Final (721939), страница 2

Просмтор этого файла доступен только зарегистрированным пользователям. Но у нас супер быстрая регистрация: достаточно только электронной почты!

Текст из файла (страница 2)

(2.1.8)

Рассчитаем относительное ослабление комбинационной помехи :

(2.1.9)

Для упрощения дальнейших вычислений будем

предполагать, что . В таком предположении можно считать[ 8 ] :

(2.1.10)

(2.1.11)

(2.1.12)

Таким образом окончательная формула для расчета относительного ослабления комбинационной помехи имеет следующий вид :

(2.1.13)

2.2 Метод аппроксимации ВАХ диода степенным рядом.

Для исследования продуктов комбинационных преобра-зований в смесителе в случае малой амплитуды гетеродина воспользуемся аппроксимацией степенным рядом [1].

Рассчитаем уровень комбинационных помех для этого случая. Ток , протекающий через диод , запишем в виде:

(2.2.1)

где - коэффициенты ряда ;

- входное напряжение .

Входное напряжение , как и в пункте 2.1.2, представляет собой сумму напряжений :

(2.2.2)

где - напряжение и частота основного колебания гетеродина;

- напряжение и частота побочного колебания гетеродина;

- напряжение и частота входного сигнала.

Для исследования комбинационных помех в смесителе не выше третьего порядка воспользуемся аппроксимацией вольт - амперной характеристики диода полиномом пятой степени [1]. Найдем выражение для тока диода. При расчете учтем только члены , дающие вклад в выходной ток преобразователя на промежуточной частоте. В случае когда напряжение смещения постоянного тока равно нулю, вклад в выходной сигнал на промежуточной частоте дадут только члены полинома с четными степенями . Тогда после подстановки (2.2.2) в (2.2.1) получим :

(2.2.3)

Найдем амплитуды откликов в выходном сигнале смеси-теля при преобразованиях на основном и побочном колеба-ниях гетеродина: (2.2.4) (2.2.5)

Рассчитаем относительный уровень комбинационных

помех :

(2.2.6)

В предположении U1 >> U2 , U1 >> U3 получим :

(2.2.7)

или:

(2.2.8)

Из разложения экспоненциальной функции в ряд Маклорена следует, что коэффициенты К2, К4 при членах разложения с четными степенями могут принимать только положительные значения . Тогда видно, что отношение

W2/W1 лежит в пределах :

(2.2.9)

или:

(2.2.10)

На основании полученных результатов с учетом выражений (2.1.13) и (2.2.10) могут быть сделаны следующие выводы :

- при "большой" мощности основного колебания гетеродина комбинационная помеха на выходе преобра-зователя ослаблена больше, чем побочное колебание в гетеродине ;

- при "малой" мощности основного колебания гетеродина дополнительного ослабления комбинационной помехи на выходе преобразователя не происходит .

3. Расчет и экспериментальное измерение относительных уровней комбинационных помех.

Основной целью эксперимента было определение динамического диапазона в АС мм диапазона по комбинационным искажениям с преобразованием на 1-ой гармонике гетеродина с умножением частоты .

3.1 Исследование уровней побочных колебаний

в сигнале гетеродина .

В этом эксперименте исследовалась работа волноводных

умножителей частоты на 2 и на 3 в диапазоне

25,95-37.5 ГГц.

_________ ________ ____________

| | | | | |

| 1 |------->| 2 | | 3 |

|_________| |________| |____________|

| |

------->-----------|

________ ________ ________ ____|____

| | | | | | | |

| 4 | | 5 |<---| 6 |<---| 7 |

|_______ | |________| |________| |_________|

| | |

__ |____ ____|___ ____|___ _________

| | | | | | | |

| 8 || 11 |

|________| |________| |________| |_________|

|

___|____ ________ ________ _________

| | | | | | | |

| 12 |-->| 13 |<---| 14 |<---| 15 |

|________| |________| |________| |_________|

| ________

| | |

------>--| 16 |

|________|

Рис.1 Блок схема установки для исследования сигнала гетеродина - умножителя.

