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

Заметим (5.40), (5.41), что несмотря на одинаковое отношение мощ­ ности сигнала к мощности шума на выходе каждой из двух схем, при Те = Тафф разделение мощности сигнала на составляющие постоянную и с частотой, отличной от нуля, в обоих устройствах различно. Далее видно, что сравнение обеих схем возможно лишь тогда, когда будет уточнена процедура обработки сигнала на выходе после детектора.

Примеров, подобных рассмотренным, можно привести значительно больше [5]. Из их анализа вытекает общий вывод, что для однозначного определения уменьшения отношения сигнала к шуму на выходе вы­ рожденного параметрического усилителя с двумя боковыми по срав­ нению с отношением сигнал/шум на его входе необходимо уточнить помимо таких параметров самого усилителя, как усиление G n и эффек­ тивная температура дополнительные данные, касающиеся рас­ пределения фазы и амплитуды усиливаемого сигнала, типа детектора после усилителя и процедуры обработки сигнала после детектора.

5.6.ВЫРОЖДЕННЫЕ ПАРАМЕТРИЧЕСКИЕ УСИЛИТЕЛИ В РАДИОЛОКАЦИИ

ИРАДИОАСТРОНОМИИ

Конструкции вырожденных параметрических усилителей значи­ тельно проще конструкций невырожденных усилителей благодаря тому, что сигнальный контур одновременно выполняет функции холостого контура. На рис. 5.3 в качестве типичного примера представлен 111] разрез вырожденного параметрического усилителя, предназначенного для радиоастрономических наблюдений, частота сигнала 6,5 Ггц.

178

Усилитель выполнен в виде волноводно-коаксиальной конструкции и охлаждается до температуры жидкого азота. Сигнал из антенны под­ водится к усилителю через прямоугольный волновод, соединенный с коаксиальным сигнальным контуром, в котором находится диод, с по­ мощью сложного перехода, состоящего из ступенчатого перехода к гребенчатому волноводу, далее из двухсекционного трансформатора импедансов, который заканчивается переходом к коаксиальной 50-

Рис. 5.4. Внешний вид усилителя, изображенного на рис. 5.3.

понижает характеристическое сопротивление линии до 3 ом. Варакторный диод включен последовательно во внутренний проводник 3- омной линии, короткое замыкание которой осуществлено не сразу вблизи диода, а на некотором расстоянии от него для введения последо­ вательной индуктивности порядка 1,2 нгн для обеспечения резонанса на заданной частоте сигнала" контура, образованного из р-п перехода, элементов корпуса диода и этой индуктивности. Мощность накачки, порядка 100 мет, подводится к диоду от клистрона с помощью коак­ сиальной линии малого диаметра, связанной с прямоугольным волно­ водом, предназначенным для работы в диапазоне накачки.

Требуемая долговременная стабильность источников напряжения на резонаторе и отражателе составляет 0,01%, а источник питания на-

1 } Следует обратить внимание на малые размеры контура с диодом, что по ­ зволяет резко уменьшить запасаемую в контуре электрическую энергию. Практи­ чески емкость контура образована только р-п переходом и корпусом диода. От ­ сутствие паразитных емкостей необходимо для реализации широкой полосы.

(Прим. ред.)

J79

ГЛАВА ШЕСТАЯ

НЕВЗАИМНЫЕ РЕЗОНАНСНЫЕ . ПАРАМЕТРИЧЕСКИЕ УСТРОЙСТВА

Рассматриваемые в главах 3—5 параметрические устройства1 ' ха­ рактеризуются двунаправленной работой, т. е. они усиливают и сиг­ нал, поданный на выходные клеммы. Эти устройства, если они не со­ держат иевзаимного элемента типа изолятора или циркулятора, не обеспечивают развязки между своими входом и выходом. В зависи­ мости от его вида связь между выходом и входом в общем различна. Наибольшая паразитная связь наблюдается в параметрическом усилителе без невзаимного элемента, а также в преобразователе с ис­ пользованием нижней боковой полосы. Применение в таких устройствах циркуляторов или изоляторов может привести к полному устранению упомянутого недостатка. К сожалению, использование невзаимных элементов имеет и свои отрицательные черты, поскольку на практике они, не являясь устройствами без потерь, вносят собственные шумы, чувствительны к изменению температуры и отличаются ограниченным частотным диапазоном. В частности, для интервала нижних частот диапазона ультракоротких волн до сих пор еще не построены циркуляторы и изоляторы с хорошими рабочими параметрами. Далее будут рас­ смотрены схемы параметрических устройств, характеризующихся раз­ вязкой входа от выхода без помощи невзаимных устройств типа изоля­ торов либо циркуляторов3 '.

