|
|
Преобразователи частоты РПДУ РРЛ
Выходной ток смесителя будет содержать колебания с частотами гармоник сигнала и гетеродина и со всевозможными комбинациями этих частот. Частота и мощность колебаний на выходе смесителя обозначены f∑ и P3. Значения частот f∑ определяем по формуле: f∑ = ± mfпр ± nf0 ,
В качестве нелинейных элементов в смесителях применяют полупроводниковые диоды двух типов: диоды с переменным сопротивлением (мощные смесительные диоды) и варикапы, работающие в режиме нелинейной емкости. Такие варикапы называют варакторами. Для преобразователя частоты передатчика принято указывать следующие параметры: коэффициент преобразования Kпр или потери преобразования, апр-коэффициент использования мощности гетеродина Кг (или КПД в цепи гетеродина) и общий КПД преобразования η. Если преобразователи частоты работают при сигналах ПЧ, имеющих мощность много меньшую, чем колебания ГТ, то для них значения Кг и η совпадают. Однако при расчетах режимов работы мощных преобразователей частоты важно их различать.
Для характеристики варакторов приняты параметры: пробивное напряжение Uп, мощность рассеяния Рр и предельная частота fв, а также величины Со и Uо. Пробивное напряжение определяет наибольшее обратное напряжение, которое может быть приложено к варактору. Мощность рассеяния характеризует способность варактора выдерживать воздействие колебаний больших мощностей. Смесители передатчика строят по однотактной и двухтактной схемам. В двухтактной схеме к смесителю можно подвести примерно вдвое большую мощность, чем в однотактной, так как в первой суммируются мощности, рассеиваемые двумя диодами.
Названные СВЧ устройства: направленные ответвители, мостовые устройства, ферритовые вентили и циркуляторы (ФВ и ФЦ), фильтры и другие в АРРС второго поколения выполнены на отрезках полых волноводов. В спутниковой связи эти устройства, как правило, выполняют на полосковых и микрополосковых линиях или волноводах с диэлектрическим заполнением. Обладая такими же направленными свойствами, что и устройства на полых волноводах, они имеют значительно меньшие габариты. Это позволяет устанавливать их в аппаратуре, выполненной на микросхемах, гибридных интегральных схемах. Смесители передатчика строят по однотактной и двухтактной схемам. В двухтактной схеме к смесителю можно подвести примерно вдвое большую мощность, чем в однотактной, так как в первой суммируются мощности, рассеиваемые двумя диодами.. Для разделения этих СВЧ колебаний обычно используют специальные СВЧ устройства: направленные ответвители, мостовые, устройства, ферритовые циркуляторы и др. Во-вторых, к диоду приходится подводить одновременно колебания СВЧ, которые в аппаратуре РРЛ обычно передают по волноводам, и сигнал ПЧ, который передают по коаксиальному кабелю. Для этого используют волноводно-коаксиальный переход, в котором установлена смесительная головка. Наконец, ФБП пропускает только сигнал в рабочей полосе частот, а остальные продукты преобразования от него отражаются. Для того чтобы они не попадали снова в смеситель или ГТ и не нарушали их режима работы, что проявляется, например, как ухудшение характеристики ГВЗ, в схеме преобразователя частоты устанавливают устройства для их поглощения: фильтры и ферритовые вентили. В некоторых схемах мощных смесителей на варакторах такие продукты преобразования используют для получения выходного сигнала. Это позволяет повысить КПД и выходную мощность преобразователя частоты. Названные,СВЧ устройства: направленные ответвители, мостовые устройства, ферритовые вентили и циркуляторы (ФВ и ФЦ), фильтры и другие в АРРС второго поколения выполнены на отрезках полых волноводов. Эти системы сейчас находятся в эксплуатации. В ЦРРС, в АРРС третьего поколения, спутниковой связи эти устройства, как правило, выполняют на полосковых и микрополоскрвых линиях или волноводах с диэлектрическим заполнением. Обладая такими же направленными свойствами, что и устройства на полых волноводах, они имеют значительно меньшие габариты. Это позволяет устанавливать их в аппаратуре, выполненной на микросхемах, гибридных интегральных схемах и т. п.
Колебания второй боковой полосы, отражаясь от Z3, возвращаются В плечо 2 WЕ, затем попадают в WS и в поглощающую нагрузку R. Колебания на гармониках гетеродина поглощает ФГ Z2. Смесительная головка кроме варактора содержит ФНЧ Z1, который препятствует прохождению СВЧ колебаний в тракт ПЧ. Эта схема получила название однотактной циркуляторной. В ней используются варакторы средней мощности с помощью рассеяния около 1 Вт. Работа преобразователей частоты на варакторах основана на тех же принципах, что и параметрические усилители. Их называют нерегенеративными (f2>fг) и регенеративными (f2<fг) преобразователями. В двухтактной циркуляторной схеме (рис. 4.14) смесительная головкаUZ содержит варакторы VD1 и VD2. На них от МУПЧ А1 поступают напряжение смещения и сигнал ПЧ. Конструкция смесительной головки обеспечивает подачу колебаний гетеродина на VD1 и VD2 в противофазе. Эти колебания поступают через ФУП Z2 и WЕ. При идентичности диодов колебания нечетных гармониках частоты гетеродина на выходе UZ не возникают. Фильтр боковой полосы Z1 отражает колебания второй боковой полосы к WS, в нагрузке которого они поглощаются. Мощность, рассеиваемая варакторами, удваивается по сравнению со схемой рис. 4.12. Это позволяет, увеличив мощности гетеродина и сигнала ПЧ, получить большую выходную мощность. Развязка СВЧ колебаний гетеродина и выходного СВЧ сигнала достигнута с помощью WЕ и WS.
