Добавил:

ivanov666 Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.

Вуз:

Башкирский Государственный Аграрный Университет

Предмет:

[НЕСОРТИРОВАННОЕ]

Файл:

книги из ГПНТБ / Бородич, Сергей Владимирович. Радиорелейная связь учебник для техникумов связи

.pdf

Скачиваний:

Добавлен:

30.10.2023

Размер:

35.21 Mб

Скачать

☆

<<< < Предыдущая 1 2 3 4 5 6 7 8 910 / 4510 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 > Следующая >>>

Как было отмечено выше, для одной и той же частоты имеет ся множество значений резонансной длины линии, соответствую щих различному числу узлов напряжения на линии. Всегда стре мятся выбрать размеры резонатора так, чтобы число узлов на пряжения было минимальным. Если на линии имеется один узел:

напряжения, то длина линии должна быть меньше — и чем

меньше ёмкость С\ на разомкнутом конце линии, тем ближе дли

на линии к величине — . Когда ёмкость С\ велика, длина ли-

нии может быть настолько малой, что конструктивное выпол нение резонатора оказывается невозможным. В этом случае при ходится выбирать большую длину, чтобы на линии указывалось два узла напряжения (длина линии меньше 3/4 А).

Если коаксиальный резонатор используется в качестве коле бательного контура генератора или усилителя, то размеры резо


натора необходимо выби
рать так, чтобы эквивалент
ное сопротивление		контура	g	r } r ,
было максимальным.
Рассмотрим,	как зависит		Резонансная частота		\|
эквивалентное,	сопротивле
ние от размеров резонатора.			Рис. 3.14. Эквивалентная схема коак
Для этого введём		понятие	сиального	контура
об эквивалентном		контуре.

Представим контур, эквивалентный резонатору, в виде парал лельного соединения эквивалентных индуктивности La и ём кости Сэ , запасы энергии в которых равны соответст венно запасам магнитной и электрической энергии в реальном резонаторе (рис. 3.14). Такой контур может быть эквивалентен реальному резонатору только в сравнительно узкой полосе ча стот вблизи резонанса. Для определения параметров эквива лентного контура наложим условие, чтобы в этой полосе частот

входные	проводимости		реального					резонатора			(коаксиальной
линии)	и эквивалентного			контура				были	одинаковыми.
Входная проводимость отрезка короткозамкнутой линии в
соответствии		с (3.1) равна				1		К + М
		у	—	1	i		ctg			I
		1 вх Рез	—			W	-		1)ф
на частоте		со — шв -j-Дш,		где			<о0— резонансная частота, Дш —
расстройка.											ч>, ), разложим
Считая величину расстройки малой ( Дсо
выражение в ряд по степеням						Дш,		ограничиваясь только двумя
членами разложения									Ш(	l
			1		“о		/ t	1	Vrt,		А(о

Проводимость эквивалентного контура (параллельное соеди

нение Ь э и C s) равна

Yвх.ж—i ,I (№о “I- С3 (О)0 + Дсо) La

Это выражение также разложим в ряд по степеням Лш, ог раничившись двумя членами,

V,	i о)„С		+	1 (<■>«£,+- у - )		— •	(3.7)
	О ' - ^		+	1 (<■>«£,+- у - )		— •	(3.7)
		щЬэ )		\	(00 1 э )	со0

Приравняв (3.6) и (3.7), найдём после простых преобразо ваний параметры эквивалентного контура:

a)0 L3 = W

= w

“о с.

где

4 sin2 р0 /

2?„ I I- sin 2j30 L 4s in2 S0 l

2,30 / — sin 2fS„1

(3.8)

(3-9)

■Po = —	при ^	= c, Po = - ^ =		—
■Оф	V		c	l
Из рис. 3.14 очевидно, что характеристическое сопротивление
полного контура равно		следовательно,			эквивалентное со
противление контура при резонансе			равно
Ra = Qio0 Le = Q W			4sin2 р0 I		(3.10)

		2'3„/ -(- sin 2р0 /
где Q — добротность	контура.		Q задана		требованием на
Обычно величина	добротности

ширину полосы контура и не может быть изменена, поэтому ве

личина эквивалентного	сопротивления		R3 практически опреде
ляется только величиной		4s in2	/
o0 L3 = W
		2\|30 / 4- sin 230 1

зависящей от размеров резонатора.
Заметим далее, что при резонансе
Y вх рез0	■i-^ctgPo / =		— i со0Ci.

