книги / Основы применения электронных приборов сверхвысоких частот

тракта значительно уменьшается и в основном опреде­ ляется его собственным КСВ. На рис. 6.5 показана зави­ симость значений КСВ на входе вентиля, нагруженного на выходе антенно-волноводным трактом с различными значениями КСВ [7]..

Улучшение качества нагрузки, повышение требова­ ний « режиму работы и условиям использования явля-

Рис. 6.5. Зависимость КСВ на входе ферритового вентиля от КСВ на вы­

ются важными, но не единственными формами повыше­ ния стабильности магнетронов.

Так широкие возможности повышения стабильности работы магнетронного генератора открываются при использовании синхронизации магнетрона с помощью другого маломощного генератора СВЧ [9, 10, 11].

Наиболее целесообразно это осуществить путем ис­ пользования ферритовых циркуляторов. В этом случае блок-схема магнетронного генератора с внешней синхро­ низацией имеет вид, показанный на рис. 6.6.

Расчет показывает, что полоса синхронизации магне­

272

k—iKCB;

Р— мощность магнетрона;

Рспнхр — мощность тенератора синхронизации.

Из этого выражения следует, что с уменьшением по­ лосы синхронизации величина К может принимать боль­ шие значения (до 15 дб). Следует отметить, что если

Рис. 6.6. Блок-схема магнетронного гене­ ратора с синхронизацией от посторонне-

:го источника СВЧ колебаний.

иМеёт место недостаточная развязка в обратном направ­ лении между магнетроном и генератором синхрониза­ ции (~ 1 0 дб), то на выходе магнетрона дополнительно может быть установлен ферритовый вентиль. Подобное свойство было использовано для создания специального прйбора, получившего название цирклотрона, представ­ ляющего собой по существу сочетание магнетрона с цир­ кулятором. Опубликованная практическая конструкция цирклотрона [12] в 3-см диапазоне волн на импульсную мощность 7 лат обладает 10%-ной полосой синхрониза­ ции и требует для возбуждения генератор мощностью, в 10 раз меньшей выходной мощности цирклотрона.

Для повышения стабильности работы приборов автогёнё'раторов в передающих устройствах применяют так-

же пассивные колебательные цепи (резонаторы с повы­ шенной добротностью).

Интересными в этом отношении являются стабилотроны, кратко рассмотренные в гл. 3. Схема со стабилотроном с внешним высокодо-'бротным 'резонатором (рис. 6.7) обеспечивает .повышение стабильности часто­ ты более чем на порядок по сравнению со схемами пере­ датчиков на магнетронах.

г

Рис. 6.7. Блок-схема элементов -габнлотрона:

/ — высокодобротный резонатор; 2 — подвижный отражатель па выходе.

Поиски путей повышения стабильности и надежности работы автогенераторов, в основном, связаны с высоким их к. п. д. и компактностью устройства. Однако сущест­ венных результатов в данном направлении, несмотря на появление стабилотрона, не достигнуто. Стабилотрон имеет ограниченные возможности по мощности, встре­ чаются затруднения в конструировании приборов в ко­ ротковолновой части сантиметрового диапазона, а так­ же создания их с перестройкой частоты в широком диа­ пазоне. До сих пор не удалось создать мощных прибо­ ров СВЧ в режиме автогенерации, имеющих стабиль­ ность по частоте выше 10-5—5 • 10~6.

Поэтому за последние годы получили развитие пе­ редающие устройства, построенные по каскаднбму прин­ ципу, подобно передатчикам длинных и коротких волн на лампах с сетками. Возможности каскадного построе­ ния передающих устройств во многом связаны с удач­ ным разрешением проблемы создания мощных и сверх­ мощных усилительных приборов — амплитронов, пролет­ ных клистронов; ЛБВ, а также триодов СВЧ.

Для аппаратуры в дециметровом диапазоне волн, к которой не предъявляются требования к ограничению числа каскадов и специальные требования по перестрой-

274

ке частоты, можно рекомендовать построить сравнитель­ но простой и дешевый передатчик из нескольких каска­ дов (от 3 до 5) на триодах СВЧ. При этом задающий маломощный генератор может быть стабилизирован кварцами.

В тех случаях, когда выдвигаются требования боль­ ших уровней мощности при высоких коэффициентах уси­ ления и неширокой полосе пропускания, наиболее целе­ сообразно применение передатчиков на усилительных клистронах. На рис. 6.8 показана подобная схема пере-

Рис. 6.8. Блок-схема трехкаскадного передатчика на кли­ стронах.

датчика, задающим генератором которой использован стабилизируемый отражательный клистрон с помощью высокодобротного резонатора 1. Предварительный уси­ литель 2 собран на трехрезонаторном пролетном кли­ строне с постоянными 'магнитами. Задающий генератор и предварительный усилитель достаточно компактные устройства.

Выходной каскад, представляющий в рассматривае­ мом случае четырехрезонаторный пролетный клистрон, чаще всего имеет фокусирующую систему в виде соле­ ноида. . Охлаждение коллектора жидкостное. Высоко­ вольтный катодный узел помещен в масло и конструк­ тивно связан с импульсным трансформатором модулятор­ ного устройства. Высоковольтные узлы выходного кас­ када закрываются свинцовыми экранами для защиты от мощных рентгеновских излучений. Благодаря высо-

кому коэффициенту усиления клистронные передатчики можно стабилизировать с помощью маломощных гене­ раторов и получать мощные колебания со стабиль­ ностью, недоступной для других передающих устройств.

