INFONKO.RU

Направленные ответвители шлейфные

Направленные ответвители шлейфные применяются в аппаратуре СВЧ: в разветвителях и сумматорах мощности, в фазовращателях, переключателях, балансных смесителях, для изоляции передающих и приемных устройств, работающих на одну общую нагрузку. Шлейфные направленные ответвители имеют большие габариты и узкую рабочую полосу частот. Топологическая и электрическая схемы изображены на рис. 32.11.

Основные частотные характеристики следующие:

– связь (переходное ослабление) – ;

– направленность – ;

– коэффициент стоячей волны, КСВ.

где Рi – мощность в i–м плече направленного ответвителя.

Величина связи С определяется волновой проводимостью шлейфов Yшi, ширина рабочей полосы частот – числом шлейфов n. На практике не проектируют направленные ответвители с числом шлейфов n больше 3 – 4. В двухшлейфном направленном ответвителе волновые проводимости шлейфов Yш1 и отрезка линии между шлейфами Y1 определяются однозначно. В направленном ответвителе с тремя и более шлейфами выбор Yшi и Yi 84 определяются неоднозначен. Направленные ответвители так же бывают нескольких типов.

Направленный ответвитель типа-1 имеет все проводимости Yi равными волновой проводимости тракта . Такие направленные ответвители просты в проектировании и изготовлении, но частотные характеристики их не оптимальны.

Рис. 32.11. Шлейфовый направленный ответвитель: (а) – электрическая схема; (б) – топологический чертеж [2]

33. Смесители СВЧ приемников.

В смесителях можно использовать обращенные туннельные диоды (ОД), варикапы, точечно-контактные диоды (ТКД) и диоды с барьером Шотки (ДШ). В настоящее время наибольшее применение в смесителях сантиметрового и миллиметрового диапазона длин волн получили ТКД и ДШ. В дециметровом диапазоне иногда применяются обращенные туннельные диоды, у которых используется обратная ветвь вольт-амперной характеристики (ВАХ). На рис. 10.2 приведены ВАХ диодов трех типов. ДШ обладает более крутой, чем ТКД, вольт-амперной характеристикой и большим напряжением пробоя, а так же более высокой механической прочностью. Однако ДШ требует большей мощности гетеродина (2…10 мВт для диодов из арсенида галлия и 0,5…1 мВт для кремниевых диодов). Большая крутизна ВАХ обращенных туннельных диодов в близи начала координат позволяет работать при мощности гетеродина 0,1…0,2 мВт. Параметры современных смесительных диодов СВЧ приведены в справочной литературе.

Единственно полезным для работы смесителя элементом этой схемы служит нелинейная проводимость запирающего (барьерного) слоя g (u) (поэтому смесительные диоды часто называют варисторами). Остальные элементы: сопротивление потерь диода Гп и нелинейная емкость С (u) – являются паразитными и приводят к потери мощности преобразованного сигнала (нелинейность емкости вызывает преобразование сигнала на высшие комбинационные частоты)·.



Рис. 33.1. Вольт-амперные характеристики смесительных диодов [1] Рис. 33.2. Эквивалентная схема смесительного диода [1]
а) б)
Рис. 33.3. Конструкции смесительных диодов а) с балочными выводами 1 – активный n-слой; 2- выпрямляющий контакт; 3-слой полиамида; 4-золотые балочные выводы; 5-буферный слой; 6-подложка; 7- омический контакт; б) в интегральном исполнении 1- омический контакт; 2-барьер Шотки; 3-подложка; 4-микрополосковые линии

Для интегральных схем СВЧ изготовляют безкорпусные смесительные диоды, два из которых изображены на рисунке 33.3. Применяются также кристаллы смесительных диодов с одним или несколькими выпрямляющими окнами.

