Фомин Н.Н., Буга Н.Н., Головин О.В. и др. Радиоприемные устройства. Под ред. Н.Н.Фомина (2007) (1095358), страница 100
Текст из файла (страница 100)
Во всем ММ диапазоне, но и преимущественно на частотах 80...300 ГГц, используются волноводные однотактные смесители на бескорпусных ДБШ или диодах в герметизированном корпусе. В СММ диапазоне применяют квазиоптические конструкции, среди которых наиболее распространена конструкция на основе уголкового отражателя с бескорпусным ДБШ. В качестве нелинейных элементов смесителей РГ1РУ ММ и СММ диапазонов могут в принципе использоваться также сверх- проводящие туннельные переходы различных типов, в первую очередь квазичастичный и джозефсоновский. Достоинствами смесителей на сверхпроводящих элементах являются низкая шумовая температура, значительно меньшая, чем в смесителях на ДБШ, необходимая мощность гетеродина, незначительные потери преобразования (возможно даже усиление сигнала).
Поскольку традиционные сверхпроводящие материалы имею~ критическую температуру Г„. < 10 К, необходимость глубокого охлаждения входных каскадов практически исключает применение таких смесителей в связных приемниках. При использовании смесителя в качестве входного каскада РПрУ предъявляются повышенные требования к шумовым параметрам первого каскада УПЧ. Так как промежуточные частоты Радиоприемные устройства различного назначения 505 приемников ММ и СММ диапазонов обычно лежат в области СВЧ, в качестве первого МШУ промежуточной частоты может использоваться неохлаждаемый ППУ.
По мере улучшения шумовых и усилительных параметров транзисторов полупроводниковые параметрические усилители вытесняются МШУ на ПТШ или БТ, перспективно построение УПЧ (и УРЧ) на транзисторах с высокой подвижностью электронов. В качестве гетеродинов используются маломощные вакуумные и твердотельные источники колебаний: отражательные клистроны, лампы обратной волны (ЛОВ), генераторы на ЛПД, ДГ и ПТШ, более низкочастотные твердотельные генераторы с варакторными умножителями частоты. Отражательные клистроны удовлетворительно работают до частот 120 ГГц, ЛО — до 1000 ГГц. С ростом частоты у клистронов и ЛОВ увеличиваются питающие напряжения, падает генерируемая мощность и сокращается диапазон электронной перестройки. Применение твердотельных генераторов позволяет исключить не только громоздкие вакуумные генераторы, но и высоковольтные ис~очники питания, что ведет к улучшению массогабаритных показателей, повышению надежности и упрощению эксплуатации РПрУ.
Среди них наибольшей мощностью и верхней граничной частотой обладают генераторы на ЛПД, однако их недостатком является высокий уровень шумов. Генераторы на ДГ, особенно из фосфида индия, могут быть использованы на частотах до 200 ГГц. С применением варакторных умножителей частоты удается получать гетеродинную мощность 5...20 мВт на частотах 100...250 ГГц и доли милливазта на частотах 500...600 ГГц. В оптическом диапазоне, занимающем участок спектра электромагнитных колебаний, соответствующих частотам 3 10'~...3 10' ГГц и, длинам волн 0,01...100 мкм, возможно создание систем связи с огромной пропускной способностью, малогабаритных оптических антенн с очень большим коэффициентом усиления. В этом диапазоне значительно проще, чем в радиодиапазоне, решаются проблемы ЭМС радиоэлектронных средств и миниатюризации аппаратуры, включая антенны. Вместе с тем особенности распространения электромагнитных волн этого диапазона в атмосфере Земли, проблемы наведения и слежения за корреспондентом антенн с чрезвычайно узкой диаграммой направленности и ряд других факторов привели к тому, что наибольшее распространение в этом диапазоне получили световодные, главным образом волоконно-оптические системы связи.
Через открытое пространство работают системы оптической связи между космическими аппаратами, а наземная связь реализуется преимущественно в виде подвижной ГЛАВА10 506 а) б) ЧПЗ Рис. 10.37 служебной одноканальной телефонной связи на небольшие расстояния (0,1...1 км). В настоящее время для связи в открытом пространстве используются узкие полосы оптического диапазона вблизи следующих длин волн: 0,53; 0,63; 0,8....0,9; 1,06, 10,6 мкм, что обьясняется наличием достаточно эффективных источников когерентного электромагнитного излучения оптического диапазона (лазеров) и «окон прозрачности» среды распространения (в данном случае — атмосферы). Приемники оптических систем связи строятся по схеме прямого детектирования (рис.10.37, а, 6) или супергетеродинной (рис. 10.37, в) 111.
Для приема сигналов с непосредственной модуляцией света по амплитуде или интенсивности исходным информационным сигналом используются приемники, собранные по схеме рис.10.37, ьк принятый линзовой или зеркальной антенной оптический сигнал проходит через оптический фильтр (ОФ), ослабляющий внешнюю оптическую помеху — фоновое излучение. В фотодетекторе (ФД) оптический сигнал преобразуется в электрический, который выделяется ФНЧ и усиливается видеоусилителем (ВУ или УНЧ).
