|
| |
|
Слаботочка Книги с полупроводниковым выключателем. Исходные дайнь1ё для проектирования УЗП *> почти те же, что и для проектирования БАП. Основные исходные данные: fo, А[, PnepiaKc, окр, Lp мин, -ц миш ДОПОЛНИТеЛЬНЫе: Lnp узш in, Wji, Рпл, требования по защите от внешних помех. Порядок проектирования следующий. Используя заданные значения Япермакс, LpMHH И Ьпмиш ПО формуле (1.24) определяют мощность Язмакс На этой основе и с учетом совокупности остальных заданных параметров выбирают тип переключательного элемента (РЗП, ограничитель и т. д.) или сочетание таких элементов (например РЗП + полупроводниковый выключатель и др.), если одному из них не удается выполнить все задан.чые требования. Необходимо помнить, что выбранная схема УЗП должна обеспечивать, защиту (заданные ипл, Рпл) при всех значениях падающих на УЗП мощностей от О до Язмакс- Из технических условий на выбранные переключательные элементы (РЗП, диод) определяют все их параметры и проводят дальнейший расчет и проектирование УЗП, аналогично описанному при проектировании БАП (стр. 96). 1.6. Выбор схемы антенного переключателя в общем случае наиболее предпочтительной схемой АП является ФАП, главным образом, по следующим соображениям (§ 1.5): а) уровень падающей на УЗП мощности в 5-10 раз меньше «мощности передатчика, что упрощает создание УЗП (в особенности на коротких волнах), увеличивает надежность и долговечность его работы, расширяет возможности использования диодных переключательных элементов для УЗП; б) ФАП одновременно выполняет функции вентиля, развязывающего передатчик от влияния импеданса его нагрузки, что повышает стабильность характеристик передатчика и снижает требования к степени согласования анте;тно-фидерного тракта. По этим прпчнна.м в современных РЛС см и мм волн чаще всего применяют схему ФАП. Схему БАП целесообразно использовать, в основном, в двух случаях: 1) мощность передатчика очень велика (порядка 0,5-1 мгвт и более) и отсутствует техническая возможность создания циркулятора на заданные fo и Рпер; 2) требуется обеспечить весьма малую просачивающуюся мощность при малых потерях Lnp (например, на коротких мм волнах, где. допустимые мощности перегрузки для усилительных и смесительных диодов очень малы [34]). * Поскольку ФАП выполняет только функции переключения антенны и является поэтому элементом антенно-фидерного тракта (см. § 1.1), его проектирование здесь не рассматривается. ** Некоторые нз них могут быть не заданы. В таком случае их следует определить (задать) с учетом характеристик следующего за УЗП каскада и требования к коэффициенту шума СВЧУ. Во всея случаях раЗработки АП и УЗП ««обходимо сцрбмить-Ья использовать самоуправляемые переключательные элементы (пассивного действия), не требующие внешнего питания: опраничители, разрядники-ограничители, сочетание предварительного РЗП с ограничителем. Такие схемы АП и УЗП наряду с малыми габаритами и весом обеспечивают максимально надежную защиту приемника. Если по тем или иным причинам создание и использование пассивных элементов защиты невозможно или нецелесообразно (например, из-за получающихся при этом больших потерь приема или недостаточной полосы пропускания), то желательно применить такие переключательные элементы, которые не требуют источников импульсного питания (питание только постоянным напряжением). В частности, нежелательно применение РЗП с импульсным поджигом. Глава вторая СМЕСИТЕЛИ САНТИМЕТРОВЫХ И МИЛЛИМЕТРОВЫХ ВОЛН 2.1. Общие сведения и требования Смеситель радиолокационного приемника предназначен для преобразования принимаемого СВЧ сигнала в сигнал промежуточной частоты (см. § В.З). На см и мм волнах это преобразование производится исключительно с помощью полупроводникового смесительного диода, используемого в качестве нелинейного сопротивления. Диод помещают в так называемую смесительную камеру (волноводную, коаксиальную), к которой подводят мощности сигнала и гетеродина, и соединяют его со входной цепью УПЧ, служащей нагрузкой диода по ПЧ. Из-за нелинейности вольт-амперной характеристики диода протекающий через него ток под воздействием напряжений с частотами fc и /г содержит составляющие как гармоник частоты fr*\ так и комбинационных частот вида т/г±и/с, где т и и -целые числа(1, 2, 3, ...). Падение напряжения на контуре колебательной системе ПЧ создает только составляющая тока промежуточной (разностной) частоты пч=(/г-fc. Это напряжение и представляет собой полезный преобразованный сигнал. Частота /г может быть как меньше, так и больше /с. В последнем случае спектр преобразованного сигнала будет зеркально перевернут относительно спектра непреобразованного сигнала. Однако это ие имеет значения, так как закон изменения амплитуды, частоты и фазы сигнала до и после преобразования сохраняется неизменным, т. е. искажения модулирующего сигнала, несущего информацию, не происходит. На практике чаще используют случай fr>fc [1]. Как показывает анализ 2, 4-6J, из всего спектра гармоник и комбинационных частот тока диода основное влияние на потери преобразования сигнала в смесителе (величину, обратную коэффициенту передачи) наряду * Гармониками частоты fo можно пренебречь нз-за малой мощности сигнала Рс- С составляющими частот fc, fr и fn4 оказывают также зеркальная комбинационная частота /з=/г+/пч=2/г-/с, вторая гармоника гетеродина 2fr, суммарная частота =fr+fc и постоянная составляющая тока /о (рис. 2.1). Комбинационные частоты /з и fj в отличие от /пч являются вредными, паразитными, т. к. часть полезной мощности сигнала Рс, преобразованная на эти частоты, рас- fr . -Ч-Гс