Электрические характеристики смесителя

В отличие от транзисторных смесителей, для которых наиболее существеннен лишь эффект пряого преобразования частоты, в диодных смесителях наблюдается так же эффект обратного преобразования. Действительно, напряжение промежуточной частоты wпч=wс-wг, появившиеся на выходе смесителя в результате взаимодействия напряжений сигнала и гетеродина, снова взаимодействует с напряжением гетеродина, что приводит к образованию на входе смесителя напряжения с частотой сигнала wс = wпч+wг. Таким образом, эффект обратного преобразования обусловлен наличием сильной обратной связи

в диодном смесителе, так как он канализирует энергию в обоих направлениях, т.е. представляет собой взаимное устройство.

Кроме того, в диодных смесителях существует эффект вторичного обратного преобразования частоты. При действии на выходе смесителя напряжения промежуточной частоты возможно появление на входе смесителя так называемой зеркальной частоты wз=wг-wпч (названной так из-за “зеркального” расположения по отношению к частоте сигнала относительно частоты гетеродина)

В последнее время получил распространение режим работы смесительных диодов, при котором используется не только нелинейная проводимость, но и нелинейная емкость. Благодаря этому удается снизить потери преобразования и коэффициент шума преобразователя. Однако для реализации такого режима требуется большая мощность гетеродина.

Рис. 33.4. Спектральный состав колебаний в преобразователе частоты [1].

Возникновение колебаний зеркальной частоты возможно также в случае взаимодействия между напряжением сигнала и второй гармоникой гетеродина так как wз=2wг-wс.

Обычно смеситель согласовасо входом УПЧ, поэтому вся мощность на частоте wпч передается в УПЧ. Колебание зеркальной частоты, образовавшееся в процессе преобразования частоты сигнала, может распространяться во входные цепи приемника. Поэтому если на входе смесителя поместить соответствующие фильтры, то колебания зеркальной частоты будет отражаться обратно в смеситель для преобразования в колебания промежуточной частоты wпч=wг-wз. Если образованный таким образом ток промежуточной частоты находится в фазе с током основной промежуточной частоты wпч=wс-wг, то получается дополнительная выходная мощность, т.е. увеличивается коэффициент передачи преобразователя. При сложении токов в противофазе могут, напротив, возникнуть дополнительные потери. Таким образом, взаимодействие между колебаниями сигнальной и зеркальной частоты оказывает существенное влияние на параметры диодного преобразователя частоты.

Балансные и двойные балансные смесители.

Для уменьшения влияния шумов гетеродина применяются балансные смесители (рис. 33.5, а). Смеситель содержит 2 диода, которые включены, так, что их токи iД1 и iД2 протекают в первичной обмотке выходного трансформатора WT2 во встречных направлениях. При этом синфазные составляющие магнитного потока взаимно компенсируются, а противофазные – складываются. Убедимся сначала в способности этой схемы выполнять функции преобразователя частоты. Напряжение гетеродина подается на диоды синфазно, а напряжение сигнала- противофазно.

Следовательно, токи преобразованного колебания промежуточной частоты в обоих диодах так же противофазны и поэтому создаваемые ими магнитные потоки складываются и наводят во вторичной обмотке трансформатора WT2 напряжение промежуточной частоты.

Перейдем к количественному анализу работы балансного смесителя, аппроксимируя ВАХ диодов ряда Тейлора

К первому смесительному диоду прикладывается сумма напряжений , а ко второму – разность . Здесь - напряжение сигнала, - напряжение гетеродина. Подставляя выражения для uД1(t) и uД2(t) в (10.18), найдем токи диодов:

.

Результирующий ток в первичной обмотке трансформатора WT2

Первое слагаемое (10.19) характеризует прямое прохождение сигнала через смеситель, что опасно при wс=wпч, а второе слагаемое – полезное преобразование частоты. В связи с тем что составляющие токов с частотой гетеродина wГ взаимно компенсируются, шумы гетеродина не попадают на выход смесителя и при идеальной симметрии схемы относительная шумовая температура гетеродина tГ=0

Проводя аналогичные выкладки для токов в трансформаторе WT1, легко видеть, что балансный смеситель позволяет уменьшить мощность гетеродина, просачивающуюся в антену приемника. Это свойство в последнее время приобретает все большее значение, так как в связи с проблемой электромагнитной совместимости радиотехнических средств введены более жесткие ограничения на допустимый уровень излучения колебаний гетеродина.