При приеме сигналов, образованных модуляцией света по амплитуде или интенсивности поднесущей 7„„, которая в свою очередь модули-рована по амплитуде, частоте или фазе исходным информацион-ным сигналом, структурная схема приемника соответствует рис. 10.37, 6. Поднесущая выделяется полосовым фильгром, включенным после фотодетектора, усиливается усилителем поднесущей (УП) и демодулируется в демодуляторе (Дм). Радноярнемные устройства различного назначения 507 Структурная схема супергетеродинного оптического приемника приведена на рис.!0.37, в.
На ФД кроме принимаемого оптического сигнала с помощью частично прозрачного зеркала (ЧПЗ) подается излучение лазерного гетеродина (ЛГ), частота которого отличается от частоты оптического сигналал на промежуточную 7„р. Дальнейшая обработка сигнала на частоте ~„р, выделенного ПФ, осуществляется обычным образом. Автоподстройка частоты по сигналу промежуточной частоты применяется для компенсации частотной нестабильности лазера, а также для отслеживания доплеровского сдвига частоты принимаемого сигнала, имеющего место в космических системах оптической связи. Так как этот сдвиг составляет сотни мегагерц, а пределы перестройки лазеров ограничены, может применяться двойное преобразование частоты с точной АПЧ второго, электрического гетеродина. В приемниках, предназначенных для приема цифровых сигналов, усиленный низкочастотный сигнал подается на решающее устройство (РУ).
Оптические фильтры представляют собой многослойные структуры из прозрачного материала с различными коэффициентами преломления, в которых эффект фильтрации достигается за счет интерференции волн, отражаемых границами раздела слоев. На волнах короче 0,8 мкм основным типом ФД являются фотоэлектронные умножители (ФЭУ), обладающие высокой чувствительностью, но имеющие ограниченную полосу пропускания и требующие высоковольтных источников напряжения. В диапазоне 0,8...1,2 мкм ФЭУ применяются наряду с р4-я- и лавинными фото- диодами и фоторезисторами, а на волнах длиннее 1,2 мкм — исключительно полупроводниковые ФД. Неохлаждаемые фоторезисторы находят ограниченное применение вследствие их низкой чувствительности и малой полосы пропускания.
Охлаждение до температуры жидкого азота существенно повышает чувствительность и расширяет полосу пропускания полупроводниковых ФД. В настоящее время в оптическом диапазоне осуществляется связь ИСЗ на эллиптических орбитах с геостационарными спутниками, а также связь между последними. В таких системах используются цифровые методы передачи информации с очень высокой скоростью и непосредственная модуляция света по амплитуде, интенсивности или поляризации.
При связи между низколетящими геостационарными ИСЗ доплеровский сдвиг частоты света достигает ~700 МГц, вместе с тем в космических системах отсутствуют замирания, наблюдающиеся при распространении электромагнитных волн в материальных средах. В космических системах в качестве источников света используются газовые и твердотельные лазеры, применяются зеркальные антенны с большими апертурами. 508 гллвл~о При использовании лазеров на углекислом газе (Х = 10,6 мкм) могуг применяться приемники как прямого детектирования, так и супергетеродинные. В качестве ФД в обоих случаях используются охлаждаемые микрокриогенными устройствами фотодиоды и фоторезисторы.
Достоинство супергетеродинных РПрУ вЂ” эффективное ослабление шумов, обусловленных фоновым излучением естественных космических объектов, за счет пространственной и частотной избирательности и увеличения мощности излучения ЛГ. Их недостаток заключается в необходимости компенсации значительного доплеровского сдвига частоты. В сочетании с твердотельными неодимовыми лазерами (1 =1,06 мкм без удвоения частоты, ) = 0,53 мкм — с удвоением) могут использоваться только РПрУ прямого детектирования, поскольку такие лазеры имеют относительно широкую полосу излучения, а высокоточная стабилизация их частоты затруднительна. Такие приемники нечувствительны к доплеровскому сдвигу частоты, в качестве ФД в обычно применяются ФЭУ.
При распространении в атмосфере наблюдается затухание света в результате поглощения и рассеяния, флуктуации уровня сигнала, направления распространения и поляризации в месте приема, что затрудняет осуществление надежной оптической наземной связи. В таких системах применяются более дешевые и компактные линзовые антенны с малой апертурой, а в качестве источников света — газовые гелий-неоновые (Х = 0,63 мкм) и на углекислом газе (Х = 10,6 мкм) лазеры, а также полупроводниковые арсенидгаллиевые (). = 0,8...0,9 мкм) лазеры. Приемники строятся по схеме прямого детектирования с ФЭУ или фотодиодами в качестве ФД. Супергетеродинные приемники не применяются главным образом из-за более высокой сложности и стоимости, связанных с использованием ЛГ с системой АПЧ.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
