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

59

искажения (I -2°) на вершине усиливаемого нмпульоа.

В целях повышения стабильности фазы иногда питание коллек­ тора и опирали осуществляется от одного источника питания, так как приращение фазовых сдвигов, обусловленных изменениями этих напряжений, имеет разные знаки,

4 . Автогенераторы на лампах бегущей волны

Лампа бегущей волны может быть превращена в автогенератор СВЧ путем создания внутренней или внешней цепи обратной связи.

Наиболее чаото йопольэуетоя второй пу^ь. В этом случае имеется возможность построения на ЛЕВ управляемого ЧМ генера­ тора и комбинированного уОилителя-гецоратора на одной ЛЕВ,

Автогенератор о внешней обратной связью образуется путем замыкания входа и выхода ЛЕВ внешней петлей обратной связи (рис.2.10)? в петле уйтанавливается СВЧ контур, необходимый

для селекций рабочей чаототы, фазовращатель, служащий для ре­ гулировки величины обратной овяви генератора. Ответвление мощ­ ности в петли обратной связи производится о щэыощью ответвите­ ля*

Особенности работы Генератора на ЛЕВ, Врзмя прохождения сигнала в ЛЕВ ооотавляат наоколько десятков Периодов рабочей частоты. Вследствие этого в генераторе На ЛЕВ условие балвноа фаз

(2 Л З )

удовлетворяется одновременно ДЛЯ ряда частот, расположенных в полосе уоиления,

Где - одвиг фазы в ЛЕВ; У* - одвиг фазы в контуре;

& * 2 т - одвиг фазы л петле обратной связи; Nnulhl - электрические длины ламп и петли обратной

связи.

Эти чаототы расположены друг относительно друга о интерна-,

60

где $>г - время прохождения сигнала в замкнутой петле генератора;

R- целое число, равное отношению $г к периоду колебаний.

При г. лощи объемного резонатора происходит подавление нежела­ тельных чаотог, выделение требуемой чаототы и, при достаточно высокой' его добротности# стабилизация чаототы.

Рио.2.10. Блок-схема генератора на ЛЕВ: ОР - объемный^ резонатор; ФВ - фазовращатель; AJ - переменный аттенюа­ тор; НО - направленный ответвитель

При увеличении напряжения на опирали ЛЕВ увеличивается акорооть долны, проходящей по лампе, и уменьшается время про­ хождения , что приводит к увеличению частоты шл и пере­ мещению всей оетни частот л оТорону увеличения. В результате STOfo в полосу контура попадает частота йЛт-У , а частота irf/t емещаетой к верхнему крага полосы Контура. При некотором значе­ нии напряжения, когда условия баланса амплитуд для этих частот Сравняются, Произойдет скачок частоты Oln на более низкую час­ тоту Шп*) . Дальнейшее увеличение напряжения опять приведет

R увеличению частоты колебаний и повторному скачку частоты. В результате этого кривая перестройки частоты генератора на ЛЕВ будет Обстоять из ряда участков плавного изменения частоты, пе­ реход между ко"-фыл1И происходит скачкообразно (рис.2 .11).

где ttyx - -a'tctg ~jg ц ,

Q, - добротноать резонатора. .

Для малых расстроек &J стабильность частоты гаиерат&ру при изменении сдвига фазы в лампе определяется выражением

Из напряжений, питающих ЛЕВ, наиболее сильное воздействие на сдвиг фазы оказывает напряжение на спирали. Используя

(2. G) и (2.14), получим соотношение для стабильности частоты, обусловленное изменением ускоряющего напряжения

Аналогичным образом можно рассчитать отклонение частоты

готовлен из инвара, имеющего.весьма малый температурный коэф­ фициент линейного расширения, можно получить достаточно высокую стабильность частоты, обеспечивающую в ряде радиотехнических систем нормальную работу ее без применения автоматической под­ стройки частоты.

Кроме того, при использовании резонаторов из сверхпроводя­ щих материалов, имеющих добротность Q = 3*10^, возможно полу­ чить стабильность частоты, равную ХСГ^.

Частотная модуляция в автогенераторе на ЛЕВ о внешней об­ ратной связью. Автогенератор на ЛЕВ может работать как в непре­ рывном, так и л импульсном режимах. В обоих режимах возможно осуществление частотной модуляции. Частотная моДуляция может быть получена путем включения в цепь обратней связи электронно-

63

го фазовращателя, а такав подачей модулирующего напряжения на спираль дампы. В первою олучае изменяется сдвиг фазы в пет­

ле обратной овяви Ур , а во второй используется сильная зави­ симость фазы в лампе от напряжении спирали,

Раооыотриы частотную модуляцию ЛЕВ в непрерывной режиме, осуществляемую путем подачи модулирующего напряжения на опира­ ли лампы (рис. 2 , 1 2 .

В этом случае модуляция может осуществляться только на уча­

Так как входящие в уравнение ( -...С) изнананин сдвигов фаз определяются изменениями частоты колебаний, вызываемых измене­ ниями напряжения на спирали, то зто уравнение в неявной вида являетоя уравнением модуляционной характеристики генератора.

Модулирующее

напряжение

Очевидно, что искажения по второй гармонике могут быть скомпенсированы до нуля при условии, что в рабочей точке коэф­ фициент преобразования амплитудной модуляции в фазовую

так и по знаку регулировкой уровня мощности на входе ЛБВ. Эту регулировку, необходимую для компенсации искажений,

можно произвести путем изменения затухания петли обратной свя­ зи о помощью аттенюатора.