Балансный смесител по схеме на (рис. 33.5, а) практически не применяется в диапазоне СВЧ ввиду сложности реализации симметричного выходного трансформатора. Более распространена другая схема (рис. 33.5, б), принципиально не отличающаяся от первой. Разница состоит в том, что в ней отсутствует выходной трансформатор, напряжение гетеродина подается на диоды в противофазе, а напряжение сигналов в фазе. Однако из-за встречного включения диодов в этой схеме сохраняются те же фазовые соотношения и те же свойства, что и в балансном смесителе.

Основным узлом балансного смесителя диапазона СВЧ является гибридное соединение осуществляющее равное деление мощности входного сигнала и колебания гетеродина между диодами с сзаданными фазовыми соотношениями, а также обеспечивающего максимальную развязку между входами сигнала и гетеродина. В качестве таких соединений обычно используют двух и трехшлейфные направленные ответвители (НО), гибридные кольца и направленные ответвители на связанных полосковых линиях.

Рис. 33.5. Принципиальные электрические схемы балансных смесителей с синфазной (а) и противофазной (б) подачей напряжения гетеродина. [1].

Двухшлейфные направленные ответвители обеспечивают развязку сигнала и гетеродина не хуже 200 дБ при KcmU < 1,5 в полосе частот около 10%. Полоса пропускания трехшлейфных ответвителей расширяется до 20% и более. Потери преобразования этих схем LД »6…8 дБ. Балансные смесители обычно работают при нулевом смещении на диодах.

При использовании промежуточной частоты, находящейся в диапазоне СВЧ, применяют смесители, имеющие разомкнутые четвертьволновые шлейфы, закорачивающие сигналы промежуточной частоты. Такие смесители имеют следующие параметры: fC = 20±0,5 ГГц, fГ = 18,3 ГГц, fпч=1,2…2,2 ГГц, полоса пропускания по уровню 1 дБ составляет ±500 МГц, коэффициент шума Кш = 4,8…5,8 ГГц.

37. Шумовые параметры и чувствительность радиоприемника.

В оконечном устройстве радиовещательного или связного приемника даже при отсутствии сигнала на входе прослушиваются некоторые шумы в виде шипения и шорохов. Эти шумы возникают в элементах схемы и называются внутренними. По своей природе эти шумы делят на тепловые шумы в резисторах и шумы электронных приборов. Физической причиной шумов являются флуктуации электрических зарядов в элементах, приводящие к появлению флуктуационных ЭДС и токов.

Внутренние шумы затрудняют прием слабых сигналов и, следовательно, являются одной из основных причин, ограничивающих чувствительность приемника. Внутренние шумы имеют очень широкий спектр и усиливаются наравне с полезным сигналом. Из широкого шумового спектра избирательные цепи приемника выделяют только ту часть, которая находится в пределах полосы пропускания, поэтому часто полосу шумов принимают равной полосе пропускания приемника .

Тепловые шумы. Тепловые шумы обусловлены беспрерывным хаотическим движением электронов внутри проводника, вызванные тепловым воздействием внешней среды. Напряжение шумов зависит от температуры окружающей среды и сопротивления проводника: , где

UШ - среднеквадратическое значение напряжения шумов, В;

k- постоянная Больцмана, равная ;

Т- абсолютная температура, К0;

R- активное сопротивление, Ом;

-полоса частот, в пределах которой определяется шумовое напряжение, Гц.

Для практических расчетов пользуются формулой: ,

где UШ –мкВ, R-кОм, -кГц.

При определении напряжения тепловых шумов на комплексном сопротивлении , а также на параллельном контуре с сопротивлением RЭ также можно использовать эту формулу, если под полосой понимать шумовую полосу.

