|
| |
|
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 чательных элемента (газоразрядных, полупроводниковых или их сочетание). Работа схемы основана на известных свойствах щелевого моста (§ 5.1): при подаче СВЧ колебаний в одно из его плеч, например в плечо 2 (рис. 1.27,6), их мощность распределяется между плечами 2, не ответвляясь в плечо / (из-за взаимной развязки плеч 1 и 2), при этом фаза колебаний в плече / отстает от фазы в 2 на 90°. Щелевой мост полностью симметричен, т. е. его свойства и характеристики одинаковы со стороны любого плеча (при согласованных на- РпросЕ Рпросй  Рис. 1.27. Направления распространения и относительные фазовые сдвиги СВЧ колебаний в БАП на щелевых мостах: ЩМ1, ЩМ2 а) режим передачи; б) режим приема; - щелевые мосты; ПЭ1, ПЭ2 - переключательиые элементы. грузках во всех плечах). Переключательные элементы подключены непосредственно к щелевым мостам. Процесс прохождения через БАП СВЧ мощности высокого (Рпер) и низкого (Рс) уровнсй яссн ИЗ рис. 1.27 и с учетом описания работы БАП, приведенного в § 1.2, не требует пояснений. Относительные фазовые сдвиги, показанные па рис. 1,27, учитывают только дополнительные изменения фазы, появляющиеся при переходе колебаний через щель связи моста, поскольку в остальном фазы колебаний в параллельных волноводных каналах 88 /-3 и 2-4 будут одинаковыми при условии равенства сдвига фаз, вносимых переключательными элементами. При идеальных элементах БАП (ЩМ, ПЭ) модность Рцср полностью передается в антенну (Р, = Рпер, Рд = = Рр,д = 0 на рис. \.27,а), а модность Рс - в приемник (Pj,=rPc, Рд = 0, рис. 1.27,(5). Реальные параметры БАП отличаются от идеальных. Ниже будут приведены (без вывода) соотношения для расчета параметров БАП высокого и низкого уровней с учетом фазового и амплитудного разбалансов щелевых мостов и переключательных элементов *>, Эти соотношения выводятся из картины распространения СВЧ колебаний через БАП, представленной на рис. 1,27. При их выводе предполагалось, что нагрузки всех плеч БАП согласованы, т. е. рассчитанные таким образом параметры БАП определяются только параметрами составляющих его элементов. Неидеальные свойства щелевых адостов будем характеризовать двумя параметрами **, которые назовем для краткости разбалансами амплитуд и фаз (§ 5.1). Разбаланс амплитуд б = Росн/Ротв (1.12) равен отлошению мощностей в выходных плечах щелевого моста, причем Ротв - ответвляемая мощность. Роен - мощность в смежном плече (основной волновод). Применительно к обозначениям рис. 1.27,а для второго моста б2=Рзз/Р4з. В практически используемых широкополосных щелевых мостах, как правило, 60,5 дб. Под разбалансом фаз будем понимать отклонение относительного фазоБсго сдвига ответвленных колебаний от 90°, т. е. Ая1з= (ijJocH-iIotb)-90°=гр-90°. (1.13) На практике в широкополосных мостах обычно Агр ±5° (§ 5,1). Рассмотрим параметры высокого и низкого урозней БАП (§ 1.1). * Соотношения для расчета таких же параметров БАП, по при более идеализированных условиях (идеальные переключательные элементы, идентичные мосты) приведены в [35]. ** Влиянием неидеального согласования собственно мостов и ко-дечиостью развязки их смежных плеч пренебрегаем. Потери передачи БАП равны (рис. 1.27,а) Liiep- Япер (1+8,) = пер1 пер2 nePi + пер2 + 2 Vnepinepz COS (1.14) где Lnepi, Lnep2 - потсри псредачи переключательных элементов, Лв = (Ь2-§1 - разность фаз отражения от них*, 6i - разбаланс амплитуд первого моста {ЩМ1). Учитывая, что всегда - 1 (566il дб, можно с погрешностью меньше 0,07 дб принять в (1.14) 6i=l и Тогда -пер пеР2 nePi -- i-nepa Ч" 2 li-nePinepa COS Д!) (1.15) Отсюда Бидно, что потери БАП зависят только от потерь и разности фа отражения переключательных элементов. При Lnepl = Lnep2 = Lnep пэ И Alf> = 0 ПОТСрИ БАП раВНЫ :П0- терям одного переключательного элемента (Ьпер = перпэ). Если Л#70, потери Lnep возрастают при всех значениях Lnepl,2. в частности, при Lnepi = Lnep2 = Lnep пэ ВОЗраСТаНИС потерь Lnep по сравнению со случаем А& = 0 не зависит от величины Lnepn3. ОНО мсньшс 0,1 дб при Лд<17° и равно 0,3 дб при А# = 30°. КСВ при передаче определяется через коэффициент отражения плеча 1 (рис. 1.27,а): Рпер = (1 -Ь Гпер) / ( 1 -Гпер) \ пер 1 + 8, "пер1 28i COS Д», nepinepa (1.16) (1.17) где A6i = A6--2Av3i, Ai - разбаланс фаз первого моста. Оценим величину рпер. Для идеальных переключательных элементов (Lnepi = Lnep2= 1, Ад = 0 при короткозамк-нутон стенке в плечах моста /-2) и реального моста с типичными параметрами 6i = 0,25 дб, А-ф1 = 2° получаем Рпер=1,12. Это приемлемо низкий КСВ. Для Lnepi = = L„ep2=0,5 дб, Mi=l5°, 6i = 0,25 дб имеем рпер=1,29. * Эта разность фаз включает также сдвиг фаз, обусловленный иендеитнчностью длин отрезков волновода от конца щелн связи моста ЩМ1 до плоскости отражения переключ1ТСЛьмы?; эле.