Файл: Грабовски, К. Параметрические усилители и преобразователи с емкостным диодом.pdf

Аналогично на рис. 3.15 показана зависимость отношения мини­ мальной температуры шума Тте преобразователя к температуре шума Т°е (3.38), получаемой при оптимизации преобразователя на макси­ мум усиления, от q01. Соответствующая зависимость имеет вид

Рис. 3.14 Рис. 3.15

Рис. 3.14. Зависимость относительного оптимального обменного усиления преоб­ разования, полученного при минимальной температуре шума, от динамической добротности варакторного диода на выходной частоте (ось абсцисс) и на частоте сигнала (параметр) для трехчастотиого преобразователя с верхней боковой типа модулятора или демодулятора.

Рис. 3.15. Зависимость отношения минимальной температуры шума к обменной температуре шума, которая наблюдается в преобразователе при оптимизации усиления преобразования, от динамической добротности варакторного диода на выходной частоте (ось абсцисс) и на частоте сигнала (параметр) для трехчастот­ иого преобразователя с верхней боковой типа модулятора либо демодулятора.

Основываясь на этих зависимостях и графиках, можно оценить целесообразность и эффективность определенного вида оптимизации в соответствующих условиях работы преобразователя с варакторным диодом с конкретными параметрами перехода.

3.2.4.ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ, И С П О Л Ь З У Ю Щ И Й В Ы С Ш У Ю Г А Р М О Н И К У

ЭЛАСТАНСА П Е Р Е Х О Д А

Иногда соображения практического порядка не позволяют при­ менять в преобразователе генератор с высокой частотой ю н . Тогда используют генератор (рис. 3.5), частота которого является k-н суб­ гармоникой (k > 1) требуемой частоты накачки, учитывая, что в раз­ ложении переменного эластанса в ряд Фурье присутствует k-я гармо-

77

ника частоты накачки, обеспечивающая изменение эластанса с требуе­ мой частотой.

В этом случае справедливы все приведенные ранее выводы и фор­ мулы, относящиеся к рассмотренному преобразователю, с той лишь разницей, что вместо динамических добротностей qiQ и q0A, относя­ щихся к первой гармонике эластанса, в соответствующие формулы сле­ дует подставлять динамические добротности диода для /г-й гармоники эластанса, т. е. <7fti0 и q0th. Определение этих величии [формула (3.15)] остается и далее справедливым, а выходная частота составляет теперь <й0 + kwa, где wB — используемая частота накачки. Подобное исполь­ зование высших гармоник эластанса перехода возможно также и в дру­ гих, рассматриваемых далее, разновидностях параметрических пре­ образователей.

3.2.5.ПРИМЕНЕНИЕ ТРЕХЧАСТОТНЫХ П Р Е О Б Р А З О В А Т Е Л Е Й

СВ Е Р Х Н Е Й Б О К О В О Й ТИПА М О Д У Л Я Т О Р А

Этот тип преобразователя выгоднее использовать в нижней части диапазона L (390—1550. Мгц), так как применение легко доступных ге­ нераторов накачки диапазона X (6,2—10,9 Ггц) означает, что при соот­ ветствующих варакторах полученных усилений будет достаточно для уменьшения влияния потерь и шумов последующего каскада обычного смесителя, понижающего частоту. Другие типы усилителей требуют циркуляторов, которые на низких частотах имеют большие потери1 ).

На рис. 3.16 показана примерная структурная схема приемного ус­ тройства на частоту 400 Мгц, использующего генератор накачки диа­ пазона X. После трехчастотного параметрического преобразователя с верхней боковой типа модулятора следует обычный смеситель, пони­ жающий частоту до частоты выходного сигнала либо до промежуточной частоты приемника. Отдельные элементы схемы имеют следующие па­ раметры:

— трехчастотный параметрический преобразователь с верхней бо­

х ) Применение нерегенеративного преобразователя ограничено диапазоном низких частот. Благодаря отсутствию циркулятора или вентиля, имеющих в этом диапазоне сравнительно большие потери, удается получить очень низкие шумы без применения криогенной техники. Основное преимущество нерегенеративной схемы перед регенеративной — возможность согласования. Однако для этого нужна очень точная настройка. При настройке схемы по максимуму усиления или по минимуму шумов приемного устройства в целом легко возникает пара­ зитная регенерация, не замечаемая оператором, теряется согласование, которое поэтому должно проверяться. Однако экспериментальных данных о согласовании в литературе очень мало. {Прим. ред.)