Представление о шумовой полосе можно получить, сравнив две системы: с реальной и прямоугольной частотными характеристиками. Шумовой полосой в этом случае называют полосу такой системы с прямоугольной АЧХ, на выходе которой создается шум, равный шуму системы с реальной АЧХ. Шумовая полоса, как правило шире полосы пропускания системы. Так для одиночного колебательного контура .

Чем больше АЧХ системы приближается к прямоугольной, тем меньше разница между и П. Для линейной части радиоприемника, частотная характеристика которого формируется рядом контуров и по форме приближается к прямоугольной можно шумовую полосу принимать равной полосе пропускания приемника. Следует заметить, что шумы на выходе приемника в основном определяются шумами входной цепи и первых каскадов, т.к. появляющееся в них напряжение шумов усиливается всеми каскадами. Шумы последующих каскадов не оказывают заметного влияния.

Коэффициент шума.

В радиотехнике широко используется понятие «коэффициент шума», при помощи которого можно определить чувствительность приемника. Коэффициент шума N определяется значением, показывающим, во сколько раз отношение сигнал/шум на входе приемника больше отношения сигнал/шум на выходе линейной части приемника, т.е. на входе детектора:

.

В идеальном нешумящем приемнике N=1, так как сигнал и шум усиливаются в одинаковое число раз. В реальном приемнике значение коэффициента шума увеличивается вследствие возникновения внутренних шумов, в результате чего мощность шума на выходе возрастает. Коэффициент шума можно рассматривать как величину, показывающую, во сколько раз ухудшается отношение сигнал/шум на выходе реального приемника по сравнению с идеальным.

Чувствительность приемника.

Чувствительность приемника оценивается минимальным значением ЭДС сигнала или мощности сигнала в антенне, при которых обеспечивается нормальный прием. Поскольку в приемнике усиливается не только полезный сигнал, но и внутренние шумы, то последние являются фактором ограничивающим его чувствительность.

Отношение мощности сигнала к мощности шумов на выходе линейной части приемника характеризуют различимость сигнала на фоне шума и называется коэффициентом различимости: . Предельное минимальное значение этого коэффициента, при котором мощности сигнала и шума на выходе равны, равно единице ( ), а мощность сигнала на входе ( ) при этом будет характеризовать предельную чувствительность приемника.

С учетом формулы имеем: и . Таким образом, предельная чувствительность приемника оценивается минимальной мощностью входного сигнала при коэффициенте различимости . Надежный прием полезного сигнала обеспечивается при значительном превышении уровня входного сигнала над уровнем шума, т.е. при . Мощность полезного сигнала на входе при будет характеризовать реальную чувствительность приемника .

Реальная чувствительность приемника оценивается минимальной мощностью входного сигнала при котором достигается определенное значение коэффициента различимости . Расчетную формулу предельной чувствительности можно получить из формулы , подставив в нее максимальное значение . Для нахождения воспользуемся схемой рис. 37.1.

Рис. 37.1. Схема для оценки . [1].

Полагаем, что источником шума является генератор с внутренним сопротивлением, равным эквивалентному сопротивлению антенны Rа. Мощность шума на входе приемника ,

шумовой ток - .

Тогда .

Как известно, генератор отдает в нагрузку максимальную мощность когда . Таким образом .

Полагаем, что шумы в антенне теплового происхождения и определяются формулой: ,

с учетом этого:

.

Возвращаясь к определению предельной чувствительности приемника, заменим в формуле величину , тогда предельная чувствительность:

Численно реальная чувствительность приемника превышает предельную в раз, т.е. . Чувствительность по мощности можно пересчитать в чувствительность по напряжению. С учетом того, что при согласованной нагрузке , выражение для предельной чувствительности по напряжению будет иметь вид:

.

38. Малошумящие усилители СВЧ.

