Принцип работы автоматического радиокомпаса АРК-15М по структурной схеме.

Полная структурная схема АРК с неподвижной антенной (рис. 6) включает следующие основные элементы: блок рамочных антенн, входные цепи рамочных антенн и ненаправленной антенны, собственно приемник, управляющая схема компасного канала, схема формирования сетки гетеродинных частот, пульт управления (на схеме не показан).

Рис. 6 Полная структурная схема АРК с неподвижной антенной

Блок рамочных антенн состоит из двух взаимно перпендикулярных неподвижных рамочных антенн, каждая из которых обладает диаграммой направленности в виде восьмерки. Каждая из обмоток, намотанная на ферритовом сердечнике, представляет собой отдельную рамку. Средние точки обмоток заземлены. Для связи рамочных антенн со входом приемного устройства используется бесконтактный индукционный гониометрический преобразователь сигнала, именуемый для упрощения гониометром. Гониометр состоит из двух одинаковых неподвижных катушек, подключенных к рамочным антеннам, и вращающейся внутри них катушки, подключенной к входу приемника. Неподвижные катушки называются полевыми (статорными), подвижная — искательной. Каждая из полевых катушек гониометра соединена с одной из рамочных антенн.

Определение пеленга с помощью неподвижной рамочной антенны и гониометра производится следующим образом. Блок рамочных антенн устанавливается таким образом, чтобы плоскость витков одной из антенн совпадала с продольной осью ЛА, плоскость же витков другой антенны в этом случае будет перпендикулярной к продольной оси ЛА. На рис. 7 показана схема соединений рамочных антенн для случая, когда направление на РНТ совпадает с продольной осью ЛА (КУР = 0). В антенне 2 наводится максимальная ЭДС, а в антенне 1 — минимальная. Соответственно ток в катушке II гониометра будет максимален, а в катушке I — минимален. Максимальному току соответствует и максимальная напряженность магнитного поля катушки II. Для того чтобы в искательной катушке (III) ЭДС была равна нулю, ее надо установить по направлению вектора , то есть перпендикулярно к катушке II. Таким образом, искательная катушка устанавливается перпендикулярно к направлению пеленга. С осью искательной катушки связан двигатель вращения гониометра, и положение искательной катушки будет передаваться на индикатор курса в виде положения указателя КУР.

Рис. 7. Схема соединений рамочных антенн с гониометром для случая, когда КУР=0

На рис. 8 показана схема соединений антенн, когда направление на РНТ составляет с продольной осью ЛА угол В (КУР 0). В антеннах 1 и 2 будут наводиться ЭДС: , где Е—максимальное значение напряженности электромагнитного поля.

Рис.8. Схема соединений рамочных антенн с гониометром для случая, когда КУР = θ

Соответственно будут пропорциональны значениям и и векторы напряженности магнитных полей в катушках I и II:
Результирующий вектор напряженности магнитного поля в гонио­метре равен геометрической сумме векторов и :

Таким образом, величина результирующего вектора Н не за­висит от величины угла Q. Направление вектора Н в пространстве, определяется углом (углом между направлением вектора Н и нормалью к плоскости катушки II): ; то есть .

При изменении направления на источник излучения меняется соотношение между векторами Н₁ и Н₂ и вектор Н поворачи­вается на соответствующий угол. ЭДС в искательной катушке определяется положением катушки относительно результирующего вектора Н и будет минимальной, когда плоскость ее витков совпа­дет с направлением вектора Н. С помощью двигателя искательная катушка непрерывно отслеживает положения вектора Н, а следовательно, и направление пеленга. Таким образом, вращая искательную катушку гониометра, мы как бы вращаем рамочную антенну в модели электромагнитного поля. Эффективность переда сигнала для данного бесконтактного гониометра определяется коэффициентом связи, равным 0,9.

Использование неподвижной рамочной антенны и гониометра привело к значительным преимуществам таких АРК по сравнению с АРК с подвижной рамочной антенной. Неподвижную рамочную антенну можно разместить непосредственно вблизи обшивки ЛА температура которой на современных ЛА изменяется в больших пределах (двигатели поворотных рамочных антенн в пределах этих температур, особенно низких, работают ненадежно). Размеры неподвижной антенны можно увеличить, что приведет к увеличению . Увеличилась надежность работы АРК и значительно снизилась масса.

