книги из ГПНТБ / Хромых, М. К. Проектирование радиорелейных линий связи

Выходное сопротивление преобразователя

•— внутренний коэффициент передачи преобразователя. При условии согласования на входе и выходе коэффи­

циент передачи по мощности [52]

kn

['+/'■ V-1 — Н'п

Шумовые качества преобразователя частоты характеризу­ ются коэффициентом шума, который показывает, во сколько раз отношение мощности шума к мощности сигнала реально­ го преобразователя больше, чем это же отношение для иде­ ально-бесшумного преобразователя.

Коэффициент шума преобразователя в режиме согласо­ вания [11]

U„.г,, наибольшее значение которой определяется допустимой величиной обратного тока кристалла (для кремниевых кри­ сталлов порядка 1 В). При этом получается максимально возможное значение коэффициента передачи, однако прак­ тически реализовать этот коэффициент не представляется возможности из-за сравнительно большого коэффициента шума. Учитывая существующие нормы на шумы в кремни­

71

Рис. 34. Асимметричный кристаллический преобразователь!

а — принципиальная схема! б — конструктивный чертеж.

коаксиального типа приведена на рис. 34, а [43]. На рис. 34,6 изображена его конструкция, где смесительная камера А выполняется в виде отрезка коаксиальной линии, связан­ ного при помощи петли связи с входными цепями приемника. В смесительной камере находится кристаллический диод Д, место расположения которого выбирается так, чтобы из­

72

менение режима или параметров диода возможно меньше влияло на активную составляющую входного сопротивления линии; практически это обеспечивается при длине отрезка

линии, кратном (обычно берут длину порядка -g-A,).

Сигнал гетеродина подается в смесительную камеру посред­ ством зонда связи 3, при помощи винта Е изменяется сте­ пень связи. Чтобы исключить шунтирующее действие зонда

Рис. 35. Балансная схема коаксиального преобразователя.

связи на цепь гетеродина, последний размещают на расстоя-

нии — . Для согласования гетеродина со смесительной каме­

рой на расстоянии от зонда включается дисковое бакели­

товое сопротивление R2, равное по величине волновому со­ противлению линии (50 Ом).

Сигнал промежуточной частоты через фильтр Ф по коак­ сиальному кабелю подается на вход предварительного уси­ лителя промежуточной частоты (ПУПЧ). Фильтр Ф представ-

X

ляет собой два отрезка коаксиальной линии длиной — . 1-й

отрезок — разомкнутая на конце линия, имеющая емкост­ ный характер сопротивления и обеспечивающая режим ко­ роткого замыкания для ненужных высокочастотных состав­ ляющих тока. Второй отрезок — замкнутая на конце линия, имеющая индуктивный характер сопротивления, включает­ ся в цепь последовательно и представляет большое сопротив­ ление для тока высокочастотного сигнала и тока гетеродина.

Основным недостатком асимметричных преобразователей является наличие шумов, обусловленных собственными шу­ мами гетеродина. Для уменьшения влияния этих шумов рекомендуется применять балансные преобразователи. На рис. 35 приведена принципиальная схема коаксиального балансного преобразователя, применяемого в аппаратуре дециметрового диапазона. В аппаратуре сантиметрового диапазона применяют волноводные балансные преобразова­

73

тели. Упрощенная схема и конструкция такого преобразова­ теля приведены на рис. 36.

Расчет режима каждого плеча балансного преобразовате­ ля производят так же, как в асимметричной схеме, следует,

Рис. 36. Балансный волноводный преобразователь:

а —общий вид; б — распределение поля в сигнальном волноводе; в— распре­ деление поля в гетеродинном волноводе.

однако, предусмотреть двойной запас мощности гетеродина. Напряжение на выходе балансного преобразователя увели­ чивается в ]/2 раз. Коэффициент передачи остается без изме­ нения.

Усилители промежуточной частоты приемного тракта аппаратуры

В приемном тракте аппаратуры различают предваритель­ ные усилители промежуточной частоты (ПУПЧ), которые включают непосредственно после кристаллического смеси­ теля приемника, и основные усилители промежуточной ча­ стоты (ОУПЧ), обеспечивающие усиление сигнала, необхо­ димое для нормальной'работы амплитудного ограничителя приемника.

