книги из ГПНТБ / Грабовски, К. Параметрические усилители и преобразователи с емкостным диодом

((ВП О С л/<»па р)а = 0,5,

с помощью (7.24), (7.53) можно вычислить усиление по мощности на одну секцию в зависимости от относительной частоты сигнала для разных значений фазового сдвига Ви . Результаты расчетов представ­ лены на рис. 7.11. Для схемы на рис. 7.10

Из условия расположения сигнальной и холостой частот в полосе пропускания периодической структуры следует интервал изменения частоты (£>п:

0 < ( ( й п / с о п а р ) 2 < 4 .

Учитывая это условие, полагая, что Сг1С0 = 0,25, а также прини­ мая, что волна накачки распространяется в той же самой периодической структуре, т. е. cos Вн = 1 — О.б^сон/^пар)2. с помощью уравнений (7.24) и (7.25) получим зависимость усиления по мощности на одну секцию от частоты сигнала <л0 для разных значений Вн и ЬС0. Резуль­ таты приведены на рис. 7.12 [30].

7.4. ЗАМЕЧАНИЯ ОБ УЧЕТЕ ПОТЕРЬ В КОНТУРАХ И ДИОДАХ ПРИ АНАЛИЗЕ ПАРАМЕТРИЧЕСКОГО УСТРОЙСТВА С БЕГУЩЕЙ ВОЛНОЙ

При интерпретации результатов проведенного в § 7.1 анализа предполагалось, что контуры усилителя и диоды не имеют потерь. Это дало возможность характеризовать линейные четырехполюсники,

221

7.5.ПОЛОСА УСИЛИТЕЛЯ С БЕГУЩЕЙ ВОЛНОЙ

Как уже упоминалось, основным достоинством параметрического усилителя с бегущей волной является его широкополосность1 '. Это свой­ ство не следует непосредственно из выведенных соотношений для уси­ ления, поэтому рассмотрим его подробнее. Как мы уже упоминали, мак­ симум усиления достигается при выполнении условия фазового син­ хронизма (7.25). На практике фазовые постоянные (7.14) |30 и (3_х зависят от соответствующих частот. Таким образом, если условие (7.25) вы­

Кроме того, условие (7.25) возникновения максимального усиле­

где рг — фазовый сдвиг одной секции схемы без накачки, приведенной на рис. 7.3 ( 5 а = 0 ) либо на рис. 7.7 (Сг — 0), для частоты сог. Други­ ми словами, для выполнения условия максимального усиления в ши­ рокой полосе в желаемом диапазоне частот необходимо, чтобы при от­ сутствии накачки групповые скорости сигнальной и холостой волн были равны друг другу.

Следует напомнить, что другим условием, которое влияет на по­ строение периодической цепи без накачки, является присутствие в по­ лосе пропускания этой цепи только холостой и сигнальной частот, а все остальные частоты а>п(п Ф 0, —1), возникающие на нелинейных емкостях, должны находиться в полосе запирания этой цепи. Из урав­ нения (7.14)

для схемы, приведенной на рис. 7.3, либо из аналогичного уравнения

для дуальной схемы (рис. 7.7) можно видеть, в какой степени оба при­ ведённые условия удовлетворяются данной структурой. Уравнение

223

(7.14а) [или (7.146)] обычно представляется графически для непрерыв­ ного интервала частот, поэтому в них опущен индекс п, относящийся к дискретным частотам. Для некоторых частот углы фазового сдвига |5 одной секции с учетом емкости без накачки могут быть мнимыми. Эти частоты определяют уже упоминавшуюся полосу запирания, в которой не могут распространяться волны. С помощью уравнения (7.14а) или (7.146) можно установить, выполнены ли сделанные ранее предполо­ жения относительно ограничения распространения волн с нежелатель­ ными частотами, а также находятся ли сигнальная и холостая волны в полосе пропускания, т. е. там, где значение (3 вещественно. Одновре­ менно графическое представление уравнения (7.14а) или (7.146) дает

волны в свободном пространстве, соответствующая критической частоте волно­ вода.