Известен ряд применяемых на практике разнородных направлен­ ных параметрических устройств, в которых используются часто совер­ шенно разные свойства параметрических схем. Поэтому-то не пред­ ставляется возможным привести единую теорию всех их. Тем не менее их можно разделить на несколько групп, заключающих в себе

1 5 Невзаимные параметрические системы исследованы очень мало. Это связано с тем, что с появлением ферритовых циркуляторов интерес к ним упал.

их шумы будут очень малы. Таким образом, шумы системы обусловлены в ос ­ новном шумами циркулятора . При микроминиатюризации циркулятора потери в нем растут и полоса уменьшается. При современных тенденциях перехода к ин­

2 > Автор противопоставляет невзаимные параметрические устройства не­ взаимным ферритовым. По нашему мнению, эти пути получения невзаимности, однонаправленности скорее дополняют друг друга. (Прим. ред.)

181

достаточно близкие разновидности, для которых уже, в свою очередь, можно применить достаточно общий анализ.

В дальнейшем параметрические устройства, в которых наблюда­ ются свойства направленного усиления, разделим на следующие группы:

а) многодиодные схемы, направленное действие которых основано на сохранении симметрии и обеспечении специальных фазовых соот­ ношений на емкостных диодах на частоте накачки. Эти схемы исполь­ зуются в качестве направленных усилителей;

б) однодиодные схемы, в которых обеспечиваются особые фазовые и амплитудные условия на емкостном диоде на частоте накачки и ее второй гармонике. Эти схемы требуют наличия резонанса еще на одной частоте, кроме сигнальной и нижней боковой;

в) однодиодные схемы, в которых в качестве второго элемента (помимо переменной емкости) используется нелинейное сопротивле­ ние (проводимость), управляемое большим сигналом, и в которых со­ храняются определенные фазовые соотношения на частоте накачки на обоих нелинейных элементах.

6.1.НАПРАВЛЕННЫЕ ПАРАМЕТРИЧЕСКИЕ УСИЛИТЕЛИ

Параметрические схемы со свойствами направленного усиления соответствуют в общем определению п. а. Детальное различие между устройствами этой группы зависит от того, каким способом выбраны фазовые соотношения на обоих диодах иа частоте сигнала [ 1 , 2, 8, 13, 22, 24], либо от того, каким способом настраивается холостой контур [17—20], обычно общий для обоих диодов. Обсудим две, как нам пред­ ставляется, наиболее характерные, разновидности направленных уси­ лителей.

-6.1.1. Н А П Р А В Л Е Н Н Ы Й УСИЛИТЕЛЬ С Д В У М Я Д И О Д А М И , НА КОТОРЫЕ С И Г Н А Л И НАКАЧКА П О Д А Ю Т С Я В К В А Д Р А Т У Р Е

Такой усилитель можно представить в виде эквивалентной схемы [5, 8, 14, 15] с сосредоточенными параметрами (рис. 6.1), которая состоит из четырех звеньев. Индексы 1, 2, 3 на рисунке относятся к первым трем. Четвертое звено состоит из двух идеальных трансформа­ торов с коэффициентом передачи 1 : 1 и передающей линии, длина ко­ торой равна четверти длины волны сигнала. Оно непосредственно свя­ зывает первое звено со вторым и благодаря этому может быть просто учтено в анализе без необходимости построения системы уравнений, описывающих цепь усилителя. Роль четвертьволновой.линии с успе­ хом может также выполнять 3-дб направленный ответвитель, сдвига­ ющий фазу на 90°.

182