|
| |
|
Слаботочка Книги печения стабильности ППУ (в том числе и фазовой) для большинства применений. Однако по этим и ряду других причин ППУ п схем-но-коиструктивном отиошеиии является iiepi\TKO и наиболее сложным из сравниваемых типов МШУ, а УТД са.мым простым. ЛБВ отличаются .наибольшей устойчивостью к первРрузкам СВЧ мощностью, УТД - наименьшей, вследствие чего последние нуждаются в наибольшей степени защиты. ППУ и ЛБВ являются более коротковолновыми МШУ и созданы как иа см, так н в длинноволновой части мм диапазона, УТД - только на см и более длинных волнах. С другой стороны, УТД являются самыми экономичными и миниатюрными МШУ, в большиистве случаев даже несоизмеримыми по этим характеристикам с ППУ и особенно с ЛБВ. Наибольшие же габариты и вес имеют в большинстве случаев усилители иа ЛБВ. Таким образом, с точки зрения основной задачи, которую должны решать МШУ (снижения шумов приемника), ППУ оказываются самыми эффективными МШУ, а поэтому и наиболее желател.зными для применения. Однако это ие означает, что вопрос выбора типа МШУ решается однозначно, т. к. учет других факторов нередко вынуждает отказаться от ППУ и предпочесть ему УТД: в тех случаях, например, где чрезвычайно важна экономичность питания либо накладываются весьма жесткие ограничения иа вес и габариты приемного усгройства, либо иедостаточиа .полоса шрошускаиия ППУ и т. д. ЛБВ, притом наиболее малошумящие из них (обеспечивающие fyv/fo = 45 дб), целесообразно исполь.зовать в приемниках РЛС тогда, когда по тем или иным причинам не могут быть разработаны ППУ и УТД с требуемыми характеристиками. В будущем, по мере совершенствования параметров полупроводниковых приборов и появления возможности создания полупроводниковых генераторов накачки мм диапазона (по крайней мере длинноволновой части), а тзКже яо мере развития и совершенствования техиики микрополосковых интегральных ППУ они могут стать более распростраиеи-ным типом МШУ, чем в настоящее 1Время. 3.6. Методы подавления шумов зеркального канала приема В § В.З было показано, что для реализации минимально возможного общего коэффициента шума приемника с МШУ (Fyy), т. е. для достижения максимально возможного выигрыша FjFo в результате применения МШУ, между ним и смесителем необходимо включать устройство подавления выходных шумов МШУ зеркальной частоты fa. Можно указать три .метода решения этой задачи: 1) включение иа выходе МШУ фильтра СВЧ, обеспечтающего в рабочей полосе частот сигнала fc раб малые потери (/.фп<1-1,5 дб), а в соответствующей зеркальной полосе fiipaa достаточно большое запирание (Z.*3>13-f-15 дб); 2) применение в приемнике двойного преобразования частоты с высокой первой ПЧ (см. [2, стр. 275]), при которой полоса fapao оказывается за пределами полосы усиления МД1У, т. е. удовлепворяется условие (В.20), а именно: Ку с/Ку з> >13-г-15 дб; 3) применение в приемнике схемы фазового подавления h [55]. Метод пспользовлипя фильтрл лл;7 подяплеиия [л уже рассматривался в § 2.5. Интервал частот склона АЧХ фильтра .между знл- чениями 1фп и 1ф,, должен удовлетворять услоБИкз (2.17). Этот метод подавления fa является простейшим п наиболее распространенным, однако практически его ие всегда удается использовать из-за трудности создания фильтров с весьма крутыми склонами АЧХ, которые требуется обеспечить при использовании обычных промежуточных частот (§ 2.5). Вопросы расчета и проектирования СВЧ фильтров подробно изложены в [54]. Использование второго метода подавления fa рассмотрено в [2] и связано с усложнением схемы приемника. Кроме того, этот метод, очевидно, нецелесообразен при использовании большинства ЛБВ, поскольку из-за их весьма широкой полосы пропускания оказывается, что первая ПЧ в приемнике с двойным преобразованием частоты будет лежать в СВЧ диапазоне. Третий метод подавления fa описан в [55] и основан на преобразовании принимаемого сигнала ие в одном, а в двух одинаковых смесителях (к которым мощности сигнала и гетеродина подводятся с определенным фазовым сдвигом) с последующим суммированием их выходных сигналов ПЧ в специальном сумматоре ПЧ. В последнем сигналы ПЧ, обусловленные СВЧ сигналом зеркальной частоты, подавляются из-за получающейся противаположиости их фаз, вообще говоря, независимо от величины ПЧ (аналогично подавлению шумов гетеродина в БС). Этот метод фазового подавления fi может обеспечить подавление fa более чем иа 20 дб в широкой полосе частот fc раб (10-40%) [56, 57]. Однако .