Проектирование радиоприемных устройств. Под ред. Сиверса А.П. 1976г

ляющей выходной проводимости ГДГ равен волновой проводимости линии 1/IF. Реактивная же составляющая выходной проводимости ГДГ должна быть скомпенсирована равной ей по величине и обрат­ ной по знаку проводимостью шлейфа, откуда и определяется длина шлейфа /шл.

Длины отрезков линии I и /шл обычно определяют эксперимен­ тально, поскольку основные параметры эквивалентной схемы ис­ пользуемого ДГ (/?г, Сг, Гпосг), как правило, неизвестны: в пас­ портные параметры промышленно выпускаемых ДГ они не входят.

Рис. 8.15. Пример построения эквивалентной схемы генератора на диоде Ган­ на с последовательным включением варактора для перестройки частоты.

Стабилизирующая цепочка /?ст, СС1 в цепи питания ДГ (рис. 8.15) служит для предотвращения низкочастотных колебаний в цепи ис­ точника питания. Резистор 7?огр ограничивает ток в цепи варактора до пренебрежимо малой величины. При отрицательном смещении t/0B этот ток обусловлен детектированием СВЧ мощности, генерируе­ мой в ГДГ и частично рассеиваемой в варакторе. Разделительный СВЧ конденсатор Сра3 (см. § 3.4) изолирует цепи питания варактора по постоянному току от внешней СВЧ цепи ГДГ.

Пример конструкции микрополосковой платы ГДГ, выполнен­ ного по схеме рис. 8.15, приведен на рис. 8.16. Важным требованием при конструировании ГДГ является обеспечение эффективного теплоотвода от тепловыделяющего вывода диода Ганна (катода). В противном случае подводимая к диоду и рассеиваемая в нем мощ­ ность постоянного тока Ро = 2... 10 Вт (£/яомг « 6... 12 В, /р , — = 0,15. ..1,2 А) может привести к недопустимому перегреву или даже выгоранию весьма малого объема полупроводниковой структуры ДГ. В качестве теплоотводящих материалов обычно используют медь или алюминий, при этом стремятся к тому, чтобы поверхность теплоотвода, в качестве которой нередко используют корпус ГДГ, имела достаточное число пазов и ребер,

362

Диапазон электрической перестройки частоты ГДГ, обус­ ловленный изменением емкости варактора ЛСпера = Сперв тах —

— Саер в Ю1п при изменении напряжения на нем (70в, зависит от от­ носительной величины этого изменения емкости:

V ’ (^пер в max Спер в mln)/(Cnep в так 4" ^дер в mln) (8.42)

и от степени связи емкости Сперв с колебательным контуром генера­ тора, Эту степень связи можно характеризовать величиной СВЧ

РвЫХ

Т4

Рис. 8.!6. Пример топологической схемы и конструкции платы микрополоскового ГДГ с варакторной перестройкой частоты:

9 — пленочная перемычка на корпус по торцу подложки; 10 — развязывающий СВЧ режекторный фильтр, состоящий из высокоомных и разомкнутых низкоомных А/4-отрезков МПЛ (см. рис, 5.32).

мощности Рв, рассеиваемой в сопротивлении гп00Б варактора за счет общей мощности Рг, генерируемой диодом Ганна. Таким образом, выходная мощность ГДГ равна Ргвых = Рг — Ръ-

Зависимость диапазона перестройки от указанных факторов имеет вид

учета варактора.

363

Таблица 8.4

Отсюда следует, что для получения широкого диапазона Д/эл не­ обходимо использовать высокодобротный варактор при низкой доб­ ротности контура генератора QB0. К тому же результату приводит увеличение связи варактора с контуром генератора (т. е. увеличение рассеиваемой в нем мощности РЕ) при одновременном увеличении

а добротность Qs = 10...30 при /г = 10 ГГц. Добротность контура <?но часто имеет величину того же порядка, что и добротность QB. Поэтому если принять, что РЕ = Ргвых, QHo ~ Qb, 9 ~ 1 и у = 0, 4, то по формуле (8.43) получим Д/эл//г0 = 20%. На основе таких расчетов можно определить, насколько мощность Рг, генерируемая ДГ, должна быть больше Рг вых для получения заданного диапазона Д/ал при известных параметрах варактора.