мептов, f>accMotpHM Просачивающуюся мощность „росд (рис. 1.27,а). Величина ее зависит как от просачивающихся мощностей переключательных элементов (Рз, 4), так и от степени их взаимной компенсации в плече 3. Последнюю будем называть подавлением просачивающейся мощности и определим как отношение среднеарифметическою значения просачивающихся мощностей переключательных элементов к величине „„ед» •Snpoc - (j + 4)/2прос д» „,.сД = (, + .)25прое. (1.18) Можно показать, что прос (1+п)(1-Из) 2(и + вг -2 VBejCOS Л9,) (1.19) где А91 = Л9--Аа31--А11)2, A6 = 62-6i - разность фаз коэффициентов передачи переключательных элементов на высоком уровне, Л\р2 - разбалане фаз второго моста, п = Р\1Ря. Анализ зависимости (1.19) показывает (рис. 1.2S), что при общем разбалансе фаз Ai6i>15° величина Snpoc не превосходит 15 дб и слабо зависит от разбалансов амплитуд (62, п). Практически даже при использовании идеальных мостов (61,2= 1, Ai)i, 2=0) в общем случае всегда Aie>0, пф\. Поэтому реализуемые на практике величины подавлений не превосходят 10- 20 дб. Однако и такое подавление просачивающейся мощности переключательных элементов имеет большое значение и является наиболее важным достоинством БАП. В тех случаях, «огда просачивающаяся мощность содержит пик и плоскую часть (рис. 1.6,6), менее всего подавляется пик (что, видимо, обусловлено большей неидентичностью переключательных элементов по огибающей пика, чем по плоской части импульса Рпрос). По имеющимся данным при использовании сдвоенных РЗП (см. п. 1.3.1,(5) в качестве переключательных элементов подавление энергии пика составляет 4-6 дб, а плоской части 6-10 дб [6, 13]; полупроводниковые ограничители в роли переключательных элементов БАП обеспечили в 3-сл( диапазоне подавление пика более 10 дб (24]. ЙреМя восстановления (в) БАП зависит как от времени восстановления переключательных элементов, так и от закона изменения модуля и фазы коэффициента передачи каждого из этих элементов в процессе восстановления. Так как обычно временная зависимость фазы не бывает известна, величину определяют эксперимен-
Рис. 1.28. Зависимость подавления просачивающейся мощности в балансном АП от разбаланса амплитуд и фаз: --бг-О д6\----62=0,5 дб. тально. При проектировании БАП можно принять в приблизительно равным наибольшему времени восстановления переключательных элементов. Перейдем к параметрам БАП низкого уровня мощности (Lnp, рпр). Потери приема определяются соотношением (рис. 1.27,6) 92 1 -Д (1 4-)(1 npinpa 20) где Lnpb Lnp2 -потери приема переключательных элементов; .\б2 = А6пр--Агр1-Агр2, Ai6np=0np2-0npi - разность фаз коэффициентов передачи переключательных элементов на низком уровне (с учетом неидентичности длин параллельных отрезков волноводов от плоскостей ПЭ1,2 до щелей связи в мостах). При 61 = 62 формула (1.20) приобретает вид (1.14) и поэтому аналогично (1.15) можно написать L„p~4L„p,L,p,/(L.,p.+L„p,+ 2KL,p.L„p,cosA6,). (1.21) Это означает, «то зависимость потерь Lnp от параметров элементов БАП подобна уже рассмотренной зависимости от Н.1Х потерь передачи. KGB при приеме вычисляется через коэффициент отражения плеча 2 (рис. 1.27,6), который равен пр = y-qrs; X X Vb\v\, + Itp. - 2S.Inp.r,p, COS (1.22) где Гпрь Гпрг - коэффициенты отражения переключательных элементов при приеме, Дб2=А#пр + 2Агр1, Ai9np= = бгф2-inpi - разность фаз коэффициентов отражения Tnpi, 2*. Связь КСВ с соответствующим коэффициентом отражения определяется известными соотношениями: - р=(1+Г)/(1-Г), Г=(р-1)/(р+1). (1.23) Если 61=1, А&2=0, то из (1.22) получаем Гпр=Гпр1- -Гпр2/2, т. е. коэффициент отражения Гпр определяется не абсолютным значением коэффициентов отражения переключательных элементов, а только и»раз«остью. Следовательно, входной КСВ БАП при приеме может быть малым даже при больших КСВ переключательных элементов (в частности может быть рпр=1 при Гпр1 = Гпр2). Это обусловлено тем, что большая часть мощности, отраженной от переключательных элементов, в силу свойств щелевого моста направляется не в плечо 2, куда подводится падающая мощность Яс, а в смежное плечо / (где и поглощается его согласованной нагрузкой), подобно См. сноску па стр. 90. 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 |