Шахгильдян В.В. Радиопередающие устройства (3-е издание, 2003) (1095866), страница 105
Текст из файла (страница 105)
Эта связь усложняет настройку фильтров, в частности такую, при которой амплитудно-частотная характеристика преобразователя имеет малую неравномерность в заданной широкой полосе частот. Структурная схема преобразователя отражающего типа представлена на рис. 10.13. Сигнал гетеродина через узкополосный фильтр 6 и ферритовый вентиль 5 поступает в плечо 3 ферритового циркулятора 4. Ферритовый вентиль в этой цепи имеет два назначения. Он обеспечивает согласование нагрузки для фильтра и не пропускает к гетеродину токи комбинационных частот, которые возникают в преобразователе и могут неблагоприятно повлиять на его работу. С вывода 1 циркулятора через фильтр 2 сигнал гетероднна поступаетнаварикап3.
Одновременно через фильтр1 на варикап подается сигнал промежуточной частоты. Варикап преобразует мощности двух входных сигналов в мощность выходного сигнала. Сигнал частоты 7;„„м7' +банч проходит через фильтр 2, плечи (выводы) циркулятора 1 — 2, фильтр 7, вентиль 8 и поступает на выход преобразователя. Мешающие сигналы комбинационных частот, которые не попадают в полосу пропускания выходного фильтра, отражаются от него и через плечи циркулятора 2,3 попадают в вентиль 5, где и поглощаются. Преобразователь отражающего типа содержит больше элементов, поэтому он сложнее, чем преобразователь проходного типа, в чем и заключается его недостаток. Благодаря действию циркулятора и ферритовых вентилей полосовые фильтры преобразователя не связаны друг с другом.
Поэтому в преобразователе этого'типа можно получить равномерную амплитудно-частотную характеристику в более широкой полосе частот. В современных преобразователях частоты для РРЛ и т. п. преимущественно применяются двухтактные (балансные) схемы на двух диодах. При этом примерно вдвое увеличивается выходной уровень и значительно ослабляются нерабочие составляющие четных порядков, а также частота гетеродина[см. гл.7). Свойства полупроводниковых диодов в области закрытого р-и перехода были рассмотрены в $ 2 20 при изучении варакторных умножителей и в $ 8.3 при изучении ЧМ модуляторов на варикапах.
Расчет преобразователя приведен в [141. 10.6. ТРАКТ УСИЛЕНИЯ МОЩНОСТИ Назначение тракта усиления мощности состоит в повышении мощности колебания иа рабочей частоте, полученных от преобразователя (см. рис. 10.2). В $ 10.5 показано, что мощность на выходе преобразователя частоты ограничена и составляет 0,1...10 Вт в зависимости от частоты. В тех случаях, когда выходная мощность преобразователя совпадает с заданной мощностью передатчика, тракт усиления отсутствует, конструкция передатчика получается наиболее простой. При необходимости дополнительного усиления могут быть использованы ГВВ СВЧ на транзисторах (см.
$ 2.1б, 2.17, 3.1), лампах бегущей волны, пролетных многорезонаторных клистронах. Генераторные лампы СВЧ в передатчиках современных РРЛ, как правило, не используются. Выбор конкретного типа усилительного элемента или их сочетания, числа каскадов определяется мощностью и частотой передатчика (см. гл. 2 и табл. 1О.1). Транзисторный усилитель СВЧ. Во всех случаях, когда это возможно, в современных передатчиках РРЛ используются транзисторы. На частотах до 5 ГГц преобладают биполярные транзисторы, а на более высоких — полевые с затвором Шотки.
Представление о возможностях транзисторов дает табл. 10.4. При условии надежной защиты от недопустимых напряжений, токов, температур транзисторы обеспечивают существенно большую долговечность, чем другие усилительные приборы. Расчет режима и схемы транзисторных ГВВ рассмотрены в гл. 2 и 3. 517 таблица 104 Усилитель на ЛБВ 113, 26].
