|
| |
|
Слаботочка Книги Ния ш. Для НБС из формулы (2.38) с учетом (2.10) и (2.21) получаем f с у = /-г/.д (д+triLj, + Рпч- 1). (2.40) Заметим, что значения 4 в выражениях (2.38) и (2.40) при одном и том же гетеродине отличаются приблизительно в два раза из-за такого же отличия в величинах подводимой к БС и диоду НБС мощности Рг- С учетом (2.37) очевидно также, что чем ниже необходимая диоду оптимальная мощность гетеродина Ргопт (п.2.2.4), тем менее жестки требования к величине подавления шумов 5ш. В частности, при использовании ДБШ, для которых во многих случаях необходимая мощность Ргопт больше, чем для ТКД (§ 2.2), требуемое значение Sm возрастает. Таким образом, для получения низкого коэффициента шума БС необходимо использовать диоды не только с низкими значениями потерь преобразования н шумового отношения, но и с малы.м разбросом параметров ,в паре по L, Рд (диоды с парным подбором) и с низкими значениями КСВ (для сведения к .минимуму разбаланса амплитуд и фаз и соответствующего уменьшения /-бс повышения 5ш), а также с возможно .меньши.ми значениями .мощности гетеродина Ргопт. Рассмотрим пример расчета параметров широкополосно.го БС i-CM диапазона иа щелевом мосте и диодах Д405Б, БП. В рабочей полосе частот заданы: параметры моста: б=±0,25 дб\ Дфс=Афг = = ±3°, Z.m = 0,2 дй; параметры диодов и смесительных кьмер: Lnoi = = 5 дб; /-до2 = 6 дб; tA\ = \J; <д2=1,2; Лд1 = 300 ом; /?д2--330 ом; Рд1=1,2; Рд2 = 2; /.кам1 = 0,1 дб; /.„ам20,3 дб; параметры УПЧ: fn4=3 дб; /пч = 30 Мгц; параметры гетеродина: го=10, Рг=1,5 мет. Расчет коэффициента шума. По формуле (2.21) находим Li = = 5-(-0,l-f-10lR[(l-f-l,2)2/(4-1,2)] = 5,13 дб, L„2 = 6-bO,3--10 lg((l-f--(-2)2/(4-2)] = 6,8 дб. Тогда L=5,13-6,8=-1,67 дО (0,681), R = = 300/330 = 0,91 (-0,4 дб), максимальное значение 6L/? = -1,67- -0,4-0,25 = -2,32 дй. По формуле (2.23). с учетом величины /пч = = 30 Мгц получаем Дфпч с~2А\зс=6°, Дфпч ш«0. Поэтому величину ig рассчитываем по формуле (2.25) L - =2-0,681 (1 +0,91)/(1 +К0,681-0,91)2 = 0,815(-0,9 дб) и определяем Lgc = 6,8 -0,9 = 5,9 дб. Далее из рис. 2.24,а для 8LR = = - 2,32 дб находим 5„„=17,6 дб (52,5). По формулам (2.32) и (2.37) вычисляем бс = (•7+ 1,2)/2 = 1,45, = 10-1,5= 15 и проверяем условие (2.39) 1.5/(1,05-3,9-52,5) = 0,07< 1,45+ (2-1), которое оказалось выполненным. Тогда у=0,24-5,9--10 Ig (1,45 + 2- 1) 10 дб. Расчет развязок и КСВ входных плеч БС. Гд, = (l,2 - -1)/(1,2 + 1) =0,091; Г„2 = (2-1)/(2 + 1) = 0,333. По формуле (2.13) минимальная развязка будет при = О и равна -развсмин - = 4/(0,09F-f 0,333 + 2-0,091-0,333) = 55,9 (17,5 (jg). Для этих условий по (2.14) находим Гс =/0,09F + 0,3332-2-0,091-0,333/2= = 0,12, р£с= 1,27. Однако, как следует из (2.14), максимальное значение будет при А» = я (при максимальной развязке) и равно бс макс = 0,212, при этом Рбс макс = -54- 2.7. Выбор электрического режима смесителя сигнала Влияние электрического режима смесителя (диода) «а его параметры было достаточно подробно рассмотрено в п.2.2.4. Здесь мы остановимся только на выборе величины рабочего тока диодов h (мощности гетеродина). При использовании положительного смещения Uo, например, при работе с ДБШ, результирующий ток h  Рис. 2 25. Зависимость общего с УПЧ коэффициента шума БС 8-л<л< диапазона на ДБШ (схема рис. 2.19,6) от мощности клистронного гетеродина без фильтра и с узкополоспыы фильтром на гетеродинном входе БС для дополнительного подавления шумов гетеродина: /ц,-60 Мгц; F„4=4 дб; Р,, - на входе БС; C/qv -суммарное напряжение смещения на обоих диодах БС: затухание фильтра па частотах /,.