Файл: Хромых, М. К. Проектирование радиорелейных линий связи.pdf

Расчет параметрического усилителя (ПУ). Работа ПУ основана на периодическом изменении параметров контура L или С с определенной частотой, вследствие чего в контур вно­ сится отрицательное сопротивление, что и создает эффект усиления. Собственные шумы такого усилителя

/Сш » (0,4-г 1,3) дБ.

В полупроводниковых параметрических усилителях ис­ пользуется известное свойство р—«-перехода, когда парамет­ рический диод при обратном (запирающем) смещении явля-

62

ется нелинейной емкостью с малыми потерями. Эквивалент­ ная схема варактора приведена на рис. 28.

Параметрические усилители обычно подключают к ге­ нератору сигнала и к нагрузке с помощью циркулятора. Это предотвращает попадание шумов нагрузки в усилитель и связанное с этим ухудшение шумовых характеристик си­ стемы. Такое включение повышает также стабильность рабо-

ты усилителя. Принципиальная схема параметрического уси­ лителя приведена на рис. 29.

Порядок расчета:

добротность диода на рабочей частоте

wc/?s ’

коэффициент модуляции емкости

П__ Г

коэффициент качества диода

Q = Qay;

оптимальная частота «накачки»

/„ = U VTT~Q2’

минимальное значение шумовой температуры усилителя

при комнатных условиях Тш = 2ГД -щ- + К, гдеТд—

физическая температура диода (при расчетах принимают

Гд = Г0 = 290 К);

оптимальная величина нагрузки при минимальной шу­ мовой температуре

63

4RH

коэффициент усиления Кр — -75------т ~ . где RTl = VAT] А)

— Q2— величина суммарного сопротивления на частоте

со^ tOj и со2 — угловые частоты первого и второго контуров. Обычно в двухконтурном параметрическом усилителе второй контур настраивают на разностную частоту / =

= /н — /с. поэтому

/?,. = - Л г г - <32-

'Н 'С

Абсолютная величина отрицательного сопротивления, вно­ симого в контур усилителя, R » 0,9 /?т1;

практически недостижимо, так как при расчете мы не учи­ тываем возможного разброса величин параметров. Практи­ чески удается получить полосу пропускания порядка 2—3% от резонансной частоты.

В настоящее время' имеются параметрические усилители бегущей волны (ПУБВ), где удается получить полосу про­ пускания 10—25% от резонансной частоты. Однако из-за сложности настройки и малой эксплуатационной надежности они не нашли широкого практического применения.

Пример 7. Рассмотрим пример расчета параметрического усилителя на варакторе типа 1А401, имеющего следующие параметры:

64

Расчет УСВЧ на туннельном диоде (УТД). УТД являют­ ся регенеративными усилителями. Они могут работать в ре­ жиме «на проход» и «на отражение». На СВЧ наибольшее применение получили УТД с ферритовыми циркуляторами, которые работают в режиме «на отражение». Основной час­ тью этих усилителей являются объемные резонаторы или какие-либо другие колебательные системы СВЧ в сочетании с туннельным диодом.

Qk + Qa + 9с О,

где qK— собственная проводимость контура; qu, qc — про­ водимости нагрузки и источника сигнала соответственно; G — отрицательная проводимость туннельного диода.

При расчете простых схем (с одним контуром) можно при­ нять

,1

<7н + qc — —р — >

где — выходное сопротивление циркулятора. Отрицательная проводимость диода

Собственную проводимость контура можно принять равной

Желательно, чтобы /пред в 2—3 раза превышала рабочую ча­ стоту. Следовательно, собственная индуктивность туннель­

ного диода должна быть минимально возможной. С уче­ том индуктивностей выводов емкостей можно принять 1 К= 0,5 нГ. Емкость контура

Ск

/р • 4 я 21 к

3.Коэффициент шума усилителя на ТД

1 + 0 ,0 2 1i0r _ I

66

площадью усиления усилителя. Оно определяется из соот­ ношения [40]

-(-A-У

\ 'пред /

n \R - \c K ’

где К0 — УЩ, — коэффициент усиления по напряжению. Для каскодного соединения усилителей необходимо при­ менять усилители на ТД в режиме работы «на проход». Для этого нужно выполнить условие оптимальной передачи

р— п .../15В

.мощности в нагрузку, при котором входное сопротивление каждого последующего элемента должно быть равно выход­ ному сопротивлению предыдущего.

