Розанов Б.А., Розанов С.Б. Приемники миллиметровых волн (1989), страница 9

100 раз физической модели. В соответствующее число раз при измерениях уменьшались все частоты. Способы измерения импедансов, «наблюдаемых» со стороны диода, поясняет рис. 2.7. Измерительная устзаозлз цодхлючзеуся к модели тонким коаконвльным кзбелем, который вроходну вдоль оон металлических часзей моцелн. воацроненолящих форму фильтра нижних частот (47НЧ) н лолупрозоднзжоной енруктуры. Измерения ммпецанеон цронззоцярся в сечении кабеля, реоноложенном иа нлружной понерхиостн «полупроводниковой сррунтуры». к которой црнеоециннется внешннй проводник козкснзльной ливии. Е торец центрального проводнике ноакенвльной линии уынрзетея острием модель ноыузкуной иглы.

Поскольку црн укззвыных мзсштлбзх модели измерения на всех гзрмониках проводят в дециметровом и еентнметроеом днапззонзх волн, мамут быть использованы имеющиеся в этих диапазонах автоматические измерители импеценеон. Результаты измерений злннонмостей нмцеденеоз от длины к нолнонодного шлейфа нз шести первых гврмоянхех гетеродина (66) н ряле комбинационных чзетот (60) обыио нредстзелнют нд круголых дннрраммнх полных сопротивлений е пцхе последовательности точек, расположение которых близхо к некоторой окружности, спирали нли кажется чвотнчесхмм.

Рне. 2.7. Масштабная модель для измерения имцндавеа внешней цели смеентельного днцхе: 1 — птс езпая власяпать хааа«пал»пего кабеля в»паря«зля вппедавсав; у — 7 — ппдаля сапу. лата«завяв япятавтвай иглы, вв держателя. »пляавпдяагв япрптяозапыяателя. пвлупра дч яп няяавпй серу«туры, Ф1!Ч, е«упаячатпгв травеформаюра в ввлвпааду стзвдартнпЮ сечения;  — швраяодвапазввлый вяз«опаловый паглатнтель и и рг гг Несмотря на тщательность учета в иссыауемых моделях всех деталей конструкции реальной смесительной камеры, в экспериментальной методике остается .ряц погрешностей, приводящих к несоответствию результатов измерений реальным значениям нагружающих лпол импедансов, особенно при высоких порядках комбинационных частот и гармоник. Отметим среди ннх следующие. 1.

Опшбки измерений, овнзанные с нетопюсгью калибровки измерительной апппратуры и наличием отражений в измерительном тракте,. от разъемов и переколов к коаксиальной линии малого сечения, входящей в модель. По данным [57), лля измеряемых модулей и фаз коэффициентов отражвэия на первой — шестой гармониках гетеродина (й-«=1,7 — 10,2 ГГп) ошибхи увеличиваются соответственно от 1О до 207» и от 7 до 17'. 2. Результаты измерений силыю зависит от малых вариаций некоторыхразмеров модели. Так, в [57) показанб, что на частоте 115 ГГц перемещение держателя контактной иглы на 0,09 мм (в реальном масштабе) приводит к изменению фазы коэффициента отражения внешней цепи на первой гармонике гетеролппа примерно на 15'.

Поэтому несоответствие размеров реального смесителя и модели привпцит к большим ошибкам в оценке ныпелапсов. 3. Неадекватное представление в масштабной мол«ли элементов тракта сигнала, гетеролнна,и промежуточной частоты лля высоких порядков гариоошс и вюмб»жацпопных частот. В силу неизвестности расположения источников активных потерь лля высших типов волн в конструкции реального смесителя остаютсн неясными границы, за пределами которых подходящие.к модели смесителя тракты могут быть чзаглушены» многомодовыми согласованнымп нагрузками.

В реальных конструкциях смесителей распространение высших гармоник и комбпнэцпонных частот может происходить ~о вхолным и выходным трактам смесителя без существенного затухания на значительные расстояния от пиона. Крупномасштабное молелирование при этом оказывается невозможным как из-за очень больших размеров модели, так и из-за невозможности правильно воспроизвести поглощение полупроволпиковыми, ниэлектрическныи, не- взаимными и прочими элемептамм, где в конечном счете н рассеивается мощность высших типов волн, Расчетные методы определения нагружающих диод импедансов основаны на представлении конструкции смесительной камеры и диода некоторой эквивалентной схемой.

Относительно электрических свойств конструктивных элементов и узлов смесительной камеры при этом делается ряд допущений, от которых в значительной мере зависит, с одной стороны. трудоемкость расчета, а с другой — правильность его результатов. Отметим следующие трудности сопоставления экн~юалентной схемы и реальной конструкции смесителя. 1, Представления смесительных камер эквивалентнымн схемами, справедливыми в широком диапазоне частот, разработаны только лля нх некоторых относительно простых конфигураций, и в частности для наиболее распроограиенных полноводных лноцных смесителей [76).

Для других конструкций оказываются необхолимыми решение краевой зпаачи электродинамики со сложной праницей и снежная интерпретация полученного результата. Способы отыскания аналитических решений при этом но многих случаях неизвестны, а численные 42 1пепня, кнк и ф физический эксперимент, весьма тругаоемки и дают частные л таты, плохо по,злающнеся схемной интерпретации.

