а из (6.2) окончательно следует
Применим полученные соотноше- ния к приемному модулю многоцеле- вого назначения (см. рис. 6.1, а). Пусть заданы верхняя граница ли- нейности амплитудной характеристи- ки модуля Ртах = 10 мкВт, шумовая полоса Пш = 16 МГц, коэффициент различимости Д = 1 и значения параметров узлов: LПФ = Кпф-1 = == 0, 6 дБ, Lогр = 0, 5 дБ, крмшу == = 17 дБ, Кшмшу = 2, 5 дБ, Крсм == — 7 дБ (диодный смеситель), Кшсм == 8 дБ, Кр упч = 15 дБ, КшУПЧ == 3 дБ.
Рассчитав Кш по формуле (2.56) для каскадного соединения четырех- полюсников:
Воспользовавшись известными ре- зультатами из теории усилителей, за- пишем выражение для динамического диапазона модуля:
определим динамический диапазон мо- дуля:
Где Дi, Кшi — динамический диапа- зон и коэффициент шума 1-го узла;
Кш — коэффициент шума модуля;
КPk — коэффициент усиления по мощности k-го узла в линейном режи- ме; п — число нелинейных узлов.
Доказано, что линейная часть при- емника будет оптимальной по энер- гопотреблению, если динамические ди-
Отнеся индексы i = 1,2,3 соот- ветственно к МШУ, смесителю и УПЧ (ограничитель для Рmax = = 10 мкВт считаем линейным и по- этому не учитываем), из (6.3) находим:
дмшу = 84, 4 дБ, Дсм = 96 дБ, Дупч =94 дБ. Зная Д, и Кшi, находим значение максимальной мощ- ности на входе каждого узла по соот-
ношению Ртах; -= Дi kТ0 ПшКшiД. При этом имеем: РmaxМШУ = 31 мкВт,
Рmaxсм=1, 6мВт, PmахУПЧ =316мкВт.
Как видно из этих данных,
Ртаха(i+ 1) = РmaxiКPi,
т. е. НИ В одном из узлов нет значительного за- , паса по максимальной мощности. Продолжим рассмотрение функциональных схем приемных СВЧ-модулей. В спектроанализаторах, систе- мах радиоконтроля используются перестраиваемые по частоте приемные СВЧ-модули. Чаще реализуется элект- рическая (с помощью варикапов) или магнитная (с помощью резонаторов на железоиттриевых гранатах — ЖИГ) перестройка, реже — пере- стройка путем изменения питания мо- дулей. Функциональная схема одного из таких модулей приведена на рис. 6.2. Перестройка осуществляет- ся с помощью резонаторов на ЖИГ, которые включены во входную цепь, на вход смесителя, в гетеродин. Как известно, резонансная частота резо- натора на ЖИГ, выполненного в фор- ме сферы, линейно зависит от напря- женности внешнего магнитного поля:
/о (МГц) = 0,035Н (А/м). Практиче- ски магнитное поле изменяется путем изменения тока в электромагните, между полюсными наконечниками ко- торого размещается резонатор на ЖИГ. Напряженность магнитного по- ля, создаваемого электромагнитом, пропорциональна току, поэтому до- статочно просто реализуется сопря- женная перестройка резонатора ге- теродина с резонаторами во входной цепи и на входе смесителя. Диапазон перестройки может достигать несколь- ко октав, однако скорость пере- стройки сравнительно невелика (1—2 ГГц/мс), что объясняется значи- тельной индуктивностью катушки электромагнита.