Приёмники СВЧ как правило работают с чрезвычайно малыми сигналами, что требует разработки высокочувствительных малошумящих УРЧ. Это объясняется тем, что в СВЧ диапазоне внешние помехи, включая флуктуационные шумы, малы и чувствительность определяется, в основном, только собственными шумами первых каскадов РПУ. Усилители можно выполнить на биполярных и полевых транзисторах.

При выборе транзисторов необходимо принимать во внимание ряд факторов, которые не учитываются на более низких частотах. В первую очередь – это межэлектродная ёмкость усилительных приборов, индуктивность выводов и инерционность носителей электрических зарядов. Условно эти паразитные реактивности отображены на рис 38.1.

Рис. 38.1. Схема включения транзистора с учётом паразитных реактивностей [1].

Даже высокочастотные транзисторы, предназначенные для работы в диапазоне десятков и сотен МГц, имеют входную ёмкость порядка 10 – 15 пФ и индуктивность выводов около 0,01 мкГн. Как видно из рисунка, реактивные элементы образуют делитель напряжения. В результате входное напряжение поделится между элементами этого делителя:

Напряжение Uбэ, управляющее током транзистора можно определить по формуле:

,

где Хбэ = 1/ωСбэ.

На сравнительно низких частотах коэффициент передачи делителя Например на частоте 10 МГц он равен 0.99, а на частоте 300 МГц только 0,5. Таким образом, с ростом частоты эффективность усиления транзисторов резко падает. С учётом дополнительных потерь на активных проводимостях и в монтаже усиление будет ещё меньше.

Существенное влияние на работу усилительных приборов СВЧ оказывает конечное время перемещения носителей зарядов (их инерционность). Дополнительным фактором, ограничивающим применение транзисторов на СВЧ, являются их собственные шумы. Они определяются различными нарушениями в кристаллической структурой полупроводниковых материалов. Современные технологии получения полупроводниковых структур на основе арсенида галлия позволяют создавать транзисторы для работы на частотах до 30 ГГц с коэффициентом шума в несколько децибел.

В дециметровом, сантиметровом и миллиметровом диапазоне волн применяются полевые транзисторы с барьером Шотки. Усилители на таких транзисторах работают в диапазоне частот до 60 ГГц и обеспечивают усиление на один каскад до 10 – 20 дБ с коэффициентом шума 1,5 – 3.

К преимуществам МШУ на полевых транзисторах можно отнести более простые цепи смещения по постоянному току и более высокую температурную стабильность.

Как правило, МШУ содержит 3 – 4 транзисторных каскада. Согласно теории, величина коэффициента шума всего усилителя определяется первыми каскадами, поэтому минимизируют их шумы, а в последующих каскадах обеспечивают максимальный коэффициент усиления. Конструктивно МШУ представляет собой микрополосковую микросборку. На входе и выходе усилительного каскада обязательно включают согласующие цепи. Согласованием по входу добиваются минимального коэффициента шума, согласованием по выходу – максимального усиления. Входное и выходное сопротивления отдельных каскадов стараются сделать близкими к 50 Ом, что обеспечивает согласование с другими каскадами и линиями. Выходная цепь может быть реализована как комбинация последовательно включенных линий передачи, первая из которых компенсирует выходную ёмкость транзистора, а вторая, являясь четвертьволновым трансформатором, обеспечивает согласование активного выходного сопротивления с волновым сопротивлением полосковой линии на выходе усилителя. Выходная СЦ может быть построена также как комбинация четвертьволнового трансформатора и разомкнутого шлейфа, компенсирующего выходную реактивность транзистора. На шумовые параметры МШУ оказывает сильное влияние выбор и стабильность рабочей точки транзистора, фильтрующих цепей и схем подачи питания на сток и затвор транзистора. В качестве примера на рис. 38.2 приведена схема каскада МШУ двухсантиметрового диапазона.

Рис. 38.2. Схема транзисторного СВЧ усилителя [1].

