|
| |
|
Слаботочка Книги  Рис. 2-15. Круговая диаграмма входных импедансов лярами О - чабтота fo: А - частота (fo-500) Меи:  смесительной камеры рис. йЛО.а с различными эКземп-диодов: -частота (/о+500) Мгц. Мей стенки установить регулируемый поршень. Такие измерения, очевидно, легко произвести с камеро!!, изображенной на рис. 2.14. 2.4. Широкополосные смесители Рассматриваемые здесь широкополосные смесители характеризуются широкой полосой А/раб и являются «широкополосными» в смысле равенства нагрузок диода на частотах /с и /:i (§ 2.1). Схема смесителя имеет два СВЧ входа (для подведения мощностей Рс и Рг) и выход сигнала ПЧ. Вывод цепи постоянного тока диода (Io, Uo) делают либо отдельным, либо его совмещают с выходом ПЧ (рис. 2.16). Как уже указывалось (п. 2.2.3),  (fue Го Lip Ьф Рис. 2.16. Схема небалансного смесителя и цепи постоянного тока диода: /-направленный ответвитель; 2 - согласованная нагрузка; 3--смесительная камера- 4 - УПЧ; L,, - входной автотрансформатор; Cg - блокировочный конденсатор; Сф - индуктивность и емкость фильтра; рЛ - микроампер- метр для измерения /»; «о -шунт микроамперметра. ДЛЯ контроля исправности смесителя и гетеродина измеряют величину тока /о с помощью прибора на пульте контроля РЛС, расположенного обычно довольно далеко от смесителя. Поэтому измерение /о производят не непосредственным включением миллиамперметра в цепь постоянного тока диода, а с помощью шунта Ро, включенного в цепь /о постоянно и являющегося ее нагрузкой. На время измерения /о к шунту подключают микроамперметр пульта контроля, имеющий сопротивление, много большее величины Ро и градуированный в миллиамперах с учетом шунта Ро- Для предотвращения попадания на вход УПЧ из цепи измерения h вредных «паводок» в эту цепь обязательно включают несколько ячеек (две-три) фильтра 11иж}П1х частот (ф, Сф), при этом часто используют значения Lф50 мкгн, Сф~Сба~ 1 ООО пф. В зависимости от схемы построения смесители делят на небалансные (НБС), называемые еще однотактными, и балансные (БС), или двухтактные. 2.4.1. Небалансный смеситель (НБС) Схема такого смесителя является простейшей и представляет собой смесительную камеру, на входе которой установлен элемент связи с гетеродином (рис. 2.16). В качестве элемента связи используют направленный ответвитель (п. 5.2) или окна ненаправленной связи между линиями сигнала и гетеродина [3]. Во всех случаях основное требование, предъявляемое к элементу связи, сводится к тому, чтобы потери сигнала Рс, обусловленные ответвлением в цепь гетеродина (мощность утечки Рсут на рис. 2.16), были малы, т. к. эти потери г = Рс/(Рс-Рсут) приводят к возрастэнию коэффициента шума Рсу аналогично влиянию потерь Lj, Lojp, /.нам-Результирующие потери преобразования сигнала в смесителе равны см = д0 отр • кам * г, (2.10) где /.до-потери преобразования диода при рд = 1. Для получения Рсут/Рс<10% (Lr<0,4 дб) необходимо, чтобы переходное ослабление направленного ответви-теля было LnolO дб. Это означает, что мощность Ргвх, подводимая к гетеродинному входу смесителя, должна более чем на порядок превосходить мощность Рг, подводимую к диоду, т. е. необ.