книги из ГПНТБ / Левичев В.Г. Радиопередающие и радиоприемные устройства [учеб. пособие]

10т гетеродина

Рис. 2.177. Конструкция и эквивалентная схема смесителя на маячковом диоде

чена внутри маячковрго диода и имеет величину порядка 30 пф. Емкость С а т образована между дисковым выводом анода и анод­ ным цилиндром. Высокочастотный дроссель L № представляет со­ бой небольшую пружинку из фосфористой бронзы. Она создает

=3 / г - / с .

Вприемниках сантиметрового диапазона получить значитель­

ное усиление сигналов на частоте принимаемых колебаний за-

420

труднительно. Поэтому в этих приемниках усилители напряжения высокой частоты часто отсутствуют. В этом случае первым каска­ дом приемника является преобразователь частоты. Если преобра­ зование частоты осуществляется на входе приемника, то его пре­ образователь должен обладать малым уровнем внутренних шу­ мов.

Детектор преобразователя в приемнике сантиметровых волн кроме малого уровня внутренних шумов должен также иметь ма­ лую проходную емкость, малую индуктивность выводов и малое

Рис. 2.178. Устройство и условное обозначение полупроводниковых диодов, при­ меняемых в преобразователях частоты:

а — кремниевый д и о д : б — германиевый д н о д

пролетное время электронов. Такими свойствами обладают только полупроводниковые диоды с точечным контактом. Поэтому в при­ емниках сантиметрового диапазона применяются исключительно диодные преобразователи частоты. В таких преобразователях в качестве смесителя используются специальные кремниевые и гер­ маниевые диоды.

Типичная конструкция кремниевого диода, применяемого в сме­ сителях, показана на рис. 2.178, а. Небольшой кристалл кремния припаян к регулировочному винту и имеет с ним надежное со­ единение. С противоположной стороны кремний имеет контакт с вольфрамовой проволочкой. Площадь этого контакта очень мала (порядка Ю - 6 см2). Такое устройство обладает односторонней про­ водимостью при «аличии ничтожной проходной емкости (десятые доли пикофарады) и очень малого пролетного времени элек­ тронов.

Образец германиевого диода, применяемого в смесителях, изо­ бражен на рис. 2.178,6. Его устройство видно из рисунка. Раз­ меры диода очень малы.

421

Конструктивное выполнение, полупроводниковых диодных сме­ сителей бывает весьма различным. Распространенный вариант коаксиального смесителя 10-сантиметрового диапазона приведен на рис. 2.179,

Петля связи 1 вводится в объемный резонатор антенного пере­ ключателя радиолокационной станции, и в ней наводится ЭДС сигнала. Энергия сигнала по коаксиальной линии 2 поступает к

Рис. 2.179. Типичная конструкция коаксиального диодного смесителя:

полупроводниковому диоду. Входное сопротивление диода не рав­ но волновому сопротивлению линии 2, и поэтому в ней устанав­ ливаются смешанные волны электромагнитного поля. Следова­ тельно, такой отрезок линии обладает свойствами колебательного контура с распределенными постоянными. Частота собственных колебаний этого контура обычно равна средней частоте рабочего диапазона. Добротность коаксиального контура сравнительно мала, так как детектор вносит в него значительное активное со­ противление. А это означает, что полоса пропускания входной ли­ нии широкая (сотни мегагерц). Поэтому при изменении рабочей частоты передатчика радиолокационной станции перестройка вход­ ной линии не всегда обязательна.

422

Колебания от гетеродина подводятся к смесителю по отрезкам коаксиальных линий 3 и 4. Линия 4 заканчивается диском связи, который может перемещаться вдоль линии при помощи регули­ ровочного винта 5. Расстояние от винта до скользящего контак­ та 6 равно четверти волны колебаний гетеродина, и этот отрезок линии представляет собой металлический изолятор.

Изменением положения диска связи осуществляется регули­ ровка степени связи смесителя с гетеродином. Ее всегда уста­ навливают минимально необходимой. В этом случае на выходе

При наличии радиоимпульса, поступающего от антенны, проис­ ходит смешивание двух колебаний, в результате чего возникают биения, которые детектируются. Нагрузкой диода служит колеба­

сячи ом). Для всех других частот его сопротивление мало. По­ этому на контуре ЬКСК создается напряжение промежуточной ча­ стоты, которая равна /пр = /г — /с-

С целью уменьшения потерь энергии сигнала в процессе пре­ образования частоты высокочастотные составляющие тока детек­ тора через контур ЬКСК в разбираемой схеме не пропускаются, а замыкаются внутри самого смесителя. Для этого в смесителе имеется высокочастотный фильтр, состоящий из четвертьволнового стакана 7, который заполнен высокочастотным диэлектриком 8. Такой же диэлектрик имеется между стаканом и наружным про­

4 2 3

проводником образует коаксиальную Линию, разомкнутую Иа конце. Длина этой линии равна четверти волны, распространяю­ щейся в диэлектрике. Если, например, длина волны принимаемых

Если данное условие выполнено, то между точками аб входное сопротивление очень мало. Указанный отрезок коаксиальной ли­ нии обладает свойствами последовательного колебательного кон­ тура, настроенного на частоту сигнала.

Р И С . 2 . 181 . Эквивалентная схема коаксиального диодного преобра­ зователя частоты, изображенного на рис. 2 . 1 7 9

Однако значительная часть высокочастотной энергии все же просачивается к точкам ее. Но между этими точками входное со­ противление для частоты сигнала велико, так как внутренние стенки стакана 7 вместе с внутренним проводом 9 коаксиальной линии образуют короткозамкнутую четвертьволновую линию. Этот участок смесителя обладает свойствами параллельного колеба­ тельного контура, настроенного на частоту сигнала. Поэтому он представляет собой заградительный фильтр для высокочастотных колебаний и в то же время не является препятствием для перемен­ ной составляющей тока промежуточной частоты.

