|
| |
|
Слаботочка Книги мостью этого сопротивления от частоты [34]. Это упрощает задачу широкополосного согласования таких волноводов с коаксиальным диодом, имеющим IF-65 ом. Используя Я- или Я-волноводы, удается в одной камере реализовать всю весьма большую рабочую полосу частот коаксиального диода (30-407о) [19, 35, 36]. Входной отрезок волновода такой камеры выполняют в виде плавного (рис. 2.10,0) или ступенчатого перехода от Я-или Я-профиля к- прямоугольному. Как видно из рис. 2.10,в, камера для коаксиального диода представляет собой по существу волноводно-коаксиальный переход с изолированным от корпуса волновода центральным проводником коаксиала. Коаксиальные отрезки СВЧ дросселя здесь, в отличие от рис. 2.10,а, б, не «вложены» друг в друга, а располагаются последовательно*). Три-поЛярная конструкция диода позволяет изменять полярность его включения в схему балансного смесителя: в зависимости от того, с какого вывода диода (нижнего или верхнего) снимают напряжение ПЧ для подачи на УПЧ, диод оказывается включенным в прямой или обратной полярности (рис. 2.10,0, варианты А и Б). Смесительная камера с диодом волноводного типа (рис. 2.11,г; 2.22,6) по существу представляет собой чисто конструктивный элемент -диододержатель, т. к. собственно смесительной камерой является диод. Конструкция последнего и его особенности рассмотрены в п. 2.2.2. Диододержатель имеет коаксиальный вывод ПЧ и тока /о и обеспечивает соединение входа диода с подводящим волноводом. Диоды типа «волноводная вставка» (п. 2.2.2, рис. 2.4) позволяют создавать смесительные камеры в необходимом разработчику участке диапазона коротких мм волн аналогично тому, как это делают на см волнах с диодами патронного типа. Диод зажимают между двумя отрезками волновода, один из которых является входным, а второй - короткозамкнутый (рис. 2.12) [17]. В настраиваемой камере минимальный КСВ в заданной полосе частот Afpas достигается двумя регулировками: продольным перемещением короткозамыкающего поршня и поперечным (перпендикулярно оси волновода) переме- *) На мм волнах в качестве короткозамкиутого Я/4-отрезка линии СВЧ дросселя нередко оказывается удобнее использовать отрезок ие коаксиальной, а радиальной линии [2, 3]. Щёнием пластины Диода (волноводной вставки). ЙосЛеД-нее оказывается возможным благодаря тому, что размер широкой стенки волновода-вставки больше, чем у смежных с ним волноводов стандартной ширины. При поперечном перемещении диода-вставки можно иайти такое положение, при котором активная проводимость диода будет согласована с проводимостью подводящего волновода. Такой метод согласования активной проводимости выпрямляющего контакта основы-  Рис. 2.12. Настраиваемая смесительная камера с диодом типа «волноводная вставка» [17]: . / - днод-вставка; 2 - гиездо-цаига; 3-вывод ПЧ и /„; 4 - волиоводиый канал Tuf.t;J,tVl-J,° широкий по сравнению со стандартным; 5 - короткоза-мыкающии поршень для настройки камеры; « - волноводныи вход камеры. вается на изменении степени связи последнего с полем волновода, напряженность которого в поперечном сечении для волны Яю, как известно, уменьшается косииусоидально от центра к боковой стенке. После согласования активных проводимостей остается только скомпенсировать реактивную составляющую проводимости диода, обусловленную индуктивностью контактной пружины и поддерживающего ее штыря, емкостью контакта, расширением волновода иа толщине вставки и другими причинами. Такая компенсация обеспечивается перемещением плунжера, т. е. подбором соответствующей величины и знака реактивной проводимости короткозамкиутого отрезка волновода, включенного параллельно диоду. Рассмотренный метод согласования диода-вставки используется также при согласовании диодов патронного типа со смесительной камерой. 