Файл: Приемные устройства радиолокационных сигналов конспект лекций..pdf

до 50% от средней частоты усиливаемых колебаний. Полоса про­ пускания ограничивается в области низких частот за счет уменьше­ ния числа волн, укладывающихся в длине спирали, в области вы­ соких частот— за счет ухудшения взаимодействия электронного пучка с электрическим полем усиливаемых колебаний, поскольку поле на более высоких частотах концентрируется у провода спира­ ли, как бы «прилипая» к нему.

На практике элементами, ограничивающими полосу пропуска­ ния, являются входные и выходные устройства, содержащие резо­ нансные трансформаторы сопротивлений. Широко применяемые волновые входные устройства обеспечивают полосу пропускания.- равную (1 0 —2 0 %) от средней частоты усиливаемых колебаний.' Применение специальных широкополосных входных устройств по­ зволяет расширить полосу до (30—40) % от средней частоты.

в) Коэффициент шума

Основными источниками шумов в ЛБВ являются:

— дробовой эффект в электронном потоке, выходящем из нака­ ленного катода;

—разброс скоростей электронов при выходе из катода;

,— перераспределение электронов между электродами с поло-• жительным потенциалом.

Всилу перечисленных-факторов электронный поток ЛБВ в сво­ ем начале оказывается промодулировавным флюктуационным шу­ мовым сигналом. В соответствии с теорией шумовых волн простран­ ственного заряда имеется нижний предел коэффициента шума Кишнн—ЪдБ. На этом основании считалось, что дальнейшее сни­

жение шума принципиально невозможно. Однако создание много­ электронных малошумящих электронных пушек позволило резко снизить шумы. Было доказано, что шум пучка можно значительно уменьшить, пропустив его через область с малым ускоряющим на­ пряжением, не превышающим десятых долей вольта. Такая область создается в прикатодном пространстве путем набора анодов с экс­ периментально подобранными потенциалами по отношению к като­ ду. При этом на частоте 3000 МГц получен коэффициент шума, равный 3 дБ.

По зарубежным данным, снижение коэффициента шума до 1 дБ было достигнуто за счет увеличения фокусирующего магнитного

д

поля до 4,4 ■ІО6— и охлаждения ЛБВ вместе с соленоидом до

At

температуры жидкого азота — 196°С.

6.5. Заключение

УВЧ на ЛБВ находит в настоящее время широкое применение в приемных устройствах радиолокационных сигналов в силу сравни­ тельно малого коэффициента шума (/С,„=2 ), большого коэффициен­ та усиления по мощности (Кр—[20—30)д£), широкой полосы про­

88

пускания (сотни МГц), высокой электрической прочности и способ­ ности ослаблять мощный зондирующий сигнал, проникающий на вход ЛБВ до величины, безопасной для полупроводникового преоб­ разователя частоты, подключаемого к выходу УВЧ. Последнее обеспечивается благодаря особой форме амплитудной характери­ стики ЛБВ (рис. 65).

ЫІШ

4 Мт]

Рис. 65

Резкое ослабление входных сигналов большого уровня мощно­ сти обусловлено тем, что повышенные интенсивности ускоряющих; и тормозящих электрических полей в спирали приводят к большим различиям скоростей электронов, образующих «сгустки». В резуль­ тате этого «сгустки» сравнительно. быстро «рассыпаются» и долж­ ного обмена между энергиями пучка и усиливаемых колебаний не происходит. Наоборот, происходит значительное ослабление бегу­ щей волны в спирали и в локальных аттенюаторах. Кроме того,’ оп­ ределенная доля энергии поступающих на вход мощных колебаний идет на пополнение кинетической энергии электронного потока.

Недостатками УВЧ на ЛБВ являются сравнительно большие по-' требляемые мощности, вес и габариты.

1

1 №

7

БАЛАНСНЫЕ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛИ ЧАСТОТЫ

7.1. Назначением классификация балансных преобразователей частоты

При рассмотрении шумовых свойств преобразователей частоты было показано, что значительную долю шумов на выходе смесите­ ля составляют шумы гетеродина

Ввиду того, что шумы гетеродина поступают на смеситель непо сигнальному каналу, а по каналу гетеродина, оказалось возмож­ ным, используя это различие, осуществлять подавление шумов гете' родина. С этой целью применяют балансные преобразователи ча­ стоты. Балансные преобразователи частоты находят применение и в том случае, когда возникает необходимость подавления гетеро­ динного колебания на выходе смесителя, что имеет место, напри­ мер, в случае сравнительно близких по величине частот гетероди­ на и промежуточной. Балансные преобразователи частоты позволя" ют также устранить эффекты преобразования мощных мешающих Сигналов на входе приемника и их использование способствует ре­ шению общей задачи повышения электромагнитной совместимости радиотехнических средств.

В приемных устройствах радиолокационных сигналов балансные преобразователи применяются как в качестве первых преобразова­ телей сверхвысоких частот, так и в качестве вторых и третьих пре­ образователей промежуточных частот. Принцип действия как пер­ вых, так и последующих балансных преобразователей, по существу, один и тот же, различие состоит лишь в конструктивном исполне­ нии, которое зависит от диапазона частот.

