Курочкин А.Е. Конспект лекций. Радиоприемные устройства
|
|
|
Ul1 |
|
U sin( |
2πl1 |
) |
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|||||
n |
в |
= |
= |
|
|
λ |
|
. |
|||
|
|
2π(l1 + l2 ) |
|
||||||||
|
|
U |
|
|
|
|
|
||||
|
|
|
l |
|
U sin[ |
] |
|||||
|
|
|
|
|
|
||||||
λ
Исходя из второго условия согласования по мощности
n |
в |
= |
gвх |
. |
|
||||
|
|
gс |
||
|
|
|
||
5.Расчет длины отрезка l1:
l = |
λ |
arc sin(n |
|
sin |
2πl |
) . |
|
в |
|
||||
1 |
2π |
|
|
λ |
||
|
|
|
|
|||
ЛЕКЦИЯ №10. УСТРОЙСТВА СОГЛАСОВАНИЯ СВЧ СПЕЦИАЛЬНОГО НАЗНАЧЕНИЯ
3.21 Специальные входные устройства СВЧ
К ним относятся: разрядники и полупроводниковые (диодные) ограничители СВЧ мощности, СВЧ мосты и ответвители мощности, ферритовые циркуляторы.
Разрядники и полупроводниковые ограничители СВЧ мощности относятся к устройствам защиты входных каскадов РПрУ от перегрузки и повреждения в случае появления мощных помех.
Принцип действия основан на внесении затухания на входе приемника при превышении входной СВЧ мощности некоторого порогового уровня – мощности зажигания.
Характеристики определяются с помощью параметров низкого уровня мощности (полоса частот, затухание, КСВ и т.д.) и высокого уровня мощности (максимальная мощность, мощность зажигания, быстродействие и временные параметры).
Разрядники – это газоразрядные ламповые приборы, требующие дополнительного источника высокого напряжения (600-800 В).
Диодные ограничители не требуют дополнительных источников питания, но обладают небольшим допустимым уровнем максимальной мощности (1-2 кВт). Эквивалентные схемы диода при низком и высоком уровне мощности показаны на рис. 3.46. Схема подключения приведена на рис. 3.47.
Lв |
Lв |
|
Cпер |
Cконстр |
rвыс |
Cконстр |
|
|
rниз |
а |
б |
Рис. 3.46
95
Курочкин А.Е. Конспект лекций. Радиоприемные устройства
l2
2
W2
2
Cпер
|
Lв |
|
|
|
|
1 |
l3 |
|
|
|
|
|
r |
W3 |
|
|
1 |
|
|
К антенне |
l1 |
W1 |
|
ЛП |
|
К РПрУ |
|
|
|
Рис. 3.47
Между линией передачи ЛП и сечением 1-2 включен трансформирующий отрезок длиной λ/4 с волновым сопротивлением W1 . Отрезок короткозамкнутой линии l2 c волновым сопротивлением W2 необходим для образования в режиме низкого уровня мощности последовательного колебательного контура вместе с реактивными элементами диода:
jW tg( |
2πl2 |
) + jω L |
в |
− j |
1 |
=0. |
|
|
|||||
2 |
λ |
o |
|
ωoCпер |
|
|
|
|
|
|
|
В результате получающееся небольшое сопротивление в сечении 1-1 трансформируется в большое входное сопротивление в месте подключения к линии передачи:
R вх max = W12 / rниз.
Шунтирования входного сигнала в этом случае не происходит.
При высоком уровне мощности из эквивалентной схемы диода исчезает емкость p-n перехода Спер. Короткозамкнутый отрезок линии l3 с волновым сопротивлением W3 совместно с отрезком l2 и индуктивностью диода образует параллельный колебательный контур:
jW |
tg( |
2πl2 |
) + jω L |
в |
+ jW tg( |
2πl3 |
) = 0 . |
|
|
||||||
2 |
|
λ |
o |
3 |
λ |
||
|
|
|
|
|
|||
В результате получающееся большое сопротивление в сечении 1-1 трансформируется в минимальное входное сопротивление в месте подключения к линии передачи:
96
Курочкин А.Е. Конспект лекций. Радиоприемные устройства
R вх min = W12 , R oe
что означает внесение большого затухания в месте подключения линии передачи.
