|
| |
|
Слаботочка Книги определение структуры й элементов эквивалентной схемы усилительной секции и способов их конструктивной реализации и, наконец, расчет важнейших геометрических размеров. При проектировании полезно использовать опыт расчета и конструирования УТД, приведенный в [8, 9, 29-31, 35-46]. Работы [31, 35-39] посвящены синтезу эквивалентных схем УТД (преиму-щественнно с сосредоточенными элементами); в них даны рекомендации по выбору параметров элементов той или иной схемы, обеспечивающих максимальную широкополосность. Хотя задача достижения максимальной широкополосности для УТД, используемых в активных РЛС, обычно не ставится, обеспечение определенного запаса по полосе пропускания (по сравнению с требуемой полосой СВЧ устройства) желательно, так как это обеспечивает стабильность параметров УТД при эксплуатации. Поэтому одна из схем, рекомендованных в [31, 35-39], может быть принята в качестве первого приближения искомой схемы. Если параметры выбранного ТД в заданном диапазоне частот не позволяют представить активную ветвь в виде последовательного или параллельного контура (что требуется для использования рекомендованных схем), следует использовать дополнительные элементы для «симметрирования» годографа иммитанса активной ветви в рабочей полосе, как это делается, например, в [38]*. Далее необходимо перейти к схеме, более близкой к предполагаемой конструкции, для чего надо заменить LC-контуры соответствующими отрезками линий и ввести элементы, определяемые конструкцией. Затем следует провести проверочный расчет устойчивости и частотной характеристики /Сутд(0, и если необходимо -произвести корректировку схемы и повторную проверку. При расчетах желательно использовать эквивалентное представление иммитанса циркулятора той или инОй схемой или численно на основе экспериментальных данных, задать его иммитанс на различных частотах. При проектировании УТД необходимо также иметь в виду следующее. В волноводных УТД хорошо реали- ♦) Если лолоса Д/утд« 1--4% достаточна, «сим.метрирование» годографов и иопольаоваиие рекомендаций [31, 35-30] не является обя-зательным; могут быть построены более простые схемы, в кото, рых роль шасцроечного» элемента может выполнять стабилизирующая цеиь (как, например, на рис. 3.14). ЙуеТСй последовательная схема, при этом стабилизирующая цепь выполняется на коаксиальной или полоско-вой линиях. Сопротивление резистора в стабилизирующей цепи выбирают обычно в пределах 18-40 ом (типовые значения 20-30 ом). Волновое сопротивление линии, соединяющей этот резистор с ТД, обычно имеет близкое 31начбние. Для последовательной схемы на частоте fo активная составляющая импеданса нагрузки должна быть в (КутдН- 1)/(/Дутд-1) раз больше активной составляющей импеданса активной ветви, если в последней настроечные элементы включены последовательно с ТД, и во столько же раз меньше, если - параллельно. Для параллельной схемы обратное соотношение должно выполняться для проводимостей. При этом предполагается равенство нулю реактивных составляющих суммарных иммитансов на частоте fo. 3.4. Малошумящие усилители на ЛБВ В отличие от ППУ и УТД, ЛБВ является нерегенеративным усилителем и представляет собой электровакуумный электронно-лучевой МШУ СВЧ (из всех разновидностей ЛБВ мы будем иметь в виду только малошумящие ЛБВ). Усиление сигнала в ЛБВ происходит благодаря взаимодействию между электронами сфокусированного электронного пучка (луча), летящими от катода к коллектору (рис. 3.17), и бегущей волной СВЧ сигнала, распространяющейся в том же направлении по замедляющей системе (обычно спиральной линии) с несколько меньшей скоростью. При этом из-за торможения электронов в поле СВЧ волны их энергия передается полю и происходит усиление