На основании приведенных рассуждений получается эквива­ лентная схема коаксиального диодного преобразователя частоты,

сигнала с колебаниями гетеродина. В результате сложения двух колебаний, имеющих различные частоты, на контуре получается

424

напряжение, амплитуда которого изменяется с частотой возни­

Ввиду этого высокочастотные составляющие тока детектора не по­ падают в контур LKCK, а замыкаются через последовательный кон­ тур Ь'фС'ф. В то же время последовательный контур для перемен­

или строи

ВыхадкУПЧ

ной составляющей промежуточной частоты имеет очень большое сопротивление, а сопротивление параллельного контура для нее ничтожно мало. Поэтому составляющая тока промежуточной ча­

штыря 6 клистрона до окна связи 2 равно нечетному числу чет­ вертей волн. Поэтому энергия колебаний клистрона распростра­ няется только в направлении детектора в виде волны электромаг­ нитного поля типа Н1 0 .

425

В результате сложения двух колебаний, имеющих различные частоты, происходит образование результирующей электромагнит­ ной волны, амплитуда которой изменяется с частотой биений. Эта волна распространяется к диодному детектору 4, расположенному параллельно узким стенкам волновода.

Для согласования входного сопротивления диода с волновым сопротивлением волновода применяется поршень 5 настройки. Он расположен от диода на расстоянии четверти волны результирую­

Рис. 2.183. Схема двухтактного диодного преоб­ разователя частоты

Нагрузкой диода является входной контур УПЧ, настроенный на промежуточную частоту. Он соединяется с диодом при помощи гибкого коаксиального фидера. Высокочастотные составляющие тока диода в фидер промежуточной частоты не поступают. Они замыкаются через небольшую емкость 7.

Для повышения чувствительности приемника сантиметрового диапазона необходимо, чтобы преобразователь частоты обладал малым уровнем внутренних шумов. Напряжение шумов на вы­ ходе преобразователя частоты создается антенной, входной цепью, полупроводниковым диодом и гетеродином. Если в качестве гете­

ты. Его принцип действия поясняется с помощью схемы, изобра­

426

Если же на входе схемы действует только один сигнал (гете­ родин не работает), то диоды работают поочередно и, следова­ тельно, происходит двухполупериодное детектирование сигнала. Однако на выходе схемы напряжения не будет, так как емкость С имеет значительную величину и ее сопротивление для частоты сиг­ нала мало.

Если в схеме действуют оба напряжения (сигнала и гетероди­ на), то в результате сложения напряжения гетеродина с напряже­ ниями сигнала иаб и ибв возникают биения, которые детектируют­ ся. Так как напряжение сигнала подводится к диодам в противофазе, то переменная составляющая промежуточной частоты проте-

Электричес кое поле сигнала

Электричес кое поле колебаний гетеродина

обоих диодов протекают в одном направлении и, складываясь, на­ водят ЭДС в катушке L 4 . Контур L4 C настроен на промежуточную частоту. Поэтому на выходе схемы действует напряжение проме­ жуточной частоты. Оно подается на управляющую сетку лампы первого каскада УПЧ.

Разобранная схема двухтактного преобразователя частоты на

тромагнитное поле сигнала распространяется в волноводе / в виде волны типа НюЭлектрическое поле действует между широкими

Колебания промежуточной частоты от диодов по гибким коак­ сиальным фидерам поступают на двухтактную входную цепь УПЧ. Двухтактные преобразователи частоты часто называются баланс­ ными преобразователями.

427

8. Преобразование частоты в приемниках связи

Преобразователь частоты в приемнике связи выполняет ту же роль, что и в радиолокационном приемнике, В нем происходит понижение несущей частоты принимаемых сигналов и их боковых частот.

В приемниках связи применяют односеточное, двухсеточное и транзисторное преобразование частоты.

О д н о с е т о ч н о е п р е о б р а з о в а н и е ч а с т о т ы

Односеточный преобразователь частоты приемника связи прин­

Промежуточная частота приемника связи всегда равна частоте биений, возникающих при смешивании колебаний сигнала с коле­

428

частоту биений, а связь между контурами критическая, то напря­

модулированным; 2) если принимаемые колебания модулированы по частоте (изменяется шс ), то и напряжение промежуточной ча­ стоты будет частотно-модулированным. Следовательно, в процессе преобразования частоты закон модуляции преобразуемых колеба­

этом же контуре создается напряжение гетеродина. Оно имеет ча­ стоту /г . В результате сложения двух напряжений различной ча­ стоты возникают биения, происходящие с разностной частотой. Однако амплитуда биений не постоянна, а изменяется по закону модуляции сигнала (рис. 2.187,в). Поэтому у суммарного напря­ жения есть две огибающие. Одна из них имеет частоту модуля­ ции ^мод, а другая — разностную частоту fr — /с- Это напряжение детектируется. В составе анодного тока лампы смесителя (рис. 2.187, г) имеется переменная составляющая разностной часто­ ты. Ее амплитуда изменяется по закону модуляции сигнала.

Поскольку контуры полосового фильтра настроены на частоту биений, то на выходе преобразователя создается переменное на­ пряжение промежуточной частоты, модулированное по амплитуде (рис. 2.187,5).

/ На рис. 2.188 изображены графики процессов, происходящих в односеточном преобразователе частоты приемника ЧМ колеба­ ний. В этом случае амплитуда биений постоянна, но их частота изменяется по закону модуляции сигнала. Поэтому и на выходе преобразователя действует напряжение, модулированное по ча­ стоте.

429