Добавил:
Upload Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз: Предмет: Файл:
Экзамен УПОР / Лекции Павловой / 14.Радиоприем на сверхвысоких частотах.pptx
Скачиваний:
171
Добавлен:
29.03.2016
Размер:
1.58 Mб
Скачать

Рис.6. Функциональная схема приёмного СВЧ тракта

Расчёт МШУ СВЧ принято проводить с использованием бесструктурной модели транзистора в S-параметрах. При необходимости бесструктурная модель может быть дополнена структурной моделью. Обе модели взаимосвязаны: по S-параметрам транзистора, измеренным на нескольких частотах, можно определить (или уточнить) элементы его эквивалентной схемы и наоборот, известная эквивалентная схема позволяет рассчитать S- параметры на любой частоте диапазона, в котором эта схема корректна.

В основу расчёта и анализа транзисторного МШУ СВЧ должна быть положена

модель транзистора. Это может быть структурная (физическая) модель, т. е. эквивалентная схема транзистора, либо бесструктурная модель, представляющая транзистор в виде эквивалентного четырёхполюсника.

Транзистор СВЧ как эквивалентный четырёхполюсник может быть описан, например, Y- или H-параметрами, которые обычно используются на более низких частотах. Но для измерения этих параметров необходимо обеспечить режимы холостого хода и короткого замыкания, трудно осуществимые на СВЧ из-за влияния паразитных элементов схемы. Более подходят для его описания

параметры матрицы рассеяния или S-параметры, поскольку они измеряются в линиях с согласованными нагрузками, что на СВЧ наиболее просто.

Системы S- и S'- параметров

транзистора

В системе S-параметров транзистор представляется в виде четырёхпо люсника, включенного в линию передачи с волновым сопротивлением Z0.

Линия согласована с генератором (источником сигнала) и нагрузкой, т. е. со

Рис. 7.

Для определённости примем

Z0=50 Ом. На входе и выходе четырехполюсника имеются падающие и

отражённые волны напряжения

Ui пад ,

Ui отр

(i =1 для входа, i = 2 для выхода), связь между которыми

задается параметрами матрицы рассеяния волн напряжения (S-параметрами):

U1отр S11 U1пад S12

U2пад ,

U2отр S21 U1пад S22 U2пад .

Матрицу рассеяния волн напряжения принято называть просто матрицей рассеяния. Параметры матрицы рассеяния имеют ясный физический смысл:

S

 

U

 

 

,

S22

U2отр

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1отр

 

 

 

 

U 0

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

11

U1пад

 

U2 пад 0

 

U2пад

 

1пад

 

 

 

 

 

 

 

- коэффициенты отражения напряжения от входа и выхода четырёхполюсника при согласовании на

его выходе (

U2пад 0

)

и входе (

U1пад 0

 

) соответственно;

S12

 

U1отр

 

 

 

S

 

U

2отр

 

 

,

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

U

0

21

 

 

 

U2пад 0

 

 

 

 

 

 

 

 

U2пад

 

 

1пад

 

 

U1пад

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

- коэффициенты прямой и обратной передачи напряжения, определённые при тех же условиях.

Матрица рассеяния характеризует четырёхполюсник, нагруженный на чисто резистивные сопротивления Z0.

В реальных же усилителях транзистор оказывается нагруженным на сопротивления, не только не равные Z0, но в общем случае комплексные. Произвольно нагруженный четырёхполюсник принято описывать параметрами матрицы рассеяния волн мощности (S'-параметрами).

 

 

 

В системе S'-параметров транзистор в виде эквивалентного

 

 

 

 

 

 

 

 

четырёхполюсника включается в общем случае на стыке двух линий

 

 

передачи, не согласованных с генератором (источником сигнала) и

 

 

нагрузкой (рис. 8). Входная подводящая линия трансформирует

 

 

 

 

 

 

 

 

сопротивление

 

генератора ZГ

в сопротивление Z1

 

 

в плоскости

 

 

входных клемм четырёхполюсника, а выходная подводящая линия –

 

 

сопротивление нагрузки ZH в сопротивление Z2

в плоскости его выходных

 

клемм. Транзистор при этом нагружен на сопротивления Z1

 

и Z2, в общем

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

a и отраженные b волны мощности на

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

i

 

 

 

 

 

 

b1 i

 

S

'

 

 

S

'

 

 

a1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

11

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

12

 

 

 

 

 

,

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

люсника связаны между собой

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ности.

