Слаботочка.

Слаботочка Книги

0 [1] 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51

коэффициент шума УПЧ, определенный с уче* том (В.6), будет интегральным коэффициентом шума, поскольку усреднение шумов производится во всей его рабочей полосе частот. Определенный таким же образом коэффициент шума СВЧ устройства или радиолокационного приемника в целом можно уже рассматривать (с некоторой степенью приближения) как дифференциальный коэффициент шума, поскольку усреднение шумов в данном случае производится не по всей СВЧ полосе пропускания, а только по незначительной ее Части, равной А/пч, вблизи любой из входных рабочих частот (как уже отмечалось, в большинстве случаев А/свч>А/11ч). При этом, чем уже будет полоса А/пч, тем ближе будем к выполнению условия А/ш->0 и тем более точно будет определен дифференциальный коэффициент шума СВЧ устройства и его зависимость от Частоты F(f). В дальнейшем под коэффициентом шума СВЧ элементов и устройств и его частотной зависимостью будем понимать дифференциальный коэффициент шума.

Рассмотрим частный случай пассивного шумящего четырехполюсника, обладающего номинальными потерями Lh=1 Ch и находящегося при абсолютной температуре Т. Таким четырехполюсником является любой реальный фидер (волновод) или СВЧ элемент (например, ферритовое устройство - вентиль, циркулятор), антенно-фидерный тракт РЛС и т. д. Коэффициент шума и шумовая температура подобного четырехполюсника с потерями равны [4, 5]

F„„,= 1+(L„-1),

(В.7)

Тш пот -

(В.8)

При Г = Го

FnoT=L„=l CH. (В.9)

Следовательно, коэффициент шума пассивных СВЧ элементов с потерями, находящихся при нормальной температуре Го, равен величине их потерь. Чем ниже потери, тем меньше шумы, вносимые этими элементами.

До сих пор рассматривались шумовые характеристики одиночного четырехполюсника (каскада). Для схемы, состоящей из двух последовательно соединенных четырехполюсников (двухкаскадная схема), коэффициент

Шума и Шумовая teMnepatypa определяются по формулам i[4-Э]

Fi2=Fi+iF2-\)/K«u (В.Ю)

7ш12 = Гш1-ЬТш2 Сн1. (В11)

Соотношения (В.Ю), (В.П), как известно, легко распространяются на любую многокаскадную схему:

F=Fj -ь: (F2-1) IKui+iFs- \)/K«iK+ ...

...+ (/"„-! ) Сн1/Сн2 . . . /Сн(п-1), (В.12)

Тт=Тш1+ Тщг/Кн1 + Тшз/Ки1 • Kva +

• • +7шп/н1*/Сн2 •• Сн(п-1). (В. 13)

Формулы (В.Ю)-!(В13) справедливы для таких многокаскадных схем, у которых наиболее узкополосным каскадом является последний, при этом предполагается, что общая полоса шумов А/ягА/шп, где А/шп - полоса

шумов последнего каскада. Практически во всех схемах приемников эти условия выполняются, т. к. в противном случае величины F и Гш могут возрасти. Более общий вид формулы (В.12), учитывающий соотношение полосы шумов различных каскадов, приведен в [4].

Из формул (В.Ю) - (В.13) видно, что наибольший вклад в общий коэффициент шума многокаскадной схемы вносит первый каскад, поскольку его шумы полностью входят в суммарные шумы приемника. Шумы каждого последующего каскада, приведенные ко входу первого, оказываются ослабленными на величину коэффициента усиления всех предыдущих каскадов. Очевидно также, что чем больше коэффициент усиления первого каскада, тем меньше влияние шумов второго (практически нередко вносящего заметный вклад в общие шумы) и всех последующих каскадов. Поэтому* для уменьшения общего коэффициента шума при проектировании СВЧУ приемника с входным СВЧ усилителем стремятся сделать его малошумящим (с минимально возможным коэффициентом шума), а усиление -возможно большим.