Так как величина ёмкости Ci задана, то абсолютную вели чину входной проводимости при резонансе можно считать так же заданной. Обозначим её через

^вх,, = ~			С^Ь Ро I —ш0 Cl.		(3.11)
Умножив Y дхо на	W и на u)0La,			получим две величины:
..	t	у __	2sin 2{30 1___
0	э	вх°	230 I	4- sin 230 1	’
		WYe x = c t? ? 0 l,

зависящие только от длины резонатора /.


Величина		w0L3Y e определяет эквивалентное сопротивле
ние R 3.	а величина W y exa — волновое сопротивление			W в зави
симости	от длины резонатора. На рис. 3.15 показаны графики
зависимости		m0 L3 Y вХдИ	от р0l ~	гРаФИК0В

видно, что у резонаторов с одним узлом напряжения ^0 <

Рис. 3 .1 5 . Графики для определения io0 L и W коаксиального

резонатора

эквивалентное сопротивление больше, чем у резонаторов с дву

мя узлами	при прочих равных условиях. Из
графиков видно	также, что для резонаторов с двумя узлами

напряжения существует оптимальная длина, при которой экви валентное сопротивление максимально.

Пользуясь графиками рис. 3.15, легко определить размеры

резонатора. Так, например, задавшись величинами

R 3

и Q,

можно из

(3.10)

найти щЬ3= Я.,

Зная величину ёмкости Сх и

резонансную

частоту,

легко

(3.11)

найти У

Умножив

из

Y ВХп

на

найдём величину

u)0

и по графику най

дём

соответствующую

ей

величину \й1 ,

а следовательно, и /.

Если величина I получается конструктивно невыполнимой, при

дётся пойти либо на увеличение Q,

либо на снижение R 3.

найти

Далее,

по величине

по тем

же

графикам

можно

W и, зная

Y-

, определить

Наконец, из выражения волнового сопротивления коаксиаль ной линии (3.2)

W = 601п

легко наити отношение радиусов

внешнего и внутреннего

цилиндров.

Коаксиальные резонаторы обладают рядом существенных достоинств, к числу которых относятся, например, высокая доб ротность, механическая прочность и удобство соединения с лам пой, возможность перестройки резонансной частоты в широких, пределах.

Коаксиальные резонато ры широко применяются в аппаратуре радиорелейных линий метрового и децимет рового диапазонов волн. Обычно резонаторы выпол няются из меди или лату ни. тпя уменьшения потерь внутренняя поверхность ре-

Р ис.	3 .1 7 . П оле в коаксиальном и радиаль
Рис. 3 .1 6 . Радиальны е резонаторы	ном резонаторах

зонатора полируется и серебрится. Добротность хорошо изготов ленного резонатора достигает величины 3000—4000 и даже более.

Радиальный резонатор (рис. 3.16а) представляет собой по лый металлический цилиндр, высота которого в несколько раз меньше диаметра. Он как бы образован параллельным соедине-. нием большого количества короткозамкнутых отрезков радиаль ных линий, откуда и происходит его название. Один из таких отрезков показан пунктиром на рис. 3.16а.

Другая конструкция радиального резонатора (рис. 3.166) сходна с конструкцией коаксиального. Отличие заключается е том, что высота внешнего цилиндра радиального резонатора меньше разности радиусов внешнего и внутреннего цилиндров.

Принципиальное же отличие радиального резонатора от коак сиального видно из распределения электромагнитногополя внутри резонаторов. На рис. 3.17 показано распределение поля,

соответствующее первому обертону	колебаний в	коаксиальном
и радиальном резонаторах.	(рис. 3.17а)	линии электри
Внутри коаксиального резонатора	(рис. 3.17а)	линии электри

ческого поля направлены по радиусам внешнего цилиндра. По ле максимально у открытого конца и равно нулю у замкнутого. Магнитные линии являются окружностями с центрами на оси.,

Напряжённость магнитного поля максимальна у замкнутого конца и равна нулю — у открытого.