Согласующие цепи на входе и выходе усилителя выполнены в виде симметричных разомкнутых шлейфов l1, l8. Оптимизация достигается подбором длины шлейфов и их расстояния от транзистора. Отрезки четвертьволновых микрополосковых линий l3, l4; l5,l6 обеспечивают развязку цепей питания затвора и стока транзистора для предотвращения самовозбуждения усилителя.

Несколько лучшие по усилению и шумовым параметрам, по сравнению с транзисторными, могут обеспечить регенеративные и параметрические усилители.

Регенеративный усилитель.

Регенеративный резонансный усилитель СВЧ представляет собой колебательный контур или резонатор, настроенный в резонанс с входным сигналом, причём в контур тем или иным способом вносится отрицательное сопротивление, компенсирующее потери.

Энергия сигнала, поступающая из антенны в колебательный контур, расходуется на потери эквивалентного контура, определяемые потерями в самом контуре и потерями в подключенной к контуру нагрузке. Если к контуру подключить двухполюсник с отрицательным сопротивлением, то результирующие потери в контуре уменьшатся, а мощность сигнала в нагрузке возрастёт. При этом мощность сигнала из антенны передаётся в нагрузку (например, на вход первого усилительного каскада) без ослабления. Если вносимое в контур отрицательное сопротивление больше собственного сопротивления контура, то есть частично компенсирует не только потери в контуре, но и поглощение энергии нагрузкой, то мощность сигнала в нагрузке оказывается больше, чем мощность сигнала от антенны, и произойдёт усиление сигнала. Если вносимое отрицательное сопротивление полностью компенсирует потери эквивалентного контура вместе с нагрузкой, то в контуре возникнут незатухающие колебания, то есть усилитель превратится в генератор.

С увеличением вносимого в контур отрицательного сопротивления добротность контура возрастает, усиление увеличивается, но уменьшается полоса пропускания.

Рассмотрим схему колебательного контура, имеющего потери (Rк) и нагруженную на активное сопротивление Rн. С помощью положительной обратной связи либо с помощью элементов, обладающих отрицательным дифференциальным сопротивлением, в контур вносится отрицательная проводимость – G (рис. 38.3).

Рис. 38.3. Схема колебательного контура с компенсацией потерь (а)

и его эквивалентная схема на резонансной частоте (б) [1].

Источник сигнала в эквивалентной схеме (б) заменён эквивалентным генератором тока Iс, имеющим внутреннюю проводимость Gc.

Как следует из рисунка (б) на резонансной частоте суммарная проводимость, нагружающая источник, равна:

Если (т. е. G мала), то контур будет пассивно потреблять и рассеивать энергию источника сигнала.

Если , то в контуре за счёт источника питания будут поддерживаться незатухающие колебания, т. е. он будет регенеративным генератором.

Если т. е. отрицательная проводимость компенсирует положительную проводимость, то контур будет усиливать сигнал за счёт энергии, затрачиваемой на внесение в контур отрицательной проводимости, т. е. будет регенеративным усилителем.

Реализацию регенеративного усилителя можно пояснить на примере усилителя, на туннельном диоде (рис. 38.4).

Рис. 38.4. Регенеративный усилитель на туннельном диоде [1].

Туннельный диод – это прибор с отрицательной дифференциальной проводимостью. Его ВАХ приведена на рис. 38.5.

Рис. 38.5. Вольт – амперная характеристика туннельного диода [1].

На участке 2 – 3 у диода появляется отрицательная проводимость. Если подключить диод к контуру, то эквивалентная схема такого устройства будет точно соответствовать схеме изображённой на рис. 38.3.б.

Как следует из рис. 38.4 источник сигнала и нагрузка, подключены к регенеративному усилителю в одних и тех же точках “а” и “б”. Поэтому будут усиливаться как сигнал, так и собственные шумы нагрузки. Для снижения коэффициента шума усилителя необходимо исключить попадание шумов нагрузки в регенеративный усилитель. В диапазоне СВЧ это обычно достигается применением специальных устройств – циркуляторов.

