|
| |
|
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 Мощности IB cootBerctfiyromeH нагрузке. Холостой йой тур должен быть изолирован от внешних цепей и не должен содержать другого активного сопротивления нагрузки, кроме Ps3=i/?s+-/?K (рис. 3.6). В этом случае, как показывает теория, коэффициент шума ДПУ минимален, вследствие чего такая схема ДПУ практически используется чаще всего. Сигнальная цепь содержит реактивные элементы для получения резонанса в контуре <ос (условие резонанса j(XiXiu) + 11]о)сСо=0) и элементы связи, трансформи-рующие сопротивление Ро = (волновде сопротивление волновода плеча 2 циркулятора) до величины Pi (рис. 3.6), при которой обеспечивается необходимая величина коэффициента регенерации цепи a=\RiB/ (Pi + Раз) • Последний однозначно определяет величину усиления ДПУ [22]., При резонансе в контурах toc и ых коэффициент усиления ДПУ с идеальным циркулятором без потерь равен Л=Р,э/Р1в-да Р = 0)х/(Ос, Р1в = а=Р.э/Р, (3.17) (3.18) Формула (3.18) определяет так называемую динамическую добротность диода Q в рабочем режиме накачки с учетом потерь в конструкции ДПУ. Q является важнейшим параметром ППУ, от которого зависят все его характеристики. На волнах Л,=2--3 см Qx2-i-4, на мм волнах л;0,-5-г-2. Как видно из (3.18), Q полн стью определяется величиной критической частоты диода /кр, учитывающей потери Рк в конструкции ДПУ (последние оцениваются величиной Р5э/Р8=Тэ/т«:; 1,1-ь 1,25). Практически величину связи между циркулятором и контуром Шс, определяемую отношением Pi/Psa, которую необходимо создать для получения требуемого усиления Кау, можно подобрать не только при «горячей» настройке ДПУ с включенной накачкой, но и при так называемой «холодной» настройке с выключенной накачкой [8, 9]. В последнем случае отношение Pi/Ps3 равно КСВ входа ДПУ (без циркулятора) на резонансной частоте. 196 Для обеспечения заданного резонансного усиления Ко «холодный» КСВ должен быть равен (3.19) При «холодных» измерениях этого КСВ для имитации влияния накачки на величину емкости диода необходимо уменьшить смещение Uo по сравнению с рабочим на величину, которая может быть рассчитана с помощью соотношений (3.2), (3.5), (3.7), (3.8) или оценена по графику, приведенному в [8, стр. 214]. После этого контур (Ос настраивают в резонанс и измеряют рпу.  Рис. 3.7. Зависимость коэффициента шума ДПУ от обратной динамической добротности диода при оптимальной {ля каждого значения Q) холостой частоте (пунктир), и при различных значениях Р = сйх/сйс = const. (Циркулятор идеальный, усиление велико, Кпу->-оо.) Шумовая температура, коэффициент шума. Шумовая температура ДПУ при выбранных значениях Ко и р всецело определяется величиной Q и при идеальном цирку-ляторе равна *) (рис. 3.7). *) Функциональные зависимости Гпу(Ко) для ДПУ и одноконтурного ППУ {<ох«сйс) получены автором в 1964 г. В книгах [2 и 5] ошибочно приведено неверное соотношение для Гдпу(/Со). где - физическая температура диода в °К. Наоборот, для каждой данной величины Q (при Ko=const) существует такое оптимальное значение Ропт (рис. 3.8) /а OUT с (1 + Ропх) = /с VJ+T, (3.21) соответствующее оптимальным частотам"/х опт « /нопт, при котором величина Тпу достигает минимально возможного значения и равна (Т\Л 2(1-1 С,) Л 1 \ 2 Ко J Ропт (3.22)
0,2 0,4 0,В 0,8 f,0 f,2 << f/Q Рис. 3.8. Зависимость оптимального отношения частот в ДПУ от величины I/Q: Ропт F ~ для минимума коэффициента шума. Р„„ „ - для максимума подо- сы пропускания. Как видно из рис. 3.8, на см, волнах (>2) Ропт>1, т.е. fxom>fc, на ММ же волнах {Q<2) соотношение частот обратное: /хопт</с- Зависимость 7пу(Р) имеет тупой минимум [4-6, 9], поэтому некоторое отклонение частоты /н от /нопт не приводит к значительному возрастанию /пу но сравнению с Рпумин (рис. 3.7). Заметим, что коэффициент шума ППУ с учетом потерь между плечами /-2 и 2-3 реального циркулятора в соответствии с (В. 12) равен Риу u. - LaFy+La{L2z-1 ) Спу» izny, (3.23) где Рпу= 1 Ч-Гпу/Го и /Спу - коэффициенты шума и усиления ППУ с идеальным циркулятором, а Li2«23<l дб. Полоса пропускания Ai/ny. Колебательные контура частот /с и /х коротковолновых ДПУ представляют собой резонаторные системы с достаточно сложной эквивалент-ной схемой, включающие в себя диод и коаксиальные и