Файл: Приемные устройства радиолокационных сигналов конспект лекций..pdf
ВУЗ: Не указан
Категория: Не указан
Дисциплина: Не указана
Добавлен: 12.07.2024
Просмотров: 101
Скачиваний: 0
На рис. 17 показана вольт-фарадная характеристика р—п пе рехода диода. Через <р0 здесь обозначена величина контактной раз ности потенциалов. Зависимость емкости перехода от обратного смещения для точечных диодов имеет вид
С = |
( 20) |
Рп
Рис. 16
а для диффузионных
.4
( 21)
где А — константа, связанная с площадью перехода и концентра цией примесей, E0—<O0—UOÖ^
Под воздействием колебаний накачки происходит модуляция
емкости диода, а вследствие нелинейности характеристики также и увеличение средней емкости.
Основным параметром диода, определяющим усилительные и шумовые свойства ПУ, является коэффициент модуляции т, ко торый в соответствии с (6) равен
(22)
На практике при расчетах ПУ чаще пользуются величиной,
.равной половшіе коэффициента модуляции:
В этом случае значения Со. и Сі являются первым и вторым ко эффициентами разложения нелинейной емкости в ряд Фурье по гармоникам накачки. Из вольт-фарадной характеристики диода эти коэффициенты с достаточной для практики степенью точности могут быть найдены по формулам
т,—2а |
б-макс С МИц . |
(24) |
|
б'максІ-б'ннн |
|||
|
|
||
С0£ |
с+Сц |
|
29-
Следует заметить, что по своим свойствам коэффициент моду ляции емкости т эквивалентен усилительному качеству лампы
S/2- С.
Реальный параметрический диод на высокой частоте имеет экви валентную схему, изображенную на рис. 18. Схема включает в себя емкость Со, индуктивность контактной пружины (ввода) L0, емкость
*43 |
Ѵ |
Л |
/ Ѵ |
||
|
|
о/ |
т_ |
ГТс? |
|
1 |
о 2 |
|
C oJJ, |
|
|
Рис. 18'
патрона Сп и сопротивление потерь полупроводника Rs ■Воздей
ствие накачки проявляется в возникновении переменной составля ющей емкости р—«-перехода С\. Рассмотренная эквивалентная схема справедлива при длинах волн, много больших размеров диода. Тогда можно считать, что во всем частотном диапазоне использования 'диода параметры Z,0, С„, С„, С, и Rs не зависят от
частоты.
Весьма важным параметром диода, характеризующим его уси лительные свойства в диапазоне частот и также шумовые свой ства ПУ, является критическая частота
_ _1_
(25)
С» R<
где ”сд — постоянная времени диода.
Параметрический диод обладает хорошими усилительными и шумовыми качествами только в том случае, когда рабочие частоты усилителя (В] и ю2 оказываются значительно меньшими частоты <ок.
Из эквивалентной схемы видно, что диод обладает резонансны ми свойствами. Различают частоты собственных последовательно
го и параллельного резонансов |
|
|
|
Ѵ Ц С а |
’ |
“on=“o j / |
(26) |
|
|
||
где
Сп_
Gtn — Со
Резонансные свойства диодов на СВЧ приводят к существен ным ограничениям шйрокополосности ПУ и должны учитываться при расчете характеристик усилителей этого диапазона.
30
2.5. Параметры диодных четырехполюсников
Как было показано выше, в двухчастотных ПУ параметриче ский диод, возбужденный колебаниями накачки, можно предста вить в виде линейного активного шумящего четырехполюсника с внутренними У- или Z-параметрами.
У-параметры используются, когда диод включается в парал лельные резонансные контуры (элементы фильтров, проводимости источника сигнала и нагрузки включены параллельно относитель но диода).
Соответственно Z-параметры служат для определения харак теристик ПУ при включении диода в последовательные резонанс ные контуры. На СВЧ наиболее широко используется последний способ включения.