Вращение искательной катушки производится двигателем, на общей оси которого расположены механический компенсатор радиодевиации и вращающийся бесконтактный синусно-косинусный трансформатор (БСКТ). С помощью механического компенсатора радиодевиации вводится поправка в показания стрелки индикатора курса в соответствии с кривой остаточной радиодевиации. Поправка вводится в схему дистанционной передачи углового положения искательной катушки гониометра на ротор БСКТ. Со статорных обмоток БСКТ снимаются напряжения, поступающие на индикатор курса, стрелка которого устанавливается в положение, указывающее направление на работающую радиостанцию.

Эквивалент кабеля рамки служит для доведения параметре рамочного кабеля, длина которого различна для различных тип ЛА, до параметров кабеля длиной 10м. Эквивалент представляет собой набор емкостей и индуктивностей, эквивалентный отрезкам кабеля: 1; 2; 3; 4; 5; 6; 7; 8 и 9 м. Применение эквивалента: предотвращает расстройку рамочных контуров при использовании рамочных кабелей различной длины.

Входные цепи рамочных антенн состоят из усилителя канала рамки и коммутатора фазы. Снятый с искательной катушки высокочастотный сигнал, величина и фаза которого определяются направлениями на пеленгуемую радиостанцию, поступает на усилитель высокой частоты канала рамки. УВЧ канала рамки предназначен для усиления сигнала, так как действующая высота рамочной антенны значительно меньше (примерно в 100 раз), чем ненаправленной. Кроме того, в усилителе установлена фазосдвигающая цепь, обеспечивающая фазовые соотношения (синфазность или противофазность) между сигналами от рамочной и ненаправленной антенн.

Коммутатор фазы, или балансный модулятор, представляет собой два диодных ключа, управляемых напряжением 135Гц от звукового генератора (открывающим и закрывающим поочерёдно диоды). Сигнал на коммутатор фазы поступает с выхода фазоинверсного каскада, который обеспечивает противоположность фаз высокочастотного сигнала. С выхода коммутатора фазы сигнал поступает на контур сложения.

Вход ненаправленной антенны представляет собой антенное согласующее устройство (АСУ). АСУ служит для усиления сигнала и согласования выхода ненаправленной антенны со входом приемника с учетом влияния антенного кабеля и разброса действующих высот ненаправленной антенны.

Собственно приемник АРК выполнен по супергетеродинной схеме с однократным преобразованием частоты, что является одной из особенностей приемника по сравнению с приемником АРК с подвижной антенной, обеспечивающим приём амплитудно-модулированных и телеграфных сигналов. Контур сложения является входным контуром приемника. На входной контур поступает высокочастотный сигнал с рамочного входа, промодулированный в коммутаторе фазы с частотой звукового генератора, и сигнал с выхода АСУ. В результате сложения этих двух сигналов на входе приемника образуется амплитудно-модулированный сигнал, где рамочный сигнал – модулирующий, а сигнал от ненаправленной антенны - опорный. Приемник состоит из тракта высокой частоты (ВЧ), тракта промежуточной частоты (ПЧ) и усилителя низкой частоты (УНЧ) телефонного канала.

Тракт высокой частоты предназначен для усиления сигналов пеленгуемых радиостанций и обеспечение избирательности радиоприёмного устройства по зеркальному каналу и промежуточной частоте. Включает в себя входной контур (контур сложения), фильтр сосредоточенной селекции (ФСС) и преобразователь частоты, состоящий из плавного гетеродина и смесителя. Элементы тракта расположены на модуле высокой частоты, который в свою очередь представляет собой функционально и конструктивно один поддиапазон тракта высокой частоты радиокомпаса. Таких модулей высокой частоты пять по количеству поддиапазонов и включаемых по одному в зависимости от частоты на наборном устройстве пульта управления. Весь диапазон частот приемника разбит на пять поддиапазонов: 150—239,5; 240—399,5; 400—699,5; 700—1199,5; 1200—1799,5кГц.