 

 

 

 

 

 

 

 

'

 

 

 

'

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

b2

 

 

S21

 

S22

а2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Ui

Zi

Ii

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

*

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ai

,

 

bi

 

 

Ui

 

Zi Ii

,

(i=1, 2);

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

где

2

 

 

Re Zi

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Рис. 8

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2

Re Zi

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Ui , Ii

 

– комплексные амплитуды напряжений и токов на входе и выходе четырёхполюсника;

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Zi – комплексные сопротивления генератора (i=1) и нагрузки (i =2) в плоскости входных

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

и выходных клемм четырёхполюсника соответственно;

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

S'

 

b1

 

а

 

0 ,

S ' b2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

а1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

11

 

 

 

 

2

 

 

22

а2

 

а1 0

- коэффициенты прямой и обратной передачи, определённые при тех же условиях.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

'

 

b2

 

 

 

 

'

 

b1

 

 

 

-

коэффициенты

отражения

от

входа

и

 

выхода

четырёхполюсника при

 

 

 

 

 

 

 

 

S 21

 

а1

а2 0 ,

S12

 

а2

 

а1

0

согласовании его на выходе (а

=0) и входе (а =0) соответственно;

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2

 

 

 

 

 

1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Комплексные величины ai и bi принято называть волнами мощности,

хотя они имеют размерность корня квадратного из мощности. Отношения этих величин, т. е. S'-параметры, не имеют ясного физического смысла. Однако введение волн аi, bi, a также матрицы рассеяния S' целесообразно

по следующим причинам. Во-первых, квадраты модулей аi, bi действительно

являются падающими и отражёнными волнами мощности, а их отношения — коэффициентами передачи и отражения мощности. Во-вторых, при равенстве сопротивлений Zi волновому сопротивлению Z0 S'-параметры

сводятся к S-параметрам.

S'-параметры транзистора не могут быть измерены непосредственно, а могут быть расчитаны с помощью S-параметров.

Многоканальный СВЧ приемник с двойным преобразованием частоты

Изобретение относится к СВЧ приемникам, применяемым в системах связи, навигации, бортовых и наземных РЛС.

Достигаемый технический результат - повышение помехозащищенности от внешних помех и паразитных излучений, обеспечение высокой стабильности параметров канала при климатических воздействиях.

СВЧ приемник с двойным преобразованием частоты содержит делитель мощности, схему управления, умножитель частоты, коммутатор и n приемных каналов, каждый из которых содержит циклотронное защитное устройство, малошумящий усилитель, вентиль, два смесителя частот, первый полосно-пропускающий фильтр, первый усилитель первой промежуточной частоты, первый переключатель, второй полосно-пропускающий фильтр, первый аттенюатор, второй переключатель, второй усилитель первой промежуточной частоты, второй аттенюатор, третий аттенюатор, третий усилитель первой промежуточной

Рис. 9 частоты, каскад термостабилизации, четвертый аттенюатор, третий,

Структурная схема современного микроволнового

оборудования

Основные особенности микроволнового

 

 

 

оборудования

 

 

 

разных поколений

 

 

 

Аппаратура микроволновой связи первого

 

 

 

поколения, к которой в основном относятся

 

 

 

радиорелейные системы связи, ведущие свою

 

 

 

историю с 40-50-х годов 20 века, была весьма

 

 

 

громоздкой и тяжелой: специализированные

 

 

 

стойки, высотой порядка 2 м и весом несколько

 

 

 

сотен килограмм, отдельно содержащих

 

 

 

приемопередатчики, модемы, системы управления

 

 

 

резервом, системы служебной связи,

 

 

 

телеуправления, телесигнализации и пр.

 

 

 

Аппаратура потребляла довольно большую

 

 

 

мощность и питалась от трехфазной сети

 

 

Рис. 10

переменного тока и резервных дизельных

 

 

электростанций. Для круглосуточного

 

 

 

обслуживания оборудования требовался довольно

 

 

 

большой штат специалистов.

Коэффициент усиления антенны:

Основное оборудование располагается в здании

аппаратной, около которой устанавливается

 

 

q 2 DA2

GА

 

антенная опора.