применение данного метода «связано с определенным усложнением приемника: происходит «удвоение» смесителя (вместо одного два) с соотаетствующим увеличением необходимой мощности Рг и усложие1шем входной цепн УПЧ из-за добавления сумматора ПЧ. При использовании микрополосковых СВЧ устройств и микросхем УПЧ это усложнение заметно не сказывается на размерах и весе прием!шка. Подобные устройства описаны в [46, 57]. Вследствие широкополосности фазового подавления fa и отсутствия ограничсний на используемую величину ПЧ этот метод может оказаться предпочтительным во многих случаях применения МШУ. Глава четвертая ГЕТЕРОДИНЫ САНТИМЕТРОВЫХ И МИЛЛИМЕТРОВЫХ ВОЛН 4.1. Характеристики гетеродинов и общие требования к ним Гетеродин служит источником (генератором) непрерывных СВЧ колебаний, подводимых к смесителям СВЧУ приемника. В некогерентных РЛС система АПЧ управляет частотой гетеродина /г, заставляя ее следить за изменениями частоты передатчика /иер и тем самым поддерживая постоянство /пч== /г-/пер ВО всех условиях работы (§ В.З). К характеристикам, определяющим основные свойства гетеродина, относятся: 1- Диапазон рабочих частот (диапазон перестройки) А/раб =/макс /мин- 2. Выходная мощность г вых н ее изменение в диапазоне частот А/раб- 3. Диапазон мгновенной (безынерционной) электрической или электронной настройки частоты А/эл- 4. Крутизна электронной настройки частоты 5эл = = Af/AU (Мгц/в), определяемая как изменение частоты на 1 в изменения управляющего напряжения. 5. Нестабильность частоты и мощности при воздействии дестабилизирующих факторов: изменения температуры, давления и влажности окружающей среды, изменения питающих напряжений и импеданса нагрузки (КСВ и фазы отражения), механических воздействий (вибрации, удары и пр.) К характеристикам нестабильности частоты fr и мощности Рвых ОТНОСЯТСЯ: температурный коэффициент частоты ТКЧ=Af/А/окр [Мгц/град]; относительное уменьшение мощности АРрас = АРвых/Рвых иом [%] и затягивание (изменение) частоты Afpac [Мгц] при определенном рассогласовании нагрузки (обычно при Рнаг, равном 1,5 или 2) и наихудшей фазе отражения от нее по сравнению с Рвых и fr при номинальной (согласованной) нагрузке; амплитуда девиации частоты (паразитная частотная модуляция) при механических воз- действиях А/дев [Мгц], а также ряд других характеристик. 6. Уровень генерируемых шумов на различных частотах по обе стороны от основного колебания т. е. уровень шумов гетеродина при различных промежуточных частотах. Остановимся на последней характеристике несколько подробнее. Из-за флуктуации частоты и мощности, гетеродина, обусловленных в разных типах генераторов своими причинами, основное гармоническое колебаниеfr сопровождается генерацией сплошного спектра шумов, располагающегося по обе стороны от fr (см. рис. 2.17). Эти шумы можно представить в виде совокупности двух спектров: спектра амплитудных шумов (АМ-шумов), обусловленного амплитудной модуляцией колебаний (флук-туациями амплитуды), и спектра частотных шумов (ЧМ-шумов), обусловленного частотной модуляцией колебаний (флуктуациями частоты). Спектр АМ-шумов Ршг(/) =Ршг(/г±/сдв) представляет собой зависимость спектральной плотности флуктуации мощности (мощности шумов в полосе А/=1 гц, вт/гц) от величины сдвига частоты fcAB(fcAB = fn4) относительно частоты fr по обе стороны от нее, т. е. представляет собой зависимость от величины f„4 (см. рис. 2.17). Практически же А.М-шумы количественно обычно характеризуют отношением мощности шума в двух си.мметричных боковых полосах* к мощности сигнала (несущей) при то.и или ином значении fens в виде **> т„= lOlg (fc)-f Рш. if г) Р вых МпчРвых J где PmAfc), Pmr(f3) - спектральная плотность мощности АМ-шумов на частотах fc и /з, сдвинутых относительно fr на величину /пч, (Ршг сЧ-Ршг з) вых - суммарная выходная мощность АМ-шумов в двух боковых полосах шириной Afn4 на частотах fc и f3. Величина nta зависит от типа гетеродина, величин fr и !