возможность проконтролировать, в какой полосе частот выполняется условие (7.58), т. е. позволяет оценить широкополосность схемы. Графи­ ки уравнения (7.14а) или (7.146) называют диаграммами Бриллюэна и в качестве примера они приведены [2] на рис. 7.13 и 7.14. На практи­ ке, например для вырожденного усилителя, способ определения мак­ симально широкой полосы параметрического усилителя с бегущей вол­ ной заключается в нахождении на диаграмме Бриллюэна такой точки1 * в полосе пропускания схемы, относительно которой диаграмма симмет­ рична. Интервал частот, в котором характеристика |3 = /(со) симмет­ рична относительно выбранной точки, и определяет собственно рабочий диапазон усилителя при условии, что для выбранной точки симметрии, где 2со0 « 2сог « сон , может быть выполнено условие (7.25). На рис. 7.13 и 7.14 на основе указанного критерия обозначены приближен-

224

Нестабильность усиления усилителя с бегущей волной из-за изменения первой гармоники эластанса 5 Х или емкости Си т. е. .косвен­ но из-за изменения мощности накачки, мала и составляет согласно (7.53) для больших усилений

для усилителя с емкостями, включенными последовательно, либо

Рис. 7.15. Чувствительность усиления мощности AG/ G в зависимости от усиления:

для усилителя с емкостями, включенными параллельно в схему цепи. На рис. 7.15 приведена зависимость (7.59а) и (7.596) (кривая / ) , а для сравнения — аналогичная зависимость нестабильности усиления от не­ стабильности первой гармоники эластанса для обычного параметриче­ ского усилителя (кривая 2), рассчитанная по формуле (4.145). Из графиков ясно видно, особенно для больших усилений, что усилитель с бегущей волной менее чувствителен к изменению мощности накачки, чем обычный усилитель.

7.7.ЗАМЕЧАНИЯ О РЕАЛИЗАЦИИ ДИОДНЫХ ПАРАМЕТРИЧЕСКИХ УСИЛИТЕЛЕЙ

СБЕГУЩЕЙ ВОЛНОЙ

Описанные в литературе конструкции диодных параметрических усилителей с бегущей волной весьма разнородны. Мы ие будем де­ тально заниматься методами проектирования и конструирования по­ добных схем, а приведем лишь некоторые замечания о двух, из многих

226

с бегущей волной с последовательным включением варакторных диодов в передающую линию предложил Ли «[21] в виде, показанном на рис. 7.16, который автор назвал «змеевидным усилителем». Коакси­ альная линия, в которой благодаря соответствующим фильтрам обес-

2 / и и и

печивается распространение сигнальной волны, а также ослабление волны накачки, пронизывает многократно на равных расстояниях вол­ новод накачки. В точках пересечения обеих линий находятся варакторные диоды, включенные последовательно во внутренний проводник коаксиальной линии и параллельно в волновод накачки. Это дает воз­ можность управлять диодами, сохраняя соответствующий фазовый сдвиг р н , а также подавать на них смещение (на рисунке не показано). Благодаря изгибу сигнальной линии появляется возможность незави­ симо подбирать соответствующие (с точки зрения требуемых парамет­ ров схемы) расстояния между диодами в цепях сигнала и накачки. Легко заметить, что для выбранного узкого интервала частот сигнала сигнальную линию вместе с последовательно включенными диодами можно представить в виде эквивалентной схемы, уже обсуждавшейся ранее и представленной на рис. 7.9. Следует обратить внимание на ха­ рактерный «каскадный» способ накачки диодов, который можно при­ знать тут за недостаток схемы. Для обеспечения постоянной амплитуды первой гармоники эластанса в отдельных диодах мощность накачки, передаваемая по волноводу, должна быть настолько большой, чтобы расход ее на накачку предыдущих диодов практически не влиял на на­ качку следующих2 ».

Описанные далее конструкции по существу могут лишь подтвердить прин­

Принципиально другой диодный параметрический усилитель [10] представлен на рис. 7.17. На рис. 7.17, а показана периодическая струк­ тура, в которой распространяются сигнальная и холостая волны. От генератора с помощью волноводного трансформатора импедансов сиг­ нал поступает в нагрузку поочередно через четыре прямоугольных ре­ зонатора, связанных с помощью индуктивных диафрагм. Резонаторы нагружены вар акторными диодами. Сигнальная и холостая частоты

От генератора

находятся в наинизшей полосе пропускания периодической структуры, диаграмма Бриллюэна которой показана на рис. 7.18. Как следует из этой диаграммы, более сильная связь между резонаторами (сплошная кривая) обеспечивает более широкую полосу пропускания схемы, чем слабая связь (штриховая кривая). Вертикальные отрезки коаксиаль­ ных линий на рис. 7.17, а используются для крепления диодов в резо­ наторах; компенсации влияния паразитных элементов диодных кор­ пусов; связи диодов с резонаторами волновода накачки, а также для подачи напряжений смещения на отдельные диоды.

28

12.G r a b o w s k i K . Aspekty analizy iterowanego wzmacniacza parametrycz -

230