بريق الصناعات الدفاعية، وفقر دوائر التصميم: كيف صُمّمت أجهزة كشف الرادار السوفيتية

في العقدين الأخيرين من القرن العشرين، غمرت السوق في بلدنا العشرات من أجهزة كشف الرادار المحلية. كانت أرخص بشكل ملحوظ من المستوردة، ولكن ما الذي ميز هذه الأجهزة أيضًا، إلى جانب بلد التصنيع والسعر؟ دعونا نفهم ما كانت عليه هذه الطرازات.

كاشف الرادار السوفيتي الصارم

في عام 1990، نشرت صحيفة "أفتوريفيو" لأول مرة في الاتحاد السوفيتي مخططًا لكاشف رادار للتصنيع الذاتي. ومع ذلك، خلت المقالة من تحليل تفصيلي للمخطط وضبطه، مع رسومات مهملة لهوائي بوقي. لم يكن بإمكان المبتدئين في الإلكترونيات تجميع أي شيء بناءً عليه، بينما لم يكن ذو فائدة للمستخدمين ذوي الخبرة. ولكن المثير للاهتمام، أن المخطط كان من النوع الذي صنع به الأفراد أجهزة كشف الموجات الدقيقة، وبعد عام أو عامين – التعاونيات والمؤسسات الدفاعية الكبيرة التي تحولت إلى التحويل المدني.

كان المخطط يسمى "كاشف الموجات الدقيقة بجدار خلفي مُعدَّل". كان هذا الجهاز يعمل بكفاءة أقل بشكل ملحوظ من الطرازات الأجنبية التسلسلية، لكنه كان بسيطًا ومتاحًا نسبيًا – كما يقال، أفضل من لا شيء.

كيف كانت تُبنى أجهزة الكشف المستوردة

كانت أجهزة كشف الرادار الأجنبية تُبنى بالفعل في التسعينيات وفقًا لمخطط ما يسمى بالسوبرهيتيرودين. هذا هو المفهوم الأكثر انتشارًا حتى يومنا هذا لبناء مستقبل الراديو، وهو معروف لكل من لديه دراية بهندسة الراديو. جوهره هو نقل معالجة الإشارة (التضخيم، الترشيح، وما إلى ذلك) من الهوائي من تردد عالٍ إلى تردد أقل بكثير وثابت، حيث يكون تنفيذها أسهل وأرخص من حيث المكونات المستخدمة والتصميم.

تدخل الإشارة من الهوائي إلى مرحلة المستقبل المسماة بالخلاط. يُغذى في نفس الوقت بإشارة من المذبذب المحلي (المولد الداخلي لتذبذبات الترددات الراديوية في المستقبل)، الذي يكون تردده قريبًا من التردد المستقبَل. الخلاط، كما هو واضح من الاسم، يخلط هذين الترددين وينتج الفرق. الفرق – هو ما يسمى بالتردد الوسيط، وهو أقل بشكل جوهري من تردد الإدخال، والتعامل معه في المراحل التالية من المستقبل أسهل بكثير.

لنفترض أننا بحاجة إلى مستقبل بتردد 10.525 جيجاهرتز – وهذا هو "النطاق X" الذي عملت عليه جميع رادارات شرطة المرور في الثمانينيات والتسعينيات. عشرة ونصف جيجاهرتز – تردد عالٍ جدًا، والتعامل معه ليس سهلاً. تصميم دوائر المستقبلات دقيق ومكلف، لذلك يجب تقليل عدد المراحل التي تعمل بترددات عالية كهذه إلى الحد الأدنى: تحويل تردد الإدخال إلى التردد الوسيط في أقرب وقت ممكن ثم التعامل معه فقط.

التردد الوسيط الشائع والمنتشر، المستخدم في مستقبلات من أنواع مختلفة جدًا، هو 10.7 ميجاهرتز، أي أن التردد الوسيط أقل من التردد المستقبَل بحوالي ألف مرة. وفقًا لذلك، نحتاج إلى مذبذب محلي بتردد 10.5143 جيجاهرتز. من تردد الإدخال 10.525 جيجاهرتز، الذي يستقبله هوائي كاشف الرادار، يطرح الخلاط تردد المذبذب المحلي 10.5143 جيجاهرتز، ونتيجة لذلك نحصل على تردد وسيط 10.7 ميجاهرتز.