2.3.3. Экспериментальная отработка смесительных камер В настоящее время для расчета СВЧ схем все в большей степени используют ЭВМ [22, 37]. Тем не менее практическая разработка коротковолновых волноводных устройств, в том числе и смесительных камер, производится в значительной степени экспериментальными методами. Это обусловлено тем, что, как уже указывалось (п. 2.2.3), импеданс диода зависит не только от размеров и свойств его элементов, но и от местоположения диода в волноводе, в результате расчет его импеданса становится весьма сложным и громоздким. Задачей экспериментальной отработки является в конечном счете определение электрических размеров *> камеры (размеры элементов СВЧ дросселей, местоположение диода относительно стенок волновода), при которых в требуемой полосе А/раб достигается минимальный КСВ и минимальные потери Х-кам в рабочем режиме диода, т. е. при рабочих значениях /о, Uo, Ro- Приближенные значения оптимальных величин тока /оопт и напряжения смещения Uoom, соответствующих минимуму коэффициента шума данного типа диода, обычно бывают известны из справочных данных (для ТКД /оопт -0,5 1 ма). Эти значения и выбирают в качестве рабочих при отработке камеры. Сопротивление Ro обычно равно 50- 100 ом. Следует отметить, что изменение тока диода /о относительно величины, при которой производилась отработка согласования камеры, приводит к изменению входного КСВ, однако это изменение обычно не очень велико при изменении /о в значительных пределах (рис. 2.13). Выше уже излагались исходные соображения по выбору электрических размеров элементов СВЧ дросселей, используемых в камере. Эти размеры следует экспериментально уточнить до начала отработки согласования камеры с помощью специально изготовленных для этих целей вспомогательных волноводных устройств, исходя из условия обеспечения бесконтактного короткого замыкания и минимума излучения в сторону низкочастотного вывода. Далее приступают к определению местоположения диода патронного типа в камере, соответствующего наи- * Ом. сноску иа стр. 96. лучшему согласованию. При этом необходимо учитывать, что любое перемещение диода в камере вызывает изменение как активной, так и реактивной составляющей ее входной проводимости. Однако, как показывает опыт, при поперечном перемещении от центра к одной из боковых стенок меняется главным образом входная активная проводимость (как и в вышерассмотренном случае перемещения диода-вставки), а перемещение диода вверх или вниз вдоль своей оси изменяет в основном реактивную составляющую проводимости [3]. Такой  1,2 /o,MCL Рис. 2.13. Влияние изменения тока диода на входной КСВ смесительной камеры (три экземпляра диодов в камере рис. 2.10в). характер изменения входной проводимости камеры объясняется тем, что перемещение диода в ней приводит к некоторому изменению эквивалентных параметров корпуса диода Lk, Ск и, следовательно, к изменению коэффициента трансформации составляющих активного сопротивления диода {R, г) к его внешним клеммам. Из изложенного вытекает следующая целесообразная последовательность согласования диода в камере: 1) установить расстояние от оси диода до задней стенки равным .W4; 2) осевым перемещением диода вверх - вниз добиться минимальной реактивной составляющей проводимости камеры; 3) поперечным перемещением диода добиться согласования активной проводимости камеры, т. е. ее равенства волновой проводимости волновода; 4) перемещением задней стенки (плунжера) скомпенсиросать реактивную проводимость камеры до нуля. Такова схема процесса согласования, который практически выполняют в специальной диодной камере (рис. 2.14), содержащей регулируемый плунжер и позволяющей плавко перемещать диод з поперечном направлении с помощью передвижной каретки с диододержателей. Учитывая, что различные экземпляры диодов одного и того же типа имеют разброс импеданса (2, 3, 8], экспериментальную отработ- ку камеры производят, используя достаточно большое число диоДов (15-25 шт.) с разными датами изготовления. Работу выполняют в следующей последовательности. На срлней частоте fo после согласования в диодной камере (рис. 2.14) по минимуму КСВ произвольного экземпляра диода с помощью измерительной линии [38] измеряют входно)! импеданс (или полную проводимость) камеры с диодами всей подготовленной партии и наносят его на круговую диаграмму Вольперта - Смита, как показано на рис. 2.15. По полу-  Рис. 2.14. Диодная камера для экспериментальной отработки электрических размеров смесительных камер с диодами патронного типа: / - регулируемый поршень с плоской короткозамыкающей стенкой: 2 - диододержатель; 3 -каретка для поперечного перемещения диода; 4-входной фланец. чеинон таким образом области импедансов, занимаемой диодами на диаграмме, определиют так называемый «средний» диод (1-2 шт.), импеданс которого лежит в центре области, и несколько «граничных» диодов, располагающихся по периметру этой области. Далее иа той же частоте fo тем же методом (пп. 1-4) согласовывают средний диод в камере, после чего на средней, промежуточных и крайних частотах диапазона Afpac измеряют импедансы среднего и граничных диодов и наносят их на круговую диаграмму. Согласование считается хорошим, если на каждой частоте область импедансов этих диодов занимает центральную часть диаграммы приблизительно вокруг ее центра (р=1), а максимальный КСВ не превышает 2-2,5. Если это достигнуто, то аналогичную диаграмму импедансов строят для всей подготовленной партии диодов, чтобы убедиться в том, что все диоды лежат в пределах ранее полученной области импедансов (рис. 2.15). Если же после согласования среднего диода с граничными вышеуказанный результат нг достигается, то по местоположению на круговой диаграмме получепной области импедансов легко установить, какую составляющую входного импеданса камеры (активную или реактивную) и в каком направлении (уменьшить или увеличить) следует изменить, чтобы эта область переместилась в центр диаграммы. После этого изменением положения диода и плунжера и повторного измерения импедансов добиваютси нужного результата. Далее на основе полученных элек1рических размеров изготавливают камеру с фиксированной настройкой вида рис. 2.10,а, б (обьтно 2-3 шт.) и производят контрольное измерение импедансов и построение диаграмм. Описанный процесс согласования и отработки камеры может быть более наглядным и может быть существенно ускорен, если измерение импедансов камеры в полосе частот Afpae производить автоматическим измерителем импедансов (импедографом). Следует только учитывать, что СВЧ мощность, поступающая от импедографа на испытуемый элемент (камеру), не регулируется и может отли-чатьси от требуемой величины Рг опт. В таком случае, учитывая относительно слабую зависимость импеданса диода от Рг (рис. 2.13), можно с помощью импедографа провести предварительную отработку электрических размеров камеры и уточнить их (если потребуется) при окончательных измерениях импедансов с помощью измерительной линии. Аналогичными методами производ.чт экспериментальную отработку согласования неволноводных смесительных камер (коаксиальных, полосковых, микрополосковых). В этом случае только согласование активной составляющей импеданса диода с волновым сопротивлением линии передачи W производят соответствующим выбором величины W в месте расположения диода и использованием трансформирующих Х/4-отрезков лпнии на входе камеры (подобно рис. 2.10,6). Процесс отработки камеры для коаксиальных диодов (рис. 2.10,в) проще, чем для диодов патронного типа, поскольку, как уже указывалось, она представляет собой волноводно-коаксиальный переход, который достаточно согласовать в заданной полосе А/раб при подключении к нему согласованной коаксиальной нагрузки вместо различных экземпляров диодов. Нагрузка должна иметь р<1,05 и конструкцию коаксиального входа такую же, как у диода. Например, камера, конструкция которой изображена на рис. 2.10,в, с такой нагрузкой имеет р< 1,2- 1,3 в полосе А /о=9%. Потери в смесительной камере, обусловленные поглощением и излучением СВЧ колебаний (кам), могут быть измерены методом, описанным в [38, § 11.5]. Этот метод сводится к измерению входного 1шпеданса четырехполюсника (объекта измерения потерь) при нескольких расстояниях до короткозамыкающего поршня на его выходе. Поэтому такой метод особенно легко использовать для измерения /-кам камер под коаксиальные диоды (рис. 2.10,в), так как в этом случае достаточно вставить в камеру вместо диода коаксиальный коротко-замыкатель, имеющий регулируемый поршень, и можно производить измерения. Для измерения таким методом потерь кам в камерах с диодами патронного типа (рис. 2.10,а, б) необ.ходимо заменить диод металлической вставкой, имеющей размеры диода, а вместо зад- 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 |