Лампы бегущей волны типа О (ЛБВ-О) малой и средней мощностей широко использовались в передатчиках РРЛ первых поколений. В настоящее время они заменяются транзисторами. При необходимости получения большой мощности широкополосного сигнала ЛБВ является основным активным прибором. В бортовых передатчиках спутниковых систем связи их мощности составляют сотни ватт, в наземных спугниковыхи тропосфериых — до 1О кВт.
Главное достоинство ЛБВ по сравнению с другими усилительными приборами СВЧ вЂ” широкая полоса равномерно усиливаемых частот, составляющая примерно ~ //'щ ~ 2. Применительно к многоканальным системам связи это очейь существенно. Коэффициент усиления ЛБВ достигает Кр и 30 дБ; в этом отношении лучше только многорезонаторные клйстроны. Коэффициент полезного действия ЛБВ т)и 25...45%. Лампа бегущей волны требует тщательного согласования волноводов на входе и выходе усилителя. При возникновении заметного рассогласования нарушается равномерность работы в полосе частот и может возникнуть самовозбуждение усилителю Характеристики ЛБВ средней мощности, применяемых в передатчиках радиорелейной связи, даны в табл. 10.5.
Долговечность ЛБВ-О составляет 5...! 0 тыс.ч. Особо долговечны ЛБВ для бортовых передатчиков: они рассчитываются на непрерывную работу в течение 7...! 0 лет, но соответственно более дороги. Таблица 10.5 518 В последние годы внедряются в практику мощные ЛБВ для передатчиков тропосферной и спутниковой связи 12б1. Наиболее целесообразно применение ЛБВ в перспективных спутниковых системах связи с многостанционным доступом, где особенно важна широкополосность.
Мощность таких ЛБВ достигает 15 кВт, рабочие частоты в области 0,5...15 ГГц при полосе равномерно усиливаемых частот /;//„' ~ 1,5; коэффициент усиления Кр 25...35 дБ при /; //'„< 1,5 и Кр и 40...50 дБ при /; //'„ю 1,1, коэффициент полезного действия и 25...35 '/о, ускоряющее напряжение 8...25 кВ в зависимости от мощности. Фокусирующие системы. Применяются три типа фокусирующих систем — электромагнитная, постоянным магнитом и пакетированная магнитная. Электромагнитная фокусировка электронного пучка (лампа УВ-7-1) производится продольным магнитным полем, которое образуется внутри соленоида. Крепление лампы позволяет перемещать ее относительно оси фокусирующей катушки (юстировать). Фокусирующая катушка потребляет значительную мощность (около 100 Вт), и это является основным недостатком ламп с электромагнитной фокусировкой. Такая фокусировка применяется все реже.
В фокусирующей системе с постоянным магнитом продольное фокусирующее магнитное поле создается системой внешних постоянных магнитов. Имеется механизм юстировки. Основным недостатком системы является большая масса постоянных магнитов (около 10 кг), что препятствует использованию ее в передатчиках, устанавливаемых на борту летательных аппаратов.
При пакетированной магнитной фокусировке используется продольное, периодически меняющееся вдоль длины магнитное поле, создаваемое системой кольцевых магнитов, непосредственно входящих в конструкцию ЛБВ. Юстировка лампы производится на заводе, после чего фокусирующая система вместе с лампой заливается герметизирующим пластиком. В процессе эксплуатации лампы изменения юстировки невозможны. Высокий коэффициент полезного действия, малые размеры и масса пакетированных ламп окупают их недостатки, которые состоят в том, что они дороги и, кроме того, при выходе из строя лампы приходится заменять ее всю, со всей фокусирующей системой.
Характеристики ЛБВ и выбор режима. Основные характеристики ЛБВ (Р, Кр, <р = ЯР, )) имеют вид кривых, представленных на рнс. 10.14. Различают три режима работы: линейный, номинальный и насыщения. В линейном режиме коэффициент усиления по мощности Кр постоянен, фазовый сдвиг мал, а выходная мощность достигает приблизительно 5 0',4 максимальной. В режиме насыщения (точка А на рисунке) 519 ггя» Ю Рис. 1Ц14.
