книги из ГПНТБ / Учебник радиометриста флота учебник для школ и учебных отрядов ВМФ

уменьшается, а так как заряд q конденсатора при этом не ме­

няется,	то разность потенциалов на			обкладках увеличивается:
« = <7/С.	Сближая	пластины	в момент времени, когда		напряже­
ние и —О, мы, не		совершая	работы,	подготавливаем	контур к

дальнейшему увеличению напряжения путем раздвижения пла­ стин. Из приведенных формул видно, что напряжение на конден­ саторе зависит от расстояния между пластинами:

Напряжение усиливаемого сигнала будет увеличиваться вследст­ вие перехода энергии от механического источника накачки в электрический контур и возрастать до тех пор, пока рассеивае­

Гемердшор I накачки I

а

6

Рис. 224. Параметрический усилитель:

а — колебательны!! контур; 6 — блок-схема

мая в контуре энергия не станет равной энергии, затрачиваемой на раздвижение пластин. Так как напряжение на конденсаторе в течение одного периода дважды достигает максимума, то и механическое перемещение пластин должно происходить с ча­ стотой, равной удвоенной частоте усиливаемого сигнала: /н=2/с. В этом процессе энергия добавляется в контур каждые полпериода, т. е. накачка контура энергией производится с уд­ военной частотой сигнала. В радиочастотном диапазоне емкость конденсатора изменяется не механически, а электрически. В ка­

честве управляемого реактивного элемента в	таких усилите­
лях используются полупроводниковые диоды,	емкость слоя

запирания которых зависит от величины напряжения на нем. Усилить сигнал можно также и при периодическом изменении

индуктивности контура. В диапазоне СВЧ в качестве переменной индуктивности используются ферриты в переменном магнитном поле. Их недостатками являются большая мощность генерато­ ров накачки, большой вес и габариты.

Наибольшее распространение получили диодные полупровод­ никовые ПУ благодаря простоте конструкции, малым габаритам

230

п весу, незначительной мощности генератора накачки н целому ряду других преимуществ.

Простейшим по конструкции и настройке полупроводниковым ПУ является одноконтурный усилитель (рис. 224, б).

Основным элементом усилителя является колебательный кон­ тур с полупроводниковым диодом, емкость которого меняется за счет подачи синусоидального напряжения накачки частоты fa.

Емкость полупроводникового диода можно представить со­ стоящей из постоянной емкости С0 и переменной ЛС, изменяю­ щейся с частотой генератора накачки. В усилении участвует только переменная часть емкости АС, а постоянная часть С0

Рис. 225. Усилитель СВЧ на туннельном диоде

влияет лишь на результирующую емкость контура, определяя его резонансную частоту.

Недостатком одноконтурного усилителя является подключе­ ние нагрузки к тому же контуру, к которому подводится и усили­ ваемое напряжение. Это приводит к тому, что шумы нагрузки мо­ гут попадать на вход усилителя и возвращаться в нагрузку уси­ ленными. Коэффициент шума при этом значительно возрастает.

Для уменьшения коэффициента шума нагрузку подключают к усилителю через устройство, обладающее однонаправленным действием. В диапазоне СВЧ такими свойствами обладают не­ взаимные устройства: вентили и ферритовые циркуляторы. В ка­ честве однонаправленных систем могут также использоваться двойные Т-образные волноводные мосты и направленные ответ­ вители.

Кроме описанных выше усилителей применяются параметри­ ческие усилители бегущей волны (ПУ—БД)'. В них использует­ ся большое количество полупроводниковых диодов, расположен­ ных в определенном порядке вдоль длинной линии или внутри волновода. ПУ—БВ характеризуются широкой полосой пропу­ скания и способностью усиливать волны, распространяющиеся

водном направлении, в результате чего отпадает необходимость

вприменении циркулятора.