fz%fr fn4 пц пч Рис. 2.1. Спектр частот колебаний, возникающих в смесителе. ходуется в нагрузках их соответствующих цепей. В частности, при широкополосной входной цепи смесителя *> колебания частот /з и fj излучаются туда и полностью или частично поглощаются ею. Однако, как показывает опыт, из паразитных комбинационных частот наиболее существенное влияние на потери преобразования оказывает только зеркальная комбинационная частота [2,4]. Поэтому в дальнейшем только ее и будем учитывать. Теория диодных преобразователей СВЧ подробно изложена в литературе [I, 2, 5-7, 10], и здесь рассматриваться пе будет. Отметим только, что обычно выпрямляющий контакт (нелинейное сопротивление) диодного смесителя представляют в виде шестиполюсника (пара полюсов для каждой из частот fc, fa и /пч) с соответствующими нагрузками на каждой паре по?1юсов, при этом гетеродин и цепь постоянного тока считают «встроенными» внутрь шестиполюсника. Нагрузками последнего на частотах fc и fs является импеданс его входной цепи вместе с паразитными элементами корпуса и полупроводниковой структуры диода, а на fn4 -входной импеданс УПЧ вместе с сопротивлением потерь диода. Если *) Последняя характеризуется тем, что ее выходной импеданс, т. е. в.ходной импеданс этой цепи в сторону источника сигнала, начиная От входа смесителя, согласован с линией передачи в широкой полосе частот. на частоте fc импедансы смесителя и его нагрузки можно считать всегда приблизительно согласованными, то импеданс нагрузки смесителя на /з в общем случае может быть произвольным. Практически же он приблизительно равен импедансу на fc, если во входной цепи смесителя нет узкополосных резонансных элементов (узкополосных РЗП, фильтров-преселекторов и пр.) или если при наличии таких узкополосных элементов непосредственно перед смесителем установлен развязывающий ферритовый вентиль. Указанное приблизительное равенство импедансов на частотах fc и /з обусловлено тем, что обычно в РЛС /пч<100 Мгц и поэтому на см и мм волнах частоты fc и /з близки между собой. Такой смеситель с одинаковыми нагрузками на fc и /з называют «широкополосным». По причинам, рассмотренным в § 2.5, вариант «широкополосного» смесителя используется на практике наиболее часто. Если нагрузки смесителя на fc и /з неодинаковы (общий случай), то такой смеситель называют «узкополосным» *). Частными и наиболее важными случаями «узкополосного» смесителя являются случаи чисто реактивной нагрузки цепи fa в виде ее холостого хода или короткого замыкания, при которых потери преобразования достигают наименьшей величины [6, 8, 10]. Для малых сигналов (Рс<100 мквт) смеситель можно считать линейным устройством, т. е. амплитудно-частотный спектр выходного сигнала ПЧ не имеет заметных искажений по сравнению со спектром входного сигнала, при этом коэффициент передачи смесителя не зависит от уровня мощности Рс (амплитудная характеристика линейна). При Рс 0,1 н-1 мет амплитудная характеристика смесителя становится нелинейной (п. 2.8.3), а его коэффициент передачи начинает уменьшаться. Максимальную мощность входного сигнала, при которой коэффициент передачи уменьшается в заданное число раз (обычно на 1 дб) по сравнению с его величиной при .малом сигнале, называют мощностью насы-щения (Рнас). Отношение мощностей Рнас и Рпор характеризует так называемый динамический диапазон входных сигналов, соответствующий линейному участку * Здесь и далее термины «широкополосный» и «узкополосиый» смесители мы будем писать в кавычках, поскольку оии используются только для характеристики напруэки смесителя на частоте fa- амплитудной характеристики смесителя и опреДеЛйеМЫй в виде N(d6) = lQ\gPuJPnop. (2.1) В данном случае Рпор - пороговая чувствительность приемника (см. § В.2), начинающегося со смесителя. При наличии в приемнике МШУ в (2.1) следует подставлять значения Рнас и Рпор, соответствующие использованному МШУ. В обоих случаях рассчитанное значение является характеристикой всего приемного устройства. В ряде РЛС желательно иметь большие значения Рнас и Л. Для смесителей см и мм волн в зависимости от типа диода, уровня Рг и ширины полосы пропускания А/пч величина находится в пределах N70-h\00 дб. при этом Рнас -0,1 -1 Л<в7[10, 11. К общим требованиям, предъявляемым к смесителям СВЧ устройств приемников, слаосятся требован;1Я, рассмотренные в § В.4. Наиболее существенными исходными требованиями к электрическим параметрам смесителя являются минимальный коэффициент шума, достаточная широкополосность, минимально необходимая мощность гетеродина (что расширяет возможность использования маломощных полупроводниковых гьфо-динов) и максимальная устойчивость к перегруз-;ам сверхвысокочастотной мощностью (что облегчает защиту смесителя). Следует учитывать. Что при проектировании смесителя не всегда удается или не всегда обязательно одновременно удовлетворить все перечисленные общие требования. Например, если в СВЧ устройстве имеется ма-лошумящий усилитель, то величина коэффициента шума смесителя уже не играет столь важной «роли, как при отсутствии МШУ (§ В.2), а максимально допустимые значения мощности Ридоп и энергии пика Wn (п. 1.3.1,а) при этом часто становятся уже несущественными. Заметим также, что не все требования, предъявляемые к электрическим характеристикам смесителя сигнала, распространяются на смеситель АПЧ (§ В.З). В частности, для смесителя АПЧ отпадают требования по устойчивости к воздействию энергии пика и по коэффициенту шума, величина которого в данном случае не имеет никакого значения. 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 |