Файл: Приемные устройства радиолокационных сигналов конспект лекций..pdf
ВУЗ: Не указан
Категория: Не указан
Дисциплина: Не указана
Добавлен: 12.07.2024
Просмотров: 103
Скачиваний: 0
где Pmc—k То Пш, а мощность шумов нагрузки Яшп определяется на оснований мощности всех источников теплового шума эквивалент ной схемы ПУ при резонансе (рис. 27). На основании формулы Найквиста можно записать
Р ^ 4 к Т ІІПш іс , |
/£, 4 k Тц Пш g н; |
|
Л и о . |
Т 01 Пш g 0ii |
р |
' irt$l — 4 k ТйП т gsi- |
— |
I1 |
|
JT‘ lilt |
Рис. 27
Хотя проводимости ü не генерирует теплового шума, но посред ством ее из холостого контура вносится тепловой шум, который в соответствии с энергетическими соотношениями Мэнли и Роу равен
РШ1 = — Рш2 = ЬТгПш— . Следовательно, |
квадрат |
тока, |
||||||
рируемого |
О |
|
равен |
|
|
|
|
|
|
|
|
/* |
= |
4 k T ,n mG - ^ |
|
|
|
■где |
|
|
п»0_ |
|
- ш |
й,г |
|
|
|
|
|
|
gst-\-Tai goi . |
|
|
||
|
|
|
Т, |
|
|
|
||
|
|
|
|
gi |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Тд — температура диода. |
|
|
|
|
||||
Мощность шума в нагрузке будет равна |
|
|
||||||
, |
,2 |
oll |
4 k T n u l ( g c + g H- ( n + g 0 l b ^ g s i t d + ü - ' ^ b |
) |
||||
'ш 8 |
|
|
|
|
«2 |
|
||
шн“ ( g l - я |
- У ~ ~ |
|
( g i - G |
- r |
" |
|
гене-
(53)
где ?* = -=- — относительные шумовые температуры проводимостей
*О
схемы.
Подставляя в (52) соотношения (36) и (53), получим выражение для коэффициента шума двухконтурного ПУ:
Кш=1 |
gn Ъ |
1 gfli 7м |
gsl •Id |
I <4 G - |
(54) |
\ |
gc |
gc |
gc |
gc |
|
Коэффициент шума ПУ зависит от соотношения-проводимостей схемы и их рабочих температур, величины отрицательного вносимо
го сопротивления и отношения частот |
• |
41.
Из (54) следует, что коэффициент шума можно уменьшить, если исключить влияние шумов нагрузки g». Это достигается переходом в режим работы «на отражение» путем включения в схему ПУ циркулятора. В этом режиме
Toi goi |
äs1 Tfa |
(55) |
|
äc |
äc |
||
äc |
Дальнейшее уменьшение коэффициента шума возможно посред ством повышения холостой частоты ПУ.
Однако этот способ не всегда можно применить из-за частот ных ограничений, связанных с потерями В диодах и их резонансны ми свойствами.
Весьма эффективным способом снижения собственных шумов ПУ является охлаждение диода и элементов усилителя до темпера тур жидкого азота. Хотя конструкция усилителя при этом значи тельно усложняется, но таким способом удается получить эквива лентные шумовые температуры ПУ, близкие к температурам,, реа лизуемым в КПУ, но без охлаждения до гелиевых температур.
Согласно (55) в ПУ «на отражение», работающем при комнат ной температуре (fi== 1), можно реализовать коэффициент шума, равный 1,3 — 1,4.
е) Многокаскадное включение регенеративных ПУ в режиме «на отражение»
При больших коэффициентах регенерации ß ПУ работают не устойчиво. Кроме того, полоса пропускания усилителей с ростом К также уменьшается. Снижение степени регенерации хотя и при водит к уменьшению коэффициента шума и расширению полосы про пускания ПУ, но в го же время увеличивает вклад шумов следу ющих каскадов. Поэтому для облегчения стабильной работы и ши-
p.рокополосности усилителей, а также снижения общего коэффици ента шума приемника применяется их каскадное включение. Струк турная схема я-каскадного ПУ показана на рис. 28.
