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

ванная в результате резкого расширения внешнего проводника / 2 краевая емкость Сх трансформируется в плоскости А — А через отре­ зок 1г, образуя совместно с диодом холостой контур. Трехступенчатый участок структуры (/3) обеспечивает нужную для получения необходи­ мого усиления трансформацию импеданса, в результате которой в пло­ скости D—D сигнальная цепь адекватна параллельному контуру.

Расширение полосы усиления достигается за счет корректирующих свойств циркулятора, выполненного в виде трех каскадно включенных ферритовых дисков, размеры которых выбраны из условия обеспечения заранее заданной полосы пропускания. Для получения к. с. в . < 1,1 в нагруженных плечах циркулятора установлены дополнительные кор­ ректирующие контуры. Место включения циркулятора выбирается таким образом, чтобы в плоскости D — D он представлял собой по-

238

1.2.МОДУЛЬНАЯ КОНСТРУКЦИЯ ШИРОКОПОЛОСНОГО

ПАРАМЕТРИЧЕСКОГО УСИЛИТЕЛЯ

Сопряжение основной колебательной системы на реактивных па­ раметрах диода с многофункциональным согласующим четырехпо­ люсником в сигнальной цепи, выполненным в видетрехзвенной ступен­ чатой структуры, позволяет реализовать конструкцию параметриче-

Рис. 1.7. Эквивалентная схема основной колебательной системы параметриче­ ского модуля:

а) сигнальный контур; б) контур холостой частоты.

ского усилителя в виде миниатюрного сменного модуля с полосой про­ пускания, близкой к предельной для применяемого в ней диода 16,7].

Основная колебательная система усилителя состоит из диода и до­ полнительной сосредоточенной индуктивности (рис. 1.7). Холостая частота выбирается равной резонансной частоте контура с диодом, которая вследствие большого сопротивления сосредоточенной индук­ тивности лишь незначительно превышает частоту собственного резо­ нанса диода с учетом емкости патрона. Вся основная колебательная система с диодом размещена в круглом предельном волноводе, подав­ ляющем распространение энергии с частотой ниже 35 Ггц. Такое по­ строение позволяет рассматривать оба контура с диодом как сосредо­ точенные. При этом может быть реализована максимальная полоса уси­ ления. Если необходимо получить резонанс холостого контура на за­ данной частоте, отличной от частоты параллельного резонанса, коле­ бательную систему с диодом следует дополнить емкостью Сп , величина которой находится из условия обеспечения максимальной полосы уси­ ления 18] и которая выполнена в виде короткого отрезка разомкнутой низкоомной линии (рис. 1.8).

Эквивалентные схемы модуля и его идеализированной модели приведены на рис. 1.9, а его конструкция — на рис. 1.10. Диод впаян

240

в трехзвенную ступенчатую структуру коаксиального типа, одновре­ менно выполняющую функции диододержателя, параллельного коррек­ тирующего контура с заданной добротностью (§ П.З), трансформатора с заданным коэффициентом трансформации и режектора холостой ча­ стоты, накачки и верхней холостой частоты с подавлением свыше 35 дб. Длина каждого звена ступенчатой структуры составляет четверть длины волны на холостой частоте. Поперечные размеры определяются в результате синтеза, который производится с помощью ЭВМ.

Рис. 1.9. Эквивалентные схемы модуля (а) и его идеализированной модели ( б ) .

Ступенчатая структура вместе с впаянным в нее диодом и допол­ нительной емкостью Сп (рис. 1.11) крепится в корпусе модуля при по­ мощи восьми сапфировых стержней, которые удерживают ее от про­ дольных и поперечных перемещений даже при охлаждении до криоген­ ных температур. При таком креплении отсутствуют паразитные отра­ жения, свойственные опорам шайбового типа. Сборка производится при помощи двух стальных оправок, фиксирующих положение ступен­ чатой структуры с диодом.

Внешний диаметр коаксиальной линии выбирается из условий отсутствия паразитных типов волн на всех частотах, вплоть до верх­ ней холостой (наиболее опасными с этой точки зрения являются низкоомные участки ступенчатой структуры).

Для лучшего согласования с генератором накачки и устранения паразитных резонансов в области верхней холостой частоты в цепь накачки введен полосовой фильтр, выполненный в виде винта длиной около ^ н а к / 4 , размещенного в круглой диафрагме, диаметр которой яв­ ляется предельным для частот вплоть до 40 Ггц. Толщина диафрагмы, а также диаметры отверстия и винта определяют добротность контура накачки. Связь цепи накачки с генератором может выбираться предва-

241

рительным смещением винта относительно оси симметрии диафрагмы. Такой фильтр обладает жесткой конструкцией и большим диапазоном перестройки. Применение его вместе с коаксиальной ступенчатой структурой позволило полностью исключить процесс пайки при изго­ товлении модуля и резко уменьшить его размеры.

Для настройки параметрического модуля необходимо произвести холодные измерения в сигнальной цепи, в процессе которых при помощи подстроечной индуктивности формируется симметричная двугорбая характеристика и определяется ее соответствие результатам расчета на ЭВМ. Настроенный таким образом усилитель при включении генера­ тора накачки не требует дополнительной регулировки, обеспечивая при этом достаточно хорошее совпадение с ожидаемыми характеристи­ ками. Полоса пропускания усилителя фактически определяется по­ стоянной времени применяемого диода и составляет 8—9% от рабочей частоты по уровню 1 дб при усилении 10—12 дб. Ее можно увеличить до 11 — 1 2 % , применяя пятиступенчатую структуру в сигнальной цепи. Такой модуль (рис. 1.12) рассчитан на непосредственное подключение к 50-омной коаксиальной линии со стандартным сечением 10 X 4,34 мм. Описанная конструкция особенно перспективна при создании много­ каскадных параметрических систем, охлаждаемых в вакууме при по­ мощи криогенных машин замкнутого цикла.

1.3.ПАРАМЕТРИЧЕСКИЕ УСИЛИТЕЛИ КОРОТКОВОЛНОВОЙ ЧАСТИ

САНТИМЕТРОВОГО ДИАПАЗОНА ВОЛН

Параметрические усилители остаются наиболее перспективным классом малошумящих устройств и в коротковолновой части санти­ метрового диапазона волн [9,10J. Использование параметрических уси­ лителей в этой области частот становится возможным в связи с совер­ шенствованием колебательных систем и улучшением параметров полу­ проводниковых диодов.

243