Файл: Капышев, В. И. Радиопередающие устройства сверхвысоких частот [учеб. пособие].pdf
ВУЗ: Не указан
Категория: Не указан
Дисциплина: Не указана
Добавлен: 29.10.2024
Просмотров: 69
Скачиваний: 0
51
маточником иокакений является эффект преобразования амплитуд ной модуляции в фазовую. Этот эффект связан а тем обстоятель ством, что в режиме большего сигнала скорость электронов, а вместе о тем^фазовая скорость усиливаемой волны зависят от проходящей по лампе мощнооти. возникающая при этом зависимость сдвига фазы в ЛБВ от входной мощности (рис.2.5) называется . фазоамплитудной характеристикой, а дополнительный сдвиг фазы, обусловленный этой зависимостью,- амшштуднозависимым сдвигом фазы.
Чаототноыодулированный сигнал на входе ЛБВ имеет, как пра вило, паразитную амплитудную -модуляцию, которая преобразуется в паразитную фазовую модуляцию, что приводит к нелинейным иска жениям передаваемого оигнала. Действительно, пусть на входе ЛБВ имеет меото паразитная амплитудная модуляция оигнала о коэффициентом модуляции ГП , не зависящим от частоты модуля ции.
При этом изменение мощности на входе ЛБВ в децибелах
APgj/ = |
или, считая |
т « 1 и используя |
разложение |
в ряд Тейлора, получим |
|
|
APg* = i8 ,6 im . |
|
Паразитная девиация фазы |
|
|
|
& % - a Pgy Кр - 8 ,6 Ит Кр |
?рад> |
или |
д Уп - 0,15Нр tv рад. |
|
|
|
|
Эквивалентная ей паразитная частотная модуляция имеет девиа цию частоты р / п = й y>nf M =г Of ISHpMFm.
Здесь Fti - частота, с которой происходит амплитудная мо дуляция.
В частном случае, когда паразитная модуляция частоты осу ществляется одним гармоническим тоном, коэффициент нелинейных искажений может бить определен по формуле
« • $ |
• b W m i f r - t n e i b m f a - |
где F - частота модуляции ЧМ сигнала;
П- номер гармоники.
Очевидно, что нелинейные нокакания возрастают пропорциональ
но частоте модуляции. |
|
|
|
Напримор, при Кр- Ч |
коэффициент |
паразитной |
амп |
литудной модуляции т = 0,05, |
tl - 2, отношение верхней |
час |
|
тоты модуляции к максимальной девиации частоты |
ru /m - |
1 . |
|
коэффициент нелинейных искажений на высшей модулирующей час тоте составит 6$.
Амплитудная модуляция. Высокочастотное поле усиливаемой волны определяется выражением
где Е£х - амплитуда входного сигнала.
Множитель
определяет фазу волны в ЛЕВ. йз выражения (2,8) следует, что амплитудную модуляцию в ЛЕВ можно осуществить изменением па-
рпкщее напряжение [Jo .
Осуществить амплитудную модуляцию ЛЕВ изменением ускоряю щего напряжения Uo нецелесообразно, так как о изменением Uo сильно меняется фаза (2.5) , т .е . «оявляетоя значительная па разитная фазовая модуляция.
Амплитудную модуляцию целесообразно осуществлять изменением тока луча Jo при_постоянной величине Uo путем изменения на пряжения на первом аноде» Как было показано выше, изменение фазы в этом случае будет значительно меньше, чем при модуляции по ускоряющему напряжению.
Ток луча определяется величиной напряжения на первом аноде. Поэтому параметр усиления С оказывается пропорциональным
корню квадратному из величины напряжения на первом аноде
|
(2.Ш |
.Модуляционной характорнотшой при амплитудной модуляции |
|
ДВВ является зависимость £&)-/№ &). |
йэ выражений (ЗД о) |
и ( з „ п ) олодует, чаю модуляционная характеристика нелинейна, модуляция сопровождается искажениями, а в опактра модулирован
ного колебанияпояДЛяютоя дополнительные составляющие. |
|
|||
Олздует отм аш и , |
что амплитудная модуляция ЛЕВ все |
кв |
||
оопровоадаотоя некоторой паразитной |
фазовой |
модуляцией |
так |
|
как, согласно формула |
(2,6) , одвиг |
фбзы |
завиоит |
от на |
пряжения на первом анода. Охама амплитудной модуляций ЛВВ из менением напряжения на Первом анода приведена нарис. 2.7.