2 3 1

Использование туннельных диодов (ТД) на СВЧ позволяет получить усилители с малыми собственными шумами. Усиление в них осуществляется за счет энергии источника постоянного тока, вносимой в контур полупроводниковым диодом, использую­ щим туннельный эффект. За счет туннельного эффекта вольт-ам- перная характеристика ТД (рйс. 225, а) имеет падающий участок, когда увеличение прямого смещения приводит к умень­ шению тока. Сопротивление ТД на этом участке является отрица­ тельным, и при этом энергия от источника постоянного тока (ис­ точника смещения) вносится в контур. Устройство усилителя сантиметрового диапазона на ТД схематически показано на рис. 225, б.

§ 4. Преобразователи частоты

Преобразователь частоты предназначен для понижения ча­ стоты /с принятого сигнала до промежуточной частоты /п. ч. Он состоит из двух каскадов: гетеродина и смесителя.

На смеситель от УВЧ поступают колебания с частотой fc и от гетеродина с частотой /г. В результате сложения двух напряже­ ний с различными частотами в некоторые моменты их ампли­ туды складываются, а в другие вычитаются. Поэтому ампли­ туда суммарного напряжения (амплитуда биений) будет изме­ няться с частотой, называемой промежуточной. На выходе сме­ сителя с помощью колебательного резонансного контура "выби­

рается первая	гармоника частоты	ч = /с—[г при /г< /с	или
fn. ч=/г—fc при	/г>/с. С выхода смесителя сигнал частоты		/п. ч
подается на последующие усилительные каскады УПЧ.

Вметровом диапазоне частот радиолокационных приемников

вкачестве гетеродина применяют обычные трехточечные схемы,

ав качестве смесителя используют триод (рис. 226). Входной контур Lr С, настраивается на частоту сигнала. Выходной кон­ тур L>C2 настраивается на промежуточную частоту. В анодную цепь лампы включены развязывающая цепочка по высокой ча­ стоте R5C5 и сопротивление Ra, расширяющее полосу пропуска­ ния смесителя. Цепочка /?фСф — фильтр по высокой частоте для

выделения промежуточной частоты из остальных составляющих тока лампы. Цепочка RKCK— элементы цепи автоматического смещения смесителя.

Напряжение гетеродина частоты /г действует между сеткой и катодом лампы. Переменная составляющая анодного тока лам­ пы будет проходить по цепи: плюс индуктивности связи Ьсв, лам­ па Л конденсатор Сф, земля, конденсатор Ск и минус катушки LCB. В выходной контур L2C2 ток не пойдет вследствие большого' сопротивления индуктивности фильтра Ьф для токов частоты

fгЗ^ fa. ч-

Сприходом сигнала от УВЧ на вход смесителя на участке

сетка—катод лампы будет дополнительно действовать напряже­

232

ние частоты /с, изменяя анодный ток лампы дополнительно с ча­ стотой /о по цепи: плюс L\, лампа Л, конденсатор Сф, земля, минус Lb В выходной контур Ь2С2 ток частоты fc также не пой­

дет, так как fc Э> fn. ч-

На сетке лампы произойдет сложение обоих колебаний и анодный ток будет пульсировать с частотой биений, т. е. проме­ жуточной частотой. Для тока частоты fn.4 сопротивление Сф бу­ дет больше, чем сопротивление индуктивности Сф. Поэтому он пойдет по цепи анод Л, индуктивность Сф, конденсатор Ср, кон­ тур L2C2, земля и катод Л\.

Рис. 226. Схема преобразователя ча-	Рис. 227. Схема смесителя на полу-
стоты метрового диапазона	проводниковом диоде

При прохождении тока частоты /п.ч через контур С2С2 в нем будут происходить вынужденные колебания, которые могут быть сняты с него на вход УПЧ в виде радиоимпульсов частоты fn.ч- Схемы преобразователей частоты дециметрового диапазона

волн принципиально не отличаются от		рассмотренной	выше.
Конструктивно	они выполняются на высокочастотных		триодах
с применением	контуров в виде отрезков	коаксиальных	линий.