Характеристики лампы бегущей валлы коэффициент усиления падает на несколько децибел, фазовый сдвиг достигает нескольких десятков градусов, выходная мощность максимальна. Номинальный режим является промежуточным между линейным режимом и режимом насыщения. В этом режиме выходная мощность составляет 60...70 % мощности в режиме насыщения. В передатчиках с ЧМ рекомендуется использовать номинальный режим. Режим насыщения нежелателен по следующим причинам: усиливаемый сигнал обычно имеет паразитную амплитудную модуляцию. В усилителе вследствие зависимости фазы выходного сигнала от амплитуды входного (см.
рис. 10.14,а) АМ преобразуется в ФМ. В результате возникают дополнительные искажения, которые вызывают увеличение шумов в каналах; из-за нелинейности амплитудной характеристики возрастает уровень гармоник основного сигнала, и передатчик может создавать помехи линиям связи, работающим в других диапазонах частот.
Зависимость выходной мощности Р „и фазы выходного сигнала гр от ускоряющего напряжения на спирали Е,„представлена на рис. 10.14,6. Из рисунка видно, что нестабильность напряжения Е может явиться причиной амплитудной и фазовой модуляции выходного сигнала, поэтому необходимы правильный подбор и стабилизация Е,„. Схема усилителя. Принципиальная схема усилителя на ЛБВ представлена на рис. 10.15. Питающие напряжения указываются в паспорте лампы. Здесь отметим только требования к их стабильности. Напряжение накала и напрюкенне на коллекторе мало влияют на характеристики усилителя, и для них допустимой является нестабильнбсть +5 %. Для остальных напряжений допустима нестабильность, не превышающая й1%.
Усилитель на пролетном многорезонаторном кяистроне [2, 13, 261. Как отмечалось, главное достоинство ГВВ на МРК вЂ” наивысший из всех усилителей СВЧ коэффициент усиления, составляющий в среднем Кр и 35...45 дБ при четырех резонаторах, 45...55 дБ при пяти и до 60 дБ при шести и более резонаторах. Общеизвестно [1 31, что многорезонаторный клистрон в принципе является узкополосным усилителем: как пра- 520 Рнс,!ОЛЛ Принципиальная схема генератора с внешним возбумлением на лампе бегущей волны вило, полоса пропускания мощных «широкополосных» клистронов менее 1...2;4 средней частоты. Расширение полосы пропускания в 1,5...2 раза путем расстройки относительно средней частоты промежуточных резонаторов приводит к существенному (на 10...20 дБ) снижению Кр и заметному (на 5...10 уе) снижению КПД.
Многорезонаторные клистроны выпускаются на широкий диапазон мощностей. Применительно к тропосферным и наземным спутниковым передатчикам используются мощности! ...10 кВт (в уникальных случаях до 100 кВт). У большинства МРК коэффициент полезного действия и = 35...45 си т. е. несколько больше, чем у ЛБВ-О. Последние усовершенствования МРК позволяют рассчитывать на выпуск новых конструкций с и м 60...80 егм При Р, ~! 0 кВт ускоряющее напряжение МРК 10...25 кВ. Клистрон является одним из наиболеедорогих усилителей мощности СВЧ. В значительной степени эта дороговизна компенсируется высоким Кр и соответствующим упрощением предшествующей части пере- 52! датчика. Срок службы МРК составляет 5...10 тыс.ч.
и более; в этом отношении клистроны несколько уступают ЛБВ и значительно — транзисторам. Современные клистроны для передатчиков тропосферной связи и земных передатчиков спутниковой связи обычно имеют внутренние механически перестраиваемые резонаторы. Это обстоятельство делает их пригодными для использования в перестраиваемых передатчиках. Настройка резонаторов у этих клистронов недостаточно стабильна, и за время эксплуатации ее приходится многократно проверять и корректировать.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