В приемопепедающих модулях для приема и передачи обычно использу- ется одна антенна. В этом случае при- емная часть модуля подключается к антенне •() через переключатель «при- ем — передача» при импульсном ре- жиме работы,) непосредственно или через циркулятор при непрерывном
Рис. 6.2
режиме, з) через фильтры (часто в соче- тании с циркулятором) при разносе частот приема и передачи. Типичный пример непрерывного режима рабо- ты—режим доплеровских РЛС (изме- рители скорости движения автотранс- порта путем измерения доплеровского смещения частоты /д, датчики скоро- сти и т.д.). Функциональные .схемы мо- дулей для я доплеровских РЛС. представлены на рис. 6.3. На схеме
4) рис. 6.3, а генератор и смеситель под- ключены к антенне через циркулятор, причем часть мощности генератора ответвляется и подводится к смесите- лю в качестве колебаний гетеродина. 2)С целью упрощения и удешевле- ния модуля циркулятор иногда ис- ключают, при этом чувствительность модуля снижается примерно в 2 раза. Смесительные диоды подключают к общему СВЧ-тракту через делители мощности (рис. 6.3, б). На рис. 6.3, в
показана схема конструктивно очень 'простого модуля, в котором один ак- тивный полупроводниковый прибор (транзистор, диод Ганна, лавинно- пролетный диод — ЛПД) совмещает функции генератора, гетеродина и смесителя (так называемый автодинный прием). Недостаток автодинных модулей — сравнительно низкая чув- ствительность, так как генерирую- щий смеситель имеет повышенный коэффициент шума (30 дБ и бо- лее).
Учитывая, что приемные и приемо- передающие модули широко исполь- зуются в АФАР, рассмотрим более подробно особенности модулей этого назначения [З]. Модули, применяемые в АФАР, имеют в своем составе уп- равляемые фазовращатели, схемы уп- равления, контроля. Кроме того, спе- цифика АФАР конкретного назначе- ния привносит свои особенности в функциональную схему модуля. На- конец, общим требованием для моду- лей АФАР является идентичность их фазочастотных характеристик, при- чем при работе приемных модулей в условиях значительного изменения уровня входного сигнала добавляется также требование идентичности фазоамплитудных характеристик.
Рассмотрим особенности построе- ния функциональных схем приемо- передающих модулей АФАР. На рис. 6.4, а, б показаны схемы приемо- передающих модулей с преобразова- нием и без преобразования частоты со- ответственно. Особенностью модуля, выполненного по схеме рис. 6.4, а, яв- ляется применение умножителей час- тоты на четыре как в приемной, так и в
передающей его части. Это позволяет, во-первых, повысить диапазон рабо- чих частот модуля, во вторых, реали- зовать фазовращатели на более низ- кой частоте и с меньшими фазовыми сдвигами, что проще. Фазовращатели выполнены дискретными и фиксиро- ванные значения фазы устанавлива- ются по сигналам из блока управле- ния. Как видно, в приемной части мо- дуля отсутствует МШУ. Принцип работы такого модуля довольно прост:
в режиме приема с помощью двух пере- ключателей на смеситель подаются мощности входного сигнала и гетеро- дина, а в режиме передачи с помощью этих же переключателей на излуча- тель подается мощный выходной сиг- нал модуля. Недостатком модуля яв- ляется то, что переключатель, подклю- ченный к излучателю, в режиме пере- дачи работает на высоком уровне мощ- ности, что снижает КПД модуля. Ука- занный недостаток устранен в модуле, выполненном по схеме рис. 6.4, 6, за счет введения циркулятора. Пере- ключатель вынесен в приемную часть модуля, которая кроме него содер- жит диодный ограничитель, МШУ, фильтр и дискретный аттенюатор. Фазовращатель здесь используется и на прием, и на передачу. Так как оба переключателя работают на низком уровне мощности, они могут быть унифицированы. Дискретный атте- нюатор позволяет синтезировать ди- аграмму направленности АФАР в ре- жиме приема. Параметры модуля по схеме рис. 6.4, б: максимальная вы- ходная мощность 200 Вт на средней частоте 1, 3 ГГц, коэффициент усиле- ния приемной части в относительной полосе 10% 18 дБ, коэффициент шума 1, 7 дБ. Дискретный аттенюатор имеет фиксированные затухания 2, 4 и 8 дБ, а фазовращатель — пять фикси- рованных значений фазы (11, 25; 22, 5;
45; 90 и 180°). Габаритные размеры модуля 150 х 100 х 30 мм. Модуль вы- полнен по гибридно-интегральной тех- нологии.
Рассмотрим особенности приемных модулей АФАР. В модуле по схеме рис. 6.5, а сигнал принимается излу-
Уважаемый посетитель!
Чтобы распечатать файл, скачайте его (в формате Word).
Ссылка на скачивание - внизу страницы.