|
| |
|
Слаботочка Книги тактным выходом, соотношение фаз выходных напряжений ПЧ (Ыпч1 и ыпчг, рис. 2.18,г) прямо противоположно только что рассмотренному. Поэтому сложение выходных мощностей ПЧ полезного сигнала и подавление напряжений ПЧ шумов гетеродина в такой схеме БС производят с помощью специального балансного трансформатора ПЧ [3, 25], к двум первичным обмоткам которого подключают выходы диодов БС. Две вторичные обмотки этого трансформатора намотаны в противоположных направлениях, в результате чего соотношение фаз напряжений ПЧ на концах этих обмоток становится таким же, как и на выходе диодов в БС с однотактным выходом. Таким образом, с помощью балансного трансформатора ПЧ схема БС с двухтактным выходом сводится к схеме с однотактным выходом. Однако использование на входе УПЧ балансного трансформатора с хорошей симметрией плеч (для получения достаточного подавления шумов гетеродина) представляет собой определенное усложнение как самой входной цепи УПЧ, так и ее настройки. Поэтому схему БС с двухтактным выходом, представляющую собой одну из первых схем балансного смесителя, в настоящее время используют редко. В дальнейшем мы будем рассматривать только схе.му БС с однотактным выходом, поскольку она получила преимущественное распространение. Как следует из рассмотренного механизма подавления шумов гетеродина в схеме БС, любой сигнал, подводимый к гетеродинному входу БС, окажется на выходе БС подавленным подобно шу.мам гетеродина. Это свойство БС характеризуют коэффициентом подавления игу мое гетеродина (5ш), определяемым как отношение номинальных мощностей выходных сигналов ПЧ при поочередной подаче на сигнальный и гетеродинный входы БС сигналов одного и того же уровня. Величина 5ш обычно лежит в пределах 15-30 дб. Выигрыш в коэффициенте шума в результате подавления шумов гетеродина зависит от уровня последних (от типа гетеродина) и величины 5ш. При использовании отражательного клистрона в качестве гетеродина снижение Fc у за счет использования БС обычно составляет 2-5 дб {см волны) и 5-15 дб {мм волны). При работе с низкой /пч (допплеровские частоты) выигрыш в величине F у существенно возрастает из-за значительно большего уров- с г  -I г     Рис. 2.18. Фазовые соотиошеиия в БС на щелевом мосте при преобразовании сигнала и шумов гетеродина: а) схема БС с разнополярным включением диодов (нагрузочные цепн днодов по ПЧ и постоянному току не показаны); б) схема включения днодов в одинаковой полярности; в) векторные диаграммы СВЧ напряжений на диодах ВС прн преобразовании сигнала (вверху) и шумов гетеродина Р (внизу); и J векторная сумма СВЧ напряжений сигнала (илн шумов гетеродина Сщр) н гетеродина на каждом нз днодов; г) огибающие продетек-тированных напряжений U Е (выходные напряжения ПЧ) иа выходе каждого диода прн преобразовании Р (вверху) и Р (внизу); /, 2-дноды; 3 - смесительные камеры; 4 - щелевой мост. ня шумов гетеродина при таких значениях /пч (рис. 2.17, §§ 4.1,4.2). Заметим, что при принятых условиях идентичности диодов и идеальности моста результирующие потери преобразования БС, очевидно, равны потерям преобразования одного диода 1д (каждый диод преобразовывает только половину мощности Рс), а выходное сопротивление БС равно Рд/2. Легко также показать, что при этом шумовое отношение БС остается равным величине д одного диода. Заметим также, что частотные шумы гетеродина не подавляются схемой БС и переносятся на выходной сигнал ПЧ [39J. Это обстоятельство имеет значение в приемных устройствах с когерентным детектированием сигнала [6], при котором частотные шумы преобразуются в амплитудные. б) Преимущества балансных смесителей. Подавление шумов гетеродина является основной причиной перехода от ИБС к БС и основным преимуществом последнего. Наряду с этим БС обладает и рядом других преимуществ по сравнению с НБС: 1. Необходимая мощность гетеродина на входе БС равна удвоенной мощности Рг, подводимой к каждому диоду (или к диоду НБС) и, следовательно, существенно меньше величины Ргвх, требуемой для НБС. Это позволяет использовать маломощные гетеродиньг, в частности гетеродины на полупроводниковых диодах (§ 4.4). 2. В схеме БС, в отличие от НБС, можно практически пренебречь влиянием потерь сигнала на ответвление в цепь гетеродина, т. е. в (2.10) можно принять Lr~l, так как развязка между плечами сигнала и гетеродина используемых в БС мостов обычно превышает 15-17 дб. 3. Можно показать, что в схеме БС происходит подавление четных гармоник разностной (промежуточной) частоты, т. е. подавляются гармоники выходного сигнала, имеющие частоту /вых=л/раз=п/г-/с, где п=2, 4, 6, ... Это означает, что при подаче на вход БС сигнала частоты /с=/г±/пч/л, сигнал на выходе БС будет подавлен. Указанное свойство БС, очевидно, повышает помехоустойчивость приемника к сигналам помех частоты fc и весьма полезно для смесителя АПЧ (п. 2.8.1). 4. Поступающая на каждый диод БС от устройства защиты приемника просачивающаяся мощность в два раза меньше, чем у НБС. Это позволяет использовать 1 УЗП с большей Рпрос либо повысить надежность защиты при прочих равных условиях. 