Рис.2,7,. Схема амплитудной модуляции ЛЕВ (
Модулирующее напряжение оо вторичной обмотки модуляционно го траноформатора Тр подаетоя на первый анод лампы последова тельно с постоянным напряжением Udi „
Фазовая модуляция. Выше было показанр, что при изменении питающих напряжений ускоряющего напряжения, напряжения на пер вом аноде происходит изменение фазы выходного сигнала ЛВВ. Причем наиболее интенсивное изменение фазы наблюдается при из менении ускоряющего напряжения. Из выражения (м. о) следует, что крутизна (Газовой характеристики определяется соотношением
( 2. 12)
54
Текиц образом, для получения Фазовой мода яцщ йвобходи ло р б е о п е ч го изменение потенциала ускоряющего вледтрода от носительно катода, сохраняя раним остальных электродов НеИЗ-
цеННЫМ.
Из соотношения (3*12) оледует, что наибольшая глубина фа зовой модуляции монет быть обеспечена при низких ускоряющих напрпкениях.
Для осуществления фазовой модуляции монет быть использо вана схема,, изображенная на рио.2,8. '
Рио.2 ,8 . |
Схема фазовой модуляции |
||
Здесь |
лампа |
Jfo и контур liC t |
в ее анодной цепи образует |
оконечный каокад |
узкополосного усилителя, о помощью которого |
||
частота f { |
, несущая информацию, |
усиливается до необходимого |
|
напряжения. Это напряжение должно быть приложено мах. у спиралью и катодом. Так как емкость спирали относительно земли невелика (ЗО-йО пф), то фактически относительно земли по высокочастотно му 'сигналу спираль имеет нулевой потенциал (через Cz ) . Поэтому модулирующее напряжение, снимаемое с части индуктивности 1з , подводится через проходной конденсатор и прикладывается между катодом и землей через емкости Ог и Ci/ .
Для предотвращения нежелательной амплитудной модуляции катод и первый анод соединяются по высокой частоте с помощью емкости СS' .
Лампа бегущей волны, исходя из рассмотренного выше, мо жет также попользоваться в качестве электронного фазовраща теля.
Следует отметить, что при (фазовой модуляции в спектре выходного сигнала появляются дополнительные частоты, являющие ся гармониками чаототы модулирующего сигнала.
Преобразование чаототы в ДБВ. В ряде радиотехнических оиотем и приборов, например в радиорелейных станциях, часто возникает необходимость смещения несущей частоты. Подобное преобразование может быть осуществлено с помощью схемы, ана логичной рис.6 .9, путем подачи пилообразного или синусоидаль ного напряжения на спираль. Частота модулирующего напряжения выбираетоя равной величине необходимого чаототиого смещения. Физичвокая картина процеооа преобразования частоты может быть представлена следующим образом. На вход лампы подается напря жение частотой / о , которое осуществляет группирование элек тронного потока. Очевидно, что при постоянном ускоряющем на пряжении временные интервалы между уплотнениями пространствен ного заряда в огруппированном электронном потоке составляют
Если же ускоряющее напряженно увеличивать по линейному закону, то временные интервалы между уплотнениями будут умень шаться, так как электроны, которые вылетают позже электронов, вылетавших при начальном ускоряющем напряжении, будут иметь более высокую скорость, что приведет к увеличению частоты вы ходного напряжения.
Однако нельзя увеличивать ускоряющее напряжение беопредельно, поэтому практически для преобразования используют ускоряющее напряжение пилообразной формы с крутым спадом после приблизительного линейного нарастания.