ходим достаточно младший гетеродин. Последнее является существенным недостатком НБС. Еще более важным фактором, ограничивающим применение НБС, является возрастание его коэффициента шума из-за преобразования амплитудных шумов гетеродина, сопровождающих гармонические колебания последнего на несущей частоте fr (§ 4.1). Действительно при попадании на смесительный диод колебаний гетеродина Рг вместе с сопровождающими их амплитудными шумами Ршг (рис. 2.17) все боковые спектральные составляющие последних будут преобразовываться в шумы разностной частоты точно так же, как слабый полезный сигнал Рс преобразовывается в сигнал ПЧ. При этом практическое значение имеют только составляю- цие шума, располагающиеся в окрестностях частот /с и /з в полосе шириной Д/пч, т. к. именно эти составляющие спектра шумов после преобразования в смесителе лают шумы промежуточной частоты и поэтому оказываются в полосе пропускания УПЧ (рис. 2.17). Они добавляются к собственным выходным шумам диода и тем самым увеличивают коэффициент шума смесителя. Этот эффект особенно велик при работе с низкой ПЧ (в диапазоне допплеровских частот) и на мм волнах, т. к. в обоих случаях мощность шумов .гетеродина значительно больше, чем при работе на см волнах и при /пч.>1 жгч (§§4.1,4.2).  Рис. 2.17. К процессу преобразования шумов гетеродина в смесителе: р(/) - огибающая спектральной плотности мощности шума гетеродина; заштрихованные области - участки спектра шумов гетеродина, которые после преобразования попадают в полосу пропускания УПЧ. Из-за указанных недостатков ИБС в современных приемниках РЛС применяют весьма редко. Вместо них используют балансные смесители, не имеющие этих недостатков. Вопросы проектирования ИБС подробно изложены в [3]. 2.4.2. Балансные смесители а) Подавление шумов гетеродина. Схема БС включает два диода и элемент их связи с источниками сигнала и гетеродина. В качестве такого элемента связи обычно используют четырехплечные СВЧ мосты (щелевые, шлейфовые, кольцевые, Г-мосты), к двум плечам которых подключают диоды, а к двум другим подводят соответственно Рс и Рг. Работа БС основана на равном распределении мощностей Рс и Рг между двумя диодами, по с определенными относительными фазовыми сдвигами, при которых на выходе БС в цепи ПЧ происходит суммирование преобразованных диодами сигналов Рс и подавление преобразованных шумов гетеродина Ршг. Поясним этот принцип подавления шумов на примере широко распространенного БС, использующего щелевой мост (рис. 2.18). Для наглядности представим процесс преобразования частоты в виде процесса модуляции напряжения гетеродина напряжением сигнала (результирующее модулированное СВЧ напряжение U, рис. 2.18,0) и последующего детектирования напряжения f/j. диодом. В реззльтате детектирования на выходе каждого диода будет выделена огибающая этого напряжения U, представляющая собой напряжение ПЧ(рис. 2.18,г). При этом полагаем, что диоды идентичны, а щелевой мост идеален, т. е. он обеспечивает равное деление входной мощности между диодами с относительным фазовым сдвигом 90° (§5.1). Как видно из рис. 2.18, при разнополярном включении диодов их выходные напряжения Ыпч1 и Ыпчг при преобразовании Рс равны по амплитуде и фазе, а при преобразовании Ршг эти напряжения равны по амплитуде, но противоположны по фазе. Следовательно, если выходы диодов и их нагрузки по ПЧ соединить параллельно, т. е. подключить диоды к общей нагрузке ПЧ с удвоенной по сравнению с первоначальной проводимостью (например к входной цепи УПЧ), то результирующее напряжение ПЧ от сигнала Рс на этой нагрузке останется неизменным («пч = «пч1 = «пч2), а выделяющаяся в ней мощность Рспч будет равна сумме выходных мощностей ПЧ обоих диодов. В то же время результирующее напряжение ПЧ преобразованных шумов гетеродина будет, очевидно, равно нулю. Таким образом, шумы гетеродина оказываются подавленными, а полезный сигнал полностью выделяется во входной цепи УПЧ. Рассмотренную схему БС с разнополярным включением диодов называют схемой БС с однотактнЫм выходом. В схеме БС с одинаковой полярностью включения диодов (рис. 2.18,6), называемой также схемой с двух- 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 |