90.

В настоящее время в качестве балансных преобразователей сверхвысокой частоты широкое применение находят следующие типы преобразователей:

Балансные преобразователи промежуточных частот выполняют­ ся на двойных ламповых; диодах или триодах, а также на полупро­ водниковых диодах и транзисторах.

7.2. Балансный преобразователь на щелевом волноводном мосте

Балансный преобразователь частоты на щелевом мосте находит применение в диапазоне сантиметровых волн. Конструкция такого преобразователя показана на рис. 6 6 .

Рис. бб

Упрощенный поясняющий чертеж этой конструкции приведен на рис. 67. Щелевой мост представляет собой совокупность двух вол­ новодов с общей узкой стенкой, в которой имеется отверстие (щель) определенной длины. В такой конструкции различают четыре плеча

(два входных и два выходных), обозначенные на рис. 67 соответ­ ствующими цифрами. В одно из входных плеч 1 подаются колеба­

91

ния гетеродина Р т<в другое 2 - колебания преобразуемого по ча­ стоте сигнала Рс . В выходные плечи 3 и 4 включены диоды Д х и Д2, нагруженные на балансный трансформатор,, выполняющий роль фильтра промежуточной частоты.

Принцип действия такого преобразователя основан на использо­ вании следующих известных свойств щелевого моста.

1. Колебания, поданные в плечо / симметричного и согласован­ ного моста, не ответвляются в плечо 2, а распределяются .поровну (по мощности) между плечами 3 и 4. При этом начальная фаза ко­ лебаний в плече 4 (рис. 2) отстает от фазы колебаний в плече 3 на

я

тг ■

2. Колебания, поданные в плечо 2, не ответвляются в плечо 1, а распределяются поровну между плечами 3 а 4. При этом началь­ ная фаза колебаний в плече 3 отстает от фазы колебаний в плече 4

г.

на -у .

С учетом этого на первый смесительный диод Д\ будут действо­ вать напряжения гетеродина с начальной фазой ?, и сигнала с на"

чальной фазой <рс— j-. На второй смесительный диод Д2 будут дей­

ствовать напряжения гетеродина с начальной фазой ?г— у и сиг­

нала с начальной фазой <рс.

Если предположить, что <ur>u>c, то промежуточная частота <оп образуется как разность между частотой гетеродинных и сигналь­ ных колебаний

Тогда начальные фазы сигнальных токов промежуточной часто­ ты на выходе первого <рПсі и второго <рПс2 диодов.определятся соот­ ношениями

первого диода в фиксированный момент времени протекает от анода к катоду, то ток второго диода—от катода к аноду и, как показано на рис. 67, эти токи суммируются.

Найдем теперь взаимный сдвиг начальных фаз шумовых токо® гетеродина, протекающих через диоды на промежуточной частоте,

92

1

Поскольку регулярная и шумовые составляющие гетеродинного ко­ лебания ніоступают в одно и то же плечо моста, то шумовые токи на промежуточной частоте, протекающие через первый и второй диоды, будут синфазны.

Действительно, если начальные фазы регулярной н шумовых составляющих гетеродинного напряжения на первом диоде обозна­ чить соответственно через ®ги®шг,то на втором диоде они в силу

Определяя начальные фазы шумовых гоков гетеродина, проте­ кающих через диоды на промежуточных частотах, как разность на­ чальных фаз регулярной и шумовых составляющих, получим

Следовательно, эти токи в первичной обмотке балансного транс­ форматора, как показано на рис. 67, вычитаются и в случае полного баланса результирующая составляющая оказывается равной нулю.

7.3. Баласный преобразователь микрополосковой конструкции

Балансный преобразователь на микрополосковых линиях при­ меняется в сантиметровом и миллиметровом диапазонах волн.

Рис. 68

Его конструкция (рис. 6 8 ) отличается компактностью и хорошо сочетается с гибридными и интегральными микросхемами.

93

На рис. 69 показана принципиальная схема такого преобразова­ теля. Принцип действия балансного преобразователя на микрополосковых линиях такой же, как и рассмотренного выше преобразо­ вателя на щелевом мосте.

Основное различие между этими преобразователями заключено в конструкции используемых трехдецибельных ответвителей.

Если в преобразователе на щелевом мосте роль трехдецибельного ответвителя выполняет щель в смежной стенке волноводов, то в преобразователе на микрополосковых линиях трехдецибельный от­ ветвитель выполнен на четверть волновых отрезка'х полосковых линий ab, cd.

Как показано на рис. 69, длина пути распространения колебаний гетеродина до смесительного диода Ді отличается от длины пути

до смесительного диода Д2 на-^-,что приводит к сдвигу начальной фазы гетеродинных колебаний на диоде Д 2 по сравнению с колеба­

ниями на диоде Д\ на -^-.Аналогичный сдвиг будет и для сигналь­

ных колебаний. Такой сдвиг фаз, как было показано выше при рас­ смотрении балансного преобразователя на щелевом мосте, приводит к взаимному сдвигу начальных фаз сигнальных токов промежуточ­ ных частот, протекающих через Д , и Д2,, на величину ^ и синф.азно;

94