Основным достоинством такого частотного преобразования на ЛЕВ, которое иногда называется в литературе серродинным, яв ляется возможность смещения пи частоте подаваемого на вход сигнала на большем уровне мощности без существенного уменьше ния последней н о весьма малыми но амплитуде нежелательными
составляющими. Так, например, при модуляции ЛБВ пилообразным напряжением о длительноетыо обратного хода Нилы около 0,1 париода удаетоя получить смещение частоты на 30 .Пгц при потере мощности на болаа I дб по сравнению о режимом уаилания и уров нем нежелательных составляющих о'олеа чем на 20 дб нижа основ ной ооставляющей. Использование оинусоидалъного модулирующе го напряжения вместо пилообразного несколько ухудшит показате
ли преобразования: опикание мощнооти по сравнению о режимом усиления составляет около 5 дб и, кроме того, уменьшается сте пень подавления нежелательных составляющих, что а ряде случаев приводит к необходимости для выделения ооновяой составляющей попользовать фильтры.
Импульсная модуляция. Мощные импульсные ЛБВ предназна чаются в основном для передатчиков радиолокационных оиотем и работы в режиме больших скважностей (более 10„0), В аппарату ре связи -используются импульсные ЛБВ мощности от единиц ватт до единиц киловатт. Ьлп импульсных передатчиков используются опециальныа импульсные ЛБВ, рассчитанные на определенную мини мальную скважность импульсной еоодедовательнооти. Отличитель ной оообеиноотью некоторых импульсных ЛБВ является наличие спе циального управляющем электрода - сетки»
Олвдует отметить, что ЛБВ непрерывного режима в принципа могут работать и в импульсном режиме, но ах импульсная мощ ность может лишь незначительно превыоить мощнооть непрерывно
го режима |
в зависимости от скважности импульсной последователь |
ности. |
' |
Это объясняется там, что наилучиае вэаимодейотвие в ЛБВ дан ной конструкции обеспечивается лишь при строго определенном напряжении на замедляющей системе относительно катода лампы.
Таким образом, ЛБЕ непрерывного режима не может, реализовать преимущество импульсной мощности в скважность раз» Поэтому ЛБВ, разработанные для непрерывного режима, как правило, на исполь зуются для импульсной работы.
В ЛБВ импульсная модуляция может осуществляться |
по катоду, |
( порвону аноду и управляющему электроду. Первые два |
способа им- |
!
пульсной модуляции требует применения высоковольтных импуль сных модуляторов. Кроме того, в этом случае имеет.место зна чительная нежелательная фазовая модуляция. Однако модуляция по катоду обеспечивает щишвыдую длительность фронта.
В лампах с управляющим электродом необходимая величина импульсного напряжения обычно соотавляет 5-10$ от величины ускоряющего напряжения. Управляющий электрод является бостоно вым, и мощность импульсного модулятора целиком определяется паразитными реактивностями, На вход импульсной ЛБВ может быть подан непрерывный или импульсный высокочастотный сигнал в за висимости от назначения и выходной мощности усилителя на ЛБВ. В маломощных передатчиках или в ступенях промежуточного усиле ния на вход ЛБВ можно подавать непрерывный сигнал. Однако в этих случаях необходимо оценивать величину мощности непрерыв ного сигнала, которая просачивается на выход передатчика в паузах между импульсами. Обычно затухание поглощающей вставки в ЛБВ составляет 30-50 дб.
Упрощенная схема импульсной модуляции по управляющему электроду представлена на рис.2.9 .
Отрицательное запирающее напряжение Uys на управляющий электрод подается через сопротивление Ri . Положительные импульоы от модулятора поступает через разделительный конденса
тор |
Oi . Заметим, что по овоему действию управляющий электрод |
|
ЛБВ |
напоминает |
действие управляющей оатки в обычном СВЧ трио |
де при подаче |
на него импульсного модулирующего напряжения. |
|
|
Поскольку |
в ЛБВ коллектор соединяется с корпусом прибора, |
что определяется некоторыми технологическими удобствами и необ ходимостью осуществления тесного контакта коллектора с систе мой охлаждения, то катод, цепи накала, фокусирующий и управляю щий электроды оказываются под высоким потенциалом относительно кррпуса прибора. Это приводит к необходимости включения .разде лительного конденсатора Cj с большим рабочим напряжением. Паразитная емкость Огц складывается из выходной емкости анод ной цепи модулятора и емкости монтажа. Конденсаторы Ог и Сз являются блокировочными, их величины могут быть принципиально сколь угодно большими. Сопротивление Ri обеспечивает подачу