Циркулятор – это устройство, обеспечивающее направленное распространение потока электромагнитных волн. Упрощённая схема регенеративного усилителя с циркулятором приведена на рис. 38.6.

Рис. 38.6. Структурная схема регенеративного

усилителя с циркулятором [1].

Энергия принимаемого сигнала от источника Uс попадает в плечо 1 циркулятора (Ц). Далее распространяясь по часовой стрелке, она попадает через плечо 2 в усилитель. Усиленный сигнал через плечо 3 поступает в нагрузку. При несогласованной нагрузке часть энергии усилителя отражается от нагрузки и вместе с её шумами попадает через плечо 4 в согласованный балласт, где и поглощается. Таким образом, шумы нагрузки не подвергаются повторному усилению, благодаря чему достигается уменьшение коэффициента шума усилителя. Среди существующих конструкций циркуляторов широко распространены ферритовые, на основе объёмных волноводов и плоские микрополосковые с плёночными ферритовыми элементами.

39. Параметрический усилитель.

Физические принципы, положенные в основу действия параметрических усилителей (ПУ) можно рассмотреть на примере колебательного контура, ёмкость которого можно изменять, варьируя расстояние между обкладками конденсатора (рис. 39.1). Временные диаграммы, поясняющие процессы в контуре, приведены ниже.

Рис. 39.1. Принцип работы параметрического усилителя [1].

Предположим, что на контур действует гармоническое напряжение с периодом Т. При этом напряжение U и электрический заряд q на конденсаторе, также будут меняться по гармоническому закону. Если уменьшать ёмкость конденсатора, быстро раздвигая пластины в моменты максимума напряжения на нём, то напряжение на конденсаторе U=q/C будет возрастать, так как заряд q сохраняется неизменным, а ёмкость С уменьшается. В моменты перехода напряжения U через ноль пластины конденсатора необходимо возвращать в исходное положение. Таким образом, периодическое изменение ёмкости конденсатора вызывает нарастание амплитуды колебаний U, т. е. происходит усиление напряжения. Усиление достигается за счёт энергии, затрачиваемой на раздвижение пластин конденсатора. Таким образом, каждые полпериода в контур как бы накачивается дополнительная энергия. Устройство, обеспечивающее накачку энергии, за счёт которой происходит усиление в ПУ, называется генератором накачки.

Период накачки должен быть в 2 раза меньше периода усиливаемого колебания. В схемах ПУ на СВЧ в качестве управляемого конденсатора используются варикапы. Усиление сигнала в контуре с параметрической ёмкостью можно трактовать как результат внесения в контур отрицательного сопротивления, приводящего к уменьшению потерь в контуре и возрастанию его добротности. Следовательно, ПУ можно рассматривать как регенеративный. Как известно, реактивное сопротивление не вносит в схему теплового шума, поэтому ПУ являются малошумящими.

Из вышеизложенного следует, что в параметрическом усилителе имеются колебания с частотами сигнала и накачки и . Кроме того, с учётом нелинейности параметрической ёмкости, в усилителе появятся гармоники и колебания с комбинационными частотами Каждую из этих частот можно выделить с помощью резонансной системы. Поэтому обобщённая структурная схема ПУ будет иметь вид, представленный на рис. 38.2.

Рис. 38.2. Структурная схема параметрического усилителя [1].

Для этой схемы можно составить уравнение баланса мощностей.

Учитывая, что мощность колебания Р, его частота f и энергия W связаны соотношением P=fW получим:

Если цепь поглощает мощность, то её обозначают со знаком “+”, если она отдаёт мощность, то со знаком “–”. В рассматриваемой схеме цепь комбинационной частоты пассивная (не содержит источника энергии), она может только поглощать энергию и её мощность всегда будет положительной. Мощности сигнала и накачки в зависимости от соотношения частот могут иметь знак как “+” так и “–”. Нас будет интересовать случай когда и , тогда уравнение баланса энергий:

или

Это равенство может быть выполнено, если:

и

Отсюда следует, что:

, .