Заметим, что пассивные СВЧ элементы с потерями (например, элементы антенно-фидерного тракта) могут существенно ухудшить шумовые характеристики отдельных каскадов и приемника в целом. Действительно, пусть на входе некоторого каскада СВЧУ (усилителя, смесителя) с коэффициентом шума имеется волноводнын 2-38 17

элемент с потерями Lu при температуре Т = То. Из формул (В.9) и (В.10) следует, что общий коэффициент шума такого каскада с потерями на входе равен

F = UF, (В.14)

т. е. коэффициент шума каскада возрастает в раз. В частности, если F„ = 6 дб, а /-н = 3 дб, то F{d6)=% + -f-3 = 9 дб, следовательно, коэффициент шума из-за влияния потерь увеличился в 2 раза. Отсюда видно, как важно свести к минимуму потери СВЧ элементов, находящихся в первых каскадах СВЧУ.

Таким образом, зная номинальные потери Z-h пассивных элементов СВЧУ, номинальные коэффициенты усиления мощности Кп и коэффициенты шума отдельных каскадов приемника, можно, пользуясь формулами (В.7) - (В. 14), вычислить общий коэффициент шума и шумовую температуру его линейной части * (или какой-либо группы каскадов этой части).

Величина коэффициента шума определяет, как уже указывалось, чувствительность приемника вообще и, в частности, его пороговую чувствительность, численно равную поминальной мощности сигнала на входе приемника, при которой на выходе его линейной части мощность сигнала равна мощности шумов [4, 5, 6];

пор = feoAfm (f-Ь 4 вых-1) =

= 7оА/ш(/1п-Ь4вых), (В.15)

где /авых = 7авы.х/7о - Относительная температура шумов па выходе антенно-фидерного тракта **), подводимых ко входу приемника. Для многих РЛС см и волн, особенно бортовых, а также при измерениях чувствительности приемников с помощью генераторов стандартных сигналов (ГСС), когда ко входу приемника вместоантен-

* Как известно, к линейной части приемника относится та его часть, которая находится до детектора, т. е. элементы и устройства СВЧ и ПЧ трактов супергетеродинного приемника. Особенностью линейной части приемника является отсутствие преобразования спектрального состава принимаемого сигнала при его прохождении через линейную часть, несмотря на преобразование радиочастоты сигнала.

**> Напомним, что шумы антенно-фвдвриолх) тракта складываются из шумового излучения космоса, атмосферы и Земли, принимаемого аптениой наряду с сигналом, и из собственных тепловых шумов, обусловлеи,1п.1х наличием актианых потерь в ангение и тракте [4 стр. 407].

ного тракта подключается выход ГСС, 4вых~1. Тогда с учетом (В.б) получаем

Рпор = /roA/n4f=4-10-21 Af„-f (er). (В.16)

Формула (В.16) является наиболее употребительной для расчета пороговой чувствительности радиолокационных приемников. При практических расчетах и измерениях Рпор последняя выражается чаще всего не в единицах мощности, а в децибелах относительно (ниже) 1 мет, которые обозначаются дбм:

Poop(<?6) = 101g >-( = 176- f (5)- 101g(AW.

(В. 17)

Например, при F=10 дб и А/пч=4 мгц величина Рпор = = 100 дбм.

В.З. Блок-схема СВЧ устройства радиолокационного приемника

Супергетеродинные приемники обеспечивают наибольшие чувствительность и избирательность по сравнению с другими типами приемников: детекторными, прямого усиления и сверхрегенеративными [5, 6, 9, 10]. Поэтому почти все приемники РЛС строятся по супергетеродинной схеме. Современные радиолокационные приемники отличаются большим разнообразием схем и в ряде случаев большой сложностью, что обусловлено широким кругом задач, решаемых с помощью РЛС, и разновидностями нх принципов построения [1]. Однако для ограничения объема книги основные, наиболее характерные, функциональные элементы и узлы СВЧУ приемника здесь и далее будут рассмотрены на примере СВЧУ наиболее .распространенной схемы импульсной РЛС, широко используемой в радиолокации с момента ее зарождения по настоящее время (рис. В.1).

В супергетеродинном приемнике основное усиление принимаемого сигнала до необходимого уровня производится в УПЧ. Поэтому наиболее важная задача СВЧУ сводится, в сущности, к тому, чтобы преобразовать принятый СВЧ сигнал в сигнал промежуточной частоты. Однако поскольку СВЧУ является входным устройством приемника (первым каскадом)*, то его коэффициент

* В данном случае имеется в виду укруапеипая разбивка приемника ма каскады: СВЧ устройство - первый каскад, УПЧ - второй.

Антенна