книги / Основы применения электронных приборов сверхвысоких частот
..pdfРис. 6.14. Зависимость потерь преобразова ния, температуры шума и нормированного коэффициента шума кристаллического де тектора от величины мощности гетеродина.
Сигнал
•)
Рис. 6.15. Схемы смесителей на кристаллических детек торах:
а и б — простые смесители для коаксиальной и волноводной линий передач; в —балансный волноводный смеситель с использованием двойного тройника.
282
пости гетеродина имеется оптимальная рабочая область кристаллического детектора.
Для исключения потерь мощности отраженного си гнала в тракте от антенны к детектору необходимо хо рошее согласование детектора с ВЧ линией и с входом усилителя промежуточной частоты. В связи с этим для детекторов устанавливаются требования « КСВ входа (1,3—1,5) и выходному сопротивлению (200—300 о,м).
Схемы смесителей на кристаллических детекторах выбираются с учетом получения наиболее высокой чув ствительности приемного устройства, максимальной ши рокополосное™ и малой критичности параметров смеси теля при смене детекторов. Некоторые распространен ные схемы смесителей показаны на рис. 6.15. Балансные смесители с использованием двойных волноводных трой ников коаксиально-волноводного типа обладают ценным свойством ослаблять шумы гетеродина. Величина ослаб ления шумов гетеродина для балансных схем опреде ляется соотношением
а==ЖЕ±1М- (6.9)
{V U -V L tf ’
где Lx и 12 — потери преобразования детекторов.
Отсюда следует, что детекторы в балансном смеси теледолжны быть по возможности близкими по величине потерь преобразования. Та-к, при различии в потерях преобразования между детекторами от 1 до 3 дб подав ление шумов гетеродина достигает соответственно от 25 до 15 дб.
Рис. 6.17. Схема приемной части радиолокационной станции с параметрическим полупроводниковым усили телем высокой частоты («а схеме не показан смеситель системы АПЧ).
Стремление повысить чувствительность приемного устройства заставляет прибегнуть к усилению принятого слабого сцгнала,с помощью ЛБВ, параметрического или крантрвого усилителя и последующего его преобразова ния кристаллическим смесителем. При этом, как сле дует •йз/ 'введения 4^гл..:5, требования к смесителю в от ношении шумов существенно облегчаются. Некоторые возможные схемы СВЧ элементов приемных трактов с использованием усилителей принятых сигналов высо кой частоты показаны на рис. 6.16 и 6.17.
284
Схемы высокочастотных блоков радиолокационных станций выполняются на коаксиальных и волноводных
линиях |
передачи. С развитием миллиметровых волн и |
в связи |
с требованиями миниатюризации стали появ |
ляться другие линии передачи, как, например, диэлек трические и полосковые линии.
Рассмотренные выше далеко не все типовые схемы станций свидетельствуют о их многообразии и необходи мости специального выбора схем для обеспечения наи более эффективного применения приборов СВЧ.
6.2.ВЛИЯНИЕ РЕЖИМА РАБОТЫ МАГНЕТРОНА
ИОТРАЖАТЕЛЬНОГО КЛИСТРОНА НА РАБОТУ СХЕМЫ АПЧ
Всупергетеродинных приемниках радиолокационных станций преимущественно применяют схемы частотных автоматических подстроек частоты (АПЧ), задача кото рых состоит в поддержатии неизменной промежуточной частоты путем 'подстройки гетеродина к частоте передат чика. Создание АПЧ позволило применять в передаю щих устройствах .недостаточно стабильные автогенера торы, частота которых зависит от многих дестабилизи рующих факторов внешней среды. В качестве гетеродинов применяют отражательные клистроны, ЛОВ или другие
маломощные генераторы, имеющие электронную под стройку частоты.
В (качестве гетеродина можно применять триодный генератор, частота которого изменяется реактивной лампой, подключенной параллельно колебательному контуру.
Подробный анализ различных систем АПЧ приведен
вработах [22, 23, 24].
Врадиолокационных станциях импульсного действия
широко применяются электронные и электронно-меха
нические АПЧ, |
с |
управлением |
частотой |
гетеродина |
||
(рис. |
6.18,а |
*и |
б) |
и иногда |
частотой |
магнетрона |
(рис. |
6.18,в) |
[38]. |
|
|
|
|
Рассмотрим влияние режима работы импульсного магнетрона и отражательного клистрона на работу си стемы АПЧ, показанной на рис. 6.18,а. Процессы, проис ходящие в подобной системе АПЧ при изменении часто ты колебаний магнетрона, показаны на рис. 6.19.
285
t* Смеситель |
Дисхрими- ^ |
• |
Клистрон |
m |
|
||
|
|
|
I Г |
Рис. 6.18. Распространение блок-схемы АПЧ.
Небольшая часть мощности от магнетрона (рис. 6.3) поступает к смесительному детектору системы АПЧ, к которому также подводятся колебания от гетеро дина.
Рис. 6.19. График, поясняющий требования К настройке отражательного клистрона и магнетрона для поддержания оптимального значения чувствительности приемника В про
цессе эксплуатации станции.
Преобразованный сигнал с частотой fM—fm, равный промежуточной частоте /ър, усиливается широкополое* ным усилителем промежуточной частоты (УПЧ) и по дается на дискриминатор.