Равенства возможны при и Это означает, что энергия, подводится к цепи комбинационной частоты и частоты сигнала, компенсируя потери в них, т. е. в этом случае возможно регенеративное усиление сигнала. Когда частота накачки в 2 раза выше частоты сигнала, т. е. , то комбинационная частота равна частоте сигнала . При этом усиление происходит только на частоте сигнала. Усилитель с таким соотношением частот называется одноконтурным. Его структурная схема приведена на рис. 38.3.

Рис. 38.3. Структурная схема одноконтурного

параметрического усилителя [1].

В таком усилителе нагрузка подключается к тому же контуру, к которому подводится усиливаемый сигнал. Поэтому будет происходить усиление, как сигнала, так и шумов нагрузки. Для предотвращения этого, нагрузку следует подключить через циркулятор.

На параметрической ёмкости можно выполнить преобразователь частоты (рис. 38.4).

Рис. 38.4. Регенеративный усилитель – преобразователь [1].

Для этого необходимо обеспечить условие: В этом случае в цепь комбинационной частоты подводится мощность не только от генератора накачки, но и от источника сигнала, а усиление происходит только на комбинационной частоте.

Конструктивно резонансные системы СВЧ ПУ выполняются в виде отрезков объёмных и полосковых волноводов. Энергия в такие системы подаётся с помощью щелей и штырей.

40. Надежность РЭА, основные понятия и определения.

Основные понятия и количественные характеристики надежности.



infonko.ru/opredelenie-razmera-ekologo-ekonomicheskogo-usherba-v-rezultate-vibrosov-zagryaznyayushih-veshestv-v-atmosferu-ot-lokomotivnogo-depo.html infonko.ru/opredelenie-razmera-filtra-dlya-ochistki-naruzhnogo-pritochnogo-vozduha-i-vremya-ego-raboti-do-regeneracii.html infonko.ru/opredelenie-razmera-i-vremeni-raboti-vertikalnogo-napornogo-filtra-s-zernistoj-zagruzkoj-dlya-ochistki-stochnoj-vodi-ot-vzvesej.html infonko.ru/opredelenie-razmera-osnovnoj-oplati-truda-i-doplat.html infonko.ru/opredelenie-razmera-platezhej-za-zagryaznenie-atmosferi-vihlopnimi-gazami-teplovozov.html infonko.ru/opredelenie-razmera-premialnih-viplat.html infonko.ru/opredelenie-razmera-usherba-prichinennogo-rabotnikom-rabotodatelyu.html infonko.ru/opredelenie-razmerov-centralno-zagruzhennih-fundamentov.html infonko.ru/opredelenie-razmerov-i-effektivnosti-ochistki-plastinchatogo-otstojnika-dlya-videleniya-iz-stochnoj-vodi-vzveshennih-veshestv-s-zadannoj-gidravlicheskoj-krupnostyu.html infonko.ru/opredelenie-razmerov-magnitnoj-sistemi.html infonko.ru/opredelenie-razmerov-metatenka-i-obema-virabativaemogo-biogaza-pri-anaerobnom-sbrazhivanii-osadkov.html infonko.ru/opredelenie-razmerov-pecheni-po-kurlovu.html infonko.ru/opredelenie-razmerov-podoshvi-fundamenta.html infonko.ru/opredelenie-razmerov-rezervov.html infonko.ru/opredelenie-razmerov-soplovogo-kanala.html infonko.ru/opredelenie-razmerov-vertikalnoj-kameri.html infonko.ru/opredelenie-razovogo-znacheniya-moshnosti-vibrosa-gs.html infonko.ru/opredelenie-reduciruyushej-sposobnosti.html infonko.ru/opredelenie-reglamentov-raboti-s-setyu.html infonko.ru/opredelenie-reklami-ee-celi-funkcii-i-raznovidnosti.html