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

где /-до - потери преобразования собственно диода при его полном согласовании (рд=1у. Разбаланс фаз в БС обусловлен разбалансом фаз моста на частотах fc и fr (2.20) и разностью сдвигов фаз на каждой из этих частот в смесительных камерах, вызванных в последних наличием рассогласования диодов (рдь рдг). Легко показать, что максимально возможный сдвиг фазы результирующего СВЧ напряжения на диоде, вызванный неполным согласованием последнего (наличием отраженной волны), равен

, = агс8шГд. (2.22)

р макс

Например, прирд, равном 1,5 и 2,5, получим =

и 25°,5 соответственно. Далее учтем, что фаза выходного сигнала ПЧ каждого диода БС (Ыпч1 иыпчг на рис.2.18,а) равна разности фаз подводимых к диодам колебаний частот fc и fr. Нетрудно убедиться в том, что разность фаз этих сигналов (угол между векторами комплексных амплитуд напряжений Ыпчь "пчг), т. е. разбаланс фаз БС, определяется соотношениями: для принимаемого сигнала

ДК - Дс

(2.23а)

для шумов гетеродина на частотах fc или fa (рис. 2.17) Д?пч ш = I Af р, - Д?р2 - Дфг + Дфс, 3 1, (2.236)

где А<Рр1 =

рс2 1.2 fpcl,2

рП ~ Tpcl Др2 ~ f рг2 "~ f р

- сдвиг фазы колебаний на частотах соответственно fr и fc (или /з) на каждом из диодов из-за их неполного согласования; Агрг и Дгрс.з - разбаланс фаз моста соответственно на fr и fc,3. Сдвиги фаз, входящие в эти формулы, могут быть как положительными, так и отрицательными величинами. Это необходимо учитывать при практических измерениях и расчетах.

Очевидно, что на см и мм волнах при использовании широкополосных смесительных камер и значений /цч< <30-60/Игг можно считать fr ~ fc.3 и, следовательно, Vpc.s КСВ и фазы отражения от диодов на частотах fc.g и fr буду г приблизительно равными. Кроме того, в этом случае Дфг ~ Дфсз и тогда A<fp, Д<р g О,

Афпчс~2А»фс, а Д<рпчш~0. Учитывая, что типичные зна-160

чения Да;с=1-3°, получаем Дфпчс~26°. Отсюда следует, что на низких и обычных ПЧ (до нескольких десятков мегагерц) фазовый разбаланс БС весьма мал и в ряде случаев его влиянием на характеристики БС можно пренебречь. При высоких значениях ПЧ (сотни мегагерц) для сведения к минимуму фазового разбаланса необходимо снижать КСВ смесительных камер в рабочей полосе частот.

С учетом всех введенных обозначений соотношение для расчета нормированных потерь преобразования БС имеет вид (6с=б):

L = LJL, = L (1 + Р) (1 + + +

"ВС Д2

-4-2l/8LP со8Д?,„,с)-

(2.24)

Количественный анализ формулы (2.24) при значениях 0,25<LP<4, охватывающих большинство практиче-скихслучаев, приводит к следующим результатам. При Дфпчс = 0 отличие в величинах L., соответствующих б1=1 и б=±0,5 дб, не превосходит 0,1 дб. При 6 = 1 величина 1 возрастает (в худшем случае) на 0,1 дб при возрастании Дфпч от О до 13° и на 0,2 дб соответственно при Л!фпч~24°. Из этих данных следует, что во многих практических случаях (б<0,5 дб) потери преобразования БС можно рассчитывать с погрешностью не более 0,1-0,2 дб по упрощенной формуле, соответствующей д= 1, Дфпч с = 0:

.LJL,2L{\-\-RV{\ +VT7Wr. (2.25)

БС"

Детальный анализ этого соотношения дан в [47] и здесь не приводится. Заметим только, что величина нормированных потерь достигает минимально возможного значения при L = R и относительно сл*або изменяется при изменении R в пределах 0,7-1,5.