Таким образом, диодный четырехполюсник (рис. 11) в регене ративном ПУ характеризуется входной статической проводимостью
К,J = у a»j С0, крутизной прямой передачи S lt= —-yu)2Cj, выходной проводимостью Kj2= —у'ш2С0 и крутизной обратной передачи
5,2=/<**, С,.
Для нерегенеративного усилителя-преобразователя, в котором спектр преобразованной частоты/,=/„+/с не обращается (рис. 14),
уравнения четырехполюсника записываются так:
h —j ші |
С, £/,; |
^27^ |
/ 4= / « «с,
На основании (7), (27) эквивалентная схема диодного четы рехполюсника имеет вид, как показано на рис. 19.
i u |
4 . |
JL |
- |
!~ |
-__іи* |
^— |
|
|
nr |
____tI |
T |
|
|
|
|
|
|
|
k |
üi |
/ |
|
с± л |
|
Рис. 19
Для определения Z-параметров диодного четырехполюсника необходимо решить систему уравнений (27) относительно напря жений. Тогда
^\ — ^и A+Zia / 2 — —/ |
ü.,C0(l-a a) |
|
a / 2 |
|
'ш іС оО -аУ |
||
|
|
|
(28) |
^2 = Z si /, + Z22 /і— j |
+ |
j |
/ 2 |
C0( l — a2) |
31.
Как видно из (28), параметрический диод для каждой из ча стот представляет собой последовательное соединение двух кон денсаторов С'ои С'ь равных
с ; = с 0( 1- а 2); с ; =* . (29)
Поэтому эквивалентную схему диодного четырехполюсника мож но представить в виде рис. 20,а или, учитывая фильтрующие свой ства цепей комбинационных частот ПУ, в виде рис. 20,6. Здесь Ф, и Ф2 — идеальные фильтры, настроенные на частоты fі и f2.
Рис. 20
Эквивалентная схема и уравнения четырехполюсника через Z-параметры для нерегенеративного усилителя-преобразователя получаются из (27).
На высоких частотах из-за трансформирующего действия па разитных реактивных элементов индуктивности ввода LQ и емкости патрона Сп (рис. 18) параметры эквивалентной схемы диодного че тырехполюсника оказываются в сложной зависимости от частоты. При этом за счет воздействия накачки и протекания токов комбина ционных частот по общим элементам эквивалентной схемы диода (Rs , L0, Сп) возникает параметрическое взаимодействие внутри
диода и параметр, характеризующий усилительные свойства диода, может значительно уменьшиться.
2.6. |
Анализ работы двухконтурного регенеративного ПУ |
а) |
Принципиальная и эквивалентная схема в режиме |
«на проход»
Принципиальная схема параметрического усилителя на элемен тах с сосредоточенными параметрами показана на рис. 21.
32
Усилитель состоит из двух контуров, которые связаны нели нейной емкостью параметрического диода Д\. Сигнальный контур образован индуктивностью Lu емкостью С0і и подключенной к нему входной реактивной проводимостью диода на частоте, /і. Контур шунтируется проводимостями источника сигнала и нагруз ки, подключенными к входным и выходным клеммам, резонансной проводимостью и проводимостью диода.
Параметрические регенеративные усилители, у которых источ ник сигнала и нагрузка подключены к одним клеммам, называ ются усилителями проходного типа (режим работы «на проход»).
Контур холостой частоты состоит из индуктивности L2, .реак тивной проводимости диода на частоте /2 , емкости цепи накачки и проводимости потерь в индуктивности и диоде.
Сн, Lн, Д, — контур накачки.
С учетом свойств диодного четырехполюсника (рис. 20,6) эк вивалентная схема параметрического усилителя примет вид, как показано на рис. 17, где обозначено:
gc ;gn~ проводимости источника сигнала и нагрузки, пересчи танные в сигнальный контур;
gm, go2 резонансные проводимости ненагруженных. контуров.