78

ров, представленные на рис. 3.7—3.15. Следует лишь подчеркнуть тот факт, что в этом типе преобразователей невозможно получить усиление преобразования больше единицы, так как даже предельная величина его, характеризующая переход без потерь, составляет всего COQ/COJ, Ч Т О меньше единицы в соответствии с определением преобразователя этого типа. Тем не менее при заданных входной и выходной частотах и задан­ ных потерях р-п перехода следует стараться получить минимальные потери преобразования путем выбора оптимальной действительной час­ ти импеданса генератора (3.28), используя максимальное «усиление» (3.29) и соответствующую ему температуру шума (3.38), а также дей­ ствительную составляющую выходного импеданса (3.31), которая дол­ жна быть равна действительной части импеданса нагрузки. При этом в контурах преобразователя следует обеспечить условие резонанса (3.20).

Если критерием оптимизации параметров преобразователя явля­ ется минимизация не его потерь преобразования, а температуры шума, то следует пользоваться формулами (3.39)—(3.42) и соответствующими им графиками. Очевидно, и в этом случае коэффициент усиления не может превышать единицы.

Интересно сравнить оптимальные характеристики этих двух разно­ видностей преобразователей, выполненных на одном и том же переходе (диоде) и имеющих одинаковые сигнальные частоты; это сравнение уда­ ется очень просто осуществить, так как характеристики обоих преобра­ зователей описываются одними и теми же уравнениями:

а) максимальное усиление преобразования в двухчастотном пре­ образователе с верхней боковой типа демодулятора никогда не может превышать предела сй0 /ю 1, меньшего единицы, и чем меньше оно будет, тем больше отношение входной частоты к выходной. Иначе обстоит дело с трехчастотным регенеративным преобразователем с верхней боковой типа модулятора, в котором можно получить усиление пре­ образования больше единицы и тем большее, чем больше выходная частота относительно входной;

б) минимальная температура шума обоих преобразователей зави­ сит только от параметров диода на входной частоте. Поэтому двухчастотный преобразователь с верхней боковой типа демодулятора бу-

80

дет иметь худшие шумовые параметры, чем соответствующий ему пре­ образователь типа модулятора;

в) оба преобразователя характеризуются тем, что у них поло­ жительны действительные части входного и выходного импедансов, величины которых существенно влияют на параметры преобразователя и, в частности, оптимизируют усиление преобразования, что имеет место при выполнении (наряду с другими) условия согласования на вхо­ де и выходе.

Из сравнения а) и б) следует объяснение того, почему на практике не применяются двухчастотные преобразователи с верхней боковой типа демодулятора. Большие потери преобразования и значительные температуры шума приводят к тому, что исчезают преимущества, кото­ рые бы могло дать их применение в приемных системах для радиосвя­ зи. Иначе обстоит дело с двухчастотными преобразователями с верхней боковой типа модулятора.

3.4. ДВУХЧАСТОТНЫИ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ С НИЖНЕЙ БОКОВОЙ ТИПА МОДУЛЯТОРА (РЕГЕНЕРАТИВНЫЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ)

В соответствии с рис. 3.1 такое устройство характеризуется тем, что варактор накачивается на частоте со„, а внешняя по отношению к р-п переходу с накачкой цепь спроектирована таким образом, что из всех токов с частотами соп (§ 3.1) через нее могут протекать токи

Рис. 3.19. Эквивалентная схема трехчастотного преобразователя с нижней боковой типа модулятора

3.4.1.ХАРАКТЕРИСТИЧЕСКИЕ ПАРАМЕТРЫ

Используя зависимость (2.39), а также обозначения на рис. 3.19, получим основную систему уравнений, описывающих свойства пре­ образователя при малых сигналах:

81