волноводные отрезки. Величина Alfny зависит как от значений Q, т, р, так и в значительной степени от полос пропускания этих контуров. Последние, в свою очередь, определяются частотными свойствами реактивных сопротивлений контуров (Xi-l/wcCo) и fXx-1/сохСо) (рис. 3.6). Эти свойства характеризуют либо наклоном частотной характеристики указанных реактивностей на соответствующих частотах резонанса юсо и Юхо [5, Ю], либо коэффициентами включения диода в контур (на тех же частотах) рс, Рх, определяемыми в виде [7, 9,23]. p=Wo./{Wc + W„) = Сер/ (Сер + Сэкв). (3.24) Здесь Wc, - электрические энергии, запасенные соответственно в емкости Сор и в эквивалентной емкости Сэкв части контура (резонатора), внешней по отношению к Сер (Xi и Хх на рис. 3.6). Для получения возможно большей полосы Л/пу необходимо стремиться создавать реактивные цепи контуров, приближающиеся к оптимальным [5, 7]. Последние характеризуются минимально возможной для двухрезонансной колебательной системы крутизной частотной зависимости ее реактивных сопротивлений на резонансных частотах ысо и ыхо, т. е. максимально возможными коэффициентами включения ре,х. Для расчета Alfny коротковолновых ППУ, имеющих обычно сложную ядектродинамическую структуру, часто оказывается проще использовать коэффициенты включения, которые можно рассчитать *) или измерить [7, 9]. Используя [23], можно показать, что относительная полоса пропускания ДПУ (в предположении простых одноре-зонансных контуров и VКпу>\) по уровню 3 дб равна 00 ( Co-2)C>(PVft-f-OVA) (3.25) где Рс и jOx определяются формулой (3.24). Обычно в коротковолновых ППУ трудно реализовать оптимальные реактивные цепи контуров," с которыми получается максимально возможная полоса Дпумакс Поэтому практически в ДПУ без компенсирующих элементов и фильтров для расширения Л/пу [4-10] последняя будет меньше величины Дпумакс Однако полоса Д/пу во всех случаях зависит от AfnyMaKc которая является исходной и определяет предельно возможную полосу пропускания при заданных значениях О, т и Чем больше Д/пу макс, тем больше Д/пу в реальной конструкции усилителя. В ДПУ Д/пу макс по уровню 3 дб (в предположении поостых однорезонансных контуров и У/Спу>1) определяется из выражения (5, 7] (рис. 3.9) . (3.26) равном (3.27) (3.28) Д/пу макс/fco = ГПт ?)/ V<oQ (Q + При оптимальном отношении частот Роптш (рис. 3.8) Ропт п - V » где V - величина, определяемая из уравнения Q=3/V/(2-vf/ решаемого графически, Д/пу макс достигает своей максимально возможной величины и равна (рис. 3.9) макс макс е„ = mV VQI /К,3 (1 + V). (3.29) Таким образом, графики рис. 3.7-3.9 позволяют после определения динамической добротности диода Q на. основе рассчитанных значений т и /кр (формулы * Автор и А. Н. Выставкин на основе [23] разработали в 1966 г. электродйнамичеокий метод расчета коэффициентов включения рс, х и полосы пропускания Д/пу. Некото()ые вопросы использования этого метода для расчета коэффициентов рг..х рассмотрены в [7, § 9.2]. (3.8), (3.9), рис. 3.5) *"> выбрать оптимальную xojloctyw частоту (обычно Pohtf - по минимуму коэффициента шума) и, следовательно, определить тем самым необходимую частоту накачки, а также рассчитать коэффициент шума и теоретически возможную полосу пропускания, задавшись желаемой величиной усиления Ко- Эти же графики позволяют оценить, насколько ухудшатся Fny и А/пу, если вместо оптимальной частоты накачки будет использована неоптимальная вследствие отсутствия генератора накачки с частотой /нопт. 2,0 i.6 1,2 0,8
0 0,f 0,S 0,8 1,0 1,2 1/Q Рис. 3.9. Зависимость относительной полосы > пропускания ДПУ с оптимальными реактивными цепями контуров от величины \IQ при оптимальной (для каждого значения Q) холостой частоте Родтд и при различных неоптимальных значениях P=Wi/wc=const. (Д/пу по уровню 3 дб при /(о=17 дб, лг=0,5.) Конструкции ДПУ коротковолновых диапазонов представляют собой волноводно-коаксиальные устройства, содержащие диод с выводом для подачи смещения и элементы для настройки контуров в резонанс (поршни, винты), а также для расширения полосы пропускания и *) Для оценочных расчетов величины /кр и параметров ППУ обычно задаются значением /rt=0,4-0,5. 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 |
||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||