|
| |
|
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 ляющего контакта), а потери и коэффициент шума Рнорш (рис. 2.6) возрастают (из-за увеличения потерь, обусловленных сопротивлением потерь г и емкостью контакта С). Наихудшие из приведенных параметров соответствуют наиболее коротким мм волнам 3 мм). Как будет показано ниже, параметры диодов зависят от их электрического режима работы: уровня Рг и сопротивлений нагрузок. Поэтому необходимо учитывать, что паспортные параметры выпускаемых диодов (табл. 2.1 *), 2.2) соответствуют опредеденному электри- Таблица 2.2 Параметры некоторых типов диодов с барьером Шоттки
♦ Титчная величина. *• Значения соответствуют воздействию однократного импульса и ие сопоставимы с данными табл. 2,1, в которой соответствует воздействию многократных импульсов. ческому режиму: определенной мощности Рг (для ТКД обычно 1 мет, для ДБШ -2-3 мет), определенному сопротивлению нагрузки по постоянному току Ро (обычно Ро=100 ом и внешнее смещение отсутствует), номинальной нагрузке по ПЧ при измерении 1д и t, согласованному источнику сигнала и гетеродина. *) Приведенные в табл. 2.1 параметры F„opm, 1д, и рд являются максимально допустимыми значениями в начале срока службы и соответствуют Яг="1 мет, Лв="100 ом, окр=20°С. 2.2.4. Зависимость параметров Диодов бт режима работы Из-за нелинейности элементов импеданса диода {R, С и частично г) и взаимности свойств диодного смесителя со стороны входа и выхода действительные параметры диода, в отличие от паспортных, в реальном смесителе зависят от режима работы: уровня Рг, напряжения смещения Uo и сопротивлений нагрузок на постоянном токе и СВЧ. Как и у всех полупроводниковых приборов, эти параметры зависят также от [8, 9].
2,8 2,0 1,6 1,0 " 0 1,0 1,5 2,0 2,5 Рг,мвт Рис. 2.7. Типичная зависимость параметров кремниевого ТКД от мощности гетеродина (диод типа Д405Б, i?o=l00 ож, диодная камера Ъ-см диапазона согласована при всех значениях Рг). Весьма существенную роль при выборе рабочего режима диода в смесителе играет зависимость его параметров от мощности Рг (рис. 2.7). Для диодов различных типов и диапазонов частот эти зависимости имеют одинаковый характер, отличаясь только количественными показателями. Заметим, что зависимость /о(Рг) всегда имеет монотонно возрастающий характер, вследствие чего величиной h широко пользуются как мерой мощности Рг. Поэтому очень часто говорят о зависимости параметров диода (смесителя) от тока h, имея в виду зависимость от Рг- В дальнейшем мы также не будем делать различий между этими двумя формами одной и той же зависимости. Как видно из рис. 2.7, у ТКД зависимости -д(Рг) и tJ{Pr) носят противоположный характер, что является причиной появления при некоторой оптимальной величине Ргопт (соответственно /оопт) минимума коэффициента шума в кривой /норм(Рг). Подведение постоянного смещения Uo к диоду существенно влияет на его параметры. Отрицательное смещение всегда нежелательно, т. к. приводит к возрастанию 1д, д, jRn к в конечном счете коэффициента шума [2]. Поэтому в тех случаях, когда внешнее смещение отсутствует, необходимо следить за тем, чтобы отрицательное напряжение автосмещения, возникающее на сопротивлении нагрузки по постоянному току (Ro), было достаточно малым (<0,1 в). Положительное смещение определенной, оптимальной величины Uooin (десятые доли вольта) может несколько улучшить 1д, д и поэтому полезно. В кремниевых ТКД этот эффект незначителен и им можно пренебречь [2]. Более существенным полезным эффектом от применения положительного Uo является возможность снижения величины Ргопт, при которой потери преобразования и коэффициент шума достигают минимума (рис. 2.8) [12, 27, 28]. Использование прямого смещения особенно полезно при работе с ДБШ, у которых при отсутствии смещения довэльно велика мощность Ргопт- 3-8 мвт. Наряду с уже указанными факторами на основные параметры диода 1д, д, Рд влияет импеданс его СВЧ нагрузки, причем тем сильнее, чем меньше потери преобразования. Из теории следует и опытные данные подтверждают, что даже в «широкополосном» смесителе величина Рд существенно меняется при изменении импеданса источника сигнала (например, при импедансе источника сигнала, создающем КСВ- 2,5, величина Рд в зависимости от фазы отражения изменяется на 30- 40% в ту и другую сторону относительно ее значения при согласованном источнике) [2, 3]. Изменение Рд, помимо других эффектов (например, в балансном смесителе), может вызвать некоторое изменение Рцч [6, 25]. Таким образом, изменение импеданса источника сигнала в рабочей полосе частот и связанные с этим изменения параметров смесителя и Рпч могут быть одной из причин нередко наблюдающейся достаточно существенной частотной зависимости величины Fey реального прием-  4/ 0,2 0,fD,6 i а) 2 « Рг, мвт 0,1-0,2 0,fO,ff 1 2 Рг,мет Рис. 2.8. Влияние положительного наприжения смещения на зависимость нормированного коэффициента шума и потерь преобразования диодов из GaAs от мощности гетеродина: а) ДБШ, fj«10 Ггц [19]; б) ТКД, fc=94 Ггц [24]. ника при работе в широкой полосе частот. В «узкополосном» смесителе на параметры диода 1д, \tf, ?