книги из ГПНТБ / Капышев, В. И. Радиопередающие устройства сверхвысоких частот [учеб. пособие]

1 2 9

Р и с .4 ,1 3 , Искажения импульсов колебаний выходного сигнала при больших спадах'(I) и пульса­ циях вершны импульса анодного напряжения (б)

Из рис.4,13 видно, чвО’ если во время действия модулирующе­ го импульса анодное напряжение амплитронй превышает напряже­ ние срыва Ua , то процесс усиления прекращается и на выходе амплитрона действуют интенсивные шумовые колебания. Напряжение срыва усиления в амплитроне соответствует такому анодному напряжению ыногорезонаторного магнетрона, при котором происхо­ ди^ переход на другие виды колебаний. Искажения и срыв усиления зависят от добротности колебательной системы амплитрона. При большой добротности и больших пульсациях чаще происходит срыв

усиления.

I

5. Особенности применения амплитрона

При построении передающего устройства на амплитроне необхо­ димо прежде всего учитывать его свойство '‘прозрачности", т .е, отсутствие заметного затухания сигнала при прохождении.через амплитрон.

130

Указанное свойство амплитрона позволяет управлять колеба­ ниями СВЧ на низком уровне мощности. Кроме того, во всей рабочей полосе частот передатчик может работать, на пониженной мощности. OB'предыдущего каскада усиления или генератора. Оконечный каскад в этом случае является пасоизным элементом высокочастотной линии передачи.

Малое затухание холодного амплитрона позволяет сравнительно просто осуществлять резервирование передатчика. Основной и ре­ зервный амшштраны в этом случае могут бить включены последова тельно, а коммутация перехода с основного усилителя на резерв­ ный и обратно осуществляется путем подачи анодного; напряжения только на рабочий комплект.

При использовании амплитрона свойство прозрачности наклады­ вает определенные требования к элементам межкаокадных развя­ зок.

Это вызвано тем, что значительная’мощность колебаний отра­ женной волны от нагрузки каждого амплитрона может оказать существенное влияние на предыдущий каскад. Так, например, если предполагается работа амплитрона на нагрузку с КСВН=1,Э-1,5 , а внутреннее согласование вывода энергии с замедляющей систе­ мой такое, что КСВН не превышает 1,15-1,3 в полосе рабочих частот, то мощность колебаний отражение® млиы может достигать величины порядка 4-6# относительно уровня выходной мощности.

Отраженная волна, распространяясь без существенного затуха­

болыиих,отраженная волна соизмерима о входной мощностью, что вызывает искажения усиливаемого сигнала как по амплитуде„ так и по фазе. Малая развязка между входом и выходом амплитрона приводит к существенному влиянию на устойчивость предыдущего усилителя-(или генератора). При этом зависимость фазы (часто­ ты) и мощности от параметров нагрузки сильно возрастает. Поэтому при использрвании амплитрона в усилительной цепочке обязательными являются межкаскадные элементы развязки, обла­

131

дающие вентильными свойствами (ферритовые вентили). На практик ке чаще находят применение ферритовые вентили о обратима эатуханием 15-25 дб.

Величина обратного затухания зависит от требований, предъяв­ ляемых к стабильности выходной мощности и фазы. Причем для по­ лучения высокой стабильности фазы выходного сигнала может потребоваться большая величина обратного затухания,

б. Принцип действия и чаототные характеристики стабилитрона

ПлатИиОтрон, как любой другой усилитель, кокет быть переве­ ден в автоколебательный режим путем создания дополнительной цепи обратной связи. Включение в цепь обратной связи платинотрона высокодобротного резонатора позволяет получить автогене­ ратор (стабилотрон), обладающий весьма высокой стабильностью частоты.