Выходная мощность ГДГ сантиметровых волн—от десяти до не­ скольких сотен милливатт, миллиметровых — от единиц до ста милливатт. Диапазон электрической перестройки частоты варакто­ ром Д/эл //г0 получен от единиц до 10,..15%, при этом значительная часть мощности, генерируемой диодом Ганна (приблизительно от четверти до половины), рассеивается в варакторе.

В случаях, когда требуется получить линейную зависимость перестраиваемой частоты /г от управляющего напряжения (тока) и еще более широкий диапазон Д/эл, вместо электрической перестрой­ ки варакторбм используют магнитную перестройку с помощью резонатора на ЖИГ-сфере (см. рис. 4.32). В последнем случае диод Ганна связывают с внешней нагрузкой через ЖИГ-резонатор. Ме-

.364

Таблица 8.6

Особенность ЛПД заключается в том, что его источник питания должен быть источником стабилизированного тока, а не стабилизи­ рованного напряжения, как у других типов гетеродинов. Связано это с тем, что ЛПД работает на участке лавинного пробоя, где небольшие изменения напряжения питания приводят к значитель­ ным изменениям тока.

Всвязи со сходством эквивалентных схем и конструкции ДГ

иЛПД схемы, конструкции и методы перестройки частоты ГЛПД аналогичны используемым в генераторах Ганна (рис. 8.14).

Пример топологической схемы микрополоскового ГЛПД сфиксированной настройкой частоты, используемого в качестве генератора накачки ППУ, показан на рис. 5.31, б.

Выходная мощность ГЛПД обычно больше, чем у ГДГ. В одно­ диодных ГЛПД Рг вых « 50...500 мВт на сантиметровых волнах и Рг пых ~ 50...100 мВт на миллиметровых. При использовании не­

скольких диодов в одном ГЛПД выходная мощность существенно возрастает. Напряжение и ток питания различных типов ЛПД в ос­

Существенной особенностью ГЛПД, в ряде случаев ограничиваю­ щей возможность его применения, является высокий уровень его флюктуационного шума, обусловленного влиянием процессов удар­

приблизительно на 15—25 дБ/Гц больше, чем у отражательных кли­ стронов в том же диапазоне. Уровень частотного шума ГЛПД приблизительно на 20—40 дБ выше, чем у клистронов. Из-за повы­ шенного уровня шума применять ГЛПД в качестве гетеродина ма­ лошумящего приемника обычно нецелесообразно. Благодаря боль­ шой выходной мощности его часто используют в качестве генерато­ ра накачки ППУ [6]. Повышенный уровень шума ГЛПД не ухудшает коэффициент шума двухконтурного ППУ,

366

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Радиотехнические схемы на транзисторах и туннельных диодах. Под ред. Р. А. Валитова. М., «Связь», 1972, Авт: Г. П. Балан, В. Я. Баркин,

Р.А. Валитов и др.

2.Дробов С. А., Бычков С. И. Радиопередающие устройства. М., «Сов. радио», 1969.

3.Плонский А. Ф., Медведев В. А., Якубец-Якубчик Л. Л. Транзистор­

ные автогенераторы метровых волн, стабилизированные на механических гармониках кварца. М., «Связь», 1969.

4.Блекуэлл Л. А., Коцебу К. Л. Параметрические усилители на полу­ проводниковых диодах. Пер. с англ. Под ред. А. Н. Выставкина. М., «Мир»,

1964.

5.Клич С. М. Проектирование СВЧ устройств радиолокационных прием­ ников. М., «Сов. радио», 1973.

6.Руденко В. М., Халяпин Д. Б., Магнушевский В. Р. Малошумящие входные цепи СВЧ приемных устройств. М., «Связь», 1971.

7.Стерцер. Усилители и генераторы на эффекте переноса электронов (ганновские) в технике СВЧ. — В кн: Полупроводниковые приборы СВЧ. Под ред. Ф. Брэнда. Пер. с англ. М., «Мир», 1972.

8.Колосов М. В., Перегонов С. А. СВЧ генераторы и усилители на полупроводниковых приборах. М., «Сов. радио», 1974.

