Орлов А.Г., Севастьянов Н.Н. Бортовой ретрансляционный комплекс (БРК) спутника связи. Принципы работы, построение, параметры (2014) (1152061), страница 12
Текст из файла (страница 12)
Очевидно, такой ферритовый циркулятор обеспечивает максимальную развязку, однакопрактически идеальный ферритовый циркулятор реализовать невозможно. Реальный ферритовый циркулятор имеет матрицу рассеяния (предполагаем егосимметричную структуру) следующего вида S , (3.7)где определяет его КСВН по входу при нагружении остальных портов на2согласованные нагрузки и для 1 КСВН 1 2 , справедливо дляКСВН 1,2; 20 lg ;определяет обратную развязку циркулятора, равную в дБ ≈определяет прямые потери, равные примерно 1– .63Пусть на базе этого циркулятора с поглощающей нагрузкой, имеющей хорошее согласование с портом 3 ( н 0 ), реализована входная цепь, показаннаяна рис.
3.6.Рис. 3.6. Схема входного тракта БРК с развязывающим ферритовым циркуляторомФерритовый циркулятор введен здесь для развязки МШУ приемного устройства от АФУ и создания гарантированной нагрузки для приемного АФУ. Определим дополнительный вклад в шумы БРК, вносимые ферритовым циркулятором, на входе МШУ. Для этого применим сформулированный выше метод определения шумовых температур по коэффициентам поглощения мощности шумящими двухполюсниками в транспонированной схеме. Транспонирование циркулятора (с учетом его симметрии) равносильно изменению направления циркуляции.
Поэтому, исходя из формул (3.4), (3.5), можно записать для Твых на выходе циркулятора2Tвых (1 A )TA 22 Tн А 42 Т н (1 )Т ц ,(3.8)где первые три члена определяют вклад шумов антенны и поглощающейнагрузки из-за включения циркулятора, последний член – собственные шумыциркулятора из-за потерь в нем.Обычно в «хороших» циркуляторах 20 дБ , Tн ≈ Тц ≈ 300 К потери впрямом направлении ≈0,10,2 дБ ( 1 ) и для трактов АФУ с КСВН 1,5 А 0,2 , поэтому при этих ограничениях Твых ≈ ТА, т.е.
влияние ферритового циркулятора на фоне шумов антенны невелико, но функции развязки и согласования выполняются эффективно.64ГЛАВА 4.ТИПОВЫЕ СТРУКТУРНО-ФУНКЦИОНАЛЬНЫЕЕДИНИЦЫ РТР (ПРИНЦИПЫ ПОСТРОЕНИЯИ ПАРАМЕТРЫ)В настоящей главе рассмотрены принципы работы и построения основныхструктурно-функциональных единиц РТР. В качестве базовых радиотехнических параметров этих устройств взяты данные из проектов БРК для КА «Ямал».Внешний вид рассмотренных устройств и их конструктивный облик приведеныв главе 8.Рассмотренные ниже устройства представляют высокоинтегрированные, какправило, конструктивно законченные единицы, отличающиеся, иногда незначительно, по составу.
Но важнейшие принципиальные функции сохраняютсянеизменными.4.1. Приемное устройство РТРПриемное устройство РТР осуществляет прием входных сигналов, поступающих от приемного АФУ, усиление этих сигналов до необходимого уровня,преобразование частоты с fпр на fпрд, формирование для преобразования частотывысокостабильного гетеродинного источника. Оно обеспечивает необходимуюфильтрацию сигналов, связанную с преобразованием частоты приемногоустройства, определяет шумовую температуру РТР, не зависящую от режимовпоследующих трактов РТР.Структурно-функциональная схема приемного устройства представлена нарис. 4.1. Как видно из рисунка, в самом общем виде приемное устройство содержит МШУ, преобразователь частоты, источник гетеродина, входной преселектор, выходные фильтры после преобразователя, выходной усилитель, источник вторичного питания.
В некоторых конструктивных исполнениях входнойпреселектор и МШУ выделяются в качестве самостоятельных функциональныхединиц. В настоящее время, как правило, все указанные выше функции приемного устройств (за исключением входной преселекции) выполняются на базеСВЧ микроэлектронной технологии с использованием в качестве полупроводниковых компонентов высокоинтегрированных больших интегральных схем(БИС). Поэтому в дальнейшем будут рассматриваться не конкретные схемноконструктивные реализации приемных устройств, а принципы и особенности ихфункционирования.Важнейшим функциональным элементом приемного устройства являетсяМШУ.
Как показано в главе 3, из формул каскадного многополюсника следует,что шумовая температура и уровень усиления МШУ определяют шумовую65температуру всего приемного устройства, перекрывая шумы преобразователячастоты и выходного усилителя. Для его создания используется особый классмалошумящих транзисторов, обладающих пониженным уровнем теплового идробового шумов. Прогресс в области создания этих транзисторов позволилисключить целое направление в СВЧ радиотехнике – создание МШУ на базетуннельных, параметрических, квантовых усилителей, обладающих, по сравнению с транзисторными, гораздо худшими габаритно-массовыми, надежностными и эксплуатационными характеристиками.Рис.