±60 Шц равно II дб; зависимости уг их Усреднены по пяти парам ДБЩ (без подбора пар по параметрам). имеет две составляющие: от детектирования мощности Рт И от смещения Uq. Для упрощения обсуждения мы здесь будем считать [/о=0. Хотя наличие минимума коэффициента шума при некотором токе /о=/оопт (рис. 2.7) обусловлено противоположным характером зависимостей (/о) и /д (/о), однако, в ряде случаев рабочая величина /оопт определяется не только свойствами диода, но и влиянием шумов гетеродина (го) и УПЧ (пч). Действительно, как можно видеть из (2.38) и (2.40) с учетом зависимостей /-Д. д, от /о, по мере увеличения вклада шумов гетеродина в общие выходные шумы смесителя при прочих равных условиях величина /оопт будет уменьшаться. Это положение наглядно иллюстрируется рис. 2.25, из которого видно, что при включении узкополосного фильтра на гетеродинном входе БС для дополнительного подав-  Рис. 2.26. Типичные зависимости общего коэффициента шума БС с УПЧ от тока диодов (по три пары кремниевых ТКД двух типов): X-З-сж диапазон волн; fn,=30 Мгц; /цчЗ дб; О - Ь-мм диапазон; f,-=60 Мгц; /jj,j«4 дб;--.--усредиеншле зависимости по трем парам, ЛенИя высокого уровни Щумов гетеродина мощность Ргопт, соответствующая минимуму fey, возрастает, а feyMHH уменьшается. Наоборот, когда шумы УПЧ (пч) преобладают над шумами смесителя и гетеродина ток /оопт будет возрастать. Поскольку шумы гетеродина, (<го) зависят от величины /пч (рис. 2.17), типа гетеродина и его рабочей частоты, то и значение /о опт в определенной степени зависит от этих факторов, так же как и от величины fn4 при больших значениях последней. Кроме того, /оопт меняется также при смене диодов из-за разброса их параметров. Практически для выбора рабочего тока /оопт экспериментально определяют зависимость у (/о) с используемыми типами диодов и гетеродина при заданных значениях частот /пч и /г (рис. 2.26). Для учета разброса параметров диодов эти зависимости измеряют на партии диодов данного типа (не менее 10 пар для БС). Измерения можно гароизводить с любы,м образцом иапользуемого типа гетеродина, если ориентировочный расчет показывает, что условие (2.39) хотя бы близко к выполнению при максимальном значении го- В противном случае указанные зависимости необходимо измерять с несколькими "образцами гетеродина для учета разброса их шумов. Для полученной в результате всех этих измерений серии экспериментальных кривых Fcy(Io) (рис. 2.26) необходимо построить усредненную зависимость FcYcj>(lo), ординаты которой при каждой величине /о получают как среднее значеняе ординат экспериментальных кривых, т. е. Fc у ср = ~(Fcyi+FBy2+ ... +Fcyn)ln. По кривой fcyop(/o) определяют усредненное значение оптимального тока Уоопт и максимально допустимые отклонения от него (/омин, /омакс), при которых коэффициент шума Fc у ор достигает заданного прсБышения (например, на 0,3 дб) минимального значения, соответствующего току /оопт. Полученные таким образом токи /оот-, /омпн, /омакс представляют собой среднее значение и оптимальный диапазон рабочих токов (/орав) для выбранных типов диодов и гетеродина и использованных значений /пч и Fn4. Эти значения токов обычно и используют в качестве исходных при работе смесителя в РЛС. Для Кремниевых ТКД мм и см волн при работе с гетеродинами на отражательных к;Й1Стронах и /пч= 10-:-100 Мгц оптимальные токи лежат в пределах /оопт - «0,4-7-1 ма. При использовании низкой ПЧ, лежащей в диапазоне допплеровских частот (п. 2.2.1), значения /оопт снижаются до 0,1-0,2 ма, так как при таких ПЧ сильно возрастают шумы диодов (д) и гетеродина (го). Коэффициент шума fey измеряют с помощью газоразрядного генератора шума (ГШ), используя либо широко распространенный метод удвоения мощности шума на выходе линейной части приемника, либо прямопока-зывающим автоматическим измерителем коэффициента шума [48, 49], например типа Х5-5А. 2.8. Смеситель АПЧ 2.8.1. Особенности смесителя АПЧ и требования к нему В отличие от смесителя сигнала в смесителе АПЧ (см. § В. 3, р,ис. В. 1) преобразование частоты происходит не в паузе между импульсами передатчика, а одновременно с работой последнего, причем преобразуемый импульсный сигнал апч не является слабым, а, наоборот, обычно больше мощности Рг, т. к. его уровень ограничивается только выбранным ослаблением