2

Антенная опора выполняется в виде мачты

 

 

(металлической фермы) или железобетонной башни

 

 

 

высотой несколько десятков метров для

ри ширине диаграммы направленности обеспечения прямой видимости со следующей

нтенны:

 

70

станцией системы связи. На антенной опоре

 

 

устанавливаются антенны, с помощью которых

 

0,5 DA.з

передаются и принимаются радиосигналы для связи

 

 

 

с ближайшими станциями, расположенными на

Радиочастотные сигналы в направлениях приема и передачи подаются при помощи волноводных фидерных линий. Длина фидерных линий примерно соответствует высоте антенной опоры плюс длины горизонтальных участков, которые складываются из участков волноводов между антенной опорой и зданием аппаратной и участков, располагающихся внутри помещений здания. При этом величина потерь сигнала в фидерных волноводах составляет несколько децибел, а в отдельных случаях превышает 10 дБ, что существенно ухудшает энергетический баланс системы связи.

Основная задача систем микроволновой связи первого поколения – передача аналоговой информации на расстояния в сотни и тысячи километров (т.е. система компоновалась как линия связи, содержащая большое число ретрансляторов). При естественном стремлении уменьшить число переприемов (ретрансляций) на линии связи приходилось увеличивать высоты антенных опор, что дополнительно увеличивало их стоимость.

Все вышеперечисленное приводило к тому, что прежнее

радиорелейное оборудование представляло собой весьма

дорогую, сложнуюПараметрыи громоздкуюаналоговойсистему, с трурадиорелейнойом аппаратуры

Параметры Курс-2М Курс-4 Курс-6 Курс-8 Рассвет-2 Восход-М Радуга-4

Микроволновое оборудование

 

 

 

 

Диапазон

1.7-2.1

3.4-3.9

5.6-6.2

7.9-8.4

3.4-3.9

3.4-3.9

3.4-3.9

частот,

ГГц

 

 

 

 

 

 

 

Число

300

720

1320

300

600

1020

1920

каналов, N

Мощность

1.5 / 32

0.5 / 27

7.5 / 39

0.4 / 26

5 / 37

10 / 40

2 / 33

Пд, Вт/дБм

Коэф.

5.6 / 7.5

8 / 9

10 / 10

8 / 9

25 / 14

10 / 10

2.8 / 4.5

шума Пр,

ед/дБ

 

 

 

 

 

 

 

fk, кГц

200

200

140

200

200

200

140

Система

2+1

3+1

3+1

3+1

3+1

постанц.

3+1

резерв.

 

 

 

 

 

 

 

Электрони

Рис. 10

Трал-8

ка-

60/120

Связь 6-1

 

5.6-6.2

7.9-8.4

1920

60/120

1 / 30

0.3 / 25

2.8 / 4.5

8 / 9

140

200

3+1

1+1

Оборудование микроволновой связи третьего поколения, которое характеризуется переходом к передаче цифровых сигналов и новой элементной базой (микросхемы, микропроцессоры, активные полупроводниковые элементы СВЧ). Данная аппаратура применяется для замены оборудования первого и второго поколения и создания новых структур связи. Компоновка оборудования осталась прежней.

Новые элементы СВЧ техники (высокостабильные транзисторные генераторы, малошумящие усилители СВЧ для приемников, линейные малогабаритные усилители мощности СВЧ для передатчиков и пр.), что обеспечило появление аппаратуры микроволновой связи четвертого поколения и освоение диапазонов частот радиосигналов выше 10 ГГц. Резкое уменьшение габаритов приемопередатчиков изменило как конфигурацию структур беспроводной связи, так и компоновку оборудования.

Приемопередатчики устанавливаются на антенной опоре в непосредственной близости от антенн или прямо пристыковываются к ним, что минимизирует длины фидерных линий и, соответственно, потери СВЧ сигналов. Модемное и мультиплексорное оборудование, устройства управления и контроля, источники питания и

пр. устанавливаются во внутреннем блоке,

Рис. 11

располагающемся в помещении. Связь между

 

наружными и внутренними устройствами

Малые скорости цифровых потоков (до 34

осуществляется при помощи одного или нескольких

Мб/с)

Аппаратура пятого поколения

(MINI-LINK E Micro, Pasolink Plus, FlexiHopper, Galaxy).

Характерная особенность такой аппаратуры – дальнейшее уменьшение габаритов и энергопотребления и совершенствование систем управления. Здесь практически все оборудование находится в одном наружном блоке. В помещении могут находится только интерфейсы цифровых потоков, источник питания и, при необходимости, управляющий компьютер.

В результате появления новой элементной базы СВЧ – монолитных микроволновых интегральных схем (MMIC),

приемопередающее оборудование Рис.12 может занимать объем в несколько десятков кубических

сантиметров или выполняться в виде планарной конструкции, площадью несколько квадратных