10.3. Структурные схемы генераторов свч
Одним из типичных клистронных измерительных генераторов является генератор Г4-115. Он перекрывает диапазон частот волновода 7,2X3,4 мм (25,86—37,5 ГГц) с помощью трех клистронов на разные поддиапазоны. Его структурная схема незначительно отличается от приведенной на рис. 9.3. В частности, генератор Г4-115 не имеет калиброванного выхода и имеет вместо ваттметра детекторный индикатор уровня мощности, подключенный к задающему генератору через направленный ответвитель. Для регулировки уровня мощности на выходе генератора применяется некалиброванный механический аттенюатор с пластиной из поглощающего материала, вводимой в прямоугольный волновод.
Прибор Г4-115 имеет на передней панели два стрелочных индикатора, один из которых регистрирует ток резонатора (режим генерации клистрона), Другой в зависимости от положения переключателя «ИНДИКАЦИЯ—РЕЗОНАТОР» — относительный уровень мощности или амплитуду колебаний в резонаторе частотомера. Устройство установки частоты в генераторе Г4-115 не связано со шкалой. Шкала частоты отградуирована в ГГц и представляет собой диск с цифровыми отметками, который механически связан с перестраиваемым резонатором. Сигнал в резонатор поступает через направленный ответвитель, индикатором резонанса служит детекторная головка с усилителем сигнала детектора и стрелочный индикатор на передней панели генератора. Контроль сигнала резонанса одновременно осуществляется световым индикатором. Световой индикатор удобен при поиске частоты генератора, когда приходится сравнительно быстро перестраивать частотомер и из-за инерционности стрелочного индикатора можно не заметить момент резонанса. Точная установка частоты осуществляется по максимальному отклонению стрелки индикатора. При этом кроме отсчета показаний по шкале резонатора необходимо вводить поправки согласно прилагаемому к каждому прибору графику частотных поправок. Дополнительно к элементам схемы рис. 9.3 генератор Г4-115 имеет переключатель поддиапазонов и устройство регулировки напряжения отражателя для настройки клистрона на максимальный уровень выходной мощности. Конструктивно генератор Г4-115 выполнен в одном блоке, основные органы регулировки выведены на его переднюю панель. В генераторе использованы, в основном, полупроводниковые приборы.
Современным генератором, построенным на диоде Ганна, является прибор Г4-156 (рис. 9.4). Генератор перекрывает диапазон частот 26—37,5 ГГц с помощью одного диода Ганна. Диод находится в коаксиальном резонаторе, перестраиваемом механически с помощью электронно-механического привода. В зависимости от положения поршня резонатора устанавливается определенная частота колебаний. Положение поршня резонатора определяется с помощью емкостного датчика и генератора-имитатора, которые имитируют текущее значение частоты. Вычислитель управляет работой двигателя электронно-механического привода таким образом, чтобы текущее значение частоты, полученное с генератора-имитатора, совпадало с заданным через устройство ввода.
Сигнал, генерируемый диодом Ганна, через волноводный вентиль поступает на управляемый аттенюатор, выполненный на р—i—n диоде. Уровень мощности в относительных единицах устанавливается с помощью устройства ввода, вычислителя и цифро-аналогового преобразователя — ЦАП. Калиброванного выхода генератор Г4-156 не имеет. Амплитудная модуляция меандром с частотой 1 кГц осуществляется р—i—n модулятором; глубина модуляции составляет не менее 20 дБ.
Рис. 9.73. Схема генератора сигналов Г4-156
Возможна внешняя модуляция меандром частотой 0,4—3 кГц и длительностью фронта и среза радиоимпульса 100 мкс. Внешняя электронная перестройка частоты возможна в сравнительно узкой полосе (3 МГц) синусоидальным или пилообразным сигналом частотой 0,05—10 кГц.
Генератор Г4-156 выполнен на микросхемах и полупроводниковых приборах. Кроме обычных, для генераторов сигналов функций оп позволяет производить управление частотой и мощностью сигнала по внутренней программе, которая закладывается в оперативное запоминающее устройство вычислителя. Аналогично управление этими параметрами может производиться дистанционно от внешней ЭВМ. Масса генератора Г4-156 в три раза меньше, чем у генератора Г4-115, работающего в том же частотном диапазоне.
Многие типы генераторов миллиметрового диапазона длин вол в выполнены на базе ЛОВ. К ним относятся генераторы Г4-141, Г4-142, генераторы качающейся частоты панорамных измерителей Р2-65, Р2-68, Р2-69 и другие. Схема генераторов Г4-141, Г4-142 также содержит задающий генератор, устройство установки частоты, совмещенное со шкалой, схему управления режимами генератора, аттенюатор и внутренний модулятор (см. рис. 9.4). Однако устройство установки частоты и шкала этих приборов принципиально отличаются от аналогичных устройств клистронных генераторов. Частота генерации ЛОВ перестраивается путем изменения напряжения на замедляющей системе, а выходная мощность генератора может регулироваться не только аттенюатором, как в других генераторах сигналов, а путем изменения напряжения на управляющем электроде. Благодаря этому приборы Г4-141 и Г4-142 могут управляться от ЭВМ дистанционно. Частота генерации задается в виде кода с разъема дистанционного управления или от собственного кодового переключателя, который представляет собой четыре независимых переключателя, каждый из них имеет 10 оцифрованных положений. Положение первого переключателя указывает десятки ГГц, второго — единицы и т, д. Таким образом, кодовый переключатель представляет собой одновременно и частотную шкалу. Погрешность установки частоты составляет 1—1,5 % и обеспечивается точной аппроксимацией нелинейной зависимости частоты ЛОВ от напряжения на замедляющей системе ломаной линией, состоящей из десяти отрезков прямой.
Генераторы Г4-141, Г4-142 могут перестраивать частоту не только от подаваемого кода, но и от внешнего источника напряжения. В определенных режимах работы перестройка частоты осуществляется либо во всем диапазоне, либо в пределах 0,5 ГГц при подаче на соответствующий вход прибора напряжения.
Внутренний модулятор обеспечивает модуляцию СВЧ колебаний меандром частотой 1 кГц. В режиме внешней модуляции частота меандра может задаваться от 1 до 100 кГц. Генераторы Г4-141, Г4-142 не имеют ответвителя, частотомера, ваттметра и калиброванного аттенюатора, указанных на рис. 9.3. Характерная особенность генераторов указанного типа — использование высоковольтного изолятора между корпусом ЛОВ и ее волновым волноводным фланцем, так как корпус, используемый ЛОВ, соединен по постоянному току с ее катодом.
Генераторы качающейся частоты (ГКЧ), входящие в приборы Р2-65 — Р2-69, имеют структурную схему, аналогичную представленной на рис.9.3, с некоторыми дополнениями. ГКЧ имеют две шкалы частот: одна из них грубая и совмещена с потенциометрами установки частоты или пределов перестройки генераторов; другая шкала резонансного частотомера обеспечивает измерение с заданной точностью. Вместо встроенного ваттметра в ГКЧ имеется датчик мощности, который может быть включен в замкнутое кольцо системы автоматической регулировки мощности, обеспечивающей ее постоянство на выходе. Внутренний модулятор обеспечивает модуляцию СВЧ колебаний меандром частотой 100 кГц. Калиброванный аттенюатор в ГКЧ отсутствует.
Резонансный частотомер, встроенный в ГКЧ, не имеет индикатора резонанса. Вместо него в ГКЧ имеется детектор и усилитель сигнала частотомера. Усиленный сигнал подается на осциллографический индикатор панорамного измерителя КСЗН и виден на экране индикатора в виде частотной метки.