делителя мощности -в тракте высокого уровня. Указанные особенности условий работы смесителя АПЧ существенно меняют как его свойства, так и требования к его характеристикам. В частности, полностью снимается требование низкого коэффициента шума (вследствие использования большого сигнала Рс (так мы в дальнейшем для кратности будем обозначать сигнал Рсалч). По этой причине в смесителях АПЧ можно применять менее дорогостоящие диоды с большими значениями параметров д; важно только, чтобы они обладали высокой электрической прочностью, т. е. допускали высокие уровни Рнепдоп и Ридоп (п. 2.2.3). Например, из двух групп диодов Д405Б, БП и Д405А, АП (табл. 2.1) следует применить диоды Д405А, АП. Однако при использовании БС АПЧ разброс параметров диодов в паре должен быть (как и в смесителе сигнала) небольшим для обеспечения высокого коэффициента подавления 5шапч, к которому, как будет видно из дальнейшего, следует стремиться. Работа при больших сигналах Рс приводит к тому, что смеситель превращается -в нелинейный преобразователь (§ 2.1), при этом протекающие через диод токи высших комбинационных частот вида mfr-nfd возрастают, а токи наименьших из них - второй и третьей гармоник разностной частоты f2pa3= 2fr-2/с, /зраз = =, 3[г-3fcI-могут стать соизмеримыми стоком основной комбинационной частоты fpa3= /г-fc. Поэтому могут стать соизмеримыми и выходные напряжения смесителя Up, Учр, t/зр, соответствующие частотам гетеродина/г=/с± ±fn4, !т-}с±}ич/2, fr=/c±/n4/3 *), и, следовательно, воз- *) В дальнейшем будем иметь в виду только такой, наиболее опасный для РЛС, случай, когда частоты гармоник /г рая и fs pa:i равны fn4. можны случаи срабатывания системы АПЧ по гармоникам fpaa, когда АПЧ будет поддерживать !раз = М2 или fn4/3, и чувствительность приемника резко упадет [50, 51]. Вероятность подобных случаев уменьшается, если мощности Рс и Рг значительно отличаются, т. к. прн этом уменьшается относительный уровень (взятый по отношению к Up) гармоник Uzp, t/зр и других, т. е. отношения Up/U2p, Up/Usp, ... возрастают. Одновременность работы передатчика и смесителя АПЧ приводит к воздействию на диоды последнего, помимо полезного сигнала Рс, ответвляемого из тракта передатчика через делитель мощности, еще и паразитных импульсных сигналов. Один из них - импульс пика просачивающейся мощности РЗП (или УЗП), который проникает из смесителя сигнала через цепь гетеродина, остальные (импульсы «наводок») просачиваются по паразитным каналам связи: из тракта высокого уровня и антенны через фланцевые соединения и элементы конструкции смесителя АПЧ. Мощность «наводок» весьма нестабильна (eняeтcя в широких пределах при вращении антенны и зависит от качества изготовления и сборки фидерного тракта) и может достигать величины порядка одного или нескольких милливатт. Влиянием наводок на напряжение ip можно будет пренебречь, если мощность Рс выбрать существенно больше их уровня. Влияние острого пика просачивающейся мощности РЗП на работу АПЧ рассмотрено в [50, 52] и сводится к следующему. Видеоимпульс тока, протекающий через нагрузку смесителя АПЧ и обусловленный детектированием в нем пика радиоимпульса, обладает широким спектром и создаег на выходе дискриминатора системы АПЧ сигнал помехи. Последний может вызвать срабатывание АПЧ и неправильную настройку частоты fr. Для устранения этого явления необходимо обеспечить развязку между входом смесителя сигнала и диодом смесителя АПЧ порядка 30-45 дб [52] (имеется в виду небалансный смеситель АПЧ). Наряду с видеоимпульсом пика, на работу АПЧ может влиять также радиоимпульс пика, преобразованный в разностную частоту. Из-за широкого спектра этого импульса при недостаточном его подавлении тоже возможно срабатывание системы АПЧ при !ряз¥=!пч. Для исключения подобных явлений эффективное ослабление пика при его прохождении от входа смесителя сигнала до выхода смесителя АПЧ без учета 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 |