сигнала. Для сохранения фокусировки луча на всей длине ЛБВ чаще всего используют продольное магнитное поле соленоида или постоянного магнита. В последнем случае ЛБВ называют пакетированной. Магнитная система малошумящей ЛБВ, будучи достаточно тяжелой и большой, в значительной степени увеличивает, а на мм волнах почти всецело определяет общий вес и габариты усилителя на ЛБВ, включая источник питания. Подробное описание принципа работы ЛБВ, ее устройства и характеристик дано в {1, 3, 49-51]. ЛБВ является самым широкополосным типом МШУ СВЧ из-за отсутствия в ней резонансных систем. У боль- ШИНства ЛБЁ полоса пропускания А/лбв ср= 10н-бО% при А:л6в>20н-25 (36, а мощность насыщения обычно равна "нас~ 1н-10 мквт [1, 3, 53]. Полосу Д/лбв определяют не по уменьщению Ко на 3 дб, а как полосу частот, в пределах которой величины Кп5ъ и Рлбв соответственно не меньще и не больше заданных значений. ЛБВ является также одним из самых высокочастотных Выход  Рис. 3.17. Схематическое устройство усилителя на ЛБВ: / - катод; 2 - управляющий электрод; 3 - электроды анодов; 4 - волиоводио-коаксиальиые переходы; 5 - коллектор; 6-вакуумный баллон ЛБВ; 7 - СВЧ поглотитель для предотвращения самовозбуждения; S - коаксиальная спиральная линия (замедляющая система); 9 - магнитная фокусирующая система (соленоид или постоянный магиит); /О - выводы питания электродов. МШУ и охватывает диапазон мм волн (табл. 3.1). Как видно из этой таблицы, у лучших зарубежных ЛБВ, выпускаемых серийно, на см и мм волнах максимальные значения Рлбв = 5-19 дб (обычно типичные значения на 1-2 дб меньше максимальных). Практически это означает (см. п. 2.2.3), что при включении наиболее малошумящих ЛБВ перед смесителем выигрыш в общем коэффициенте шума приемника /Fo может достигать 4-5 дб, во многих же других случаях (особенно, если используется смеситель на ДБШ) этот выигрыш не превосходит 2-3 дб, т. е. невелик. Однако следует учитывать, что если по каким-либо причинам смеситель не удается .сделать малошумящим (например, используется широкополосный немалошумящий УПЧ), указанный выигрыш в коэффициенте шума значительно возрастает. Таблица 3.1 Параметры ряда пакетированных ЛБВ со встроенными источниками питания фирм Watklns - Johnson*) (США) и CSF*») (Франция) [52, 53]. WJ-269 WJ-349 WJ-376 Wj-396 Wj-345-7 WJ-403 WJ-307-24 WJ-307 WJ-437 WJ-393-6 F-4115 WJ-338 WJ-449 F-4104 2-4 4,5-6,5 4-8 7-11 8.5-9,3 8-12 12-14 12-18 8-18 18-26,5 29-35 26,5-40 50-75 85,5-94,5 66 36 66 45 9 40 15 40 77 38 19 40 40 10 не более вых. -" (при насыщении) не менее Вес, кг 5,5 5 6,5 6 8 10 9,5 И 12 14 19 15 0.5 1 0,03 2 10 50 7.7 7,6 3,9 8,2 3,6 8.2 8,2 872 11.3 •j/fae-S дб. •) k„,,;s20 дб. Существенным достоинством ЛБВ является их высокая устойчивость к перегрузкам СВЧ мощностью. На см и более длинных волнах они могут длительно выдерживать значения средней мощности Рср~0,2-3 вт (идоп - от десятых долей до единиц киловатт). Это позволяет использовать для защиты ЛБВ от мощности передатчика всего лишь предварительный РЗП (§ 1.3.1,в) и тем самым уменьшить иотери приема в УЗП на 0,5-0,7 дб, упростить схему УЗП и повысить надежность его работы. Кроме того, ЛБВ отличается хорошей температурной стабильностью характеристик в широком интервале /окр. Недостаток ЛБВ заключается в зависимости ее фазового сдвига от питающих напряжений, особенно сильной от напряжения на спирали спир(Аф/Дспир = 5ч-15 град!в и более (1, 50]), которое к тому же является высоковольтным (-~400-800 в - на см волнах и до -~2-5 /се-на мм волнах). Это име-. ет значение при создании фазостабильных СВЧ устройств (например, для моноимпульсных РДС). Следует также учитывать и высокую крутизну фазо-частотной характеристики ЛБВ (20-ГОО град!