Коэффициент подавления шумов гетеродина в БС определяется следующим выражением *h

Sm -•

(пчБс)=г

* Учет разбаланса фаз БС при расчете 5ш был впервые произведен в работе Б. Т Сборика, Ф. Б. Рабинова и В. И. Козлова в 1969 г. При выводе формулы (2.26) принято, что для шумов гетеродина бш»бс = б,

U-38 161

8 + LR + 2 VSLR cos Дупч 1 + SLR - 2 KdZT cos „,

(2.26)

где Pec и Per - мощности сигналов на сигнальном и гетеродинном входах БС, а (Р„бс)<: " "(„чбс)сг - соответствующие им мощности ПЧ на выходе БС. Это выражение можно упростить, учитывая, что 6 + LRl + 6LR для значений б=±0,5 дб, 0,25LP4 и что в данном случае без заметной погрешности в величине 8ш можно принять Лфпчс - Афпчш. В результате получим (рис. 2.24)

1 + SLR + 2 VSLR COS Д<рп, „ 1 + SLR - 2 VbLR cos Д?„,

l + (S„,-l)cos ДУпчш/(.5ш,+ 1) "~ 1 - (5шо - 1) cos Д?„, „/(S„„ -Ь 1) •

5ш„ = [(1 +Vbi7WW - KsZTpor,

(2.27)

(2.28)

где 5шо равен величине 8ш при Дфпчш = 0. Как видно из рис. 2.24, с увеличением разбаланса амплитуд и фаз значения 5шо и 5ш уменьшаются, причем особенно" сильно для малых разбалансов. Для зависимости 5ш(Афпчш) последнее справедливо только для значений 5шо>25 дб; при 5шо<20 дб разбаланс фаз в области Афпчш<10°, наоборот, слабо влияет на 5ш. Заметим также, что при Аф11ч>5° величина Sm не может быть больше 27 дб (даже при 5шо=оо). С другой стороны, результаты практических измерений Sm с парными диодами показывают, что при работе с /n4=30-G0 Мгц на коротких см и мм волнах часты случаи получения Sm=25-i-35 дб. Это обстоятельство подтверждает сделанный выше вывод о малости фазового разбаланса БС при таких значениях ПЧ.

Заметим, что метод измерения величины 5ш весьма прост и сводится к следующему. .Малый импульсный сигнал от вспомогательного генератора поочередно подводят к сигнальному и через направленный ответвитель - к гетеродинному входам БС. К выходу последнего подключают УПЧ с детектором и осциллограф. Отношение уровпей этого сигнала с учетом переходного ослабления ответвителя, подводимого к двум входам БС прн условии получения одинаковых сигналов на экране осциллографа, равно величине 8щ.

Графики рис. 2.24 и формулы

J cos Ду пч ш + {5ш - 1 )/(.S„ -f 1) ™ - cos Д<р„, „ - (S„ - 1 )/(S„ + 1)

(LP)=-

1 l±Vs„,, + \

3 \±Vs,-\)

(2.29)

полученные соответственно из (2.27) и (2.28), позволяют определить максимально допустимый разброс параметров диодов в паре L, R для получения заданной величины Sui при известном разбалансе моста. Действительно, задаваясь величинами А<рпчш (например, Афпчш = = 2Atvfio) и Sm, находим требуемое значение 5шо, по величине которого и известному значению б определяем допустимый разброс произведения LR. Далее, задаваясь разбросом одной из этих величин {L или R), находим допустимый разброс другой.

5шо, дб

24«

О i2 tH- ±6&-LR,d6 О

20A<pip&

Рис. 2.24. Зависимость коэффициента подавления шумов гетеродина БС от разбаланса амплитуд при Aicpn.ira=0 (а), от разбаланса

фаз (б).