Рис. 28
Благодаря связи через циркуляторы, усилители оказываются развязанными между собой и общий коэффициент передачи п однотипных ПУ равен
(56)
42
Используя общее выражение коэффициента шума для п каскад ного четырехполюсника, получим
К тп — 5 + 7 [ 4- |
ъ |
ь |
+ . |
=1-rf |
( 1 + |
КрI |
...+ |
*ѵ) |
|
|
Крх |
КрJ Кр3 |
|
1пу V |
|
|
|||
где на основании (55) |
|
|
|
|
|
|
|
(57) |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
V»пт _ |
К _ . |
I1 |
|
, |
Ш] |
VJ — |
|
(58) |
|
|
и + |
* |
* |
т- |
|
||||
|
|
|
|
|
|
Следует отметить, что последовательное включение регенератив ных ПУ «на отражение» позволяет по-новому решить вопрос резер вирования. Действительно, при выходе из строя одного из усилите лей (рис. 28) его коэффициент передачи в соответствии с формулой (39) при(3=0 делается равным
К р І м > “ М - 2 0 - ч ) | .
то есть немного меньше единицы. Поэтому общий коэффициент шума и коэффициент усиления многокаскадной схемы изменяется незначительно и характеристики приемной системы остаются прак тически неизменными.
Перечисленные особенности многокаскадных схем регенератив* ных ПУ указывают на их преимущества перед другими типами уси лителей с точки зрения надежности и простоты конструкции при наличии резервирования.
2.7. Двухконтурные параметрические усилителипреобразователи
Рассмотрим регенеративный параметрический усилитель-преоб- разоватёль (РПП).
Принципиальная схема РПП показана на рис. 29. Схема отли чается от схемы ПУ (рис. 21) только тем, что нагрузка включается
1
Рис. 29
в контур разностной частоты. Усиление в РПП происходит как за счет регенерации, так и за счет преобразования частоты От более низкой к более высокой (/г> /і).
46-
Основные качественные показатели РПП можно найти по из вестным F-параметрам диода и эквивалентной схеме, рис. 30. Эта схема также отличается от схемы рис. 22 только тем, что прово димость нагрузки g'i, 2 включена в контур разностной частоты.
Рис. 30
Коэффициент передачи РПП, как и прежде, найдем в виде:
Л р = |
Рвых |
(59) |
где |
^co’ |
|
|
|
|
^ |
ы » = х і ^ 2і 25 ' н - |
(60) |
Для того чтобы найти выражение для коэффициента передачи по номинальной мощности, необходимо установить связь между на
пряжением ІІ2* и током источника І\.
..Эквивалентный генератор тока в контуре разностной частоты
генерирует ток /г*, связанный с напряжением в сигнальном контуре следующим соотношением:
/2= Y^U\-jw jC XÜ |
(61) |
При резонансе напряжение Uі может быть выражено через ток / 1 и полную активную проводимость в сигнальной цепи РПП:
п — |
'1_____ |
(62) |
|
1 |
gc+£ot+£,i-G_. ’ |
||
|
где проводимость С_ в отличие от (33) равна
Q |
_ a*iü)i^o аз |
£J2+ £02+£H2 |
(63) |
St |
В этом случае эквивалентную схему РПП на разностной частоте можно представить в виде рис. 31. На основании рис. 31 и формул (61) —(63) можно записать
2 |
S-j (gt—ü jg ~ ' |
|
n |
|
г* 9 • |
^»ых |
/ |
|
|
(gt-G-Ygi |
44
и, следовательно, коэффициент передачи РПГ1.