- 14 -

- 14 -

1- задающий генератор Г4-80 (Г4-81);

2- умножитель на 3 коаксиальный;

3- измеритель мощности P1;

4- измеритель мощности P9 ( P6 );

5- умножитель на 3 ( на 2 ) волноводный;

6- направленный ответвитель 10 дБ;

7- усилитель мощности;

8- переключатель 1:2 волноводный;

9- аттенюатор Д3-36;

10- аттенюатор 10 дБ;

11- измеритель мощности P3;

12- перестраиваемый фильтр;

13- смеситель;

14- фильтр низкой частоты;

15- генератор Г4-56;

16- анализатор спектра СК4-87.

С генератора 1 напряжение сигнала поступает на умножитель

частоты 2 , где происходит умножение частоты задающего генератора.

Уровень мощности контролируется измерителем мощности 3 . С умножителя

сигнал поступает на усилитель мощности 7, усиливается и через

направленный ответвитель 6 приходит на второй умножитель 5 , где

происходит окончательное формирование сигнала КВЧ гетеродина.

Далее через аттенюатор 9 , переключатель 8 этот сигнал через

преселектор 12 подается на сигнальный вход смесителя 13 для анализа.

На гетеродинный вход смесителя через ФНЧ 14 приходит сигнал с генера-

тора 15. Преобразованный сигнал исследуемого КВЧ гетеродина поступает на

анализатор спектра 16 , где происходит его дальнейший анализ.

- 15 -

- 15 -

Рассчитаем частоту задающего генератора Г4-80 для приема

начальной частоты Fc рассматриваемого диапазона.

Fзг=(Fc-Fпч)/n, (4.1.1)

где Fпч - промежуточная частота, Fпч=1 ГГц,

Fc - частота сигнала,

n - общий коэффициент умножения.

Таким образом Fзг= (26-1)/6 = 4,16 ГГц при использова-

нии умножителя на 2.Наибольший уровень на выходе умножителя на 2

имеет побочное колебание, получающееся умножением на 3, то есть

9-ая гармоника задающего генератора.

Таким образом частота побочного колебания Fп = 4,16*9 =36,44 ГГц.

Уровень основной гармоники Р6=12 мВт,а показание СК4-87 -4 дБм

при частоте настройки Г4-56 - 27 ГГц.Перестройкой Г4-56 на часто-

ту 37,44 ГГц получаем отклик на СК4-87, равный -26 дБм,

что соответствует уровню побочного колебания Р9=0,08 мВт.

При использовании волноводного умножителя на 3 частота задающего

генератора устанавливается Fзг= (26-1)/9 = 2,78 ГГц. Наибольший

уровень имеет побочное колебание, получающееся на 12-ой гармонике

задающего генератора. Частота этого колебания Fп=Fзг*12 и будет

соответственно Fп=34,33 ГГц . Уровень основной гармоники

Р9=2,4мВт, а уровень побочного колебания Р12=0,8 мВт определены

по описанной выше методике.

Уровни мощности основного колебания гетеродина Р6 и Р9

определяются максимально-допустимой мощностью на входе волновод-

ного умножителя равной 100 мВт.

- 16 -

- 16 -

4.2 Расчет и исследование уровней комбинационных помех

смесителя.

________ __________ _________ _________

| | | | | | | |

| 1 |-------->| 2 |-------->| 3 |---->| 4 |->-

|________| |__________| |_________| |_________| |

| |

________ _______ ________ ________ _________ |

| | | | | | | | | | |

| 5 |------>| 6 |-->| 7 |---->| 8 |->| 9 |-<-

|________| |_______| |________| |________| |_________|

| |

___|____ ____|____

| | | |

| 10 | | 11 |

|________| |_________|

Рис.2 Блок - схема установки для исследований комбинационных

помех смесителя.