В отличие от разобранной схемы сложение колебаний и получе­ ние биений происходят не в лампе, а во входном контуре.

На частотах выше 400 МГц наиболее эффективными являют­ ся диодные смесители. Они обладают малым уровнем собствен­ ных шумов. Недостатком такой схемы является отсутствие уси­ ления.

В сантиметровом диапазоне волн в качестве смесителя ис­ пользуют полупроводниковые кристаллические диоды (детек­ торы).

Кристаллический детектор помещают внутри коаксиальной линии пли волноводной линии. Он представляет собой единое целое с высокочастотной частью и согласующими элементами

(рис. 227).

233

Высокочастотный сигнал частоты fc по фидерному тракту поступает на диод смесителя. Сюда же подается напряжение ча­ стоты /г от гетеродина. Связь гетеродина со смесителем емкост­ ная, ее можно регулировать путем удаления пластинки связи от внутреннего проводника коаксиальной линии. Оптимальная связь осуществляется плунжером настройки. Выходной сигнал снимается с кристаллического смесителя и подается на первый каскад УПЧ. Кристаллический смеситель волноводного типа ра­ ботает аналогично коаксиальному.

Рис. 228. Балансный смеситель:

а — эквивалентная схема; б — конструкция

В качестве гетеродинов в сантиметровом диапазоне волн ис­ пользуются отражательные клистроны. Шумы, создаваемые клистроном, преобладают в общем уровне шумов на выходе преобразователя частоты. Для борьбы с шумом гетеродина на сантиметровых волнах часто применяется двухтактный диодный преобразователь частоты, иначе называемый балансным сме­ сителем (рис. 228). В данной схеме два полупроводниковых ди­ ода включены так, что напряжение гетеродина иг воздействует на оба диода в одинаковой фазе, а напряжение сигнала ис при­ ложено к ним в противофазе.

Под действием иг токи диодов в индуктивности L3 протекают

навстречу друг другу, поэтому	на	выходе	схемы	напряжения
(и шумов) нет.
Под действием ис диоды работают поочередно, производя по-
лупериодное выпрямление. Но	на	выходе	схемы	напряжения

также не будет, так как емкость С имеет значительную величину и ее сопротивление для частоты fc мало.

При совместном действии иг и ис возникают биения, но пе­ ременная составляющая /п. ч протекает через диоды в противо­ фазе. Это означает, что в индуктивности А3 переменные состав­ ляющие токов детекторов частоты fn,4 протекают в одном на­ правлении и, складываясь, наводят э. д. с. в индуктивности Ь4. Контур Ь4С настроен на частоту fn,4, и его напряжение подается на УПЧ.

234-

§ 5. Усилители промежуточной частоты

УПЧ осуществляют основное усиление сигнала. Применение промежуточной частоты, которая значительно ниже частоты при­ нимаемого сигнала, позволяет получать большое неискаженное усиление колебаний необходимой полосы частот при устойчивой работе усилителя. На выходе УПЧ должно вырабатываться на­ пряжение сигнала не менее 11—2 В, необходимое для работы детектора. Поэтому число каскадов, входящих в усилитель, час­ то называемый линейкой УПЧ, выбирается от 6 до 12, чтобы обеспечить необходимые усиление и полосу пропускания.

< + £ а

Рис. 229. Схема каскада одноконтурного УПЧ

В качестве усилителей промежуточной частоты используют­ ся резонансные одноконтурные и многоконтурные типы УПЧ, построенные на высокочастотных пентодах.

Одноконтурные УПЧ (рис. 229) состоят из однотипных каска­ дов, анодной нагрузкой каждого из которых является контур L, настроенный на частоту fn. ч■Контур каждого каскада одновремен­ но является входным контуром последующего каскада. В каче­ стве емкостей контуров используются междувитковые емкости катушек^ входная и выходная междуэлектродные емкости ламп и емкости монтажа. ■'

Для расширения полосы пропускания каждого каскада в анодную цепь ламп включается сопротивление R&<которое шун­ тирует контур и вносит в него дополнительное затухание.