К общим техническим характеристикам усилителей про­ межуточной частоты относятся: полоса пропускаемых ча­ стот и допустимые частотные искажения, средняя промежу­ точная частота, коэффициент усиления,допустимый уровень шума, допустимые фазовые искажения, конструктивные и эксплуатационные особенности.

Требования по ширине полосы пропускания определяют­ ся способом уплотнения, видом модуляции и пропускной способностью радиорелейной линии.В зависимости от числа

74

каналов ширина полосы УПЧ может быть от сотен килогерц до десятков мегагерц. Международный консультативный ко­ митет по радио (МККР) рекомендует для аппаратуры РРЛ два значения номинальной средней промежуточной частоты: 35 МГц — для линий, работающих на частотах до 1000 МГц; 70 МГц — для линий, работающих на частотах выше

1000 МГц.

Коэффициент усиления выбирают так, чтобы обеспечить компенсацию затухания сигнала на участке связи. Если нет усиления по СВЧ тракту, то коэффициент усиления УПЧ может достигать 80—120 дБ.

Если в радиоприемном устройстве нет УСВЧ, то вход предварительного усилителя промежуточной частоты как по уровню, так и по входному сопротивлению согласовы­ вается с выходом преобразователя радиоприемного устрой­ ства. Выходной уровень зависит от напряжения на выходе основного усилителя, которое должно быть достаточным для нормальной работы ограничителя перед частотным детекто­ ром.

Общий коэффициент усиления тракта УПЧ приемника

где Uвых — напряжение на выходе тракта; UBX—напряже­ ние на входе ПУПЧ.

Далее следует обосновать выбор схемы соответствующих ступеней усиления по промежуточной частоте. При обосно­ вании следует обеспечить удовлетворение общих требований к тракту УПЧ и учесть специфические особенности отдель­ ных ступеней (пониженный уровень шумов, применение ог­ раничения, линейность фазовой характеристики и т.д.).

Обычно широкополосный усилитель оценивают по про­ изведению коэффициента усиления на ширину полосы, на­ пример, для усилителя с одиночным резонансным контуром

где S — крутизна характеристики лампы; С — полная ем­ кость контура.

Таким образом, следует выбирать лампу с большой кру­ тизной характеристики и применять схему, при которой пол­

75

ная емкость контура будет меньше. Известно, что в общем виде значение этой емкости

С ~ Cq-f- Сдоп,

где С0— сосредоточенная емкость контура; Сдоп = С„ + + Свх + Свых; Свх — входная емкость последующей лампы, Свых — выходная емкость предыдущей лампы.

Обычно сосредоточенная емкость контура С0 может быть сделана более стабильной и не зависящей от различных по­ сторонних факторов, в то время как составляющие допол­ нительной емкости зависят от смены ламп, от температуры, от состояния монтажа и т. д. Обычно принимают меры для уменьшения дополнительной емкости, что достигается ра­ циональным выбором схемы, подбором ламп и компактнос­ тью монтажа. Соответствующие междуэлектродные емкости ламп обычно имеются в таблицах параметров. Значение ем­ кости монтажа зависит от схемы усилителя. Например, в схемах с непосредственным включением контура в анодную цепь предыдущей и в сеточную цепь последующей лампы ем­ кость монтажа порядка 10 пФ, в схемах с полосовыми фильт­ рами — около 4 пФ. Если применяют лампы сверхминиа­ тюрной серии без использования ламповых панелей, то при непосредственном включении контура в анодную цепь удается снизить монтажную емкость до 7 пФ, а в схеме с по­ лосовыми фильтрами примерно до 2,5 пФ.

Прн конструктивном выполнении усилителей следует принять меры к обеспечению устойчивости их работы, т.е. максимально ослабить возможные паразитные связи. Для этого'включают развязывающие емкости в цепях источников питания, применяют экранировку ступеней и" обеспечивают компактное выполнение монтажа. Обычно монтаж усилите­ ля выполняют по одной линии, образуя своеобразную «ли­ нейку» (рис. 37), при этом монтажное шасси вместе с поддо­ ном образуют отрезок «волновода», размеры которого выби­ раются из условия:

20 lg К < 2 7 4- дБ,

где К — коэффициент усиления усилителя; I — длина шас-

К

си; b — ширина поперечной стенки шасси, b > —^ .