التعامل معه أسهل بكثير – فقاعدة العناصر غير المكلفة مناسبة لذلك. نحن نضخم 10.7 ميجاهرتز بسهولة، ونرشحه، ونكشفه، ونخرجه إلى مؤشر كاشف الرادار – وميض ديود، أو صفارة صوتية، أو شاشة عرض، أو مقياس.

الطريق السوفيتي الخاص

في بلدنا في الثمانينيات والتسعينيات، لم تُصنع أجهزة كشف الرادار وفقًا لمبدأ السوبرهيتيرودين، لأنه حتى بالنسبة لتردد قريب من نطاق X للرادار، كان تصنيع مذبذب محلي في ظروف حرفية أمرًا صعبًا. المذبذب المحلي للميكروويف في المستقبل – هو في الأساس نفس مولد الترددات الراديوية القريبة من 10.525 جيجاهرتز للرادار، لكنه منخفض الطاقة للغاية. بعبارة أخرى، هو عقدة تتطلب ترانزستورات ميكروويف أو ثنائيات غان للميكروويف، والتي كانت باهظة الثمن ونادرة في ذلك الوقت.

في قاعدة العناصر السوفيتية المتاحة نسبيًا، كان هناك القليل منها، ولم يكن من الممكن تخصيصها لأجهزة كشف الرادار حتى بالنسبة للمؤسسات الكبيرة في صناعة الإلكترونيات. لذلك، تم ابتكار طريق آخر، أبسط وأرخص، والأهم من ذلك – بدون مذبذب محلي تمامًا. كان العيب هو انخفاض حساسية الكاشف، لكنه لم يكن قاتلاً. كانت أجهزة الكشف المستوردة تلتقط رادار "باريير" الخاص بشرطة المرور من مسافة كيلومتر ونصف، بينما كانت أجهزتنا من مسافة 600-800 متر، وهو ما كان جيدًا أيضًا.

كان المستقبل المبسط بدون مذبذب محلي في نطاق الميكروويف يعمل على النحو التالي. ينتقل الهوائي البوقي (نفس الموجود في أجهزة الكشف المستوردة) إلى نفق – دليل موجي. يوجد فيه ثنائي ميكروويف يكشف إشعاع رادار شرطة المرور. النفق – هو صندوق معدني مغلق. إذا قسنا من جداره الخلفي 1.5 سنتيمتر (نصف طول الموجة على تردد النطاق X)، فستكون هذه نقطة الحد الأدنى لجهد إشارة الإدخال. وإذا قسنا 7.5 ملم (ربع طول الموجة)، نحصل على نقطة الحد الأقصى للجهد.

لنتخيل أن الثنائي الكاشف يغير موضعه بسرعة، "قافزًا" من نقطة الحد الأقصى إلى نقطة الحد الأدنى والعودة. إذا كان هوائي الكاشف في هذا الوقت تحت إشعاع الرادار، فإن مستوى إشارة الميكروويف على الثنائي الكاشف سينبض بتردد قفزاته. إذا كان، على سبيل المثال، "يقفز" ذهابًا وإيابًا بتردد منخفض، حوالي 10 كيلوهرتز، فسنحصل على إشارة مفيدة بتردد 10 كيلوهرتز.

مقارنة بـ 10.5 جيجاهرتز، هذا تردد منخفض للغاية. معالجة الإشارة (التضخيم، القياس، الإخراج إلى العرض) عليه متاحة حتى لطالب ضعيف في نادي الراديو في قصر الرواد، ولهذا الغرض تكفي الترانزستورات والدوائر المتكاملة الرخيصة. ولكن كيف نجعل الثنائي "يقفز"؟ فيزيائيًا – مستحيل، ولكن كهربائيًا – بسهولة. نحتاج إلى أن يكون الثنائي الكاشف على مسافة ربع موجة من الجدار الخلفي تارة، ونصف موجة تارة أخرى.