Коммутация поддиапазонов осуществляется с пульта управления. Амплитудно-модулированный сигнал поступает на фильтр сосредоточенной селекции (ФСС), состоящий из трех связанных контуров. Первый фильтр ФСС является входным контуром (контуром сложения). ФСС обеспечивает избирательность приемника и выравнивание коэффициента передачи сигнала в пределах поддиапазона (за счёт связи между контурами ФСС через дополнительные управляемые варикапы). Сигнал с выхода ФСС поступает на кольцевой смеситель (собран по кольцевой схеме на четырёх диодах), в одну из диагоналей моста в противофазе. Одновременно в одинаковой фазе подается сигнал с частотой гетеродина с блока гетеродина, включающего в себя автогенератор, настроенный контур и эммитерный повторитель. Частота гетеродина на всех поддиапазонах выше частоты сигнала (или частоты настройки контуров высокочастотного тракта) на 500кГц. Вторая диагональ моста смесителя нагружена на контур промежуточной частоты, настроенный на =500кГц. В качестве элементов настройки всех контуров тракта высокой частоты вместо конденсаторов переменной емкости используются варикапы, управление которыми производится из схемы формирования сетки частот. При изменении величины управляющего напряжения от 45 до 1,8 В емкость варикапа меняется от 140 до 750пФ.

Тракт промежуточной частоты предназначен для усиления сигналов промежуточной частоты и формирования полосы пропускания радиоприёмного устройства. Включает в себя, усилители промежуточной частоты, канал формирования полосы пропускания, схему АРУ и детекторы (детектор сигнала и детектор АРУ). Напряжение промежуточной частоты с выхода модуля ВЧ поступает на первый усилитель промежуточной частоты и на цепочки АРУ, представляющие собой широкодиапазонный управляемый делитель напряжения. Затем сигнал подается на трехкаскадный УПЧ, с выхода которого поступает в канал формирования полосы пропускания.

Полоса пропускания обеспечивается применением специального электромеханического фильтра (ЭМФ), представляющего собой систему, основанную на использовании механического резонанса. Основой конструкции ЭМФ являются цепочки дисковых резонаторов. Соединение отдельных резонаторов (металлических дисков) в цепочки осуществляется связками из тонких проволок. На входе ЭМФ перед цепочкой резонаторов стоит электромеханический преобразователь (магнитостриктор), который преобразует высокочастотные колебания ПЧ в механические, передаваемые дисковым резонатором. На выходе фильтра включен электромеханический преобразователь, преобразующий механические колебания в высокочастотные. Преобразователи настраиваются на частоту 500кГц. Параметры ЭМФ весьма стабильны при изменении условий окружающей среды. Канал формирования полосы пропускания обеспечивает полосу пропускания, равную 2,7кГц, с высокой избирательностью.

За каскадами формирования полосы пропускания включены УПЧ, разделенные делителем напряжения АРУ. Для поддержания постоянства частоты настройки, полосы пропускания и коэффициента усиления тракта ПЧ применяется режимная (по питающим напряжениям) и температурная стабилизация.

На последний каскад УПЧ из блока сетки частот через каскад модулятора ТЛГ подается низкочастотный сигнал 800Гц. Напряжением с частотой 800Гц производится модуляция напряжения промежуточной частоты при приёме телеграфных радиосигналов (режим «ТЛГ»), и на выходе телефонного канала прослушиваются сигналы от радиостанций, работающих в режиме манипулированных колебаний. Сигнал с выхода УПЧ подается на детекторы сигнала и АРУ.

Детекторы сигнала и АРУ собраны по одинаковой схеме и объединены в один микромодуль. С нагрузки детектора сигнала напряжение низкой частоты поступает на вход канала телефонного выхода и на вход компасного канала. С нагрузки детектора АРУ сигнал поступает на УПТ. В тракте ПЧ применена усиленно-задержанная схема АРУ. Задержка осуществляется в детекторе АРУ и в каскаде УПТ. Когда сигнал на выходе детектора АРУ достигает уровня 150мВ, усилители постоянного тока (УПТ-1 и УПТ-2) начинают запираться. Управляющий ток с коллекторов УПТ подается на делители напряжения, вызывая увеличение сопротивлений диодов делителей. В результате усиление по тракту ПЧ уменьшается. Схема АРУ работает таким образом, что при изменении сигнала на входе тракта ПЧ в широких пределах сигнал на выходе тракта ПЧ остается величиной практически постоянной. В схему АРУ подключена цепь ручной регулировки усиления, управляемая ручкой ГРОМКОСТЬ на пульте управления. Через цепь ручной регулировки поступает напряжение от 0 до 12 В.