Конструктивно стабилотрон выполняется ц. виде платинотрона, выходной тракт которого имеет специальные элементы для осу­ ществления внутренней обратной связи по отраженной волне.Вход­ ной тракт стабило.трона нагружен на высокодобротный стабилизи­ рующий резонатор. Стабилизирующий резонатор включается парал­ лельно линии передачи. Для обеспечения широкополосной работы стабилотрона в цепь обратной связи введен переменный фазовра­ щатель. В качестве отражающего элемента может быть использова­ но металлическое кольцо, создающее небольшую неоднородность в коаксиальном элементе, емкостная или индуктивная диафрагма в случае применения волноводного тракта либо неоднородность в виде рассогласованного с замедляющей системой вывода высоко­ частотной энергии.

Ср стабилизирующим резонатором связана поглощающая нагрузка, назначение которой заключается в поглощении энергии нежелатель­ ных видов колебаний, частота которых существенно отличается от частоты резонатора.

■ Принципиально работа стабилотрона может быть представлена следующим образом (рис.4 .1 4 ,б). Пусть на выходе платинотрона появился шумовой сигнал. Часть мощности этого сигнала отражает-

1зг

ся от отражающего элемента и начшда-даигаться в обратной направлении. Эта отраженная мощность проходит без затухания через замедляющую систему платинотрона, фазовращатель и попа­ дает на вход резонатора.

Включенный параллельно линии передачи резонатор создает в точ­ ках 1-1 линии передачи максимальный коэффициент отражения на собственной резонансной частоте (ри с,4 .1 5 ).Отраженная волна частот^поступает на вход платинотрона, усиливается, как в амплитроне, и вновь попадает на отражающий элемент, коэффициент отражения которого не зависит от частоты. Далее часть этой

Рис.4.15. Зависимость фазового сдвига и коэффициента отражения линии передачи в месте подключения резонатора

Таким образом, цепь обратной связи оказывается замкнутой. При этом положительная обратная связь будет обеспечиваться

хзз лить на частоте /о первоначального шумового оигнала, на ко­ торую настроен объемный резонатор.

Очевидно, что в стационарном режиме стабилотро.иа должны выполняться условия баланса амплитуд и фаз.

Условия баланса амплитуд и оамозозбукдения очевидны из рассмотрения принципиальной схемы стабилотрона (рис.4 .1 4 ,б):

Выполнение условия (4.7) достигается подбором величины коэффициента отражения отражающего: элемента fo .

Условие, баланса фаз на частоте возбуждения может быть записано в виде

fc/V- фазовый одвиг в фазовращателе;

\$агр- сдвиг фазы, ооэдаэаемый отражающим элементом;

Аналогично

характеристики стабило трона.

Учитывая, что. крутизна суммарной фазочастотной характерис­ тики определяется крутизной фазочастотной характеристики стабилизирующего резонатора, т .е .

стабилизации необходимо увеличивать добротность стабилизирующе­ го резонатора Qu . Величина йн для реальных стабилотронов колеблется от 200 до 1000, Отношение Se/fo составляет около 0,02-0,06. Практически достигаемое значение коэффициента стабилизации составляет 50-100.

Значительное увеличение добротности стабилизирующего резо­ натора ограничивается электрической прочностью линии, соеди­ няющей резонатор с платинотроноы, элементами связи линии с резонатором, длительностью импульса (шириной спектра), требова­ ниями к. выходной мощности и коэффициенту полезного действия.

136

Следует отметить, что при малой длительности импульса , получить высокий коэффициент, стабилизации трудно. Допустимая величина добротности нагружаемого, стабилизирующего резонатора слабило трона, работающего в импульсном режиме, может быть оценена из соотношения

Он < М2

Для повышения стабильности частоты стабилотрона необходимо принимать меры, ограничивающие изменения, фазы (угла L? ) при различных изменениях режима свабилотрона. Существенные изме­ нения частоты могут быть обусловлены кегерметичностыэ стабили­ зирующего резонатора, т .е . изменением собственной частоты последнего, связанного главным образом с непостоянством темпе­ ратуры. Это объясняется тем, чт.о стабилизирующий резонатор, как правило, имеет высокую добротность и; крутую фазочастотную характеристику. В случае применения негернетизированнога стабилизирующего резонатора на его собственную частоту может оказывать влияние изменение атмосферного давления и влажность воздуха.

