книги из ГПНТБ / Смогилев К.А. Радиоприемники сверхвысоких частот

Из полученных соотношений можно сделать следующие выводы:

1. Наибольшее влияние на общий коэффициент шума ока­ зывает коэффициент шума первого четырехполюсника. Следо­ вательно, наибольшее влияние на коэффициент шума прием­ ника оказывает коэффициент шума первого каскада. Поэтому коэффициент шума первого каскада необходимо обеспечить возможно меньшим.

2.Чем больше коэффициент усиления первого каскада по мощности, тем меньше влияние на величину общего коэффи­ циента шума приемника оказывает второй каскад.

3.Шумы последующих (третьего, четвертого и т. д.) кас­ кадов незначительно влияют на общий коэффициент шума приемника. Это влияние тем меньше, чем больше коэффициент усиления по мощности первых двух каскадов. Так как этот

коэффициент обычно составляет величину 10 “МОО и более, то при расчете общего коэффициента шумов приемника с до­ статочным основанием можно не учитывать влияние последую­ щих каскадов.

Рис. 1.22.

Незначительное влияние шумов последующих каскадов на общий коэффициент шума объясняется тем, что интенсивность шумов первого и последующих каскадов в отдельности можно считать йримерно одинаковыми. Вместе с тем, шумы первого и второго каскадов, а также шумы антенны поступают на вход третьего каскада усиленными и на порядок или более превы­ шают по мощности шумы третьего, а тем более последующих каскадов.

Для примера рассчитаем коэффициент шума двух вариан­ тов схемы приемника.

В первом из них имеется усилитель высокой частоты (рис. 1.22,а), во втором (рис. 1.22,6) — УВЧ нет, первым каскадом в нем является смеситель.

40

Зададимся коэффициентом шума и коэффициентом усиле­ ния по мощности каждого из каскадов:

Этот пример показывает, что для снижения общего коэф­ фициента шума (и повышения предельной чувствительности) приемника необходимо, чтобы первый каскад его обладал низ­ ким уровнем шумов и высоким коэффициентом усиления по мощности.

§ 1.13. Относительная шумовая температура четырехполюсника

Шумовые свойства первого каскада приемника иногда удобно характеризовать относительной шумовой температурой, понятие о которой вводится следующим образом.

N

Кр

Рис. 1.23.

На рис. 1.23 представлен линейный четырехполюсник с коэффициентом шума N и коэффициентом усиления по мощ­ ности ЯР. Учитывая, что коэффициент шума указанного четы­ рехполюсника

JLI Ршвых

N = ~P* —шах 7АрГ’

41

выражение для выходной мощности шумов примет вид:

Яш вых ——Я ш вх

При условии согласования на входе четырехполюсника на его вход поступает мощность шумов

Я ш вх — kT&fm,

тогда

Pm*bix = k T N \ f mKp.

Мощность, которая получается на выходе четырехполюс­ ника, можно представить как результат действия некоторого активного шумящего сопротивления, которое работает при такой эквивалентной температуре Т9, при которой отдаваемая им в согласованную нагрузку мощность шумов равна мощно­ сти на выходе четырехполюсника, т. е. что

Яш R = й Г э Д /щ = Я ш вых = kTN bfm Кр,

откуда

Тэ= TNKP.

Из последнего выражения определим относительную шумовую температуру

Следовательно, относительной шумовой температурой че­ тырехполюсника называется отношение эквивалентной темпе­ ратуры Тэ шумящего сопротивления, при которой мощность его шумов равна мощности шумов на выходе четырехполюс­ ника, к температуре четырехполюсника. Относительная шумо­ вая температура четырехполюсника равна произведению его коэффициента шума на коэффициент усиления по мощности.

Соотношение (1.44) для относительной шумовой темпера­ туры позволяет в несколько ином виде, чем это делалось раньше, представить выражение для коэффициента шума по­ следовательно соединенных четырехполюсников. Из (1.43) находим:

д г - А У Г р х -Л ^ -!