Усилитель низкой частоты телефонного канала предназначен для усиления сигналов низкой частоты пеленгуемых радиостанций до величины, необходимой для нормальной работы двух параллельно включённых пар телефонов ТА-56М. Включает в себя делитель напряжения ручной регулировки громкости (РРГ на ПУ), два предоконечных каскада усиления НЧ и двухтактный выходной каскад — усилитель мощности НЧ. На входе УНЧ телефонного канала установлен фильтр верхних частот для формирования заданной частотной характеристики. Нагрузкой усилителя мощности является выходной трансформатор телефонного канала, к которому могут подключаться две пары телефонов с входными сопротивлениями 100 или 500Ом. Полоса пропускания УНЧ телефонного канала 100—1200 Гц.

Управляющая схема компасного канала представляет собой следящую систему и служит для усиления сигналов рассогласования с последующей его отработкой до нуля. Включает в себя звуковой генератор и усилитель компасного канала, нагрузкой которого являются двигатель вращения гониометра и тахогенератор. Следящая система находится в равновесии при отсутствии сигнала, снимаемого с искательной катушки гониометра, что и соответствует отсчёту КУР пеленгуемой радиостанции. Если положение искательной катушки гониометра не соответствует отсчёту КУР пеленгуемой радиостанции, то на вход управляющей схемы подается выделенное на детекторе сигнала напряжение рассогласования с частотой звукового генератора 135Гц. Наличие такого сигнала говорит об отклонении системы от положения пеленга, а его фаза несёт информацию о стороне отклонения. На выходе схемы включена управляющая обмотка двигателя, которая через редуктор соединена с искательной катушкой гониометра.

3вуковои генератор управляет коммутатором фазы (балансным модулятором), переключая фазу сигнала рамочной антенны каждый полупериод звуковой частоты на 180°. Кроме того, выходное напряжение звукового генератора подается на обмотку возбуждения двигателя вращения искательной катушки гониометра и тахогенератора, а в режиме «РАМКА» используется в качестве управляющего сигнала для ручного вращения искательной катушки гониометра. Звуковой генератор представляет собой двухтактный автогенератор, выполненный на двух полупроводниковых триодах. Оба триода генератора включены по схеме с общей базой.

Усилитель компасного канала состоит из фильтра нижних частот (ФНЧ), предварительного усилителя с двойным Т-образным фильтром в цепи обратной связи, фазосдвигающей цепочки, предоконечного усилителя и усилителя мощности. Сигнал низкой частоты с выхода детектора сигнала первоначально поступает на фильтр нижних частот, который сужает полосу пропускания до уровня 50—400Гц. Затем сигнал поступает на предварительный усилитель, имеющий максимальный коэффициент усиления на частоте звукового генератора, то есть на частоте «местной» модуляции, равной 135Гц. Частотная избирательность предварительного усилителя обеспечивается двойным Т-образным RC-фильтром, включенным в цепь отрицательной обратной связи. Полоса пропускания усилителя Гц. Между предварительным и предоконечными усилителями введена фазосдвигающая цепь, которая обеспечивает сдвиг по фазе сигнала на 90°. Для нормальной работы двигателя вращения искательной катушки необходимо, чтобы между напряжениями на обмотках возбуждения и управления был фазовый сдвиг, равный 90°. После усиления в предоконечном усилителе напряжение с частотой 135Гц поступает на усилитель мощности, собранный по двухтактной схеме.

Нагрузкой усилителя мощности является управляющая обмотка двигателя, вращающего искательную катушку гониометра. Вращение двигателя продолжается до тех пор, пока не исчезнет напряжение с частотой 135Гц на входе управляющей схемы, то есть пока искательная катушка не займет положение, при котором ЭДС, наводимая в ней результирующим полем неподвижных катушек, не станет равной нулю. Это положение искательно катушки и будет положением пеленга на радиостанцию, сигналы которой принимаются в данном случае АРК. Для обеспечения плавного подхода искательной катушки к положению пеленга и исключения колебаний относительно этого положения в предоконечный усилитель подается напряжение отрицательной обратной связи с выхода тахогенератора. Снимаемое с выходной обмотки генератора напряжение, пропорциональное скорости обработки двигателя, подается на предоконечный усилитель в противофазе с основным сигналом. На фазосдвигающую цепь в режиме «Рамка» со звукового генератора подается напряжение 135Гц и для ручного управления вращением двигателя.