На рис. 3.176 показано распределение поля внутри радиально го резонатора. Электрические силовые линии параллельны оси. Поле максимально у оси и уменьшается до нуля у боковых сте нок. Магнитные линии являются окружностями с центрами на оси, причём напряжённость магнитного поля максимальна у бо ковых стенок и падает до нуля у оси.

Для простого радиального резонатора (рис. 3.16) резонанс

ная длина волны определяется его ра
диусом в соответствии с		выражением			^ Г
к =				(3.12)
					м
где R — радиус	резонатора, а			величи
на Р„ при	/1=1, 2,	3	...	. равна	Р ис. 3 .1 8 . Радиальный резо
Pi = 2,4048; Р2 = 5,5201;		п	Р3 = 8,6537;		натор, нагруженный на ём-
Р4 —11,7915 . .	индекс		обозначает		кость

вид колебаний резонатора (номер радиального обертона или количество узлов напряжения вдоль радиуса резонатора).

Для радиального резонатора, нагруженного на ёмкость Cj (рис. 3.18), связь между размерами резонатора и его резонанс ной .частотой можно найти из условия резонанса

Zex = — — ,	(3.13)
вх 2 к }СХ	■

где Zex — входное сопротивление короткозамкнутого отрезка ра диальной линии.

Это входное сопротивление равно
	60 h		1	(3.14)
		ct	2гс	2 к
		ct	■Л
Функция ct	2к Г 2п В	называется малым радиальным ко
	T r’T R

тангенсом и выражается через функции Бесселя первого и вто рого рода. Подставив (3.14) в (3.13), получаем после простых

преобразований	, 2 п 2л	\
d I — г, — Я
	----- ------- -		1,8 —	Ci,
	2л		г
где С] выражена в пикофа радах		_12
где С] выражена в пикофа радах		(10	ф).
Для удобства расчётов разделим обе части этого выражения
на величину (R—г)	2к
2к	2к
ct				Cl	(3.15)
2 к	=	1,8	Г (R -	Cl	(3.15)
2 к			Г (R -	г)

(Я-Г)

	/2 тс	2 тс	\
Графики функции	( т	'■т	у
Графики функции	--- -------------		приведены на рис. 3.19.

т<«~г>

Зная размеры резонатора г, R и h, а также величину ёмкости Ci, легко вычислить правую часть выражения (3.15), а затем по

2 «"С

графикам рис. 3.19 найти величину — (R—г) и, следовательно, X

определить длину резонансной волны резонатора.

Настройка радиального резонатора производится обычно пу тём изменения ёмкости С\. Диапазон перестройки сравнительно невелик.

Радиальные резонаторы находят применение в аппаратуре радиорелейных линий диапазона дециметровых и сантиметро вых волн.

Отрезки волноводов прямоугольного сечения иногда приме няются в качестве резонаторов, называемых прямоугольными или волноводными резонаторами. Если волноводный резонатор


	используется			в	качест
	ве колебательной систе
	мы генератора или уси
	лителя, то электроваку
	умный прибор (лампа)
	должен		включаться			в
	средней		части		волно
	вода,	где		напряжён
	ность		электрического
	поля	максимальна.				В
	резонаторе				должны
	возбуждаться				только
	такие	типы		колебаний,
	для	которых			полная
	длина отрезка волново
	да равна нечётному чи
	слу	полуволн			(пуч
гя (Й -г )	ность напряжения в се
	редине		резонатора).
Р пс. 3 .1 9 . График функции малого р ади ал ьн ого	Для того чтобы между
котангенса	электродами				лампы
	всегда была максималь

ная напряжённость электрического поля, в конструкции резонато ра приходится предусматривать два короткозамыкающих поршня на обоих концах отрезка волновода, которые при настройке резо натора должны перемещаться симметрично (рис. 3.20).

Волноводные резонаторы имеют существенные отличия от коаксиальных. Прежде всего, в волноводе не могут существовать колебания, длина волны которых больше некоторой величины.