д еще более значительно влияет импеданс нагрузки на частоте U (§ 2.5), причем в общем случае выходное сопротивление диода .может стать комплексным [2, 3, 6, 10, 21]. Наконец, необходимо также учитывать, что стабильность параметров диодов в процессе эксплуатации зависит от уровней мощностей Ри, Рпл, Wn и гармоник передатчика, просачивающихся в смеситель из УЗП (п. 1.3.1,а). При неблагоприятных условиях возможны обратимые и необратимые ухудшения параметров диодов [29]. 2.3. Смесительная камера 2.3.1. Принципы построения и общие требования Смесительная камера* представляет собой устройство, содержащее смесительный диод, в которое вводят-~ *) Название «камера» вполне применимо для коаксиальных и волноводных смесителей и весьма условно для полосковых и микрополосковых смесителей. Применительно к последним под смесительной камерой следует понимать совокупность элементов, включающую диод, элементы для его соединения с линией передачи, трансформирующие отрезки линии передачи и короткозамкнутые или разомкнутые шлейфы, связанные с диодом, а также элементы вывода наяря-жеиия ПЧ, тока /о и ввода смещении (см. [21, 22]). ся мощности сигнала (Рс) и гетеродина (Рг), а на выходных зажимах его выделяется напряжение ПЧ преобразованного сигнала Ыпч (рис. 2.9). Диод является активной нагрузкой (поглотителем) колебаний Рс и Рг и одновременно генератором напряжения Ыпч и тока /о-К выходу смесительной камеры непосредственно или с помощью соединительного коаксиального кабеля подключают вход УПЧ и нагрузку Ро- Вход СВЧ Выход Рис. 2.9. Схематическое изображение смесительной камеры (а) и ее эквивалентная схема (б): /(-волноводная камера; Д -диод; Сд - блокировочный конденсатор для создания короткозамкнутой цепи токам СВЧ иа зажимах ПЧ; Др - условный СВЧ дроссель, изображающий наличие короткозамкнутой цепи для токов ПЧ и /о со стороны СВЧ-входа. Для получения максимально возможной величины тока ПЧ через диод (напряжения Ипч) при данных Рс и Рг камера должна быть построена таким образом, чтобы напряжение СВЧ колебаний было полностью приложено к диоду, не выделяясь на зажимах ПЧ. Это означает, что элементы камеры, предназначенные для развязки цепи СВЧ от цепи ПЧ и условно изображенные на рис. 2.9,6 в виде блокировочного конденсатора, должны создать в точках be короткое замыкание для тока СВЧ. В то же время действительная емкость Свых, создаваемая этими элементами, должна быть достаточно малой, поскольку она шунтирует вход УПЧ и тем самым ограничивает возможности разработки широкополосных входных каскадов УПЧ с низким /пч [25]. Для предотвращения потерь сигнала «пч цепь СВЧ (рис. 2.9,6) должна представлять собой короткое замыкание для токов ПЧ и /о, протекающих через диод. В волноводных камерах это обеспечивается самими стенками волновода, что на рис. 2.9,6 условно отражено включением СВЧ дросселя Др. Из рассмотренного следует, что единственным общим элементом цепей токов СВЧ, пч и /о является диод. С учетом этого замечания указанные цепи можно считать изолированными и рассматривать их независимо. Рассмотрим СВЧ цепь камеры. Известно, что минимальное значение потерь преобразования 1д получается при некоторой оптимальной величине проводимости источника сигнала (т. е. при оптимальной нагрузке диода на fc) [2]. Однако теоретически и экспериментально установлено, что если проводимость источника сигнала взять равной проводимости диода на частоте /г (в режиме детектирования мощности Рг), то получающаяся при этом величина /-д будет близка к минимально возможной [2, 7, 8, 10]. Это означает, что для сведения практически к минимуму потерь достаточно согласовать диод в камере до КСВ~1 в режиме детектирования мощности гетеродина Рг*>. Из сказанного следует, что смесительная камера с диодом должна быть согласована по входу во всем рабочем диапазоне частот fc и fr на уровне мощности Рг в режиме детектирования последней. При этом можно, очевидно, не учитывать нагрузку диода по ПЧ (сигнал ПЧ отсутствует), достаточно лишь сохранить рабочий режим в цепи постоянного тока. Необходимо стремиться к тому, чтобы КСВ смесительной камеры рд в рабочей полосе частот Д/раб был возможно меньше по величине, т. к. при этом сводятся к минимуму: а) неравенство и.мпедансов нагрузки диода на частотах fc и fa, изменения этих импедансов в полосе Afpa6 и связанные с ними изменения параметров диода (п. 2.2.4); б) потери мощности Рс и Рг на отражение, равные LoTp=(l+p)/4p. (2.7) В частности, при Рд = 2; 2,5; 3 потери соответственно равны LoTp=0,5; 0,9; 1,25 дб. С учетом всего изложенного можно сформулировать общие технические требования к смесительным камерам: 1. Максимальная широкополосность при фиксированной настройке камеры. Рабочий диапазон частот камеры Afpa6 = fмакс-fмин определяют ПО двум частотам, расположенным выше и ниже fo, на которых рд достигает максимально допустимой величины. Желательна вели- *> Именно в таком режиме измеряют паспортное значение 1.д диода [8]. 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 |
|||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||