4.1. Структурная схема входного приемного устройств РТР:ПФ – полосовой фильтр, МШУ – малошумящий усилитель,ПРЧ – преобразователь частоты, ГЕТ – гетеродин, ОУ – оконечный транзисторный усилитель,ВИП – вторичный источник питанияПреобразователь частоты приемного устройства, как неоднократно указывалось выше, выполняет важную функцию преобразования приемных частот,принятых МШУ на частоты передачи fпр. Преобразование частоты является известным фундаментальным в радиотехнике процессом, позволяющим строитьрадиоприемники супергетеродинного типа (осуществляющие основное усиление на преобразованной – промежуточной частоте) для всех направлений радиотехники – радиовещание, радиосвязь, радиолокация, радионавигация и т.д.Преобразование частоты основано на процессах взаимодействия (смешения)приемных частот fпр с частотой гетеродина (генератора сдвига) fг на нелинейномпереходе полупроводников. Известно, что при этом преобразовании образуетсямножество комбинационных частот типа n fпр m fг, где n, m – положительныечисла (1, 2, 3…).
В последующих цепях преобразователя выделяются полезныерабочие (называемые промежуточными) частоты. В нашем случае полезнымичастотами являются частоты передачи, лежащие в СВЧ диапазоне.Соответственно, частота гетеродина будет равна fпр – fпрд и, в частности, дляиспользуемых диапазонов в С и Ku будет составлять порядка 23 ГГц. С однойстороны, это облегчает задачу создания для преобразователей высокостабильного гетеродинного источника.
Но с другой стороны, видно, что на этих часто66тах существует потенциальная опасность попадания гармоник гетеродина (2-й и3-й) в тракт передачи.Следует отметить, что спектр сигналов после преобразования обогащенбольшим количеством комбинационных частот n fпр m fг.Часть из них, лежащая вне рабочей полосы транспондеров, обычно подавляется СВЧ полосовыми фильтрами на выходе преобразователя и фильтрамиIMUX, но некоторые комбинации могут попадать в полосы транспондеров ибудут проявляться как комбинационные помехи.
Обычно уровень этих помехнормируют (они не должны превышать 40–50 дБ относительно определенноговходного уровня сигнала). Уровни комбинационных сигналов определяютсяуровнем гармоник сигнала и гетеродина. Уровни входных внеполосных сигналов снижают с помощью полосовых входных фильтров-преселекторов, которые выделяют в приемном диапазоне полосу рабочих частот основных гармоник сигнала. Уровни гармоник гетеродина и связанные с ними продуктыкомбинационных преобразований подавляются специальными схемнотехническими решениями (например, балансные схемы преобразователей подавляют четные продукты) и выбором радиоэлементов (например, преобразователи с квадратичной вольтамперной характеристикой дадут только продукты основного преобразования).
Наибольшую опасность из комбинационныхчастот представляет частота fс m fг. Эта частота не подавляется преселектором и при появлении в полосе транспондера изменяется так же, как меняетсяуровень сигнала (дБ/дБ).Следует отметить, что при преобразовании частот имеется класс частот,называемых зеркальными, которые производят на выходе ту же промежуточную частоту, что и основное преобразование.
Действительно, пусть основноепреобразование будет вида fпр – fг = fпч. Очевидно, что входная частота fпр – 2fпчбудет давать аналогичную по номиналу промежуточную частоту. Зеркальныечастоты подавляются полосовыми входными преселекторами. Подавление зеркальных частот может представлять сложную техническую проблему для приемных устройств с низким значением fпч.Из вышеизложенного следует, что ПФ в приемном устройстве выполняетследующие функции:– снижает уровень внеполосных помех на приемной частоте до усиления ихв приемном устройстве;– ослабляет на входе МШУ уровни сигналов на передачу, попадающих наМШУ от УМ транспондеров из-за конечных развязок в трактах АФУ;– снижает уровень комбинационных частот от гармоник сигнала.Поскольку активные потери в преселекторе снижают шумовую температуруРТР в соответствии с формулами (3.2) и (3.3), то, как правило, при изготовлениипреселектора используются высокодобротные СВЧ резонаторы, имеющие пониженные диссипативные потери.Следует также отметить, что при преобразовании частот в приемных устройствах уровень мощности гетеродина на порядок превышает уровни сигналов, что67приводит к значительной линеаризации характеристик преобразователя частоты посигналу, уменьшая тем самым количество опасных комбинационных частот.Характеристики преобразованного сигнала, возникающие после преобразователя частоты, существенным образом зависят от параметров сигнала гетеродина (генератора сдвига).Сигналы гетеродина в преобразователе частоты определяют стабильностьчастоты преобразованного сигнала, его фазовые флуктуации, спектральный состав.В связи с этим схема формирования сигналов гетеродина имеет принципиальное значение.Для удовлетворения требований по стабильности частоты в преобразователях частоты приемных устройств рассматриваемых РТР используются схемыформирования гетеродинов на основе генераторов, управляемых напряжением(ГУНов), на частоту сдвига.
В колебательной системе ГУНов используются высокодобротные диэлектрические резонаторы.Обычно требуемая стабильность частоты сдвига на весь срок активного существования (САС) КА в диапазоне температур составляет ≈10–6.Обеспечить такую долговременную стабильность могут автогенераторы,охваченные кольцом фазовой автоподстройки частоты (ФАПЧ), стабилизированные термостатированным кварцевым опорным генератором. Кварцевыеопорные генераторы умеренной сложности и стоимости лежат в диапазоне510 МГц. Поэтому разработано большое число схемно-технических решенийпо реализации схем ФАПЧ, позволяющих довести относительную стабильностьГУНов до уровня опорных кварцев. Одна из таких возможных реализаций показана на рис. 4.2.×NРис.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
