Приемно-передающие устройства радио­технических систем: Учебное пособие, страница 4

Динамический диапазон приемного устройства в значительной степени определяет его помехозащищенность. Большинство су­ществующих способов помехозащиты оказываются эффективны­ми лишь тогда, когда уровень помехи не превышает динамичес­кий диапазон.

Чувствительность, избирательность и динамический диапазон приемных систем в значительной мере определяются технически­ми возможностями элементной базы, на которой они построены.

1.2. Анализ типовых каскадов приемных устройств

1.2.1.   Анализ линейных каскадов с постоянными параметрами

К линейным каскадам приемно-передающих систем относятся функциональные элементы, в которых коэффициенты передачи мощности, тока и напряжения не зависят от уровня сигналов, действующих на их входах. При этом по отношению к действую­щим сигналам выполняется принцип суперпозиции. Это условие называют условием малого сигнала.

Линейные каскады отличаются большим многообразием. Это обусловлено не только использованием различных типов актив­ных усилительных и преобразовательных элементов (электрон­ные, твердотельные, многоэлектродные и т. д.), но и способами включения их основных электродов относительно источника сиг­нала и нагрузки. Различна реализация входных и межкаскадных цепей усилителей. Эти обстоятельства на определенном этапе развития теории и техники приемно-передающих систем потребо­вали разработки общей теории, пригодной для анализа и оценки технических параметров линейных каскадов любого типа. Основы такой теории были разработаны советскими учеными, в част­ности членом-корреспондентом АН СССР В. И. Сифоровым.

В рамках общей теории линейного усилительного каскада активный усилительный элемент вместе с резонансным контуром на его входе представляется в виде активного шумящего линейного четырехполюсника   (рис.  1.8). Четырехполюсник имеет два входных (1-1)  и два выходных зажима  (2—2). Предполагается, что внутренняя схема четырехполюсника неизвестна, а вся информа­ция о его внутренних параметрах может быть получена по резуль­тат измерений комплексных амплитуд токов i₁ и i₂ и напряжений U₁ и U₂ на внешних зажимах.

Взаимосвязь между комплексными амплитудами токов и на­пряжений на внешних зажимах четырехполюсника характеризу­ется системой двух уравнений:

или в матричном виде

где I,U— векторы токов  (i₁, i₂)^T и напряжений (U₁ , U₂)^T; Y— [Y_ik]— матрица    Y-параметров    четырехполюсника,    ко­торые имеют следующий физический смысл:

— статическая входная проводимость при коротком замыкании на выходе;

— проводимость  обратной  передачи при коротком замыкании на входе;

—проводимость (крутизна) прямой передачи при коротком замыкании на выходе;

— статическая выходная проводимость при коротком замыкании на входе.

Статические Y-параметры (параметры короткого замыка­ния) не зависят от амплитуд токов и напряжений и неизменны во времени. Их величины определяются свойствами активного усилительного элемента четырехполюсника   режимом его работы.

Если Y-параметры четырехполюсника не изменяются во времени, то данный каскад является каскадом с постоянными параметрами. В общем случае все статические проводимости яв­ляются комплексными величинами, и их величина зависит от ра­бочей частоты усилителя:

g_ik   и   b_ik — активная и реактивная составляющие проводи­мости соответственно.

При подключении к четырехполюснику источника сигнала и резонансной нагрузки проводимости прямой и обратной переда­чи Y₂₁ , Y₁₂ определяют вносимые токи на входе и выходе. Поэто­му полная эквивалентная схема каскада может быть представ­лена в виде четырехполюсника, изображенного на рис.   1.9. Так

как на выходе четырехполюсника включена нагрузка с комп­лексной проводимостью Y_H, то в дополнение к уравнениям (1.1, 1.2) правомерно будет ввести третье уравнение

Система этих трех уравнений достаточна для определения технических параметров усилительного каскада через Y-пара­метры. Основное преимущество использования для этой цели параметров короткого замыкания состоит в том, что >на сравни­тельно низких частотах (до 500 МГц) Y-параметры являются справочными величинами. На более высоких частотах непосред­ственное измерение параметров короткого замыкания становится затруднительным, и эквивалентные схемы линейных каскадов выражают через внутренние статические Z-параметры или пара­метры холостого хода.

Уравнения линейного четырехполюсника при этом имеют вид

При подключении к четырехполюснику источника сигнала в виде генератора ЭДС с внутренним сопротивлением R_c и резо­нансной нагрузкой Z_Н приходят к эквивалентной схеме четырех­полюсника,  выраженной через Z-параметры   (рис.  1.10) -

Полные статические сопротивления прямой и обратной пере­дачи Z₂₁ и Z₁₂ характеризуют вносимые ЭДС на выходе и входе. Очевидно,  как и  в случае использования     системы  Y-параметров,  при анализе четырехполюсника можно воспользоваться до­полнительным уравнением

В диапазоне СВЧ при анализе свойств линейных четырехпо­люсников, подключенных к источнику сигнала и нагрузки через отрезки длинных линий, необходимо учитывать возможность по­явления отраженных волн из-за рассогласования. Поэтому внут­ренние параметры активного четырехполюсника целесообразно выражать через коэффициенты матрицы рассеяния, численно равные коэффициентам отражения и устанавливающие связь между падающими и отраженными волнами на входе и выходе четырехполюсника (рис. 1.11).

Уравнения  четырехполюсника   представляют    собой    следую­щую   систему  уравнений:

,

или

где   S=[S_ik]— матрица  рассеяния четырехполюсника,    коэффи­циенты которой имеют следующий смысл;

— коэффициент отражения на входе при согласовании четырехполюсника с нагрузкой;

— коэффициент отражения на выходе при согласовании четырехполюсника с источником сигнала;

— коэффициент прямой передачи напряжения (тока) в согласованную нагрузку;

—  коэффициент    обратной    передачи    напряжения А% \Ai=o        (тока)  при согласовании на входе.