Так как проводимость источника сигнала и нагрузка включены в общий контур на частоте /ь то для определения качественных показателей ПУ необходимо найти входное сопротивление (ПУ) в сечении /—/ схемы рис. 22. На основании общей теории четырех полюсника можно записать
у ИХ1-- Tj 1 |
V |
Si 5* |
*30) |
У |
|||
|
•2 2 |
гн2 |
|
Рис. 22
С учетом этого величина входной проводимости будет равна
Увх 1— |
|
Y*Y. |
£ s 2 * r ^ ; |
1І Г 21 |
|
|
1<Г |
(31) |
где |
|
|
у* |
~ / ш2 Сн + |
I |
нЗ |
ш, Ц + Й 0 2 - |
При точной настройке усилителя, когда имееу, место резонанс на сигнальной и холостой частотах, входная проводимость диод-
3 Зак, 677 |
33 |
ного четырехполюсника с учетом влияния нагрузки оказывается вещественной и равна
£вх~ Ss 1 |
Уі% |
_ _ _ |
“Ц Ct |
(32) |
|
gsb+goi |
~ë si |
gst+got |
|||
|
|
Как и следовало ожидать, в регенеративном ПУ из контура хо лостой частоты в сигнальный через диод вносится отрицательная проводимость
G == |
“A Q “S |
WlU,XCb°9 |
(33) |
|
/Гп+ІЙИ |
gs |
|||
|
|
При этом условия резонанса в ПУ имеют вид
"1j = 0;
J
и эквивалентная схема рис. 22 преобразуется в схему рис. 23.
Рис. 23
При помощи эквивалентной схемы рис, 23 можно определить основные качественные показатели ПУ: коэффициент передачи по номинальной мощности, полосу пропускания и коэффициент шума.
6) Коэффициент передачи по номинальной мощности
Величина коэффициента передачи ПУ может быть найдена в виде отношения мощности сигнала в нагрузке к номинальной мощ ности источника:
(34)
Учитывая, что
Рв ы х — G j g„\ Par— 4Sc
можно определить напряжение на сигнальном контуре через пол ный ток источника:
______ [і_______ _ |
! 1 |
(35) |
|
о, S c + ^ H + f f o i + ^ i — G |
gi—-0 - |
||
|
34
Тогда, используя (34), (35), получи*
К р — |
*gc gn |
4£с£и |
> |
(36) |
Сg,-G У |
gi (1 - P)* |
где
а
гg1
— параметр регенерации.
При ß-> 1 коэффициент усиления неограниченновозрастает и режим работы ПУ делается неустойчивым. Регенеративный усили тель склонен к самовозбуждению.
Для предотвращения возбуждения в практических схемах ПУ применяются следующие меры.
1. Величина Кр выбирается равной 15—20 дБ, что соответст вует параметру регенерации 0,7—0,9.
Подбор величины /<p(ß) производится за счет изменения про водимостей источника сигнала и нагрузки, пересчитанных к диоду. Для этой цели используются трансформирующие свойства конту ра, а на сверхвысоких частотах применяются ступенчатые транс форматоры сопротивлений (волноводные, коаксиальные, волно- водно-коаксиальные и т. д.).
2.Принимаются все меры по стабилизации отрицательной про водимости путем стабилизации уровня накачки.
3.Для поддержания постоянства величин проводимостей источ ника сигнала и нагрузки в схему усилителя наводят невзаимные ферритовые вентили или циркуляторы.
Необходимая величина полной активной проводимости g\t обе спечивающая при выбранных режиме диода и параметрах холосто го контура заданное усиление Кр)При произвольных значениях про водимостей источника сигнала и нагрузки подбирается при помощи трансформирующих свойств сигнального контура либо при помощи специальных трансформаторов импедансов.
в) Свойства параметрических усилителей в режиме <на отражение» с циркулятором
Принципиальная схема ПУ полоскового типа показана на рис. 24.
35
