Розанов Б.А., Розанов С.Б. Приемники миллиметровых волн (1989) (1095357), страница 15
Текст из файла (страница 15)
. га Гт Га ((а )з= 2Ч Па ° 7 — е га ге ° ° е'апп = ат — па (2 52) ° ° а-о а — е аа ° ° где 1,— — коэффициенты ряда (2.48); т, л= ..., 2, 1, О, — 1, — 2,..., Аналогично для теплового шума с учетом (2.50) и (2.51) ((р;!а),!,„,=(О, К, О)п;Х !г„!*= 1 11" (оаа)1' С другой стороны, по формуле Найквиста и в соответствии со схемой рис. 2.26,б при наблюдении выходного шума в полосе П, !,) <!771о> 4а7'аВ,а Ра,) П 1У (аоа)1 1Х(аое)+Л 1 ) 1о!У'"( а)1о Сопоставляя полученные выражения, находим: Овт=40аПаКорреляционную матрицу (2.50) окончательно определим виде ((П+)>т=4 АТаПа Х )<а <о»х) О О 1 Е< )+»х.
<М! ка <ыа) 12 <,)+)!, <ы.) )г »оа 0а х! 12<о )+»та<о П (2.53) В соответствии с видом матриц (2.52) и (2.53) можно говорить о коррелированности дробовых и некоррелированности тепловых шумов на разных комбинационных частотах. Однако, как следует из проделанных выкладок, это различие является лишь следствием стационарности интенсивности теплового шума и периодического изменения интенсивности дробового шума. Отказавшись от.допущения о независимости )с, от напряжения гете- родина на диоде, мы получим недиагональную матрицу и для тепловых шумов. С использованием выражения (2.5!) может быть найдена суммарная интенсивность напряжения шума ца барьере в полосе промежуточной частоты: <]!»,] > = <]],] >.+ <]Р,] >,= г,(<(77+)>з+ <(77+)>г) 2+= = г, (<77+>, + <П+>,) г+.
(2.54) При этом в соответствии с эквивалентной схемой рис. 2.26,а мощность шума, выделяемая в нагрузке зажимов промежуточ- нои частоты, р <1Ра!'Ф <»аа) (2.55) 1Е<»аа)+Ма <юаЦв Полученное значение Р а позволяет рассчитать эквивалентную шумовую температуру смесителя Т,„ и его выходного сопротивления — Т„о. По определению, эквивалентная .шумовая температура смесителя со входом на частоте о»» есть приращение температуры внутреннего сопротивления источника сигнала частоты »оь вызывающее приращение мощности шума на выходе смесителя, равное мощности его внутренних шумов.
Номинальная мощность теплового шума, создаваемого в полосе П, источником сигнала с внутренним сопротивлением У(»о»), имеющим температуру Т,„ь 72 рис. 227, Схема дли определении эквивалентной шумовой температуры выходною сопротивлении смеснтели х»а»а) Еад=йй»»а йа» Ла есть Р аан(»в») =кТа»П,. Пользуясь определением потерь преобразования (2.35), находим мощность в нагрузке зажимов промежуточной частоты: Р а=р, (»о»)!Е»=йТ, »П,/7.». Приравнивая ее Роо, определяемой (2.55), находим Е» <1)»а]в>)! <ы~) см» й П ]и<»аа) 1»<,<»аа))г С использованием (2.36) Т.,» может быть также записана в ецде (2.56) <!У,1г> 12<.6+я,<ый)в 2.57) см» 4 ~ ~ф»а»> 12 ! ° ° ( ° Для определения эквивалентной температуры Т~' выходного сопротивления смесителя представим его выходную цепь эквивалентной схемой рис.
2.27. Изображенный на схеме генератор шумовой ЭДС Е при температуре Т„должен создавать в нагрузке смесителя У(»оо) мощность шума, равную определенной выражением (255), т. е. Ег,Роа»]У(»оа)+2оо]г=ра, где )7„о=»хеХоа, а У а — выходное сопротивление смесителя на промежуточной частоте, определяемое (2.38). Отсюда <1иа]г> 12<о,>+2„,!г оо — 4 А Ю П 12 <»аа) + йа <ыа) ! г Сравнивая (2.56) и (2.58), находим связь Тем» и Т„,: 4 )» <соа) )! „Т а»-» 12<»аа)+2 1' (2.58) (2.59) где ]Г„в] = ]]У вЂ” У"'(о»„)]ДЕ„о+ У(»о,)]] (2.60) — модуль коэф»рициента отражения от нагрузки зажимов промежуточной частоты.