„ |
^Sc ьн2ш2^М |
_ и>2_ ^SgSa |
ß |
(64 |
||
|
р~ |
■ |
~ |
'■ В& |
п -р )* • |
|
|
|
|||||
|
ш |
у у |
у і ' |
і;-м |
|
|
|
Т |
Т^Л^РдгІ |
|
|
|
|
|
|
\ |
|
|
|
|
Рис. 31
. Если сравнить полученное соотношение с (36), то можно сде лать вывод, что при одинаковой степени регенерации коэффициент
передачи РПП в — ß раз больше, чем ѵ |
регенеративного двухкоп |
|
(ÖJ |
|
|
турного ПУ. Поэтому и эффективность |
РПП оказывается более |
|
высокой: |
9V gttg'c |
|
Эрпп = | / / i / 2ß- |
(65) |
|
VsffgiQiO+b) |
где параметр k определяется из |
формулы (42). |
|
По-прежнему эффективность |
максимальна, если А= 1. |
|
Используя методику определения коэффициента |
шума для ПУ, |
|
с учетом соотношения (64) и формул (52) — (54) |
получим |
/^шрпп— 1 |
тoiSoi |
|
Sc |
|
!. _1Ü!_ . J LL • Уд&’.»~Но»&'(И~(-ТнiS иа |
(66) |
||
S c |
“bß S c |
Si |
||
|
Как видно из (66), существенное влияние на коэффициент шу ма РПП оказывают шумы нагрузки. Поэтому в практических схе мах РПП, когда Тн2 ^ П нагруз.ка подключается через ферритовый вентиль. Для снижения коэффициента шума можно использовать также охлаждение диода и элементов конструкции РПП.
Полученные выражения для регенеративного усилителя-преоб разователя могут быть распространены на случай нерегенератив ного усилителя-преобразователя (НПП).
Эта задача может быть решена формально путей^замены в со отношениях для коэффициентов передачи (64) и шума (66) часто ты f2= fн — fi на частоту /.t= / + / 1 ,- Кроме того, учитывая,, что спектры в нерегенеративной параметрической системе не обраще ны (рис. 14), вносимое в сигнальный контур сопротивление будет положительным:
п,Ul"4Cl
0 = — Z — ; g i = g 0.1 + g S4+ g»4,
последовательно, знак перед параметром регенерации в (64) нуж но изменить на обратный. Соответствующим образом изменяется
45
эквивалентная схема. Принципиальная схема остается без изме нений. Поэтому для НПП
|
is _ ^ёсёч |
р |
Ц>4 |
|
|
||
|
Ар_ |
g.g* |
'(i+ß)8' », |
’ |
|
||
/Сш=1- |
Y n ig o i -j- |
lâSsi |
ЦІ |
gi_ Tdg^+To>got+Wu |
(67) |
||
Sc |
ёс |
ß0’1) |
gc |
g< |
|||
|
|
||||||
Из соотношения (67) видно, что при малых потерях во входных |
|||||||
н выходных фильтрах НПП |
|
) и |
ß —О и коэффициент пе- |
||||
|
|
V g l |
|
g l |
/ |
|
редачи по номинальной мощности стремится к потенциально воз можному:
Кр= ^ . |
‘ |
(68) |
<°і |
|
|
Для определения полосы пропускания НПП воспользуемся ме тодикой, примененной в случае анализа характеристик регенера тивного ПУ. При этом по аналогии с (43), (40)
*'п=£гіО+/«і);
где
к ,Р0 |
(69) |
о |
откуда
|( l - /a ,) ( l - /a ,6 4i-r Sj-
или
a^ + ^ [ ( l + ^ ) 2-2Â 4(l^ ß )3l - | l -t-ß)-^0.
Впрактических конструкциях НПП u>4>u),; Qt Q4, поэтому
обычно |
В этом случае приближенное значение |
может |
быть найдено |
из уравнения |
|
|
“f-U + ß )* —0. |
(70) |
и, следовательно,
aI0a«l-f-ß, |
|
|
а полоса пропускания усилителя равна |
|
|
гг (H-ß)A |
(71) |
|
<?і |
||
|
Таким образом, за счет внесения в сигнальный контур поло жительного сопротивления его полоса пропускания увеличивается приблизительно в два раза (ß~l)* Очевидно, случай ß = l являет4 ся для НПП условием согласования на входе (g’Bx==£c+g'sI-f|Гоі).
46