За критическую длину волны следует принять волну короче волны усиливаемых колебаний.

76

Порядок расчета предварительного усилителя промежу­ точной частоты (ПУПЧ). Обычно ПУПЧ выполняется по каскодной схеме рис. 38, в которой первая лампа работает как усилитель мощности, а вторая как усилитель напряже­ ния. При таком включении шумы на выходе усилителя ми­ нимальны.

При проектировании прежде всего выбираются типы ламп из серии малошумящих триодов. Определяются пара-

метры анодной цепи 2-й ступени. Если между второй и тре­ тьей ступенями включен двухконтурный полосовой фильтр, то емкость анодного контура второй ступени С2 = Свых + + См, емкость сеточного контура, связанного с третьей лам­ пой,

С2 = Свх ~Ь См,

>П

полоса пропускания двухконтурной системы, для обеспече­ ния равномерной частотной характеристики значение этой полосы желательно взять примерно в 1,5 раза больше рабо­ чей полосы частот; f„ — среднее значение промежуточной частоты; ф (п) — расчетный коэффициент, определяемый по табл. 13, в которой приведены расчетные параметры трак­ та УПЧ в зависимости от схемы включения и числа каскадов

[51.

Для обеспечения достаточно широкой полосы пропуска­ ния контуры должны быть расстроены относительно друг друга на частоту

ЛЕ = pidsfn,

где — коэффициент относительной связи. Собственные резонансные частоты контуров

AF .

/ш = /п + 2 ’

77

Входное сопротивление второй ступени

Rbx2 = g •

Емкость и индуктивность анодного контура первой сту­ пени

Сх = СВх + См;

Нейтродинирующая индуктивность первой ступени

L _ 2,53 • Ю10

(/п)2кГцСа.с(пф)

При выборе параметров входной цепи ПУПЧ следует обеспечить наименьшее ее влияние на частотную и фазовую характеристики. Для этого целесообразно задаться полосой пропускания входной цепи примерно в два раза больше, чем полоса пропускания двухконтурной системы второй ступе­ ни предварительного усилителя.

Овх.о = Оси -(- Свх! с„

где Ссм — выходная емкость смесителя; CBXi — входная ем­ кость 1-й лампы ПУПЧ.

Затухание, обусловленное шунтирующим сопротивлени­

ем,

^ш1 ^ dS dg,

где da— собственное затухание входного контура (берется порядка 0,01—0,05).

Шунтирующее сопротивление входного контура

^п)кГц^вх(пФ)

80

Входное сопротивление тракта УПЧ

Rвх —

С* А

Коэффициент усиления по мощности первой ступени

W _ ,,2 ^вх Лр1 -- Ц D I

где Ri\ — внутреннее сопротивление первой лампы ПУПЧ. Коэффициент шума первой ступени

где — шумовое сопротивление лампы; kr — коэффициент

Расчет основного усилителя промежуточной частоты (ОУПЧ). ОУПЧ обеспечивают основное усиление в прием­ ном тракте аппаратуры, на их выходе должно быть полу­ чено напряжение, достаточное для нормальной работы амплитудного ограничителя. Кроме того, эти усилители должны обеспечить заданное значение полосы пропускания и достаточно линейную характеристику группового времени пробега. Ступени основных усилителей промежуточной частоты могут выполняться по схемам с одиночными конту­ рами, настроенными на одну частоту, с попарно расстроен­ ными одиночными контурами, с расстроенными тройками одиночных контуров, с полосовыми фильтрами и по различ­ ным комбинированным схемам.

Наиболее широкое применение находят схемы с полосо­ выми фильтрами, которые позволяют получить произведе­

ние коэффициента усиления на полосу пропускания в | / 2 раз больше, чем в усилителях с одиночными^контурами, на­ строенными на одну частоту. Схема одной ступени такого усилителя приведена на рис. 39.

81