4. Контрольные вопросы
Глоссарий
Литература
Лекция 13   Что делать, если нет взаимности? А теперь спустимся с небес на землю. Приземлились? Продолжаем разговор...  Система охраняемых территорий в США Изучение особо охраняемых природных территорий(ООПТ) США представляет особый интерес по многим причинам...  Что вызывает тренды на фондовых и товарных рынках Объяснение теории грузового поезда Первые 17 лет моих рыночных исследований сводились к попыткам вычислить, когда этот...  ЧТО И КАК ПИСАЛИ О МОДЕ В ЖУРНАЛАХ НАЧАЛА XX ВЕКА Первый номер журнала «Аполлон» за 1909 г. начинался, по сути, с программного заявления редакции журнала... Не нашли то, что искали? Воспользуйтесь поиском гугл на сайте:
|
Принципы работы. Основные технические параметры. Преобразователь частоты передатчика предназначен для преобразования сигнала промежуточной частоты в сигнал СВЧ. На смеситель С2 схемы (рис. 4.6) подают: на вход 1 — напряжение сигнала ис, представляющего собой ЧМ колебания промежуточной частоты, т. е. fс=fпр, с мощностью Рс, на вход 2—немодулированные СВЧ колебания от гетеродина G с напряжением иг и мощностью Рг. Эти колебания одновременно поступают на нелинейный элемент смесителя, например, полупроводниковый диод, для которого зависимость между входным напряжением ивх и выходным током имеет прямо пропорциональную зависимость: uвх=uс+uг;
учитывая, что сигнал на промежуточной частоте имеет спектр шириной Пчм, а уровень выходного сигнала смесителя.падает с ростом m и n (рис. 4.7). Выходной ФБП Z выделяет одну из боковых полос: верхнюю или нижнюю, в зависимости от расстановки частот на РРС. Выделенную полосу частот называют рабочей. Неиспользуемую полосу — второй боковой полосой.
Эффективность работы преобразователя тем выше, чем меньше потери преобразования и выше КПД. Кроме того, преобразователь частоты должен иметь в пределах рабочей полосы частот равномерный коэффициент преобразования и равномерную характеристику ГВЗ, как и любое другое устройство ВЧ тракта. От преобразователя частоты передатчика обычно требуют довольно высокую выходную мощность: от десятков милливатт до ватта и более. Большие значения Рвых нужны в передатчиках, выполненных полностью на транзисторах и не имеющих УМ. В них обеспечивают высокий КПД в цепи гетеродина Kг. Для этого используют специальные мощные смесительные диоды с малыми потерями преобразования и варакторы, выдерживающие большие подводимые мощности. Для мощных преобразователей частоты обычно указывают наибольшие допустимые значения подводимых ПЧ и СВЧ колебаний, выходную мощность и потери преобразования.
Прежде чем приступить к рассмотрению схем преобразователей частоты отметим следующие их особенности. Во-первых, в преобразователе частоты на диод приходится подавать колебания СВЧ от ГТ и снимать с этого же диода выходной сигнал СВЧ. Для разделения этих СВЧ колебаний обычно использую специальные СВЧ устройства: направленные ответвители, мостовые устройства, ферритовые циркуляторы и др. Во-вторых, к диоду приходится подводить одновременно колебания СВЧ, которые в аппаратуре РРЛ обычно передают по волноводам, и сигнал ПЧ, который передают по коаксиальному кабелю. Для этого часто. используют волноводно-коаксиальный переход, в котором установлена смесительная головка. Наконец, ФБП пропускает только сигнал в рабочей полосе частот, а остальные продукты преобразования от него отражаются. Для того чтобы они не попадали снова в смеситель или ГТ и не нарушали их режима работы, что проявляется, например, как ухудшение характеристики ГВЗ, в схеме преобразователя частоты устанавливают устройства для их поглощения: фильтры и ферритовые вентили. В некоторых схемах мощных смесителей на варакторах такие продукты преобразования используют для получения выходного сигнала. Это позволяет повысить КПД и выходную мощность преобразователя частоты.
Преобразователи частоты на варакторах. В преобразователях частоты на варакторах для разделения СВЧ сигналов обычно используют ферритовые У-циркуляторы. В таком циркуляторе три линии (волноводных либо микрополосковых, либо других) соединены под углом 120°. В центре сочленения установлен ферритовый элемент. Энергия в циркуляторе распространяется только в одном направлении, которое в схеме указано стрелкой (рис. 4.11). Циркулятор обладает тем свойством, что волна, подаваемая в любое плечо, поступает только в соседнее плечо, но не идет в третье плечо. На рис. 4.11,6 тонкими линиями указаны возможные пути волн. Циркулятор используют и как вентиль. В этом случае к одному из плеч подключают балластную нагрузку R как показано на рис. 4.11,в. Волна, подаваемая в плечо 2, попадает в плечо 3, а отраженная часть энергии этой волны (показана штриховыми линиями) возвращается в плечо 1 и поглощается. К варактору VD1 (рис. 4.12) приложены напряжение гетеродина, поступающее через ФУП Z4, WS, WE, ФГ Z2, а также напряжения смещения и ЧМ сигнала ПЧ, поступающие от МУПЧ А1. Под их воздействием емкость варактора меняется нелинейно, согласно (4.6), в котором u0 = Uо+uс+uг. Поэтому ток в нагрузке смесительной головки UZ также нелинеен. Сигнал в рабочей полосе частот выделяет ФБП Z3,. Для разделения СВЧ колебаний гетеродина и выходного сигнала служит ФЦ WЕ, другой ФЦ используется как вентиль WS.