Изменение тока вызывает электронное смещение фазы пяатинотрона, обусловленное изменением условий взаимодействия электрон ного потока с высокочастотным полем, приводящее к электронному смещению частота (ЭСЧ). Связь ЗСФ и ЭСЧ определяется соотноше­

Одной из основных причин, вызывающих нестабильность часто­ ты (так же как и в магнетронах), является затягивание частоты внешней нагрузкой (4.5) (4 .II) ,

К.п.д. стабилитрона ниже, чем у амплитроиа, и составляет 20-40$.

Рабочие и нагрузочные характеристики стабилитрона имеют одинаковый с магнетроном характер изменения.

,7-. Особенности импульсной модуляциистабчдотрона

Время установления колебаний СВЧ в стабилитроне оценивает­

ся соотношением

1 \ 2 Он

Величина времениустановления колебаний в стабилогроне опреде­ ляет требования к скоро.сти нарастания анодного напряжения.

К №менту возбуждения основного вида колебаний необходимо иметь такую скорость нарастания анодного напряжения, чтобы этот видколебаний успел возбудиться, с другой стороны, нужно быстро пройти область напряжений, где возбуждаются нежелатель­ ные низковольтные виды колебаний.

При невыполнении первого условия, т .е . при быстром нараста­ нии напряжения, не согласованного с временем установления ко­ лебаний в стабилизирующей системе, в стабилотроне возбуждается высоковольтный вид колебаний. Кроме того, величина напряжения возбуждения основноговида колебаний возрастает при увеличении рабочей частоты. Это обстоятельство требует, чтобы участок переднего фронта модулирующего импульса с малой крутизной имел достаточный динамический диапазон.

Для обьедижния этих противоречивых требований к скорости нарастания фонта импульса необходимо формировать передний фронт-модулирующего импульса с переменной крутизной: большой на начальном участке и малой к началу возбуждения стабилотрона.

Форма модул!фующего импульса, обеспечивающая возбуждение основного вида колебаний в диапазоне частотпри сохранении оп­ тимальной выходной мощности,изображена на ри с.4.18. Здесь же показано изменение тока в импульсе. Основной вид колебаний на­

участка i-tit определяется временем возбуждения стабидотрона на каинизшей частоте диапазона. Напряжение Ui соответствует ииэкочастотному краю диапазона, а Оц ~ высокочастотному» К моменту ts процесс установлении колебаний закаичивается.

Рнс.4,18. Форма модулирующего импульса н тока стабилитрона

В простейшем случае цепочка ^ ^ , подключенная параллельно нагрузке, при определенных значениях R и С позволяет получить передний фронт модулирующего импульса стабидотрона переменной крутизны.

ЛИ Т Е Р А Т У Р А

1. Дробов С.А., Бычков С,И. Радиопередающие устройства. "Со­ ветское радио", 1963.

2.Основы'использования магнетронов. Под ред. Ю.Н. Хлопова. "Советское радио", 1967.

3.Бычков С.И., Буренин Н.И.,- Сафаров Р.Т. Стабилизация час­ тоты автогенераторов СВЧ. "Советское радио", 1969,

4. Минаев Ю . Стабильность фазы в широкополосном каскадном передающем устройстве СВЧ с внутриимпульсной частотной мо­ дуляцией. Материалы У1 НТК, посвященной Дню радио, Минск, 1968.

5. Верещагин Е.М. Модуляция в автогенераторах СВЧ. "Советское радио", 1972.

6.Минаев М.И. Многокаскадные передатчики сверхвысоких частот. МРТИ, 1972.