Учебное пособие 800309

раскрывах параболических антенн, осуществляется регистрация радиоголограмм и радиоизображений.

Недостатком устройства является сложность конструкции управляемого пассивного рассеивателя и его инерционность, обусловленная ударным механизмом генерации неравновесных носителей заряда и необходимостью их рекомбинации.

1.3. Управляемый пассивный рассеиватель «диод – диполь»

Управляемый пассивный рассеиватель «диод – диполь» состоит из диполя, в разрыв которого включен полупроводниковый диод, на который подается управляющее напряжение. Схема управляемого пассивного рассеивателя такого типа изображена на рис. 7.2.

При подаче напряжения прямого смещения на

полупроводниковый диод его сопротивление переменному току наводимому внешним полем уменьшается и два четверть волновых плеча вибратора замыкаются, образуя полуволновый вибратор.

При подаче напряжения прямого смещения на полупроводниковый диод его сопротивление переменному току, наводимому внешним полем, уменьшается и два четверть волновых плеча вибратора замыкаются, образуя полуволновый вибратор.

Управляемый пассивный рассеиватель в виде диодадиполя осуществляет достаточно большую глубину амплитудной модуляции сигнала посредством управления его

91

состоянием напряжением, приложенным к диоду. Последнее обстоятельство позволяет значительно снизить инерционные свойства управляемого пассивного рассеивателя и осуществлять модуляцию сигнала на высоких частотах, а также строить многоэлементные коммутируемые системы для регистрации пространственного распределения полей и их обработки.

1.4. Газоразрядный пассивный рассеиватель

Газоразрядный управляемый пассивный рассеиватель представляет собой газоразрядный прибор – лампу тлеющего разряда ТН – 0,2, имеющую оксидированный катод в форме круглого диска и анод в виде незамкнутого никелевого кольца. Стеклянный баллон заполнен пенинговой смесью неона и аргона (99% Ne, 1% Ar). Небольшая примесь Ar служит для понижения напряжения зажигания и горения разряда. При подключении этого прибора к источнику тока в нем появляется газоразрядная плазма, концентрация которой зависит от величины тока протекающего через прибор.

При падении электромагнитного поля на плазменный слой часть его отражается, другая же часть, проходя плазменный промежуток, испытывает в общем случае изменение как амплитуды, так и фазы. При изменении величины тока через прибор во время облучения электромагнитным полем меняются электродинамические параметры плазмы, и сигнал, переизлученный от прибора, модулируется по фазе.

Схема экспериментальной установки для исследования характера и величины модуляции переизлученного прибором сигнала приведена на рис. 7.3.

Сигнал от генератора 1 проходит через вентиль 2, измерительную линию 3 и через открытый конец волновода 4 падает на плазму газоразрядного прибора. Концентрация плазмы регулируется величиной тока, который приходит через прибор ТН-0,2 5 от источника тока 6. В зависимости от

92

концентрации плазмы меняется ее диэлектрическая проницаемость, а значит и комплексный коэффициент отражения для поступающего сигнала. Изменение амплитуды отраженного сигнала при различном значении тока через прибор определяется через коэффициент стоячей волны (КСВ), который определяется с помощью измерительной линии 3. Изменения фазы фиксируются по положению (максимума) стоячей волны измерительной линией 3.

Рис. 7.3. Схема измерения амплитуды и фазы сигнала, отраженного от прибора ТН-0,2

На рис. 7.4 приведены графики изменения относительной амплитуды и фазы сигнала, отраженного от газоразрядного прибора при различных значениях тока.

Цифрами обозначены:

1– относительное изменение амплитуды,

2– изменение фазы на частоте 9,34 Ггц,

3– изменение фазы на частоте 75 Ггц.

93

Рис. 7.4. Экспериментальная зависимость относительного изменения амплитуды и фазы отраженного сигнала от тока, протекающего через газоразрядный прибор

Как видно из этих экспериментальных кривых относительное изменение амплитуды сигнала составляет несколько процентов, т.е. амплитуду в сигнале можно считать практически постоянной. Фаза сигнала претерпевает существенные изменения. Так, на частоте сигнала 9,34 ГГц при изменении тока от 0 до 10 мА фаза сигнала меняется от 0 до 480. На частоте 75 ГГц при изменении тока от 0 до 14 мА фаза сигнала меняется от нуля до 250.

Таким образом, если изменять значение тока через газоразрядный прибор во времени, то отраженный сигнал приобретает фазовую модуляцию с индексом, который зависит от параметров прибора и амплитуды тока, протекающего через прибор.

94

Экспериментальная установка для проверки фазовой модуляции сигнала с помощью переменного тока изображена на рис. 7.5. Цифрами обозначены:

1 – генератор сигнала,

2 – вентиль,

3 – направленный ответвитель,

4 – направленный ответвитель,

5– рупорный излучатель,

6– аттюнюатор,

7– фазовращатель,

8– мостовое соединение,

9– детектор,

10– селективный усилитель,

11– измерительный прибор,

12– газоразрядный прибор,

13– генератор низкочастотного сигнала,

14– источник постоянного напряжения.