Кп

42

Учитывая, что t1= A получим

где tx — относительная шумовая температура первого четы­ рехполюсника.

§ 1.14. Измерение коэффициента шума приемника

Чувствительность приемника является одним из основных его параметров. Вместе с тем непосредственное ее измерение оказывается затруднительным и недостаточно точным. Поэто­ му чувствительность приемника вычисляют по известному коэффициенту шума, точность измерения которого оказывает­ ся достаточно высокой.

Известно несколько способов измерения коэффициента шума приемника. Рассмотрим два наиболее распространенных, способа.

1.Измерение коэффициента шума

спомощью шумового диода

Схема измерений коэффициента шума приемника с помо­ щью шумового диода представлена на рис. 1.24.

Рис. 1.24.

В нормальных условиях работы приемник должен быть, согласован с антенной, его входное сопротивление, в данном

Следовательно, перед измерением коэффициента шума необхо­ димо обеспечить равенство: '

43;

Эквивалентное сопротивление, на которое при этом нагру-

Диод в этой схеме работает в режиме насыщения, когда квадрат эффективного значения его шумового тока выражает­ ся следующей известной зависимостью:

Изменяя величину сопротивления Р и цепи накала диода, можно менять ток насыщения Л и добиваться нужной величи­ ны эффективного значения шумового тока Лил-

По определению (1.36) коэффициент шума приемника равен

где Рщ вых — полная шумовая мощность на’ выходе прием­ ника, равная мощности его собственных шумов и усиленной в коэффициент усиления раз вход­ ной МОЩНОСТИ Р,и вх,

Лр — коэффициент усиления приемника по мощности. Входная шумовая мощность при отключенном диоде есть

Из сказанного следует, что задача измерения коэффициента шума приемника сводится к измерению полной выходной шу­ мовой мощности Ршвых, деленной на К?.. Методика измерения

-Ршвых

—г?— включает два этапа и состоит в следующем: Лр

1. Переключатель Л г в схеме рис. 1.24 находится в пол жении 1, при этом диод отключен. На вход приемника посту­ пают шумы сопротивления Р а и прибор на выходе приемника измеряет усиленную в коэффициент усиления раз ( КР) эту мощность и мощность собственных шумов приемника. Пока- :зания прибора соответствуют полной выходной мощности, которая на первом этапе измерений равна:

■44

2. Переключатель Пг переводится в положение 2, На вхо приемника вместе с шумами сопротивления Ра поступают, шумы диода. Мощность шумов на выходег:приемяика за счет шумов диода увеличится по сравнению с первым этапом из­ мерения. Изменяя величину тока эмиссии /., добиваются удвоения мощности шумов на выходе приемника. Показания выходного прибора соответствуют теперь полной выходной шумовой мощности, которая равна:

При такой методике измерения N нет необходимости знать А’р, коэффициент шума выражается через известные величины.

Мощность шумов диода, поступающая на вход приемника

Таким образом, для измерения коэффициента шума прием­ ника с помощью шумового диода необходимо подобрать со­ противление Р а, равное входному сопротивлению -приемника,

45-

и измерить на втором этапе ток насыщения, соответствующий - удвоению выходной мощности шумов.

Измерение коэффициента шума с помощью шумового диода ■обеспечивает высокую точность (порядка 10%) и не' требует измерения полосы шумов приемника.

Недостатком этого способа является то, что для производ­ ства измерений требуется специальный шумовой диод, а также то, что при измерении больших коэффициентов шума мощ­ ность шумов диода может оказаться недостаточной для удвое­ ния. В этом случае точность измерений снижается.

2.Измерение коэффициента шума приемника

спомощью генератора стандартных сигналов

Втех случаях, когда шумовой диод отсутствует, измерения можно производить с помощью генератора стандартных сиг­ налов (ГСС).