Вцепи питания экранных сеток часто сопротивление не вклю­ чается, вследствие чего напряжение на экранных сетках ламп оказывается выше анодного. Этим достигается повышение кру­ тизны характеристики лампы и коэффициента усиления каскада.

Вкаждый каскад включаются развязывающие цепочки для обеспечения устойчивости работы усилителя (R5C5 в анодной

цепи, а ЬПСН— в цепи накала).

235

Контуры всех каскадов УПЧ настраиваются на частоту /п.ч- В некоторых случаях для расширения полосы пропускания при­ меняются УПЧ с взаимно расстроенными контурами.

Двухконтурные УПЧ (рис. 230) для связи между двумя со­ седними каскадами имеют два контура. Контур Ьх является анодным контуром первой лампы, а контур Ь2— входным конту­ ром последующей лампы. Каждая пара контуров настраивается

Рис. 230. Схема каскада УПЧ на двух свя­ занных контурах

на частоту fnp и шунтируется сопротивлениями /?8( и R ai для

расширения полосы пропускания. Для этой цели связь между контурами выполняется сильной. При сильной связи усиливает­ ся взаимное влияние контуров за счет внесения дополнительных потерь, что дополнительно расширяет полосу пропускания.

Двухконтурные и многоконтурные УПЧ по своим усилитель­ ным свойствам превосходят одноконтурные УПЧ, однако из-за сложности наладки они применяются реже.

§ 6. Детекторы

Детектирование — это процесс, обратный модуляции сигна­ лов. В зависимости от вида модулированного сигнала различа­ ют амплитудное, частотное и фазовое детектирование. Во всех случаях процесс детектирования основан на использовании не­ линейных свойств приборов с односторонней проводимостью — электронных ламп или полупроводниковых диодов. Ламповые детекторы бывают диодные, сеточные и анодные. Сеточные и анодные детекторы не нашли применения в радиолокационных приемниках из-за ряда существенных недостатков.

Амплитудный детектор состоит из трех основных элементов: нелинейного элемента', сопротивления нагрузки R и емкости на­ грузки С. В радиолокационных приемниках для преобразования радиоимпульсов в видеоимпульсы применяется амплитудный ди­ одный детектор с последовательным включением сопротивления нагрузки (рис. 231, о).

2 3 6

■При воздействии на диод радиоимпульса в первый положи­ тельный полупернод входного напряжения ивк начинается заряд конденсатора С. Заряд конденсатора С продолжается до тех пор, пока напряжение на аноде диода положительное п превы­ шает напряжение на заряжающемся конденсаторе С. В отрица­ тельные полупериоды входного напряжения »Пк и до момента пока входное положительное напряжение ие превышает напря­ жения на конденсаторе С, диод заперт. Конденсатор С в этот момент временно медленно разряжается через сопротивление R, создавая на нем напряжение той же полярности, которая созда­ ется током (рис. 232), протекающим через открытый диод. В ре­ зультате на сопротивлении R выделяется напряжение uR с ча­ стотой огибающей АМ-колебання, а высокочастотные состав­ ляющие тока протекают по емкости С, имеющей для них малое сопротивление. С момента окончания радиоимпульса конденса­ тор С полностью разряжается через сопротивление R. Поляр­ ность выходного сигнала зависит от полярности включения дио­ да. Форма видеоимпульсов на выходе детектора зависит от со­ противления R и емкости С. При увеличении их увеличивается длительность видеоимпульса, так как конденсатор медленнее заряжается и разряжается. При уменьшении емкости С возрас­ тают пульсации видеоимпульсов, а при уменьшении сопротивле­ ния R уменьшается амплитуда видеоимпульса. Практически С= 20-н50 пФ; £ = 500-5-60 000 Ом.