На рис. 31,а, б соответственно приведены частотные и шу­ мовые характеристики малошумящих усилителей.

При выборе малошумящих усилителей необходимо учи­ тывать не только их характеристики, но и конкретные усло­ вия работы, которые часто не позволяют реализовать шумо­ вые параметры усилителя. Это связано с тем, что шумовую температуру определяют не только собственные шумы усили­ теля, но и другие узлы тракта — потери в.антенне, потери

вволноводах, режекторном фильтре, последующей ступени

ит. д.

'Для малошумящих антенн основное значение имеют оми­ ческие потери, связанные с тепловыми шумами, и побочные лепестки диаграммы направленности. Применение малошу­ мящих усилителей требует использования волноводных эле­ ментов с малыми потерями во входных цепях. При возраста­ нии потерь во входных цепях происходит не только увеличе­ ние шума, но и ослабление сигнала.

Сравнение характеристик (рис. 31) показывает, что па­ раметрические усилители обладают довольно хорошими шу­ мовыми свойствами. Несомненным их преимуществом явля­ ется способность работать в широком интервале температур при незначительной подстройке системы. Недостаток — довольно жесткие требования к стабильности мощности и частоты генератора накачки, а также высокие требования к циркуляторам и вентилям.

Усилители на туннельных диодах характеризуются весьма простой схемой, достаточной широкополосностью и, кроме того, не требуют генератора накачки. Однако они заметно уступают параметрическим усилителям по шумовой температуре.

Лампы бегущей волны заметно превосходят рассмотрен­ ные нами усилители по широкополосности. Их целесообраз­ но применять в таких системах связи, где требования к шу­ мовым характеристикам не являются определяющими.

Преобразователи частоты приемного тракта СВЧ аппаратуры

Преобразователи частоты в приемном тракте СВЧ аппа­ ратуры обеспечивают преобразование сверхвысокочастот­ ных колебаний в колебания промежуточной частоты. Наибо­ лее широкое применение находят преобразователи с исполь­ зованием кремниевых кристаллических диодов. Упро­ щенная принципиальная схема такого преобразователя приведена на рис. 32,а. Вольт-амперная характеристика кри­ сталлического диода показана на рис. 32,6. При помощи сопротивления автоматического смещения R подбирается положение рабочей точки на характеристике кристалличес­ кого диода, которую рекомендуется выбирать в пределах наи­ более криволинейного участка; очевидно, что если этот учас­ ток близок к началу координат, то R = 0.

В результате нелинейного взаимодействия токов с ча­ стотой гетеродина/г и частотой сигнала /с на выходе преобра­

образователи приемного тракта понижают частоту, то чаще всего полезно используются комбинации вида /с — /у или /г — /с. При необходимости можно использовать и другие частотные комбинации.

68

Расчет основных параметров. К основным параметрам кристаллического преобразователя относятся: входное со­ противление на частоте сигнала, выходное сопротивление на промежуточной частоте, входное сопротивление со сторо­ ны гетеродина, требуемая мощность гетеродина, коэффици­ ент передачи, коэффициент шума.

Токи кристаллического преобразователя — постоянная составляющая, амплитуды 1-х гармоник гетеродинного то-

Рис. 32. Кристаллический преобразователь:

а — принципиальная схема; б — вольт-амперная характеристика.

ка, тока сигнала и тока промежуточной частоты — находят из следующих соотношений [11]:

ских свойств кристалла. При расчетах можно принять а = = 5 В-1; UM,г, и шх, UM.„— амплитуды напряжений гете­ родина, сигнала и промежуточной частоты; J0 (aUM.T), (aUM.r) — модули бесселевых функций нулевого и перво­

го порядка от мнимого аргумента.

Если значение мнимого аргумента значительно меньше единицы, то соответствующие модули бесселевых функций

69