Файл: Радиоприемные устройства учебник..pdf

где d B1 — эквивалентное затухание сигнального контура в усилителе проходного типа.

Допустимая наибольшая величина коэффициента модуляции ем­

Учитывая, что g-K3 = dB3a)3Cp, где dd3 — эквивалентное затухание холостого контура, получаем

Формулы (4.31) и (4.32) позволяют рассчитать максимально допу­ стимую величину амплитуды колебания накачки. Коэффициент пе­ редачи одноконтурного или двухконтурного параметрического усили­ теля не зависит, как следует из (4.29), от амплитуды сигнала, т. е. та­ кой усилитель можно рассматривать для сигнала как линейную цепь. Это справедливо только при малых уровнях сигнала, так как во всех проведенных рассуждениях считалось, что напряжение на колебатель­ ном контуре, настроенном на частоту накачки, сохраняется постоян­ ным. При значительном уровне сигнала положительная проводимость, которая вносится в этот контур, на основании соотношений Мэнли — Роу может быть соизмерима с проводимостью контура. С увеличением мощности сигнала при постоянной номинальной мощности накачки, напряжение на контуре накачки будет снижаться и тем больше, чем большая проводимость вносится в этот контур. Это приведет к умень­ шению значения параметра регенерации а, следовательно, усиление уменьшится при увеличении уровня входного сигнала. Произойдёт насыщение параметрического усилителя. Количественный анализ этих явлений, приведенный в [2], показывает, кроме того, что из-за нелиней­ ности емкости диода расстраиваются сигнальный и холостой контуры.

Полоса пропускания П параметрических усилителей может быть определена из условия уменьшения величины коэффициента передачи Кр вдвое по сравнению с его величиной при резонансе, что соответ­

ствует уменьшению амплитуды колебания на выходе усилителя в / 2 раз. Таким образом, из условия

Здесь Пк1 = fxdoi — полоса пропускания колебательного контура, настроенного на частоту усиливаемого сигнала, при выключенном генераторе накачки. Из (4.11) и (4.30) следует, что в двухконтурном параметрическом усилителе величина коэффициента регенераДии а

127

зависит от проводимости холостого контура. Она достигает максималь­ ного значения при точной настройке холостого контура на частоту со3. Это обусловливает зависимость параметров усилителя от настройки холостого контура и его параметров. В частности, можно показать, что полоса пропускания двухконтурного параметрического усилителя оп­ ределяется формулой следующего вида [2]:

где П Кз — полоса пропускания холостого контура. Формула (4.34) совпадает с формулой (4.33) тогда, когда

Пщ/Пкз — M a l /ю з^эз — COi/Юз 1.

Условие d 3l « dg3 выполняется в случае пренебрежения шунтиру­ ющим действием источника сигнала и нагрузки на сигнальный контур.

Таким образом, полоса пропускания двухконтурного параметри­ ческого усилителя в общем случае оказывается меньше, чем у одно­ контурного.

Для расширения полосы пропускания параметрических усилителей часто применяют корректирующие цепи.

Корректирующие цепи рассчитывают из условия компенсации мни­ мой части коэффициента регенерации а, который при расстройке можно рассматривать как комплексную величину. В диапазоне СВЧ компен­ сирующие контуры могут быть образованы с помощью штырей в волно­ воде, шлейфов, отрезков линий и т. д. При большом числе настроечных элементов параметрического усилителя часть из них может выполнять роль корректирующих элементов, поэтому имеется принципиальная возможность обеспечить широкую полосу пропускания. Выигрыш в полосе пропускания из-за компенсации может составить 3-4 раза при усилении порядка 15 дБ.

Как следует аз формул (4.29) и (4.33), произведение корня квадрат­ ного из коэффициента передачи по мощности на полосу пропускания не зависит от коэффициента регенерации а. Поэтому это произведение часто называют инвариантом параметрического усилителя. В широко­ полосных схемах с компенсацией инвариантом может быть произве­ дение полосы пропускания на корни из Кр более высокой степени.

Иногда для получения больших величин произведения ф^/СрП при­ меняют сверхрегенерацию и несинусоидальную накачку. При этом удается получить значительное усиление на каскад (до 80—90 дБ) при большей стабильности. Сверхрегенеративный режим осуществ­ ляют с помощью дополнительной модуляции емкости Сд с частотой порядка полосы пропускания регенеративного усилителя.

В регенеративных параметрических усилителях при большом уси­ лении основные характеристики: коэффициент передачи по мощности

иполоса пропускания —существенно зависят от стабильности входного

ивыходного полного сопротивлений усилителя. Для стабилизации этих

128

сопротивлений в диапазоне СВЧ применяют невзаимные развязываю­ щие устройства —вентили и циркуляторы. Кроме того, использование вентилей и циркуляторов в одноконтурных параметрических усилите­ лях позволяет отделить энергию сигнала, поступающего в усилитель, от энергии усиленного сигнала. Рассмотрим, как влияет циркулятор

усилителя отражательного типа.

Предположим, что циркулятор является идеальным, т. е. энергия передается без потерь в направлении, указанном на рисунке, а в об­

формул (4.28), (4.29) и (4.36), (4.37), усиление в схеме с циркулятором

получается примерно в 4 раза выше, а произведение У КрН в два раза больше, чем в схеме «на проход»; поэтому схему включения па­ раметрических усилителей «на отражение» применяют чаще.

Шумовые свойства регенеративных ППУ

Основными составляющими шума в параметрических усилителях являются тепловой шум сопротивления источника сигнала, нагрузки, потерь в схеме, шум р-п перехода параметрического диода и шум гене­ ратора накачки. Шум закрытого р-п перехода параметрического диода складывается из: дробового, который вызывается флюктуациями об' ратного тока; избыточного, обусловленного флюктуациями концент*

рации зарядов на поверхности полупроводника, утечкой и канальным эффектом; и теплового, возникаю щего из-за наличия активного сопро­ тивления Гд.

Для современных параметрических диодов в области СВЧ наибо­ лее интенсивным оказывается тепловой шум запертого р-п перехода, поэтому обычно только его учитывают в инженерных расчетах пара­ метрических усилителей СВЧ.

Как показывают теоретические исследования, на спектр флюкту­ аций вблизи частоты усиливаемого сигнала существенно влияют спект­ ральные составляющие параметрических флюктуаций, возникающих из-за шума генератора накачки и нестабильностей схемы, на частотах

проектировании усилителя все добавочные источники шума могут быть устранены и может быть реализована чувствительность, определяемая только тепловым шумом элементов цепей параметрического усилителя.

На рис. 4.10 приведена эквивалентная шумовая схема двухкон­ турного параметрического усилителя с нагрузкой в сигнальном кош туре. В этой схеме генераторы тока / ш1, / ш,а, / Шп п /ш м учитывают шум источника сигнала, сигнального контура, нагрузки и холостого контура соответственно.

В холостом контуре действует собственный шум, квадрат эффектив­

абсолютная температура и проводимость холостого контура соответ­ ственно; Пш — эффективная полоса шума.

Шум холостого контура подвергается в усилителе параметриче­ скому преобразованию, в результате которого через сигнальный кон­ тур протекает шумовой ток.

Из формулы (4.7) следует, что амплитуда составляющей тока /дс частоты сигнала, обусловленная напряжением на холостом контуре,

Тогда квадрат эффективного значения тока / шнз на основании (4.11), (4.38) и (4.39) может быть записан в виде

130