Курс лекций по дисциплине “Методы и устройства формирования радиосигналов” (Лекции 1-34. Назначение дисциплины. Радиосигнал и его характеристики. Основные этапы развития радиотехники. Паразитные излучения в формирователях. Электромагнитная совместимость в формирователях), страница 21

а                                                                   б

Рис. 8. Топология согласующих цепей на СВЧ.

а – одношлейфовый трансформатор; б – четвертьволновой трансформатор.

Допустим необходимо согласовать на некоторой частоте , источник возбуждения с биполярным транзистором, входная проводимость которого . Эквивалентная схема включения источника возбуждения с транзистором приведена на рис. 9.

Рис. 9. Схема входной цепи усилителя мощности диапазона СВЧ.

При  максимальная мощность от возбудителя колебаний к транзистору передается, если ЦС преобразует комплексную проводимость  в активную составляющую, равное волновой проводимости . Наиболее простым трансформатором сопротивлений в этом случае является одношлейфовый. Как известно, входная проводимость линии определяется выражением:

,                                           (12)

где  - волновое сопротивление линии;

 - комплексная проводимость нагрузки;

 - длина линии;

 - длина волны в линии;

В соответствии с формулой (12) выбором длины  - расстояния от АЭ до плоскости А – можно установить действительную часть  равной , а вариацией длины шлейфа  добиться компенсации мнимой части . Действительно, так как нагрузка шлейфа  (шлейф замкнут на конце), то

,                                            (13)

где  - волновое сопротивление шлейфа;

;

 - скорость света;

 - частота колебаний;

Длина шлейфа находится из выражения

             (14)            

Согласование выходного каскада с антенной определяет, какая часть мощности ВЧ сигнала передатчика будет подведена к антенне и излучена в пространство. Различают простую схему выхода, при которой сопротивление нагрузки (антенны) включается непосредственно в выходной контур ГВВ (подобный вопрос рассматривался выше) и сложную схему выхода, которая обычно представляется в виде системы двух связанных контуров.

Рис. 10. Сложная схема выхода.

Сопротивление связи между контурами  определяет сопротивление,  вносимое из антенного контура в выходной контур генератора (промежуточный): , где ;  ;   - сопротивление антенного контура.

При настройке антенны контура в резонанс, когда , вносимое в промежуточный контур сопротивление будет чисто активным:

.

Эквивалентное сопротивление, настроенного в резонанс промежуточного контура:

.

,  - волновое сопротивление и сопротивление потерь промежуточного контура;  - добротность промежуточного контура.

Вводя понятие КПД промежуточного и антенного контуров

;             ,

Можно найти мощность, передаваемую в антенну при известной мощности ГВВ : .

Зависимости , ,  приведены на рис.

Рис. 11. Графики зависимостей электронной мощности ГВВ ,

мощности в антенне, КПД ГВВ от .

Преимущества сложной антенны схемы выхода – лучшая фильтрация гармоник, возможность получения большой полосы пропускания и более простой процедуре настройки.

Задача усиления радиосигналов в широкой полосе частот при достаточно высоком коэффициенте усиления решается в усилителях с распределенным усилением (УРУ). Основу УРУ, объединяющего несколько АЭ, составляют две искусственные длинные линии: входная и выходная, по которым соответственно распространяется усиливаемый входной сигнал и выходной сигнал каждого из АЭ, складывающийся в общей нагрузке. Во входной линии создается режим бегущей волны и режим работы без входных токов. УРУ применяются в качестве широкополосных промежуточных и выходных каскадов передатчиков КВ, УКВ и ДЦВ диапазонов. Мощность ламповых УРУ достигает единиц киловатт в непрерывном режиме и сот КВт в импульсном режиме, полоса которых бывает более октавы. Важным достоинством УРУ является их высокая надежность. Кроме того возможность работы на рассогласованную нагрузку и суммирование мощностей нескольких АЭ делают УРУ привлекательным для разработчиков РПдУ. Одновременно УРУ присущи недостатки: низкий КПД, сложность схемы, значительное недоиспользование большей части АЭ по мощности. На транзисторах УРУ строятся только в диапазоне СВЧ. Усилители выполненные на ПТШ, позволяют получать мощность в единицы Вт с  дБ в диапазоне 2…20 ГГц.