1
P1
1
2
P2
2
Рис. 3.48 |
3
P3
3
4
P4
4
СВЧ мост (рис. 3.48) представляет собой восьмиполюсник, в котором выполняются следующие соотношения:
P1 = P3 + P3 , P3 = P4 ,
P2 = 0.
Т.е. плечо 2 получается изолированным. Развязка сечений 1 и 2 рассчитывается так:
L = 10 lg(P1 / P2 ), дБ.
Сечения 3 и 4 также развязаны относительно друг друга.
Номинальный сдвиг фаз в выходных плечах моста (3 и 4) зависит от типа моста и равен 90 градусов в квадратурных мостах и 0 или 180 градусов в синфазно-противофазных мостах.
Мосты бывают квадратные (шлейфные) и кольцевые.
λ / 4
|
|
|
|
|
|
|
|
|
W |
|
Wл=0,707W |
W |
3 |
|
|
2 |
|
|
|
|
|||
Wшл=W |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Wшл=W |
λ / 4 |
|
|
1 |
W |
|
Wл=0,707W |
W |
4 |
|
|
|
|||||||
|
|
Рис. 3.49 |
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
||
Квадратный двухшлейфный мост представлен на рис. 3.49. Квадратный мост является квадратурным, т.к. четвертьволновой отрезок линии изменяет фазу на 90 градусов. Мощность, поданная в сечение 1, не поступает в сечение 2
97
Курочкин А.Е. Конспект лекций. Радиоприемные устройства
из-за противофазности возникающих в нем колебаний. Мост является полностью симметричным, его свойства одинаковы со стороны любого плеча.
Матрица проводимостей отрезка линии передачи выглядит так:
|
jY |
− cosβx |
1 |
|
Y = |
o |
|
|
. |
|
|
|||
|
sin βx |
1 |
− cosβx |
|
Граф проводимостей моста и сигнальный граф представлены на рис. 3.50.
Yo |
Yo |
|
|
|
|
|
Yo |
j1,414Yo |
1 |
1 |
|
3 |
|
1 |
3 |
j1,414 |
|
|||
|
|
|
||||
|
j1,414Yo |
|
|
|
|
|
jYo jYo |
jYo |
jYo |
|
j1,414 |
|
|
|
|
|
|
|||
j1,414Yo |
|
|
|
j |
j |
|
|
|
j |
j |
j1,414 |
||
|
|
|
|
|||
2 |
j1,414Yo |
|
|
|
|
|
4 |
|
|
j1,414 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Yo |
Yo |
|
2 |
|
4 |
|
|
|
|
|
|
а |
б |
|
Рис. 3.50 |
По формуле Мезона получаем коэффициенты передачи в узлы 1-4:
T = |
|
1 (1 − j2 − 1, 414 j 1, 414 j) |
= |
4 |
; |
|
|
|
|||
1 |
|
− j2 − j2 − 2 j2 − 2 j2 − 2 j 1, 414 j j 1, 414 j + 4 j4 + j4 |
8 |
|
|
1 |
|
||||
|
T2 = |
|
|
|
|
1 j(1 − j2 ) + 1, 414 j j 1, 414 j |
|
|
= 0; |
|
|
|||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||
|
|
|
|
1 − j2 − j2 − 2 j2 − 2 j2 − 2 j 1, 414 j j 1, 414 j + 4 j4 + j4 |
||||||||||||||||||
T |
= |
|
|
|
|
|
1 1, 414 j(1 − 2 j2 ) + j 1, 414 j j |
= 2,828 j ; |
||||||||||||||
3 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
1 |
− j2 − j2 − 2 j2 − 2 j2 − 2 j 1, 414 j j 1, 414 j + 4 j4 + j4 |
8 |
|
|
||||||||||||||||||
|
|
|
||||||||||||||||||||
T |
= |
|
|
|
|
|
|
|
1 1, 414 j j + j 1, 414 j |
= |
−2,828 |
; |
||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||
4 |
1 |
− j2 − j2 − 2 j2 − 2 j2 − 2 j 1, 414 j j 1, 414 j + 4 j4 + j4 |
8 |
|
|
|||||||||||||||||
|
|
|
||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
T4 |
|
= |
|
T3 |
|
= |
2,828 |
|
4 |
= 0,707 (−3дБ). |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
|
|
|
|
|
|
|
T1 |
|
|
|
T1 |
|
8 |
8 |
|
|
|
|
|
|
||
Кольцевой мост изображен на рис. 3.51. При подаче сигнала в сечение 1 мощность распределяется поровну между сечениями 3 и 4, а развязанным будет сечение 2.