Клистронные передатчики разрабатываются с фик­ сированной настройкой частоты и механической пере­ стройкой частоты. Известны данные о пролетных кли­ стронах дециметрового диапазона с выходной мощ-

Рис. 6.9. Блок-схема широкополосного передатчика на амплитронах.

ностыо 10 Мет в импульсе, имеющих диапазон пере­ стройки 140 Мгц при изменении выходной мощности не более 1 дб [13].

Клистроны имеют большой срок службы, составляю­ щий в среднем 3000 час (отдельные экземпляры рабо­ тают до 17 000 час).

Определенным недостатком клистрониых передатчи­ ков является их небольшая широкополосиость. В этих случаях могут применяться мощные ЛБВ, если не предъ­ являются высокие требования к к. п. д.

Наиболее эффективная схема каскадного передатчи­ ка с широкой перестройкой частоты механическим й электронным способами может быть осуществлена на амплитронах при использовании в промежуточных ка­ скадах ЛБВ с достаточно высоким коэффициентом уси­ ления. Блок-схема подобного передатчика 10-см диапа­ зона, собранная на амплитронах QKS622, показана на рис. 6.9 [14].

276

Предлагаемые эксплуатационные режимы работы амплнтронов в предварительном Ам2 и оконечном Ам1 каскадах передатчи!ка даны в табл. 6.2.

Т а б л и ц а 6.2

Рекомендуемые режимы работы каскадного передатчика на амплитронах QKS622

В оконечном каскаде для повышения выходной мощ­ ности амплитроны могут включаться в параллель или последовательно при использовании циркулятора в ка­

магнетронных передатчиков.

Рассмотрим далее применяемые схемы антенных пе­ реключателей, на резонансных разрядниках, данные по которым подробно изложены в работах [15, 16]. Первые так называемые ответвительные схемы антенных пере­ ключателей на резонансных разрядниках, показанные на рис. 6.2 и 6.3, получили свое развитие в направлении расширения диапазона частот, повышения защитных свойств, уменьшения потерь при приеме и расширения рабочего температурного интервала.

Частично эта задача решалась применением предва­ рительных разрядников защиты приемника, использо­ ванием нескольких разрядников блокировки передатчи­ ка, расширением диапазонных свойств разрядников. Ка­ чественно новый результат был получен при примене­ нии балансных переключателей с использованием линий передач в виде двойных тройников («магических 7»),

277

кольцевых многополюсников (гибридных соединений), щелевых мостов (рис. 6.10). Данные соединения линий обеспечивают направленное 'распределение ВЧ мощ­ ности, необходимое для построения балансных -антен-

Рис. 6.10. Мостовые волноводные схемы и их условные обозначения:

а — двойной тройник; б — кольцевой многополюсник; в — щелевой мост.

пых переключателей, схемы которых показаны на рис. 6.11. Эти схемы при одинаковых по параметрам раз­ рядниках обеспечивают резкое уменьшение просачиваю­ щейся мощности от передатчика к смесителям, не тре­ буют применения разрядника блокировки передатчика и пригодны для использования в передатчиках, отли­ чающихся большим совершенством по сравнению с пере­ датчиками с ответвительной схемой антенного переклю­ чателя.

278

15нс. 6.11. Схемы антенных переключателей на резонансных Разрядниках и форма импульсов, просачивающихся от пе­ редатчика к приемнику:

Балансная схема на двойных тройниках из-за гро­ моздкости и необходимости подбора разрядников при­ меняется редко. Наиболее употребительна схема со ще­ левыми мостами, для которой специально выпускаются сдвоенные разрядники.

Еще более простой антенный переключатель с суще­ ственным уменьшением просачивающейся мощности мо­ жет быть получен в так называемой схеме с «общей» связью, показанной на рис. 6.12. Этот антенный переклю-

Рис. 6.12. Схема антенного переключателя с «общей» связью.

чатель в диапазоне 8600—9 500 Мгц имеет 'потери в ре­ жиме приема 0,4—0,6 дб, развязку между передатчиком и приемником около 20 дб, просачивающуюся энергию пика №пр<110-в дою, просачивающуюся мощность пло­ ской части Япр < 30 мет [6].

Существенное облегчение режима работы резонанс­ ного разрядника может быть получено при использова­ нии его с ферритовым циркулятором (рис. 6.13). Вели­ чина мощности, попадающая на разрядник, может быть уменьшена в 10 и более раз. Это достигается ценой не­ которых дополнительных потерь в циркуляторе и пони­

жения чувствительности приемного устройства на 0,2— 0,6 дб.

Интересные возможности в отношении ослабления требований к резонансным разрядникам по величине мощности имеются в передатчиках на амплитроиах. Из-за незначительных потерь принимаемого сигнала при прохождении через амплитроны антенный переклю­ чатель можно включать на входе амплит.рона. В этом случае полная выходная мощность 'передатчика может быть подведена к антенне, минуя антенный переключа­ тель.

280