пч и лежит в пределах - (100-180) дб/гц. Значения Ша, выраженные в 1/гц, и *) Иногда величину Ша определяют при учете шума только в одной полосе. **) И1гогда берут обратное отношение, которое в децибелах приблизительно равно приведенному, по имеет знак плюс. удельного шумового отношения /го (2.36) связаны соотношением tro = manO-kTo=2,5-lO"ma \/мвт. (4.2) Спектр ЧМ-шумов обычно характеризуют зависимостью спектральной плотности среднего квадрата флуктуации частоты Afot модулирующей частоты /сдв=пч, где Af - среднеквадратичное отклонение частоты от номинального значения на данной частоте модуляции [оде в полосе модулирующих частот Af,= 1 гц. Размерность Af гц1гц (подробнее о характеристиках ЧМ-шумов см. в [12,7]). Нередко уровень ЧМ-шумов, подобно АМ-шумам, характеризуют величиной /ге/ = = 101g(m PBbix) [дб/г:{], где Рш/- спектральная плотность мощности в полосе 1 гц двух боковых составляющих*) спектра выходного сигнала, модулированного ЧМ- шумами. Связь между величинами rrif и Af определяется соотношением [1] mf = 10 Ig (Рш Рвых) = 10 Ig {J2f:J [дб/гц]. (4.3) ЧМ-шуыы, как у,А:е указывалось (п. 2.4.2), не подавляются схемой БС и в приемных устройствах с когерентным детектированием сигнала частотные шумы преобразуются в амплитудные. Величина Af зависит от типа гетеродина, значений fr и /ц, и лежит в пределах от десятых долей единицы до десяти и более тысяч гц/гц. Наибольшие величины Ша и Af соответствуют наименьшим значениям /сд, лежащим в области допплеровских частот. Рассмотрим общие требования ко всем перечисленным характеристикам гетеродинов. Диапазон частот гетеродина должен соответствовать диапазону частот пе редатчика, т. е. Af раб А/пер макс- При этом граничные частоты гетеродина для fr-faep+fm должны иметь значения: fr MHufnep MHH-l-fn4, fr maKofnep MaK0-l-fn4. МОЩность гетеродина Рвых должна быть больше суммарной величины Р, необходимой для питания всех смесителей *) Иногда nif определяют при учете только одной боковой составляющей. СВЧ устройства (§ 6.1). Желательно иметь некоторый запас мощности Рвых по сравнению с Pj.v (в 1,5 раза или более), так как он позволяет частично развязать гетеродин от влияния импеданса смесителей с помощью аттенюаторов регулировки мощности гетеродина (§ 6.1) и тем самым повысить стабильность его параметров. Кроме того, к мощности Рвых предъявляется требование возможно большей ее равномерности в диапазоне Afpa6, т. к. в противном случае большие изменения Р вых нри перестройке fr приведут к заметным изменениям коэффициента шума Рсу. Электронная настройка гетеродина (Afэл) используется в системе АПЧ для безынерционной подстройки fn4= Ifrfnepl при изменениях fr и fnep- Поэтому диапазон электронной настройки должен быть достаточно большим, чтобы иметь возможность скомпенсировать максимальные изменения fr и fnep, обусловленные воздействием всех дестабилизирующих факторов. При этом весьма желательно, чтобы электронная настройка частоты происходила без потребления или с минимальным потреблением мощности в цепи управления частотой, что упрощает схему и конструкцию системы АПЧ. Желательно также, чтобы крутизна 5г,л не была слишком высокой (5эл<5-4-10 Мгц/в). В противном случае требования к уровню пульсаций питающего напряжения цепи управления частотой становятся трудно выполнимыми и на точность работы АПЧ начинает влиять вызванная пульсациями паразитная частотная модуляция гетеродина. Нестабильности fr и Рвых при воздействии дестабилизирующих факторов должны быть минимальны.ми. При выполнении этого требования уменьшается необходимая величина Afлл, повышается стабильность коэффициента шума Рсу, выходного сигнала смесителя АПЧ и других характеристик приемника. В частности, при малых значениях девиации частоты от механических воздействий улучшаются условия обнаружения движущихся целей в приемниках с селекцией движущихся целей,. (СДЦ) [1]. Следует также стремиться к минимальному уровню шумов гетеродина по причинам, уже рассмотренным в §2.4. 4.2. Отражательные клистроны Отражательный клистрон является самым распростра-neiHibiM гетеродином см и мм волн. Он представляет собой электровакуумный прибор, являющийся в большин- 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 |