Соотношение (2.59) удобно при экспериментальном определении шумовых характеристик смесителя, когда с помощью радио- метра диапазона промежуточной частоты измеряется абсолютная температура, соответствующая мощности шума на выходе смесителя. Заметим, однако, что выражение (2.58) представляет эквивалентную температуру выходного сопротивления смесителя, со- тз ответствующую только его внутренним источникам шума. Это равнозначно предположению, что физическая температура всех сопротивлений внешних цепей )7(ьи) равна нулю. Однако в действительности при проведении измерений все )7(оп) обычно находятся при комнатной температуре То. Поэтому к определенной выше величине Т„, добавляется То((1-х() — )Гно[х)), что с учетом ((.(4) приводит к эквивалентной шумовой температуре выходного сопротивления смесителя ( — )Г„,)а~ (Ч (.Х ) ЕХ() — )Г,)а) ' где Т.х и Т,„х — суммарные по всем каналам приема потери преобразования и эквивалентная шумовая температура смесителя.
Нормированное по То значение Т ех представляет шумовоеотношение смесителя [36) (с Тнох/То. (2.62) 2.7. смесители с 'нескОлькими диОдАми В приемной технике СВЧ диапазона смесители с несколькими диодами использу)от очень широко, При микросхемном исполнении высокочастотной части приемника, как правило, применяют двухдиодные балансные смесители и их комбинации, позволяющие без относительно громоздких частотно-избирательных цепей развязать гетеродинный и сигнальный источники, подавить амплитудные шумы гетеродина и ряд комбинационных частот, образующихся в составе тока отдельных смесительных диодов, обеспечить фазовое разделение двух каналов приема, уменьшить потери преобразования за счет «возвращения» на промежуточную частоту мощности сигнала, преобразованной на комбинационные частоты [97].
Все преимущества сложных схем диодных смесителей в СВЧ диапазоне удается реализовать благодаря высокому качеству и идентичности смесительных диодов и хорошо контролируемым параметрам схем СВЧ диапазона, что является результатом длительного предшествующего этапа развития техники таких схем. Двухдиодные смесители ММ диапазона в настоящее время редко превосходят по основным качественным показателям (потерям преобразования, шумам) однодиодные, а смесители с большим числом диодов не применяются. В значительной мере это связано с трудностями получения идентичных пар диодов и балансировки полных сопротивлений их внешних цепей.
Существуют и другие ограничения, снижающие эффективность двухдиодных смесителей с ростом частоты: нелинейная проводимость диода отделена от внешней цепи диссипативным )гасо-четырехполюсником; это не позволяет реализовать режим «возвращения» мощности комбинационных частот (в частности, зеркального канала) на промежуточную частоту без потерь, которые увеличиваются с ростом со)7,со, 74 с увеличением частоты растет взаимное шунтирующее действие паразитных активных и реактивных проводимостей диодов; в двухдиодной схеме затруднено создание оптимального режима и импеданса внешней цепи смесительных диодов (например, усложняется подача внешнего смещения на диоды, в результате чего для нормальной работы смесителя требуется повышенная мощность гетеродина).
Следующие типы двухдиодных смесителей нашли применение в ММ диапазоне: балансный (рис. 2.28,а), имеющий различные конструктивные модификации, главным образом — в широкополосных неперестраиваемых приемниках; благодаря подавлению амплитудных шумов гетеродина с балансными смесителями могут применяться низкочастотные УПЧ или широкополосные УПЧ с низкой нижней границей полосы пропускания; это дает возможность повысить флуктуационную чувствительность радиометрических приемников за счет расширения полосы и использования двух симметричных каналов приема, позволяет исключить устройства связи гетеродина со смесителем, нуждающиеся в механической перестройке или, как в случае направленных ответвителей, требующие значительного запаса мощности гетеродина; субгар7ноничесний (рис.
2.28,6] — для преобразования по второй гармонике гетеродина на частотах до 230 ГГц, где он мало т (ыс) Рис, 228, Схемы ннухннонных смесителей: балансного (о), субгаумоннчесного (б) и мнухтантного (в) 75 уступает смесителям на основной частоте, подавляет ряд комбинационных частот, является широкополосным и не требует дополнительных устройств связи с гетеродином 198, 99]; двухтактный (рис. 2.28,в) — для улучшения согласования по сигналу и промежуточной частоте; обеспечивает подавление четных гармоник гетеродина и ряда комбинационных частот во внешних цепях, что приводит к уменьшению потерь преобразования и шумовой температуры (52].
Теория и методы расчета смесителей, включающих два и более диодов, разработаны в 1100 — !04] как обобщение теории однодиодных смесителей. Расчет содержит этапы определения внешних им-' педансов, нелинейного и линейного анализа и вычисления шумовых характеристик. Методы экспериментального или расчетного определения импедансов внешней цепи многодиодных смесителей для конкретных конструкций смесительных камер в настоящее время в литературе не описаны; в расчетных примерах, рассмотренных в !" 100 — 102], авторы пользуются простейшими эквивалентными схемами, содержащими только индуктивность контактной иглы и паразитиую емкость.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