Простейшая схема дискриминатора и его основная характеристика показаны на рис. 6.20. Из этой харак теристики видно, что если промежуточная частота рав на своему номинальному значению /0Пр, то напряжение
287
на выходе дискриминатора равно нулю. Если образует ся приращение частоты Afnp < /2пр—/тр, то на выходе дискриминатора появятся продетектированыые импуль сы напряжения положительной или отрицательной по лярности. На практике стремятся дискриминатор вы полнить с более широкой полосой (путем разноса макси мумов кривой дискриминатора /щр и /2Пр). ио йе более
Рис. 6.20. Схема дискриминатора и его типичная характе ристика.
чем на ширину полосы пропускания УПЧ. Если шири на полосы УПЧ составляет 5—6 Мгц, то ширину поло сы дискриминатора выбирают равной 3—4 Мгц.
Напряжение с дискриминатора подается на управ ляющую схему, состоящую из одного или нескольких каскадов. Управляющая схема предназначена для уси ления постоянного напряжения и изменения напряэке-’ ния, подводимого к отражателю клистрона, по задан ному закону с изменением частоты магнетрона.
Часто в качестве управляющей схемы в радиолока ционных станциях выбирают диодно-фантастронную схему, показанную на рис. 6.21. Положительные особен-.
ностн этой схемы состоят в том, что в отсутствие сигна ла магнетрона или в случае, когда имеет место боль шой уход частоты, она генерирует импульсы пилообраз ной формы. Это обеспечивает автоматический режим «поиска». В момент прихода сигнала от дискриминатора генерация фантастрона прекращается и он начинает ра ботать как усилитель постояшюго тока, схема перехо дит в режим «слежения».
каскада.
В связи с тем, что интегрирующая цепь схемы управ ляющего каскада обладает постоянной времени Ti=#iCi и поэтому АПЧ является инерционной систе мой и не реагирует мгновенно на изменения частоты. Только усреднение напряжения за .несколько импуль сов позволяет создать реакцию для постройки частоты.
• Эффективность действия системы АПЧ в отношении степени стабилизации частоты и устойчивости работы может быть определена из рассмотрения ее как элек тронной схемы с замкнутой обратной связью. Подобные схемы за последние годы подвергались широким иссле дованиям в теории автоматического регулирования [25—29]. Используя аппарат этой теории, можно пока зать, насколько уменьшатся уходы частоты клистрона и магнетрона за счет дестабилизирующих воздействий при наличии АПЧ.
19— |
124 |
289 |
|
Максимальные уходы частоты магнетрона и клистро на за счет дестабилизирующих факторов определяются выражениями
i —1
(6.10)
*»=%&**•
i=l
где A</i и Api — дестабилизирующие факторы.
В реальных условиях эксплуатации дестабилизирую щие факторы действуют независимо, а рассматривае мая система АПЧ на кратковременные (соизмеримые с длительностью импульса) изменения частоты не реа гирует. Поэтому можно считать, что наиболее вероят ный уход частоты магнетрона и клистрона определяется выражениями:
Максимальный и -вероятный уходы частоты на выхо де смесителя будут определяться как
М макс = | А/м I Jr I А/кл |,1 |
/’б 12> |
^вер= : |^ м ! - Ы ^/кл|* J |
|
Опыт показывает, что для правильно сконструиро ванной аппаратуры (при наличии стабилизации источ ников питания, герметизации, удовлетворительного со гласования ВЧ трактов и т. -п.) необходимо рассчиты вать на величину 6/Вер (рис. 6.19). Значение AfMauc при ходится учитывать при включении аппаратуры, за счет выбега частоты при разогреве.
290
В связи с этим может быть показано, что в стацио нарном режиме работы аппаратуры ослабление ухода частоты за счет действия АПЧ определяется выраже нием
g F |
= __ *1т__ |
(6.13) |
' АПЧ |
1 - f sts2kус |
где 8/ЛПЧ — уход частоты на выходе смесителя прием
ника при наличии АПЧ; 6/иСр — определяется выражением (6.12) в отсут
ствии АПЧ;
Si и S2 — крутизна характеристик дискриминатора и клистрона по напряжению на отражателе;
/гус — коэффициент усиления управляющей схе-
Формула (6.13) свидетельствует о целесообразности повышения коэффициента усиления управляющей схе мы. Однако это можно делать лишь до определенных пределов. При больших коэффициентах усиления начи наются сильные переходные процессы, приводящие'к воз буждению и выходу из строя системы АПЧ.
Выбор коэффициента усиления управляющей схемы н крутизны характеристики дискриминатора при задан ной величине 6fmp, определяемый параметрами магне трона, клистрона, а также и мерами, принятыми в ап паратуре по ослаблению влияния дестабилизирующих факторов, необходимо производить из условия того, что бы величина 8/лпч] была меньше полосы пропускания
приемника. В этом случае сигналы будут проходить че рез тракт приемника и чувствительность системы будет сохранена.
Предельное минимальное значение 8/Anq ограничено
уровнем флюктуационных шумов дискриминатора и управляющей схемы.
Практически в приемных устройствах с полосой про пускания 4,5—5 Мгц достигается 8/дпч = 100-М50 кгц.
Диапазон захвата системы АПЧ, т. е. перехода из ре жима «поиска» в режим «слежения», определяется ам плитудой пилообразного .напряжения на выходе схемы управления (в рассматриваемом случае на выходе фантастропа) и диапазоном электронной настройки частоты клистрона. Оценка диапазона захвата системы АПЧ мо жет быть произведена по следующей методике.
19* |
291 |