называемой критической волной (см. гл. 4, § 4.8). Фазовая ско рость распространения колебаний в волноводе зависит от отноше ния длины волны этих колебаний к критической длине волны.

Вследствие этих особенностей нарушается пропорциональная зависимость между резонансной длиной волны волноводного ре зонатора и его длиной 1в , По мере увеличения длины отрезка

волновода 4 увеличивается резонансная длина волны, прибли


жаясь к		предельной				ве
личине,		равной			самой
длинной критической вол
не,	после	чего		дальней-
шее	увеличение				длины л			[в
отрезка		волновода			уже J у		"
бесполезно.			связь			\ /*		т
Найдём				между
резонансной			частотой			и	Рис.	3.20. Прямоугольный резонатор
длиной резонатора.					Резо

натор, изображённый на рис.	3.20,	можно	представить в ви
де параллельного соединения	(в	точках Л	и С) двух волно-
водных секций. Каждая такая секция длиной			-—5 с одного конца

замкнута настроечным поршнем, а с другого открыта и к откры

тому концу присоединена половина междуэлектродной ёмкости:
лампы	Q
	Очевидно, что резонансная частота такой секции рав

на резонансной частоте всего резонатора.

Входное сопротивление (со стороны открытого конца) волноводной секции определяется так же, как для отрезка коаксиаль ной линии, в соответствии с выражением (3.1),

Z ex = iW si g 2 n - L ^ ,

где к — длина секции,			\}ф 2
где к — длина секции,
Юф— фазовая скорость	распространения волн в волноводе,.
W в— волновое сопротивление волновода для рассматривае
мого типа колебаний,
f— частота колебаний.			(3.3)
При резонансе, в соответствии с			(3.3)
Z	—		2
^ ОV	---	i 2	пfCx
и в соответствии с (3.4)		i 2	пfCx
и в соответствии с (3.4)			1
tg w -/M			1	(3.16),
tg w -/M				(3.16),
Фазовая скорость в волноводе равна
	\			'к р
				'к р
	кр			/

где \ p, f Kp—критическая волна и критическая частота волновода, с — скорость света.

Волновое сопротивление волновода, заполненного воздухом, для основного вида колебаний равно

120* в

2а

где а и б — размеры сечения волновода.

Подставив вы раж ения^ и Wg в (3.16), после простых пре образований получим

(3.17)

Это выражение можно использовать для ориентировочного определения резонансной частоты по размергм резонатора.

Волноводные резонаторы применяются главным образом на частотах выще 3000 Мгц, на которых они имеют большую доб

	ротность и большее эквива
i	лентное сопротивление, чем
i	коаксиальные резонаторы.

ККроме того, волноводные резонаторы несколько про ще коаксиальных в конст руктивном отношении.

	К недостаткам волновод
I»	ных	резонаторов относятся:
	небольшой		диапазон	наст
Рис. 3.21. Виды связи с резонатором	ройки, необходимость			нали
	чия	двух	настраивающих

поршней, трудности подавления паразитных колебаний, нелиней ная зависимость резонансной частоты от длины резонатора.

В зависимости от назначения объёмные резонаторы либо непосредственно соединяются с электровакуумным прибором (лампой), либо включаются в схему посредством элементов связи. Наиболее распространены два вида связи резонатора с внешней цепью (или нагрузкой): магнитная (индуктивная) и электрическая (ёмкостная). Примеры осуществления магнит ной и электрической связи с коаксиальным резонатором показа ны на рис. 3.21. Магнитная связь (рис. 3.21а) осуществляется с помощью петли, помещаемой вблизи пучности магнитного по ля, а электрическая (рис. 3.216) — с помощью зонда с диском, помещаемым вблизи пучности электрического поля. Величина связи может регулироваться: в первом случае — путём повора чивания или перемещения петли, а во втором случае — путём большего или меньшего погружения зонда внутрь резонатора.

