Белов Л.А. Устройства формирования СВЧ-сигналов и их компоненты (2010) (1095867), страница 24
Текст из файла (страница 24)
Спиральная ЛБВ модели ТН3998 обеспечи;,; веет 8 кВт импульсной лющности со скважностыо 20 в диапазоне 2 ,,- 4.ТГц. Лампа бегущей волны модели ТН4428 обеспечивает 40 Вт в :.:::::-'полосе 18 — 40 ГГц илн 80 Вт в полосе 25- -33 ГГц.
Эта лампа имеет ::'„.' пйриодическую замедляющую систему с мгновенной полосой частот .;-",...5: — 10 ~. Лампы бегущей волны производства «Т!за!ез» перекрывают интервал частот от 3 до 94 ГГц и имеют уровни мощности: 1 МВт ";::, в импульсе !20 кВт в непрерывном режиме) на частоте 2,3 ГГц, !4! 120 кйт в импульсе (4 кВт в непрерывном режиме) на частоте 8 Г1 и, 150 Вт в импульсе (20 Вт в непрерывном режиме) на часготе 44 ГГц Сверхмшцный многорезонаторный клнстрон ТН2132 обеспечивает 45 МВт за длительность импульса 4,5 мкс или 150 МВт за длительность импульса 1 мкс при КПД 65 ом.
Гиротроны фирмы кТЬа1еза обеспечивают длииноимпучьсное или непрерывное генерирование сверхмощных колебании: рекордная мощность 1 МВт в непрерывном режиме на частоте 140 ГГц достигнута на гиротроне ТН1507. Усилители магнетронного хипа со скрещенными полями (типа М, Сгоззег)- Г1е!б АтрЫегз — СГА) используются в наземных и бортовых радиолокационных станциях. Например, гиротрон ТН4310А обеспечивает на частоте 2,3 ГГц импульсную мощность 660 кВт или непрерывную 10 кВт при усилении 50 дБ.
Заметные достижения в технике генерирования и усиления мощных колебаний СВЧ имеются у российских производителей (39 — 41). 2.3.6. Нелинейные искажения СВЧ-сигналов в усилителях мощности При ретрансляции и усилении мощности СВЧ-сигналов в широкополосных усилителях радиосвязи с частотным разделением каналов возникает противоречивая задача обеспечения высоких энергетических характеристик усилителя при заданном уровне перекрестных межканальных искажений. Нелинейные свойства усилителя мощности СВЧ-диапазона характеризуются (21 зависимостями выходной мощности Рвы от входной Р„„- Р„,„(Р „) (АМ~АМ-конверсия) (рис.
2.46) и фазового сдвига ~р(Р,х) от входной мощности (АМ/ФМ-конверсия) при одногармоническом входном сигнале. Для количественных расчетов экспериментально полученные характеристики аппроксимируются аналитическими выражениями и преобразуются к амплитудам напряжения р й р ч„=~2Р„В; у, = ~тР О . д транзисторных усилителей характерным при увеличении входной мощности является ограничение уровня выходного сигнала (см. рис.
2.46, а), для вакуумных электронных усилителей мощности, например. на ЛБ — снижение выходной мощности при входной мощности. превышающей Р,„„„. Условной границей линейного режима считают такое значение входной мощности Р,„1 в, при которой коэффициент усиления снижается на 1 дБ по сравнению со своим малосигнальным значением (хочка А на рис, 2.46, б).
Условной границей режима насыщения для нормирования параметров транзис- 142 ~трен нс-ооз О а) С'6, (умысннс),ов 0 -(55 -(о 5 озг зз ыг. б) ";:-'Фнв.' 2.46. нормированные завнсвмостн вьмоянон чонгносгн (о) н нозффнннента усн:,.'!:;,'уеянн (б) от вводная мошностн гармоннчесаого сигнала язв вануумного уснантевя на '!.:::,.Ч(БВ (аз рввовая линна) н транзнсторнога уенлнтоая нонзноств (сплошная линия) ' зй)рных усилителей с монотонной характеристикой АМ(АМ счи~ают .",'гцкое значение входной мощности Р,„н„, при котором выходная мощность на определенное значение (например, на 0,5 дБ) ниже, чем ,'-предельная, при Ра„> Р х нас (точка Б на рис, 2.46, а) -;:, .::; Интермодуляционные (перекрестные) искажения сигнала на '."зз))биоде усилителя оценивают по уровню дополнительных частотных :;,:;!-'согатавляю(цих спектра выходноп) сигнала, которых не было во вход,, йо)я, Спектр мощности выходного колебания при двухчастотном :,'йходном воздействии обогашается в рабочей полосе частот вблизи ::;:входных составляющих продуктами нелинейных преобразований 'третьего порядка с частотами 2г( - (~ и 2~~ —,Р(.
С увеличением вход- ной мощности уровень интермодуляционных продуктов в выходном =сигнале возрастает значительно быстрее, чем уровень составляющих : Е-частотой входного си~нала. )43 11анбОлес простая дьухчастотная методика тестирования усили гелсй по урОвнго инте)змОдуляционнгях искажений Основана па гюдключении ко входу усилителя суммы двух гармонических сш-малов одинаковых амплитуд с близкими частотами и измерении отношения уровня мощности Р1 составляющих на частотах у~ н у~ к УРовню мощности Рз на частотах 2,г1 — 7з н 2 Ут -.тп УРовень возникающих в нелинейном усилителе СВЧ спелтральных компонент сложным обраюм зависит от порядка нелинейного преобразовании, от соотношения уровней входных составляющих и от их размещения в рабочей полосе частот усилителя.
