Вопрос 3. Особенности схем и конструкций входных цепей для различных диапазонов радиоволн.
3.1 Входные цепи дециметрового диапазона волн
Колебательные контуры с сосредоточенными параметрами применяют в диапазонах метровых и более длинных волн. На более коротких волнах (короче примерно 1 м) индуктивности и емкости элементов контура, необходимые для получения столь высокой частоты, оказываются настолько малыми, что конструктивно выполнить их невозможно.
В диапазоне дециметровых волн в качестве колебательной системы во входной цепи применяют коаксиальный резонатор — четвертьволновый короткозамкнутый отрезок коаксиальной линии. Другой конец линии подключается к входу первого каскада приемника. Связь с антенно-фидерным устройством может быть автотрансформаторной (с помощью отвода от внутреннего провода резонатора, рисунок 3.1,а), трансформаторной (с помощью витка связи, рисунок 3.1,б) или емкостной (рисунок 3.1,в). Настройка на частоту принимаемого сигнала осуществляется перемещением коротко замыкающей перемычки или зонда.
Рисунок 3.1 –Схема входной цепи с коаксиальной линией: л — с автотрансформаторной связью; б — с трансформаторной связью; г ~ с емкостной связью
Рисунок 3.2 – Входная цепь дециметрового диапазона волн: а — конструкция (1 — зонд); б—принципиальная схема
Коаксиальные резонаторы по сравнению с обычными контурами обладают рядом важных достоинств: высокой добротностью (Q= 10 000), стабильностью, механической прочностью, хорошим экранированием.
В качестве примера на рисунок 3.2 показаны конструкция и принципиальная схема входного устройства дециметровых волн. Колебательная система (т. е. входной контур) выполнена в виде короткозамкнутой четвертьволновой (l<λ/4) коаксиальной линии. Принимаемый сигнал из антенны по коаксиальному кабелю поступает в резонатор (Р). Связь кабеля с резонатором — автотрансформаторная. Подбором точки подключения центральной жилы кабеля к внутреннему проводу резонатора (точка А) производится согласование антенного кабеля с резонатором. Подстройка резонатора на рабочую частоту осуществляется изменением емкости резонатора с помощью винта (зонда 1).
Сигнал с резонатора снимается с его внутреннего провода через емкостной делитель С1, С2. Составление и анализ эквивалентных схем таких входных цепей выполняются так же, как и для описанных выше. С целью получения лучшей избирательности входной цепи могут применяться двухконтурные фильтры на слабо связанных коаксиальных резонаторах.
3.2 Входные цепи сантиметрового диапазона волн
В диапазоне сантиметровых волн в качестве резонансных систем в некоторых случаях применяют объемные (полые) резонаторы, но чаще — полосковые линии и железоиттриевые монокристаллы.
Рисунок 3.3 – Входная цепь сантиметрового диапазона волн
Для передачи энергии используются прямоугольные или полосковые волноводы. Полый резонатор представляет собой замкнутый объем прямоугольной, кубической или цилиндрической формы.
На рисунок 3.3 показана конструкция входной цепи с прямоугольным резонатором. Энергия радиосигнала от антенны по прямоугольному волноводу 1 подводится к объемному резонатору 3 и поступает в него через щель 2. Сигнал возбуждает электромагнитные колебания с частотой, определяемой геометрическими размерами резонатора. Настройка резонатора на рабочую частоту осуществляется изменением емкости с помощью зонда 4. Из резонатора энергия радиосигнала выводится через диафрагму связи 5 «и поступает в волновод 6. Отсюда сигнал подается на вход первого каскада с помощью штыря 7. Связь с первым каскадом регулируют перемещением коротко замыкающего плунжера 8. Для улучшения избирательности входной цепи применяются двухзвенные фильтры.
На более высоких частотах во входных цепях используют полосковые линии. На рисунок 3.4,а показана микро полосковая линия, изготовленная по тонкопленочной технологии (на изоляционную подложку наносятся проводящие полоски одновременно с элементами принципиальной схемы и транзисторами). Входная цепь на рисунок 3.4,а является трехзвенным фильтром, состоящим из отрезков полосковой линии длинойl = λ/2.
На рисунок 3.4,б приведена эквивалентная схема этого фильтра. Каждая пара полосок в совокупности с промежутком между ними эквивалентна параллельному колебательному контуру, а каждая полоска — последовательному контуру 2 и 4. Таким образом получается система трех параллельных контуров 1, 3, 5, связанных звеньями последовательных контуров. Входной сигнал от антенны подводится к первой полоске, а с последней подается на вход первого каскада усилителя.
Входные устройства на полосковых линиях имеют малые габаритные размеры, хорошие характеристики, но не экранированы от внешних наводок и не обладают достаточной электрической прочностью.
На более высоких частотах, где полосковые резонаторы не обеспечивают достаточной избирательности, применяют резонансные устройства на железоиттриевых гранатах (ЖИГ), позволяющих получить эквивалентную добротность до 10 000. Железоиттриевый гранат представляет собой монокристалл сферической формы, к которому подводится сигнал СВЧ. Перпендикулярно полю СВЧ на монокристалл действует магнитное поле, в результате в кристалле возникает резонанс. При этом кристалл оказывается эквивалентным параллельному резонансному
Рисунок 3.4 –Входная цепь сантиметрового диапазона волн на полосковых линиях: в — топология; б — принципиальная схема
контуру. Резонансная частота ЖИГ пропорциональна напряженности магнитного поля. Изменяя напряженность внешнего магнитного поля, можно изменять частоту резонанса ЖИГ, осуществляя тем самым электронную настройку.