Ферритовый циркулятор представлен на рис. 3.52.
Отрезки микрополосковых линий 1, 2, 3 располагаются под углом 120 градусов на подложке из феррита 4 и соединяются круглым пленочным диском, под которым со стороны заземленной пластины 5 установлен постоянный магнит в форме цилиндра 6.
При наличии магнитного поля H происходит взаимодействие магнитного поля СВЧ сигнала с полем намагниченного феррита.
98
Курочкин А.Е. Конспект лекций. Радиоприемные устройства
3 |
|
2 |
W |
λ / 4 |
W |
|
λ / 4 
λ / 4
1 W |
W |
4 |
|
||
|
|
Wл=1,414W
3λ / 4
Рис. 3.51
2
H
4
D
1
5
3
6
Рис. 3.52
Распределение поля сигнала в области диска изменяется и становится таким, что на границе диска и одного из плеч напряженность поля сигнала становится ничтожно малой. В результате мощность сигнала, подведенная к плечу 1, вся выходит из плеча 2, незначительно ответвляясь в плечо 3, которое таким образом является изолированным.
Мощность, поданная в плечо 2, выйдет из плеча 3, а плечо 1 будет изолированным. Направление циркуляции энергии обозначают стрелками. Последовательность прохождения сигнала для рис. 3.46 соответствует 1-2-3-1. При изменении направления постоянного магнитного поля на противоположное последовательность прохождения сигнала также меняется на противоположное: 1-3-2-1.
Диаметр металлического диска рассчитывают по формуле
D ≈ 0,6λo / 
εф ,
где εф = относительная диэлектрическая проницаемость феррита; λo - длина волны.
99
Курочкин А.Е. Конспект лекций. Радиоприемные устройства
РАЗДЕЛ 4. УСИЛИТЕЛИ РАДИОСИГНАЛОВ (УРС)
ЛЕКЦИЯ №11. ТЕОРИЯ УРС С СОСРЕДОТОЧЕННЫМИ ПАРАМЕТРАМИ
Усилителями радиосигналов принято считать устройства, служащие для получения заданного усиления сигналов в диапазоне радиочастот в каскадах РПрУ, предшествующих детектору.
УРЧ |
ПЧ |
УПЧ |
Д |
УНЧ |
ВП |
Рис. 4.1. Структурная схема супергетеродинного РПрУ
4.1 Основные функции УРС:
1)Усиление полезного сигнала;
2)Уменьшение коэффициента шума и увеличение реальной чувствительности;
3)обеспечение частотной селективности по мешающим и побочным
каналам приема.
4.2 Классификация:
1)По месту расположения в тракте приема (рис. 4.1):
УРЧ (усилитель сигналов радиочастоты), усиливает сигнал на частоте модулированной несущей и располагается перед первым преобразователем частоты (ПЧ).
УПЧ (усилитель сигналов промежуточной частоты), усиливает сигнал на промежуточной частоте и располагается после преобразователя частоты (ПЧ).
2)По характеру нагрузки:
резонансные УРЧ, с ярко выраженными селективными свойствами; слабоселективные; апериодические.
3)По характеру распределения селективности:
сраспределенной селективностью;
ссосредоточенной селективностью (на основе ФСС – фильтров с сосредоточенной селективностью).
4)По конструктивному исполнению:
ссосредоточенными параметрами;
сраспределенными параметрами.
5)По типу усилительного элемента:
-на лампах;
-на транзисторах;
-на диодах (параметрические, варакторные, туннельные диоды и т.д.). 6) По диапазону частот.
7) По способу настройки:
100