§ 3.3. Входные цепи и кристаллические смесители приёмника

Назначение входных цепей приёмника заключается в согла совании его первых ступеней с антенной или антенным фидером для обеспечения наибольшего отношения сигнала к внутренним шумам приёмника и наименьшей величины отражённой волны в антенном фидере. Другое назначение входных цепей — это

создание		необходимой			Н.ЙЙ
избирательности				на
					15		( Я - Ш
входе	приёмника			для
уменьшения помех при					Кристалливеский		смеситель
ёму.					W	I
Как уже упомина
лось,	в	большинстве
случаев		в	приёмниках			_____	/ГМги
аппаратуры			радиоре		№	ШОР	10000
лейных линий усилите					Рис. 3.22. Минимальные значения коэффициен
ли высокой частоты не						тов шума приёмников

применяются. Это объ ясняется тем, что в наиболее распространённом диапазоне час

тот применение на входе приёмных устройств усилителей высо кой частоты на триодах не даёт улучшения коэффициента шума приёмника. На графике рис. 3.22 приведены кривые зависимости минимального коэффициента шума от частоты для приёмников с кристаллическим смесителем или усилителем высокой частоты

Рис. 3.23. Устройство смеситель	Рис. 3.24. Вольтамперная ха
ных кристаллов	рактеристика	смесительного
	кристалла

на триоде. Из графика видно, что на частотах выше 1000 Мгц кристаллический смеситель обеспечивает лучшие результаты. Поэтому большинство современных приёмников для радиоре лейных линий строится по схеме: входные цепи — кристалличе ский смеситель — усилитель промежуточной частоты.

Кристаллический смеситель (рис. 3.23) представляет собой кристалл ( 1 ) кремния или германия, заключённый в специаль ный керамический патрон (2 ), снабжённый контактными выво-

7—264

дами (3, 4), с одним из которых соединён сам кристалл, а с другим — очень коротенький отрезок тонкой пружинящей про волочки (5). Кристалл кремния имеет с пружинкой точечный контакт, создаваемый силой пружинки; германиевый кристалл, как правило, имеет сварной контакт с пружинкой, и поэтому обладает большей электрической прочностью, но кремниевый кристалл имеет лучшие параметры. На рис. 3.23 приведены наи более распространённые конструкции кремниевого и германие вого кристаллов.

Вольтамперная характеристика смесительного кристалла (рис. 3.24) очень хорошо отображается экспоненциальной кри вой вида

i = ie (eu* - l),	(3.18)
где ( и и — мгновенные значения тока и напряжения, /в	и а —
параметры экспоненты.
Для большинства кристаллов
i0 = 0,25 ма, а = 5 — .
в

На смеситель подаются колебания принимаемого сигнала частоты / и колебания гетеродина частоты }г ; в результате не линейного преобразования этих колебаний на выходе смесителя


образуются		колебания промежуточной частоты f пр,							равной раз
ности частот f и f г.			Таким	образом,		смеситель		является преоб
разователем		частоты	сигнала и его можно представить							в виде
		-.fc'-fz--fnp				некоторого			четырёхпо-
А	%			0		люсника, на вход которо-
		п	Rm		*~fnP го		подаются		колебания
	о--			0		частоты f,		а	е	выхода
Рис.	3.25. Четырёхполюсник, эквивалент-					снимаются		колебания ча-
	ный кристаллическому смесителю					СТОТЫ ] пр		(рис. 6.1о).
						Этот		четырёхполюс
						ник	характеризуется тре
мя параметрами: входным сопротивлением							(на частоте сигнала)
R,x,	выходным сопротивлением				(на	промежуточной частоте) —
R.blx	и коэффициентом передачи мощности — т],							равным отно

шению мощности колебаний промежуточной частоты к мощно сти приходящего сигнала.

В зависимости от типа кристалла, диапазона частот и вели

чины промежуточной частоты параметры		смесителя могут при
нимать значения в следующих пределах:
	Rgx =		55-ч- 600 ом;
	Reux =		300 -4- 700 ом]
	71 = 0,125-4-0,25.
	На рис. 3.26 изображена эк
	вивалентная		схема высокочас
Рис. 3.26. Эквивалентная схема высоко	тотной	части приёмника. На
	этой схеме еА —электродвижу-
частотной части приёмника

<<< < Предыдущая 1 2 3 4 5 6 7 8 910 / 4510 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 > Следующая >>>

Соседние файлы в папке книги из ГПНТБ