядников дециметрового и сантиметрового диапазонов.

   Для работы в диапазоне сантиметровых волн также применяются настраиваемые разрядники с дисковыми впаями 2 (пример - РР-6) и разборным объемным контуром; старинное название таких разрядников - "мягкие румбатроны" :))). Электроды 1 такого разрядника имеют коническую форму. Для облегчения разряда внутри одного конуса помещен дополнительный поджигающий электрод 3 в виде стержня.

   Оба конуса являются частями объемного контура 2, присоединяемыми контактными поверхностями 5 к выводам дисковых впаев 1. Контур подстраивается на рабочую частоту при помощи стержня (поршня), ввинчиваемого в полость объемного контура. Стеклянный баллон 4 разрядника наполняется парами воды с примесью водорода. Для связи объемного контура с фидером антенны и с ответвлением к приемнику служат витки связи 6 и 7. Между поджигающим электродом 3 и объемным контуром приложено напряжение, поддерживающее слабый тлеющий разряд.

   При последовательном включении резонатор устанавливается на широкой стенке волновода, а при параллельном включении — на узкой. Если объемный контур настроен на рабочую частоту, то он является резонансным контуром, связывающим цепи витков связи, т.е. при резонансе развивающееся на нём напряжение во много раз превышает подводимое. Когда генератор работает, приходящие импульсы образуют дуговой разряд между конусами разрядника и колебательный контур замыкается низким сопротивлением дуги. При этом контур теряет свои резонансные свойства и связь между витками становится практически равной нулю. После прекращения импульса генератора разряд гаснет, связь между витками через объемный контур восстанавливается и энергия принимаемых антенной сигналов поступает на вход приемника.

   Волноводные разрядники отличаются от коаксиальных только элементами связи объемного резонатора с линией. Если у коаксиальных разрядников связь осуществляется с помощью петли (штыря) связи, то у волноводных эта связь осуществляется через специальное окно (щель) связи.

    Таковы разрядники с внешними резонаторами. Они, как правило, используются для блокировки передатчиков. Существуют и разрядники с внутренними резонаторами (пример - РР-11). В них электроды смонтированы внутри газонаполненного цилиндрического резонатора, образующего вместе с электродами единую конструкцию газового разрядника. Для связи с волноводом резонатор имеет круглые щели, закрытые специально впаянными стеклами. Снизу у разрядника имеется газовый резервуар, пополняющий количество газа в разряднике.

   Разрядник с внешним резонатором имеет меньшую добротность, чем разрядник с внутренним резонатором. Объясняется это тем, что в стеклянном баллоне, находящемся внутри резонатора, возникают большие потери, особенно на частотах свыше 6000 МГц.
   Разрядник с внутренним резонатором имеет более высокую добротность, что уменьшает потери мощности принимаемых сигналов в разряднике, поэтому их чаще используют для защиты приемников.

   Описанные выше разрядники антенных переключателей в принципе узкополосные. Действительно, для перестройки такого разрядника (антенного переключателя) необходимо каждый раз плунжером изменять частоту объемного резонатора.

   Помимо них применяются также широкополосные разрядные камеры, которые включаются непосредственно в разрыв волновода (см. рис.).

   Резонансными элементами в этом разряднике являются резонансные окна 3, 4 и расположенные через определенные промежутки (λ/4) разрядные электроды 2 с индуктивными диафрагмами 1, компенсирующими реактивную (емкостную) проводимость электродов.

   Такая камера с диафрагмами эквивалентна системе связанных контуров, и ее резонансная кривая будет намного шире, чем резонансная кривая узкополосного объемного резонатора разрядника.

   Во время излучения импульса на входном окне возникает высокочастотный разряд, замыкающий окно, и просочившаяся мощность снижается до допустимого уровня вследствие разряда между электродами.

   Резонансные разрядники заполняются смесью газов (аргона и водорода) с примесью паров воды. Такое наполнение обеспечивает наименьшую просачивающуюся мощность и малое время восстановления после прекращения импульса генератора.

  Система обозначений этих приборов особой сложностью похвастаться не может. Первые буквы - РР (разрядник резонансный), далее номер разработки, затем могут использоваться различные буквы и цифры, обозначающие конструктивные разновидности прибора; например, РР-83А-1.

   Номенклатура резонансных разрядников огромна, несколько сотен типов. В то же время, в справочной литературе они практически не описаны. Как и большинство приборов СВЧ-диапазона, эти разрядники зачастую отличаются прихотливостью конструкции, глядя на которую не сразу и скажешь, что же это за изделие...

РР-4

Этот разрядник типоразмера "гробик" представляет собой отрезок волновода сечения 34х72 мм со стеклянными резонансными окнами связи. Рабочий диапазон частот - 2672-2781 МГц. Он предназначен для защиты приемника в трактах РЛС с мощностью рабочих импульсов до 1000 кВт, при этом просачивающаяся мощность (в сработавшем состоянии) не превышает 600 Вт. Заводской паспорт на него.

РР-4 принадлежит к целому семейству резонансных разрядников, которые, судя по номерам, были вообще первыми отечественными приборами этого типа; справочные данные на них из отраслевого каталога.

Производитель - питерский завод им. Энгельса (ныне ЗАО "Светлана-Электронприбор").

Любопытно, что стекла окон закреплены достаточно свободно, лишь с помощью напаек на корпус резонатора:

РР-6

РР-7

РР-11

Разрядник с внутренним резонатором и регулируемым зазором. Частотный диапазон и прокачиваемая мощность неизвестны...

Производители - питерские заводы, им. Энгельса (ныне ЗАО "Светлана-Электронприбор") и "Светлана".

Особенность конструкции - массивный медный резонатор... выполняющий также функцию охладителя?.

Вот очень похожий на него зарубежный разрядник - Westinghouse 1B24; отличается, пожалуй, только рабочим напряжением - 400 вольт вместо 1000.

(фото с форума Портативное ретрорадио)

РР-49М

(фото с форума Портативное ретрорадио)

(фото Александра Назаренко)

(фото Александра Назаренко)

РР-62

РР-78

РР-83А-1

Широкополосный волноводный разрядник 3-сантиметрового диапазона. Заводской паспорт на него и справочные данные из отраслевого каталога.

Назначение - защита полупроводниковых смесительных диодов в радиоприемных устройствах.

Есть также более старый паспорт, 1974 года. Из него видно, что у старых образцов наработка была меньше.

РР-173

Разрядник с неизвестными параметрами. Заводской паспорт от него.

Производитель не маркирован, судя по номеру ТУ - это завод им. Энгельса (ныне ЗАО "Светлана-Электронприбор").

РР-511Б

Технические данные

Источники:

1. М.Д. Гуревич, М.Д. Гуревич – «Электровакуумные приборы». Военное издательство Министерства Обороны Союза ССР. Москва – 1955.
2. Шибаев Н. А. Электровакуумные и полупроводниковые приборы. - М. Воениздат, 1967.
3. Судовые радиолокационные станции. Байрашевский А.М., Ничипоренко Н.Т. Изд-во "Транспорт", 1973.

домой