книги из ГПНТБ / Приемные устройства радиолокационных сигналов конспект лекций

Из (48) видно также, что в режиме работы «на отражение» с циркулятором эффективность ПУ будет приблизительно в два раза выше за счет исключения проводимости нагрузки из полной прово­ димости контура g [. В этом режиме

Увеличить эффективность двухконтурных ПУ можно путем ра­ ционального выбора коэффициента k. При этом следует иметь в виду, что произвольный выбор добротностей Qi и Q2 в контурах усилителя невозможен. Большое усиление в ПУ достигается при 3-И. Из (33)ѵ(37) видно, что

и, следовательно, при, фиксированном коэффициенте усиления уменьшение Q2 в определенное число раз приведет к необходимости увеличения добротности Qi во столько же раз.

Из уравнений (49) и (50) можно найти оптимальное соотноше­ ние добротностей, при котором эффективность ПУ максимальна. Очевидно, это будет при минимальном значении функции

Решив уравнение -ту, можно найти значение Qi, при котором

эффективность максимальна:

Таким образом, ПУ будет иметь максимальную эффективность только в том случае, когда полосы пропускания контуров сигналь­ ной и холостой частоты будут одинаковы.

д) Коэффициент шума двухконтурного параметрического усилителя

' Параметрические усилители свободны от дробового эффекта и связанного с ним шума, который присущ электровакуумным прибо­ рам. Основным источником шума в ПУ является тепловой шум в контурах и в активном сопротивлении полупроводника.

Коэффициент шума определим в соответствии с общим соотно­

40

где Pmc—k То Пш, а мощность шумов нагрузки Яшп определяется на оснований мощности всех источников теплового шума эквивалент­ ной схемы ПУ при резонансе (рис. 27). На основании формулы Найквиста можно записать

Рис. 27

Хотя проводимости ü не генерирует теплового шума, но посред­ ством ее из холостого контура вносится тепловой шум, который в соответствии с энергетическими соотношениями Мэнли и Роу равен

где ?* = -=- — относительные шумовые температуры проводимостей

*О

схемы.

Подставляя в (52) соотношения (36) и (53), получим выражение для коэффициента шума двухконтурного ПУ:

Коэффициент шума ПУ зависит от соотношения-проводимостей схемы и их рабочих температур, величины отрицательного вносимо­

41.

Из (54) следует, что коэффициент шума можно уменьшить, если исключить влияние шумов нагрузки g». Это достигается переходом в режим работы «на отражение» путем включения в схему ПУ циркулятора. В этом режиме

Дальнейшее уменьшение коэффициента шума возможно посред­ ством повышения холостой частоты ПУ.

Однако этот способ не всегда можно применить из-за частот­ ных ограничений, связанных с потерями В диодах и их резонансны­ ми свойствами.

Весьма эффективным способом снижения собственных шумов ПУ является охлаждение диода и элементов усилителя до темпера­ тур жидкого азота. Хотя конструкция усилителя при этом значи­ тельно усложняется, но таким способом удается получить эквива­ лентные шумовые температуры ПУ, близкие к температурам,, реа­ лизуемым в КПУ, но без охлаждения до гелиевых температур.

Согласно (55) в ПУ «на отражение», работающем при комнат­ ной температуре (fi== 1), можно реализовать коэффициент шума, равный 1,3 — 1,4.

е) Многокаскадное включение регенеративных ПУ в режиме «на отражение»

При больших коэффициентах регенерации ß ПУ работают не­ устойчиво. Кроме того, полоса пропускания усилителей с ростом К также уменьшается. Снижение степени регенерации хотя и при­ водит к уменьшению коэффициента шума и расширению полосы про­ пускания ПУ, но в го же время увеличивает вклад шумов следу­ ющих каскадов. Поэтому для облегчения стабильной работы и ши-

p.рокополосности усилителей, а также снижения общего коэффици­ ента шума приемника применяется их каскадное включение. Струк­ турная схема я-каскадного ПУ показана на рис. 28.

Рис. 28

Благодаря связи через циркуляторы, усилители оказываются развязанными между собой и общий коэффициент передачи п однотипных ПУ равен

(56)

42

Используя общее выражение коэффициента шума для п каскад­ ного четырехполюсника, получим

Следует отметить, что последовательное включение регенератив­ ных ПУ «на отражение» позволяет по-новому решить вопрос резер­ вирования. Действительно, при выходе из строя одного из усилите­ лей (рис. 28) его коэффициент передачи в соответствии с формулой (39) при(3=0 делается равным

К р І м > “ М - 2 0 - ч ) | .

то есть немного меньше единицы. Поэтому общий коэффициент шума и коэффициент усиления многокаскадной схемы изменяется незначительно и характеристики приемной системы остаются прак­ тически неизменными.

Перечисленные особенности многокаскадных схем регенератив* ных ПУ указывают на их преимущества перед другими типами уси­ лителей с точки зрения надежности и простоты конструкции при наличии резервирования.

2.7. Двухконтурные параметрические усилителипреобразователи

Рассмотрим регенеративный параметрический усилитель-преоб- разоватёль (РПП).

Принципиальная схема РПП показана на рис. 29. Схема отли­ чается от схемы ПУ (рис. 21) только тем, что нагрузка включается

1

Рис. 29

в контур разностной частоты. Усиление в РПП происходит как за счет регенерации, так и за счет преобразования частоты От более низкой к более высокой (/г> /і).

46-

Основные качественные показатели РПП можно найти по из­ вестным F-параметрам диода и эквивалентной схеме, рис. 30. Эта схема также отличается от схемы рис. 22 только тем, что прово­ димость нагрузки g'i, 2 включена в контур разностной частоты.