Методика измерений в этом случае в основном остается такой же, как в случае шумового диода и включает два этапа. Схема измерений приведена на рис. 1.25.21

1- й этап. Генератор стандартных сигналов подключаетс ко входу приемника, но не включается в сеть. На вход прием­ ника поступают шумы внутреннего сопротивления Рг генера­ тора стандартных сигналов, а полная выходная мощность приемника, измеряемая выходным прибором, равна:

Р Ш ВЫХ1 Р и1 г ^ * р - ) ~ Рш соб ;

где Ршт— мощность шумов внутреннего сопротивления гене­

ратора (/?г).

2- й этап. Генератор стандартных сигналов подключается к сети. На вход приемника вместе с шумами генератора посту­ пает сигнал.

Выходной прибор измеряет полную выходную мощностьшумов, которая остается такой же, как и в первом этапе из-1

-46

мерений, и мощность синусоидального сигнала. Изменяя мощ­ ность синусоидального сигнала, поступающую от ГСС на вход приемника, получают выходную мощность РшВых2>удвоенную по сравнению с выходной мощностью первого этапа (Рш bhxj)- Тогда

Имея в виду, что в случае Рвх up = Rr

РШ1.= А7Д/Ш;

для коэффициента шума в соответствии с (1.36) можем напи­ сать:

в данном случае надо измерять э.д.с. генератора стандартных сигналов, которая составляет здесь единицы микровольт, и эффективную полосу шумов приемника.

Достоинством второго способа является то, что он не тре­ бует наличия специального шумового диода и позволяет до­ статочно точно измерять большие коэффициенты шумов, так как генератор стандартных 'сигналов Обладает обычно доста­ точной мощностью.'

Недостатками второго метода являются низкая точность измерений малых коэффициентов шума', обусловленная низ­ кой точностью измерения малой величины э.д.с. генератора' стандартных сигналов и необходимость измерения эффектив­ ной полосы шумов.

47

Г л а в а II.

Входные цепи приемников СВЧ

§ 2.1. Задачи входной цепи приемников СВЧ

Основные задачи входной цепи приемника СВЧ заклю­ чаются в следующем: ’

1.Входная цепь должна обеспечивать настройку в резонанс

счастотой принимаемого полезного сигнала, для осуществле­ ния избирательности и получения возможно большего коэф­ фициента передачи.

2.Входная цепь должна обеспечивать полосу пропускания,, необходимую для неискаженной передачи сигнала и ослабле­ ния соседнего и зеркального сигналов (зеркальным сигналом может быть тепловой шум антенны).

3.Входная цепь должна обеспечивать определенную связь

сантенной для получения минимального коэффициента шума и, следовательно, максимальной чувствительности приемника.

Взависимости от конкретных задач, выполняемых прием­

ным устройством в практических условиях, может появиться ряд специфических требований ко входной цепи, которые не­ обходимо также учитывать при проектировании и эксплуата­ ции приемников. Изложение в данной главе ведется без учета этйх специфических требований, и имеет в виду только ука­ занные три основные задачи входной цепи.

§ 2.2. Общие сведения о входных цепях

Приемники СВЧ работают, как правило, на фиксированной частоте или в узком диапазоне частот, поэтому антенну можно

В случае работы приемников в достаточно широком диа­ пазоне частот следует принимать специальные меры для на­ стройки антенны и диапазонного согласования или принимать меры, снижающие эффект рассогласования антенны со вход­ ной цепью (под согласованием здесь понимается равенство

48

сопряженных комплексов сопротивлений антенны и входной цепи).

ния задачи согласования должна осуществлять трансформацию

.сопротивлений. В простейшем случае такая трансформация осуществляется при автотрансформаторном подключении ан­ тенны к колебательному контуру входной цепи.

Схема такого включения представлена на рис. 2.2, где

введены следующие обозначения: суммарное активное сопро­ тивление

/-) _ 7?ВХ7?эк

* 9 _ /? в х + /? * „ '

Здесь Яак — резонансное сопротивление контура,