На выходе детектора огибающая радиоимпульса имеет пуль­ сации с частотой входных импульсов fn.ч. В целях уменьшения этих пульсаций между детектором и видеоусилителем применя­ ют фильтры типа £фСф, ЬфСф или дроссель частоты пульсаций.

Диодный детектор с паралле'льным включением сопротивле­ ния нагрузки R (рис. 231, б) отличается от ранее рассмотренно­ го детектора тем, что конденсатор С разряжается не только че­ рез сопротивление нагрузки R, но и через выходной контур УЛЧ. Поэтому на выходе детектора действует не только напряжение видеочастоты, но и напряжение промежуточной частоты. Детек­ тор с параллельным включением сопротивления нагрузки обыч­ но используют в схемах АРУ не для выделения напряжения зву­ ковой частоты, а для выделения постоянного напряжения и0, ве­ личина которого определяется амплитудным значением сигнала на входе детектора. Для этой цели параллельно диоду включа­

ется фильтр	RфCф, в котором выбирают £ф = 1-5-2 МОм, а
Сф = 0,01 -5-0,il	мкФ.
Постоянное напряжение «о с выхода детектора в дальнейшем

используется для автоматической регулировки усиления каска­ дов УВЧ и УПЧ.

Частотный детектор. Частотное детектирование слагается из двух процессов:

— преобразования частотно-модулированных (ЧМ) колеба­ ний в амплитудно-модулированные (AM);

2 3 7

а

6

Рис. 231. Основные схемы включения диодных детекторов:

а — с последовательны м		вкл ю чением со п р о ­
тивл ения	н а гр у з к и ;	б — с	параллельны м
вкл ю чением сопротивл ения			н а гр у з к и

Рис. 232. Процесс преобразования радио­ импульса в видеоимпульс

238

— амплитудного детектирования (АД) последних и выявле­ ния информации.

Для осуществления первого процесса можно использовать любую линейную систему, коэффициент передачи которой зави­ сит от частоты. Простейшей системой является колебательный контур, расстроенный относительно средней частоты fcp ЧМ-ко- лебаний. В таком случае ам­ плитуда колебаний на выхо­ де Иных изменяется в зависи­ мости от соотношения ча­

стоты сигнала fc на входе контура и собственной ча­ стоты )0 контура (рис. 233). При этом частотная модуля­ ция в выходном сигнале контура сохраняется и сиг­ нал имеет амплитудную и частотную модуляцию (АЧМ).

Л

Рис. 233. Схема простейшего	Рис. 234. Схема двухтактного	частотного
частотного детектора	детектора (а) н резонансные	характери­
	стики его контуров	(б)

Амплитудное детектирование АЧМ колебаний осуществляет­ ся, как правило, диодным детектором.

Более совершенным частотным детектором является дискри­ минатор. Простейшая схема дискриминатора изображена на рис. 234, а. Входные контуры диодных детекторов L fii и Ь2С2 расстроены по отношению к контуру LkCk, имеющему частоту собственных колебаний fo = fn.4- Резонансные характеристики контуров дискриминатора (рис. 234, б) показывают зависимость амплитуды переменного напряжения на контурах LXC^ и Ь2С2

от величины /п.ч приемника.

Если /п.ч = /о, то напряжения на обоих контурах дискримина­ тора одинаковы. Если происходит уменьшение частоты fn,4 в сторону /ь то напряжение на контуре L/C, возрастает, а на кон­ туре Ь2С2 уменьшается. При возрастании частоты /ъ.ч в сторону f2 возрастает напряжение на контуре Ь2С2, а напряжение на контуре L|C| уменьшается. Таким образом, изменение частоты /п.ч приемника приводит к пропорциональному изменению ам­ плитуды напряжения в контурах дискриминатора, а следова­ тельно, и на нагрузках диодных детекторов.

239