على مسافة ربع موجة، نضع في النفق ثنائيًا ثانيًا – ثنائي التعديل. بتغذيته بجهد نابض بالتردد المنخفض الذي نريده، يمكننا فتحه وإغلاقه. في حالة واحدة، يكون الثنائي مطابقًا فعليًا لوصلة قصيرة، وفي حالة أخرى تكون مقاومته كبيرة جدًا – كما لو كان غير موجود إطلاقًا. الثنائي الذي يفتح ويغلق يحاكي للثنائي الكاشف تغيير طول النفق-الدليل الموجي – من نصف إلى ربع طول الموجة. ونتيجة لذلك، يتم عزل إشارة منخفضة التردد على الثنائي الكاشف بتردد تبديل الثنائي المُعدِّل، ومع هذه الإشارة منخفضة التردد يسهل التعامل معها بعد ذلك – في المراحل التالية من المستقبل.

التنفيذ العملي

لنأخذ على سبيل المثال جهازي كشف رادار، بدأ إنتاجهما حوالي عام 1991. في التعليمات، كانا يُسميان ببساطة "مضادات الرادار"، على الرغم من أن هذه الكلمة المفهومة للجميع تثير استياء بعض المواطنين – تمامًا مثلما يغضب صانع الأسلحة عندما يُسمى الزناد بالمقبض. "إلكترونيكا ISI-01" كان يُنتج بواسطة مصنع بريانسك لأشباه الموصلات، الذي كان ينتج مكونات راديو واسعة الاستخدام بالإضافة إلى عقد ووحدات للصواريخ وأنظمة الرادار.

مضاد الرادار "توباز" كان يُنتج بواسطة مصنع دونيتسك الذي يحمل نفس الاسم، والمعروف بأنظمته العسكرية للرادار، بما في ذلك من النوع السلبي – في جوهرها، مستقبلات عريضة النطاق عالية الحساسية، والتي كانت مشابهة لأجهزة كشف الرادار للسيارات.

مضاد الرادار "إلكترونيكا ISI-01" مُجمَّع في هيكل مستطيل بسيط للغاية من نصفين مع تثبيت على حاجب الشمس في السيارة. لديه مؤشران LED ("تشغيل" و"خطر") ومقبض لضبط الحساسية ("مانع الضوضاء"، الذي يخفض حساسية المستقبل فوق مستوى التشويش). كان وميض ديود "الخطر" مصحوبًا بصفير من السماعة المدمجة.

"توباز" يمكن أن يتباهى بهيكل بتصميم مثير للاهتمام إلى حد ما وحامل قابل للتعديل للتثبيت على الحاجب. المؤشرات – نفس الشيء: ثنائيا LED وصفارة. لكن لا يوجد ضبط يدوي للمستوى – يتم استبداله بأتمتة.

علاوة على ذلك، هيكل "إلكترونيكا ISI-01" – معدني، بينما "توباز" – بلاستيكي، لذلك تمت معالجة الأخير بالمعادن بشكل بدائي من الداخل للتدريع وربطه بقطع من الأسلاك بـ"السالبة" في اللوحة.

تصميم دوائر كلا الجهازين (وعشرات الأجهزة المماثلة) – متطابق. كلاهما يمثل كاشف الموجات الدقيقة الموصوف أعلاه بجدار خلفي مُعدَّل للدليل الموجي. كلاهما مُجمَّع على ثنائيات ميكروويف كاشفة قديمة منخفضة الحساسية، مما حد من مسافة الاكتشاف مقارنة بالنظائر المستوردة. في "إلكترونيكا ISI-01"، تم تضخيم الإشارة منخفضة التردد المكتشفة بواسطة مرحلة من ثلاثة ترانزستورات، ثم بمضخم تشغيلي K140UD5A، وفي "توباز" – بالمثل، باستثناء المضخم KR551UD1A.

كان الوضع يزداد سوءًا بسبب التشتت الكبير في معلمات الترانزستورات والدوائر المتكاملة المحلية، وكذلك التجميع الحرفي للجزء عالي التردد – حيث كانت الهوائيات البوقية والأدلة الموجية تُلحم يدويًا من صفائح منخفضة الجودة، عرضة للتآكل والأكسدة. كل هذا، بالإضافة إلى الإمكانات المنخفضة في الأساس، أدى إلى أن المشترين لنفس الطراز، اعتمادًا على الحظ، قد يحصلون على جهاز "ناجح" أو جهاز غير صالح تمامًا.