Для повышения точности измерений прнмснякп такие многочастотные (например, восьмичастотные) или шумовые входные сигналы Сметодика Хо)ье Роъег Ка11О— ХРК), которые занимают всю рабочую полосу частот за исключением узкой измерительной зоны, в которой входные частотные составляющие имеют уровень значительно ниже допустимого.
В спектре выхо шою сигнала в этой зоне появляются составляющие, относительный уровень которых РусРз служит мерой оценки мешающих нелинейных проявлений. В качестве аргумента этой величины используют относительную мощность выходного сигнала Ошрш Ромег Вас)сой' 1ОВΠ—.- 1О!д (Рвы„~ Р,ы„нас)) -- выраженное в децибелах отношение суммарной выходной мощности Рв, к выходной мощности в точке насыщения Р, „,„, На рис.
2.47 показаны такие характеристики для серийной ЛБВ при нескольких видах ~сотового воздействия. Для разрешения противоречия между требованиями высокою КПД и допустимого уровня интермодуляционных искажений используют блок линеаризатора на' входе усилителя мощности. В таком блоке на низком уровне мощности формируется амплитудная харак- Р тР,ав 15 ю -6 -5 -4 — 3 -2 -1 0 ОВО. ав Рнс. 2.47.
Онеини НМИ в сснантеае на ЛБВ Бет лнневриеатора ио авуачастотномт, восьмнчестотиому н мумовому тестовым сигимтам 144 10 4 -б 5 -4 -3 2 1 0 Оао.тб зтис. 2.48. Ояеиии трения ИМИ по шумовомт тестг ляя тсняитеяя ня ЛБВ с яннеярнзаторам и без нето ,, теристнка специальной формы, которая частично компенсирует искажения в выходном усилителе. 1!и рис 2.48 показано влияние б.юка динсаризатора на амплитудные характеристики усилителя мощности ":..прн одночастотном входном сигнале. Включенис лннеаризатора поз' воляет на 4- — 8 дб снизить уровень интермодуляционных искажений ,' цри одинаковой входной мощности или на 3--8 дБ увеличить вход';иую лющность при допустимом уровне искажений, повышая КПД ' усилителя за счет приближения к ~очке насыщения. 2.4. Умножители и делители частоты 2.4Л. Умножителм частоты ' При формировании и обработке СВЧ-сигналов возникает необхо- ,димость производить арифметические операции над частотой и ..',фазой сигнала: сложение, вычитание, умножение и деление в опреде::ленной частотной полосе информационно~о содержания при допус" '-тилточ уровне технических погрешностей реазизации этих операций.
Умножители частоты используются в синтезаторах стабильных -,частот, в технике создания опорных колебаний с кварцевой стабили':зацией частоты„в каскадах буферизации (защиты) возбудителей от влияния нестабильного импеданса нагрузки, в подстраиваемых гене- . раторах сантиметрового диапазона для увеличения девиации при пере' Стройке частоты„в других узлах формирования и приема сигналов.
Умножители частоты выполняются с помощью активных элемен- тов в нелинейном режиме с отсечкой тока и последующей частотной ,фильтрацией на выходе мешающих спектральных составляющих. В результате нелинейных преобразований комплексной проводимости ,-' активного элемента возникает рял составляющих с частотой вход,' Йпго сигнала и гармоник, кратных этой частоте.
Одна из составляю- 145 щнх вызсляещя ~астозэп»м филю ром, а осгальные выступакп как мешающие, Нсполюованне балансных схем разветвления и суммирования позволяет производить в нагрузке суммирование составляющих с четной кратносзью и вычигание составляющих с нечетной кратностью илп наоборот. Высокотехнологичные меры при изготов. ленин нелинейных элементов и узлов разветвления.'суммирования дают возможность ослабить такие составляющие на 30--35 дБ.
Поэтому получили распространение нерсзонансные широкополосные умножителн частоты с небольшой кратностью от 2 до 5, в о~дельных ьюдслях до 13. За счет потерь при разветвлении и суммировании СВЧ-мощности в балансных схемах н за счет нелинейных преобразований спектра уровень выходной мощности может оказаться заметно меньше ее уровня на входе узла. Ряд моделей улвоителеи и утроителей частоты выполняется по пассивной схеме, результатом чего является ослабление выходной мощности на б --9 дБ по сравнению с входной.
В состав активных умножителей частоты, кроме нелинейных элементов и частотных фильтров„вводят входные и выходные усилители, которые к тому же способствуют ослаблению прохождения выходных сигналов кратных частот во входную цепь и влияния нестабильного сопротивления нагрузки. Для максимизации выделяемой гармоники выбирают нужный уровень входной мощности, поступающей на нелинейный элемент. Поэтому выпускаются серии умножителей частоты с различным уровнем входной мощности Нерезонансные удвоитель 10оиЫег) иди учетверитель Яоаогир)ег) частоты строятся как двухтактный нелинейный усилительный каскад с противофазным возбуждением плеч двухтакгной схемы и синфазным сложением выходных сигналов.
При такой организации мощности четных гармоник входного сигнала суммируются, а нечетных — компенсируются В умножителе частоты нечетной кратности: утроигеле (Тг)р1ег), упятерителе Яп)п)ир!ег) частоты— сложение выходных сигналов производится противофазно, так что мощности мешающих четных гарлюник компенсируются, а выделяемой гармоники — - складываются.' На входе такой микросхемы подключается фильтр нижних частот. пропускающий составляющие входной частоты /„'„и ослабляющий обратное прохождение составляющих высших гармоник с частотами тгах, где ш = 2, 3, На выходе умножителя для улучшения спектральной чистоты выходного сигнала включаются последовательно фильтр нижних частот с граничной частотой выше, чем выделяемая~;„„= Ф~',х, н фильтр верхних частот с граничной частотой г < Х~,„.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