И* 163

Пример. Задано ш = 23 дб, при этом 6 = ±д,25 66, Афпчш»" = 5°. На рис. 224,6 или формуле (2.29) для данных Sm и Дфпч ш находим 5шо=25 дб. Затем по рис. 2.24,а или второй формуле (2.29) находим bLR = ±l дб, т. е. Ly?=±0,75 60 (0,84--1,19). Предположим, что максимальный разброс потерь преобразования диодов в паре L=±0,5 дб (с учетом потерь в камерах кам1,2). Тогда допустимый разброс их выходных сопротивлений У?=±0,25 дб или R= = 0,94н-!1,06. Если, например, У?д2=4О0 ом, то для Rm допустимый разброс равен У?д1=376-н424 ом, т. е. (У?д1-?д2)доп= ±24 ом. Отсюда видно, что даш получения коэффициента подавдения 5ш>20 дб (такая величина 5ш особенно важна на м.к волнах или при использовании низкой ПЧ, лежащей в области допплеровских частот, см. пп. 2.4.1, 2.4.2,а) необходимо накладывать довольно жесткие ограничения на разброс пара.метров диодов в паре, найример, L±0,5 дб, 0,87/? 1,15. Следует подчеркнуть, что, как видно из (2.28), при б»1 для достижения большой величины 5шо не обязательно стре-учться к выполнению условий L-»-1, R->-1; в общем случае важно, чтобы LR->-1, т. е.

L-IIR, L„,IL-R2IRm.

(2.30)

Выполнение этого условия позволяет, вообще говоря, пспользовать диоды с большим разбросом параметров в паре и при этом получить высокое подавление шумов.

Рассмотрим шумовое отношение БС, которое рассчитывается по формуле

: (Гд-4-Р)/(1 +/?),

(2.31)

где д = д1 д2. Знак приолижения в формуле (2.31) определяется тем, что при ее выводе [47] мы пренебрегли влиянием корреляции те.х компонент выходны.х шумов каждого из диодов, которые обусловлены преобразованием в промежуточную частоту мощности шумов kToAf, поступающих на сигнальный вход БС от нагрузки (источника сигнала) последнего. Количественный анализ этой формулы показывает [47], что для области значений Гд = 0,5-2 и /?=0,5-2с погрешностью не более 12% можно считать

бс ср - (Д1 дг)/!

(2.32)

где дср - среднее значение шумовых отношений диодов.

Шумы гетеродина (рис. 2.17), преобразованные в ПЧ, увеличивают результирующие выходные шумы БС. Последние можно характеризовать суммарным шумовым отношением

БС1 ~ бс

JrULn,, (2.33)

где ty - шумовое отношение гетеродина (названное так по аналогии с шумовым отношением смесителя), а Lm-

flofepH Mocfai БС. беличйны /г и /,„ определяются в виде

г= (Ршгс+Ршгз)/ЙГоЛ/пч, (2.34)

/.м = Рвх/(Р1вых + Р2вых), (2.35)

где Ршг с, Ршг 3 -номинальная мощность шумов гетеродина на частотах /с и /з соответственно, определяемая в полосе пропускания Л/пч и подводимая к гетеродинному входу БС (или к диоду НБС); Рвх, Piblix, р2вых -номинальные мощности гетеродина (или сигнала) во входном « выходных плечах моста соответственно. Во многих случаях, особенно на см волнах, когда потери моста малы (0,1-0,3 дб), в формуле (2.33) можно принять Z,„?t;l. Для характеристики уровня выходных шумов гетеродинных приборов целесообразно пользоваться удельным шумовым отношением гетеродина (го), соответствующим выходным шумам гетеродина, приходящимся на 1 мвт его выходной мощности (Ргвых) «а несущей частоте, т. е.

1Ч) = (Ршг с+Ршгз) вых/ТоА/пчРг вых {Ммвт). (2.36)

Тогда

г=1Ч)Рг, (2.37)

где Рг - мощность гетеродина, подводимая ко входу БС или к диоду НБС, мвт. Величина го зависит от типа гетеродина, рабочей длины волны и величины /пч. У гетеродинных отражательных клистронов см волн величина го лежит в пределах от единиц до нескольких десятков, на мм волнах от десятков до тысячи единиц п более (§ 4.2).

Используя (2.33) я учитывая потери моста L„, о6а\ш коэффициент шума БС и УПЧ аналогично формуле (2.5) получаем в виде

yLL{t-}-:tyiLL + f- 1). (2.38)

Для сведения к минимуму величины fey следует стремиться к выполнению условия

trlLuLCm (БС + пч).

(2.39)

где /пч=Рпч-1 - относительная шумовая гемпература УПЧ. Чем ниже значения /бс " пч и выше t,-, тем, следовательно, важнее иметь высокий коэффициент подавле-

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