5. Схема БС с определенным типом мостов существенно уменьшает мощность гетеродина, просачивающуюся из смесителя в тракт антенны (обычно более, чем на порядок, по сравнению с НБС), что позволяет увеличить скрытность работы пассивной РЛС. в) Схемы БС с однотактным выходом. Эти схемы БС можно разделить на схемы с независимым и последова-  Рис. 2.19. Схемы балансных смесителей с однотактным выходом с независимым (а) и последовательным (б) включением диодов по постоиииому току и соответствующие им схемы входной цепи УПЧ: /-балансный смеситель; г-УПЧ; S-цепь измерения /„; Гр-разделительный трансформатор; J? - вспомогательное сопротивление; Д1. Дг - диоды. 10-38 тельным включением диодов по постоянному току /о (рис. 2.19). В типичной схеме БС с независимым включением диодов по току /о (рис 2.19,а) выходные сигналы диодов по ПЧ складываются во входной цепи УПЧ с помощью разделительного трансформатора (или разделительного конденсатора), который одновременно обеспечивает независимые цепи для токов /oi и /ог- Соединение БС со входом УПЧ осуществляется двумя соединителями (во многих случаях двумя кабелями). Последнее обычно увеличивает выходную емкость БС, что нежелательно, т. к. приводит к возрастанию коэффициента шума широкополосных УПЧ [1, -251. Кроме того, в этой схеме БС из-за независимости цепей токов /оь hz необходим контроль каждого из них. В схеме рис. 2.19,6 [40] диоды включены по ПЧ параллельно, а по постоянному току - последовательно (предполагается, что влиянием сопротивления Яве на ток /о можно пренебречь, т. к. Явс>Яд), при этом у одного из диодов изолированы от корпуса оба вывода (рис. 2.10). Здесь достаточно иметь только одну цепь контроля тока /о, т. к. последний является общим для обоих диодов; одновременно оказывается возможным сделать для них и общий вывод сигнала ПЧ, т. е. БС имеет единый выход ПЧ. Очевидно, что в этом случае схема входной цепи УПЧ практически та же, что и при работе с НБС. Таким образом, по цепям ПЧ и постоянного тока рассматриваемая схема БС сохраняет преимущества простоты схемы и конструкции НБС. Заметим, что сопротивление Rbc является вспомогательным: в случае выхода диода Д2 из строя «на разрыв»*) (из-за выгорания или по другой причине) его цепь будет разорвана, поэтому постоянный ток диода Д1 (/oi) потечет только через Rbc и не будет равен нулю, как это было бы при отсутствии Rbc В результзте, несмотря на существенное уменьшение /oi (вследствие Rbc>Rh) по сравнению с его номинальной величиной, чувствительность приемника упадет не столь значительно (на ~810 дб), как это было бы при отсутствии Rbc Кзк показзно в [40], при работе с ТКД подходящей величиной является Rbc = = 3-j-4 ком. * При выходе диодов из строя «на короткое замыкание» падение чувствительности очень велико со всеми рассмотренными схемами БС в р.шной степени. Последовательное включение диодов по постоянному току, наряду со схемно-конструктивным упрощением БС и УПЧ, приводит к некоторому улучшению электрических характеристик БС по следующим причинам. 1. Легко показать [40], что в схеме рис. 2.19,6 эффективное сопротивление нагрузки диодов по постоянному току в два раза меньше (при идентичных диодах), чем в схеме рис. 2.19,с, т. е. при равных /о и Ra отрицательное напряжение автосмещения Uo, действующее на диоды, в первой схеме будет в два раза меньше, чем во второй. Это несколько улучшает параметры диодов (п. 2.2.4). 2. В общем случае неидентичности параметров диодов ток /о, устанавливающийся в схеме рис. 2.19,6, имеет некоторое промежуточное значение между величинами токов /о1 и /о2, которые протекали бы в схеме рис. 2.19,а. Следовательно, и параметры диодов, зависящие от этих токов (п. 2.2.4), должны сближаться между собой, т. е. схема рис. 2.19,6 обладает некоторым симметрирующим действием. Последнее приводит к увеличению подавления шумов гетеродина (5ш), поскольку значение 5ш тем больше, чем выше симметрия параметров диодов. Экспериментальное исследование БС, проведенное автором па см [40] и мм волнах, показало, что возрастание 5ш (на 6-10 дб) и соответствующее снижение коэффициента шума Fey (на 0,5-1,5 дб) в результате последовательного протекания тока /о тем больше, че.м значительнее отличаются токи диодов /оь /02 при их независимом протекании, т. е. чем больше разброс параметров диодов в паре. Отсюда также следует, что если в процессе эксплуатации параметры диодов по тем или иным причинам изменяются в неодинаковой степени, то изменение общих характеристик БС с последовательной цепью /о будет меньше, чем при независимом протекании токов, т. е. рассматриваемая схема БС обладает более стабильными характеристиками. По указанным причинам эта схема БС получила распространение, вследствие чего в основном она и будет рассматриваться ниже. Следует отметить, что в БС наряду с мостами типа щелевого, которые используют наиболее часто из-за широкополосности, компактности и простоты изготовления, применяют также свернутые Г-мосты и кольцевые мосты, создающие сдвиг фаз в плечах 0° и 180° (§ 5.1). В схеме ВС с этими мостами в отличие от рассмотрен- ХО" 147 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 |