Из приведенных выше соотношэний следует, что для увеличе­ ния крутизны модуляционной характеристики и уменьшения нелиней­ ных искажений необходимо уменьшать добротность контура. Однако уменьшение добротности приводит к ухудшению селективных свойств контура. Выбор конкретного значения добротности контура будет определяться требованиями к величине нелинейных искажений.

Отметим некоторые особенности применения ЛБВ в схеме частотнонодулнрованкого гонератора. Поскольку модулирующий сигнал подается на спираль лампы, то емкость между спиралью и корпусом должна быть минимальной: обычно величина этой емкости состав­ ляет 10-20 пф. Ток спирали может составлять несколько миллиам­ пер, что накладывает определенные ограничения на величину со­ противления в цепи спирали, являющегося нагрузкой для модули­ рующего сигнала.

6b

Стабильности частоты генератора на ЛЕВ определяется ДОб- рртчоотыо и эталанноатью резонатора, а также вталоннортьв пет­ ли обратной связи и стабильцортью источников питания, При оптимальной выбранной доо'ротнооти контура, наготовленного, например, из стали, температурная стабильность частоты генератора при изменении температуры в диапазона +30° соотавит величину порядка 10 “^,

В ряда современных радиотехнических оистем, например в радиолокационных станциях о оптимальной обработкой сигнала, попользуются импульсные оигналы о линейной частотной модуля­ цией, На рио.В.ХЙ приведена блок-схема импульсного чаотоТномодувированногО генератора на ЛЕВ.

Рис.2.13, Блок-схема импульсного ЧМ генератора' на ДЕВ; Ф - фильтр} ЭФВ - электронный фазовращатель) АТ - -аттенюатор; НО - направленный ответвитель; ГШ - подмоду­ лятор; М - модулятор; ФУ - устройство, формирующее напряжение пилообразной формы

Назначение большинства элементов схемы генератора было рассмотрено выше. Электронный фазовращатегь и формирующее уст­ ройство обеспечивают изменение сдвига фазы в цепи обратной свя­ зи по линейному закону. В качестве электронного фазовращателя может быть использован либо полупроводникрвегй, либо ферритовый фазовращатель СВЧ, каждый из которых, может обеспечить линейновозрастающий фазовый сдвиг 60 - 10 0 градусов.

'66

Принцип работа схемы, чслользуйщей полупроводниковый фа­ зовращатель, Поясйяётой ВрёМенНыМИ диаграммами, приведённый!! на рио.2Д 4.

Рйо.2.14. Временные диаграммы напряжений, фазы и Частоты генератора

При подаче на первый анод модулирующего импульса («■* ) генератор возбундаетоя На собственной частоте, определяемой параметрами лампы и цепи обратной связи. Синхронизирую*^ им­ пульсы о подмоЛулятора подаютоя на вход формирующего уотройства, вырабатывающего напряжение, изменяющееся по линейно­ му закону, которое в свою очередь вызывает изменение фазы в линии обратной овяэи о помощью полупроводникового фазовращате­ ля по линейному закону (в ).

5. Комбинированное использование ЛЕВ в . передающих устройствах

Широкая полоса частот, усиливаемых ЛЕВ, позволяет иополь^о- ватв^для односменного усиления двух и более СВЧ сигналов,раз­ несенных друг относительно друга настолько, чтобы обеспечить

67

необходимую степень раофильтровки. Возможность одновременного усиления нескольких сигналов позволила создать схему с много­ кратным использованием ЛЕВ (рис.2.15).

*

В этой схеме однократно усиленный сигнал СВЧ отражается от выходного полосового фильтра &», расстроенного относительно входной частоты, и через фильтр попадает на смеситель СМ. Здесь с помощью гетеродина Г производится сдвиг частоты на несколько процентов от*несущей. Преобразованный сигнал вновь проходит через фильтр на вход ЛБВ, где вновь усиливается, и через выходной фильтр попадает в нагрузку, для каждой дополни­ тельной кратности необходимо добавлять смесите*^ с двумя фильт­ рами, а гетеродин может быть общим.

Схема многократного усиления на ЛЕВ позволяет также полу­ чить выигрыш по потребляемой мощности ji надежности аппаратуры по сравнению со схемой, в которой последовательно включается большое число каскадов.

Однако в этих схемах необходимо тщательно подбирать режим работы ЛБВ для обеспечения минимальных взаимных помех усили­

искусственных спутниках Земли, гдо экономичность и надежность применяемых схом являетоя основным фактором.

В последнее время для повышения стабильности частоты в схеме передатчиков со сдвигом частоты стали широко использоватьоя гетородины СВЧ, стабилизированные при помощи кварца.

Выходные мощности этих гетородинов для обеспечения нормаль­ ного режима работы мощного омеситадя должны составлять несколь­ ко десятков милливатт. Поскольку в таких гетеродинах исполь­ зуются многокаскадные умножители частоты о малым общим к .п .д .,тв для получения необходимой выходной мощности на входы умножите­ лей должны подаваться мощности в несколько ватт, а в каскадах умножителей должны использоваться мощные СВЧ диоды или транзис­ торы.

Задача создания мощного стабильного сигнала значительно облегчается (а потребление мощности снижается) при использова­ нии так называемой рефлеконой схемы, где гетеродинный сигнал усиливается в выходной ЛБВ передающего устройства оовмеотно с чаототномодулированныы сигналом. Рефлексная схема представлена

увеличивает габариты и все передатчики в целом. Гетеродин мож­ но исключить путем использования ЛБВ в режиме генерирования