9

ДЕТЕКТОРЫ И ОГРАНИЧИТЕЛИ АМПЛИТУД ПРИЕМНИКОВ

8.1.АМПЛИТУДНЫЕ ДЕТЕКТОРЫ

Втранзисторных приемниках для детектирования непрерывных амплитудно-модулированных (AM) сигналов используют диодные и транзисторные детекторы. Диодные полупроводниковые детекторы

Рис. 9.1. Последовательная (а) и параллельная (б) схемы амплитудного диод­ ного детектора.

могут иметь как последовательные (рис. 9.1, а), так и параллельные схемы включения (рис. 9.1, б). Предпочтительны последовательные детекторы, имеющие относительно большое входное сопротивление.

367

Параллельные детекторы применяют лишь тогда, когда контур по­ следнего каскада УПЧ находится под напряжением питания и сиг­ нал на детектор передается через разделительный конденсатор. Обычно диодные полупроводниковые детекторы работают в режиме

При расчете детектора исходными являются

—промежуточная частота /ц;

—напряжение несущей на входе детектора Ua вх;

—эквивалентная проводимость контуров последнего каскада

УПЧ Gn;

—максимальный коэффициент модуляции /тггаах (обычно пола­ гают тгаах « 0,8);

—диапазон модулирующих частот от Fmin до Fraax и коэф­ фициенты Л4Н и Мв частотных искажений на этих частотах (обычно 1,05...1,2);

Выбирают германиевые или кремниевые диоды с малым внутрен­ ним сопротивлением Rif малой емкостью Сд и большим обратным сопротивлением Ro6p (например, Д2Б, Д9Б, ДЮ и др.). Параметры некоторых типов диодов даны в приложении 1.

Определяют Rt и RoCo выбранного диода по данным прило­ жения 1.

Определяют требуемое входное сопротивление детектора

затухание того же контура без учета действия детектора. В узкопо­ лосных УПЧ надо брать d-Jd < 1, 2; в широкополосных УПЧ d3 должно удовлетворять требования обеспечения полосы пропуска­ ния последнего каскада УПЧ.

Подсчитывают сопротивление нагрузки:

с учетом обратного сопротивления диода. Заметим, что формулы (9.2) — (9.4) справедливы при Ra > Rh Если согласно (9.4) полу-

368

чают RH < 200 кОм, то надо взять RH = 200 кОм и выбрать авто­ трансформаторное подключение детектора к контуру с коэффициен­ том включения

Рис. 9.2. Зависимость коэффициента передачи и динамического внутреннего сопротивления /?(д диодного детектора от отношения Ra/Ri.

и допустимых частотных искажений

где Rsn — динамическое внутреннее сопротивление детектора, оп­ ределяемое из рис. 9.2. Из значений Са, полученных по формулам (9.6) и (9 7), выбирают меньшую величину.

Находят коэффициент передачи детектора Кя по графику рис. 9.2.

Рассчитывают сопротивления:

R, = 0,5 (I — шюах) RB + V0,25 (1 — mrnax)2 RH8 4- (1 — mmax) RH Ro ma~

(9.8)

где R6 max — максимально допустимое сопротивление в цепи базы следующего транзистора, и

369

где Fmax и Rg выражены в килогерцах и килоомах соответственно,

370

4

коэффициенты а = 3...4, в — 0,25...0,33 при Сд вх — 0,1...0,15 В, причем с уменьшением Сд вх — а увеличивается, в — уменьшается.

Выбирают сопротивление Rx = 0,5... 1 кОм.

Рис. 9.4. Схема последовательного диодного детектора радиоимпульсов.

Расчет детектора радиоимпульсов

Для детектирования радиоимпульсов, т. е. для преобразования их в видеоимпульсы, используют последовательные диодные детек­ торы, выполненные по схеме, приведенной на рис. 9.4. Отрицатель­ ное напряжение видеоимпульсов с выхода детектора поступает на ограничитель, в качестве которого служит 1-й каскад видео­ усилителя с ОЭ. В этом каскаде сигналы ограничиваются за счет отсечки коллекторного тока. В таких детекторах используют гер­ маниевые диоды.

Емкость конденсатора нагрузки берут равной

371