результат, 2. Неопрпхеленность границ распространения и областей поглощенна высших типов волн в элементах конструкции смесительной камеры н подходящих высокочастотных трактах затрудняет составление эквивалентных схем, к ней высок т учитывающих распространпющиеся по неоднородным трактам выс волн. 3, Реальные размеры и форма деталей конструкции смесителя отлич аются от и инятых в расчете. В ММ диапазоне это приводит к различию ивмернемых и сопостаплнемых с инин расчетных харвктерпстнк и ограничивает возможность экспериментальной оценки точности теоретической модели. Совокупность перечисленных опраннчепий определяет достижимую в настоящее время точность расчета перелпгочных и шумовых характеристик смесителей ММ диапазона и не позволяет належно учитывать роль гармоник гетеролина и комбинационных частот высокого порнлка.

Ниже рассматривается расчет полного сопротивления внешней цепи диода, расположенного между широкими стенками прямоугольного волновода, на гармониках гетеролина и комбинационных частотах невысокого порядка. Расчет основан на теоретических соотношениях работы [76). Его результаты хорошо согла.суются с данными измерений, выполненных на физических мопелях. схематиКонструкция рассматриваемой смесительнои камеры схе а чески представлена на рис. 2.8.

Относительно ее узлов делаются следующие идеализирующие предположения. Прямоугольный волновод с сечением аХЬ имеет идеально провопящие стенки. Диод предполагается бескорпусным, образованным сотовой полупроводниковой структурой и контактной иглой. Искривлением контактной иглы будем пренебрегать. Возможные варианты расположения диода, контактной иглы и ее держателя по высоте волновода показаны на рис. 2.9, Предполагается, что волноводный шлейф длиной х короткозамкнут плунжером в одной и той же плоскости для всех рассматриваемых частот и распрост- Рис. 2 8.

Конструкции вол новопной смеоительной камеры (а) н размеры ее элементов в области контактной,иглы (б) 43 п) б) ° Ь) Рис. 2.9. Варианты расположе ния держателя контактной мглы относительно волновала раняющихся в волноводе типов волн. На всех частотах в лап авлении источника сиг нала и гетеродина волновод предполагается тах в лаправсогласованным. Входное сопротивление ФНЧ на выходе промеже для всех ассмат жуточной частоты полагается емкостным и близ изким к нулю такя всех рассматриваемых частот. Это позволяет представлять его на эквивалентной й схеме, используемой при нелинейном анализе ~жы~ел~, достаточно большой блокнровочной емкостью Св.

удем также пренебрегать возможностью распространения высших типов волн в ФНЧ Н и коаксиальном шлейфе, который может образовываться контактной иглой диода (рис. 2.9,в). Для наиболее распространенной волноводной конструкции с. е- М иняю д д од включен в зазор металлического сте ж д яющего широкие стенки волновода (рис. 2.10), за р ня, соеления полного соп о ис.. ), задача опредер тивления внешней относительно диода цепи стержень в ви е л в общем виде решена в работе (76).

Авторы рассматривают межд наб ом с д и оской полоски шириной ы( как элемен у ор обственных типов колебаний волновода данных размеров. Согласно [76) сопротивление Е, «набл вора сте жня, ие, «на людаемое» из занение р ержня, может быть представлено как параллельно бесконечного числа У„, соответствующих с е соединому сопротивлению щ и суммарному полр ению всех связанных со стержнем мод, имеющих и вариаций поля по координате в.

В свою очередь, каждое д представляет последовательное соединение (сумму) трансформированных некоторым образом импедансов У , каждыи из котор х соответствует моде с т, и вариациями по оо к рдинатам у, я ся схемой рис. 2.11 и соответственно. В результате Л определяется выражением (~ л" ) (в [х '-(з""-р) 1 (ззз Виде Здесь коэффициенты трансформации йр и )(й записываются в й рт=( (панзз)пй )/Овь )(а =(созайз(п(0„))(р, (2.10) д и ™(а. а*=пи)Ь, 0 ветл~)2а Ф и Ь Для нераспространяющихся мод и мод, которые распространяются по волноводу в положительном («+») и отрицательном (« — »1 направлениях оси х без отражения, Я =Я +У =1/2Лс „, г е У тт зпп Нтп Бтп = — устп, д нтп н л втп — импедансы гпп-мод с продольными 44 о) и- — ' гл" у Рис. 2.10.

Расчетная скема для определенчн нмпеданса внешней цепи диода, включенного в зазор стержня в волвоводе [76) Рис. 241. Общая вквивалентнан схема длн теорернческой модели шспеданса внешней цени: Л вЂ” вврвллельиые всели схемы (индекс при И ревев числу ввривиий лмплвтуды поли в волиоводе вдоль узкой степкин б — структура ветвей (первый индекс при И равен числу веривиий лмпди- б) туды поли в волиоводе вдоль широкой степки] составляющими магнитного и электрического полей соответственно; д „ — характеристическое сопротивление волновода для моды тп, определяемое выражением ав аа 2)чь (2.11) ал (2 — Ьо)(ай+ай — аз) )т Здесь аьп2п)д; б,= ) пРн " °; т)=120п, Характерный вид за- (О при пФО висимости с„„от частоты показан на рис.