Рис. 7.5. Схема определения эффективности модуляции сигнала газоразрядным прибором.

95

Сигнал от высокочастотного генератора 1 через ферритовый вентиль 2 поступает через направленный ответвитель 3 в канал опорной волны и в рупорный излучатель 5. Электромагнитное поле от рупорного излучателя падает на газоразрядный прибор 12. Через газоразрядный прибор проходит ток от источника напряжения 14 и генератора низкочастотного сигнала 13. Под действием этих источников электрического тока в газоразрядном приборе зажигается плазма, которая меняет свою концентрацию синхронно с частотой генератора низкочастотного сигнала. Электромагнитная волна отражается от газоразрядного прибора, приобретает фазовую модуляцию с частотой, определяемой генератором низкочастотного сигнала. Отраженная промодулированная волна вновь принимается рупорной антенной 5 и через направленный ответвитель 4 поступает в волноводный мост 8, где складывается с опорным сигналом, и эта сумма поступает на детектор 9, а с его выхода на селективный усилитель 10.

На рис. 7.6 представлены графики зависимости нормированной амплитуды сигнала от амплитуды тока протекающего через газоразрядный прибор. В качестве нормирующего напряжения выбран уровень шумового напряжения на выходе селективного усилителя 10. Как видно из этого графика, сигнал уверено выделяется на фоне шумов с отношением сигнал – шум до 400 единиц. Кроме этого, из графика видно, что с увеличением амплитуды тока уровень сигнала растет, поскольку растет индекс модуляции отраженного сигнала. Как и следовало ожидать, на частоте 75 ГГц амплитуда сигнала меньше, поскольку индекс модуляции отраженного сигнала меньше (см. рис. 7.4).

96

Рис. 7.6. Зависимость относительной амплитуды сигнала на выходе приемника от амплитуды тока через газоразрядный прибор

На рис. 7.7 приведены графики зависимости нормированной амплитуды сигнала от частоты тока протекающего через газоразрядный прибор. Измерения выполнены по схеме рис.1.4 при изменении частоты генератора 13 и перестройке резонансной частоты селективного усилителя 10, а также при изменении амплитуды тока, протекающего через газоразрядный прибор.

Как видно из графика рис. 7.7, начиная с частот в 10 кГц, амплитуда сигнала уменьшается и на частотах более 60 кГц становиться малой. Эта зависимость свидетельствует об инерционных свойствах фазового модулятора на газоразрядном приборе.

97

Рис. 7.7. Зависимость амплитуды сигнала на выходе приемника от частоты, при различной амплитуде переменного тока

Результаты экспериментальных исследований показывают, что плазма газоразрядного прибора осуществляет фазовую модуляцию переизлученного сигнала. Величина индекса модуляции зависит от тока, протекающего через газоразрядный прибор. С ростом тока индекс фазовой модуляции сигнала растет. Для прибора ТН – 0,2 максимальное значение изменения фазы составляет 480 при токе 10 мА, индекс модуляции составляет 0,84.

1.5.Пассивный рассеиватель «диод – диполь», осуществляющий фазовую модуляцию

Возможны два варианта построения пассивных рассеивателей «диод – диполь», осуществляющих фазовую модуляцию:

1)в сочетании с короткозамкнутым отрезком волновода;

2)снабженный рупорным излучателем, в котором на некотором расстоянии от короткозамкнутой нагрузки располагается полупроводниковый, управляемый внешним напряжением, диод (рис. 7.8)

98

Управляемая нагрузка расположена на расстоянии четверть длины волны от короткозамыкателя.

При приложении напряжения прямого смешения сопротивление диода резко уменьшается и отражение в волноводе происходит от точки включения диода. При приложении напряжения обратного смешения сопротивление диода резко возрастает, и отражение

сигнала происходит от короткозамкнутой нагрузки волновода. Из-за разностей путей отражения переизлученный сигнал становится фазоманипулированным. В тоже время в подобных структурах управляемых пассивных рассеивателей возможно получение и фазомодулированных сигналов.

1.6.Поляризационный модулятор

Взаключении рассмотрим две конструкции поляризационных модуляторов.

Поляризационный модулятор, представленный на рис. 7.9, состоит из двух скрещенных диодов-диполей, отстоящих друг от друга на расстоянии в четверть длины волны, оси которых ортогональны.

В зависимости от амплитуды и фазы приложенных напряжений управления к каждому диоду-диполю отраженное электромагнитное поле меняет положение вектора напряженности электрического поля в пространстве.

На рис. 7.10 представлен поляризационный модулятор, состоящий из короткозамкнутого отрезка волновода соединенного с рупорным излучателем. Внутри отрезка

поворачивающее плоскость поляризации падающего поля. Поворот плоскости поляризации осуществляется за счет изменения напряженности продольного магнитного поля с помощью источника тока.

100