Рис. 30

Коэффициент передачи РПП, как и прежде, найдем в виде:

Для того чтобы найти выражение для коэффициента передачи по номинальной мощности, необходимо установить связь между на­

пряжением ІІ2* и током источника І\.

..Эквивалентный генератор тока в контуре разностной частоты

генерирует ток /г*, связанный с напряжением в сигнальном контуре следующим соотношением:

При резонансе напряжение Uі может быть выражено через ток / 1 и полную активную проводимость в сигнальной цепи РПП:

где проводимость С_ в отличие от (33) равна

В этом случае эквивалентную схему РПП на разностной частоте можно представить в виде рис. 31. На основании рис. 31 и формул (61) —(63) можно записать

44

и, следовательно, коэффициент передачи РПГ1.

Рис. 31

. Если сравнить полученное соотношение с (36), то можно сде­ лать вывод, что при одинаковой степени регенерации коэффициент

Как видно из (66), существенное влияние на коэффициент шу­ ма РПП оказывают шумы нагрузки. Поэтому в практических схе­ мах РПП, когда Тн2 ^ П нагруз.ка подключается через ферритовый вентиль. Для снижения коэффициента шума можно использовать также охлаждение диода и элементов конструкции РПП.

Полученные выражения для регенеративного усилителя-преоб­ разователя могут быть распространены на случай нерегенератив­ ного усилителя-преобразователя (НПП).

Эта задача может быть решена формально путей^замены в со­ отношениях для коэффициентов передачи (64) и шума (66) часто­ ты f2= fн — fi на частоту /.t= / + / 1 ,- Кроме того, учитывая,, что спектры в нерегенеративной параметрической системе не обраще­ ны (рис. 14), вносимое в сигнальный контур сопротивление будет положительным:

п,Ul"4Cl

0 = — Z — ; g i = g 0.1 + g S4+ g»4,

последовательно, знак перед параметром регенерации в (64) нуж­ но изменить на обратный. Соответствующим образом изменяется

45

эквивалентная схема. Принципиальная схема остается без изме­ нений. Поэтому для НПП

редачи по номинальной мощности стремится к потенциально воз­ можному:

Для определения полосы пропускания НПП воспользуемся ме­ тодикой, примененной в случае анализа характеристик регенера­ тивного ПУ. При этом по аналогии с (43), (40)

*'п=£гіО+/«і);

где

откуда

|( l - /a ,) ( l - /a ,6 4i-r Sj-

или

a^ + ^ [ ( l + ^ ) 2-2Â 4(l^ ß )3l - | l -t-ß)-^0.

Впрактических конструкциях НПП u>4>u),; Qt Q4, поэтому

и, следовательно,

Таким образом, за счет внесения в сигнальный контур поло­ жительного сопротивления его полоса пропускания увеличивается приблизительно в два раза (ß~l)* Очевидно, случай ß = l являет4 ся для НПП условием согласования на входе (g’Bx==£c+g'sI-f|Гоі).

46

ЭЛЕКТРОННОЛУЧЕВОЙ ПАРАМЕТРИЧЕСКИЙ УСИЛИТЕЛЬ

3.1. Физические основы работы электроннолучевого параметрического усилителя

Из курса физики известно, что электрон, влетающий в постоян­ ное магнитное поле, будет двигаться прямолинейно, если вектор его скорости ѵ параллелен силовым линиям магнитного поля. Если же вектор ѵ направлен под углом к силовым линиям, то электрон начнет двигаться по спирали (рис. 32).

48

пропорциональна квадрату радиуса г, по которому он движется при фиксированной сои:

( 2)

Из сказанного выше следует, что для возбуждения циклотрон­ ного движения электронов необходимо создать постоянное магнит­ ное поле, направленное вдоль оси электронного луча, и приложить к электронам силу, вектор которой перпендикулярен направлению силовых линий магнитного поля.

3.2. Возбуждение циклотронной волны (быстрой волны пространственного заряда) в электронном луче

Создадим в вакууме с помощью электронной пушки (такой же, каку лампы бегущей волны) электронный луч, в котором все элек­ троны движутся прямолинейно. Направим этот электронный луч вдоль оси соленоида, создающего постоянное магнитное поле. На пути луча поставим колебательный контур так, чтобы электронный луч проходил между пластинами конденсатора контура. К контуру подведем' напряжение частоты сигнала и настроим контур «а эту частоту. Напряженность постоянного магнитного поля, создавае­ мого соленоидом, подберем так, чтобы циклотронная частота «ц равнялась частоте сигнала шс.

Рассмотрим взаимодействие одно­ го электрона, влетающего в электри­ ческое поле конденсатора, с этим полем (рис. 33). Полагаем, что на­ правление движения электрона со скоростью ѵ0 и направление магнит­ ны^ силовых линий перпендикуляр­ ны плоскости рисунка.

Если в момент входа электро­ на в пространство между пласти­

нами на верхней пластине «+», а ,на нижней «—», то на электрон будет воздействовать сила электрического поля, перпендикулярная направлению его движения, и электрон получит составляющую скорости оь направленную к верхней пластине и перпендикуляр­ ную направлению магнитных силовых линий. Как известно, в этом случае он начнет двигаться по спирали. Через половину периода

Ус

-у частоты юс=я tu,, электрон сделает половину оборота по цикло-

тронной траектории и его вектор скорости будет направлен к

Г

нижней пластине (рис. 33). Но за это же время -у- полярность