Мгц), приводящую к запаздыванию сигнала на десятые доли микросекунд [1]. Для повышения стабильности амплитудно- и фазо-ча-стотных характеристик ЛБВ целесообразно включать со стороны ее входа и выхода ферритовые вентили для развязки от внешних цепей. Наконец, необходимо иметь в виду, что большая широкополосность ЛБВ, чрезмерная для ряда РЛС, в некоторой степени снижает помехоустойчивость приемника, так как при воздействии сильной помехи, даже далеко отстоящей по частоте от рабочей частоты приемника, слабый полезный сигнал будет подавлен из-за насыщения ЛБВ сильным сигналом помехи. Такое явление исключается, если на входе ЛБВ устанавливают преселектор (при этом, правда, возрастает коэффициент шума). В настоящее время в качестве узкополосных малогабаритных электрически перестраиваемых преселекторов, устанавливаемых на входе и выходе ЛБВ (на выходе для подавления шумов ЛБВ на частоте /з) используют так называемые ЖИГ-фильтры (фильтры на железо-иттриевом гранате) [8,53]. Питающие токи и напряжения в ЛБВ см и мм волн имеют следующие значения. Напряжения на управляющем и анодных электродах электронной пушки составляют от единиц и десятков до нескольких сот вольт, а их токами потребления можно пренебречь. <7с1шр= =350-2 500 в, ток спирали - десятки .микроампер. Напряжение коллектора на несколько сот вольт выше f/спир, а ток обычно меньше 1 ма. Все напряжения подбирают по минимуму fлбв и заданной величине /Слбв и указываются в паспорте ЛБВ. Характеристики ЛБВ наиболее критичны к изменению f/cnap [50, 51]. Питание электродов ЛБВ осуществляют от одного стабилизированного выпрямителя с помощью резисторных делителей напряжения [49]. В последние годы стали разрабатывать н выпускать пакетированные ЛБВ со встроенными источниками питания, представляющие собой полностью законченный усилитель СВЧ (рис. 3.18). Ранее разработанные непакетированные ЛБВ имеют стеклянное оформление и нуждаются в довольно громоздкой арматуре с системой электромагнитной фокусировки [49, 51]. Современные ЛБВ имеют прочную и надежную металлокерамическую конструкцию и, как правило, пакетированы. Некоторые из них имеют также. магнитный экран, позволяющий устанавливать ЛБВ в аппаратуре в непосредственной близости от ферромагнитных деталей без опасения изменить ее параметры. При отсутствии такого экрана расстояние от ЛБВ до ферромагнитных деталей должно быть обычно больше 100-150 мм, что существенно увеличивает эффективный  Рнс. 3.18. Общий вид пакетированной ЛБВ со встроенным источником питания. объем ЛБВ, занимаемый ею в аппаратуре. Вес выпускаемых пакетированных ЛБВ (без источника питания) составляет 7-9 кг на см волнах и 15-30 кг - на мм волнах. 3.5. Выбор типа мапошумящего усилителя При выборе типа МШУ СВЧ для приемника РЛС см и мм волн (ППУ, УТД или ЛБВ) необходимо иметь в виду следующие сравнительные данные. Наибольшим эффектом снижения коэффщиента шума приемника (fyv/fo) на сж и лгж волнах обладают ППУ {F/Fo=5 ~7 дб); УТД и лучшие ЛБВ дают fy/f„ = 3-5 дб, у остальных ЛБВ Fy IFo~23 дб. ЛБВ наиболее-широкополосны (для многих РЛС даже чрезмерно), ППУ наиболее узкополосны. Мощность насыщения ППУ и ЛБВ одного порядка, у УТД иа один-полтора порядка меньше, при этом динамический диапазон входных сигналов у УТД наименьший. Будучи нерегенеративным усилителем, ЛБВ отличается хорошей стабильностью характеристик, за исключением фазовой стабильности, которая низка. Наименьшей стабильностью характеристик без принятия специальных мер по ее обеспечению обладают ППУ. Введение термостабилизации и в некоторых случаях пгриодическон подстройки частоты и мощности накачки (в процессе выполнения регламентных работ по обслуживанию РЛС) решает проблему обес- 15-38 225 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 |