1- генератор Г4-80 (Г4-81)

2- умножитель на 3

3- усилитель мощности

4- умножитель на 2 ( на 3 )

5- генератор Г4-56

6- ФНЧ

7- переключатель

8- аттенюатор

- 17 -

9- смеситель

10- измеритель мощности

11- анализатор спектра СК4-87

С задающего генератора 1 поступает сигнал на умножитель

частоты 2затем на усилитель мощности 3, усиливается и поступает

на умножитель частоты 4, где сигнал переносится на нужную

нам частоту, а именно на частоту 6-ой или 9-ой гармоники ( в

- 17 -

зависимости от того, какой у нас умножитель, на 2 или на 3 ),

далее сигнал поступает на гетеродинный вход смесителя 9 .Сигнал

с генератора 5 через ФНЧ 6, переключатель 7, аттенюатор 8 пос-

тупает на сигнальный вход смесителя. Продукты преобразования с

выхода смесителя измеряются анализатором спектра 11.

Измерения проводились по следующей методике.

Частота Г4-80 устанавливалась 4,16 ГГц при работе с умножением

на 6 основного преобразования и 2,78 ГГц при работе с умножением

на 9. Уровень сигнала Г4-56 поддерживался постонным и равным

30 мкВт. Значения частоты Г4-56 устанавливались такими же как

указано в разделе 4.1 . Фиксировалось ослабление аттенюатора

Д3-36 при превышении отклика анализатора СК4-87 от входных

сигналов над собственными шумами на 3 дБ.

Результаты исследований сведены в таблицу, в ней же

приведены относительные уровни побочных колебаний гетеродина,

измеренных в пункте 4.1:

таблица 1

______________________________________________________________

|Умножи-|Частота,ГГц|Ослабление|Уровень ||Уровень побочного |

| тель | |Д3-36,дБ |помехи,дБ||колебания гетеродина|

|_______|___________|__________|_________||____________________|

| x2 | 27 | 76 | ---- || |

- 18 -

| x2 | 37,44 | 49 | -27 || -22 |

| x3 | 27 | 66 | ---- || |

| x3 | 34,33 | 63 | -3 || -5 |

|_______|___________|__________|_________||____________________|

Таким образом из исследований видно, что при использовании

умножителя на 2 ослабление комбинационной помехи превышает

относительный уровень побочного колебания гетеродина.

Для оценки ослабления можно воспользоваться выражением (2.1.13).

- 18 -

При использовании умножителя на 3 относительный уровень

комбинационной помехи не ниже уровня побочного колебания гетеро-

дина.Для оценки уровня помехи в этом случае можно воспользоваться

выражением (2.2.8).

Из полученных результатов следует, что коэффициент ум-

ножения задающего генератора целесообразно выбирать таким образом,

чтобы использовать волноводный умножитель на 2.

- 19 -

- 19 -

4.3 Измерение относительных уровней комбинационных помех

в анализаторе спектра.

------------------------------

_____ _____ _____ _____ | ____ ____ ____ ____ |

| | | | | | | | | | | | | | | | | | ___

| 1 |-| 2 |-| 3 |-| 4 |-|--| 7 |-| 8 |-| 9 |-| 10 |-|--| |

|_____| |_____| |_____| |_____| | |____| |____| |____| |____| | | |

| | | | | |

------- | | | | |

__|__ _____ | __|_ ____ ____ | |14 |

| | | | | | | | | | | | | |

| 5 | | 6 |-|---------| 11 |-| 12 |-| 13 |-|--| |

|_____| |_____| | |____| |____| |____| | |___|

| Преобразователь частоты |

------------------------------

- 20 -

Рис.3 Структурная схема для проверки комбинационных помех в АС.

1 - генератор Г4-156

2 - направленный ответвитель

3 - фильтр полосовой

4 - аттенюатор Д3-36

5 - частотомер Ч3-66

6 - измеритель мощности М3-53

7 - вентиль волноводный ФВВН1-16

8 - смеситель волноводный 7,2*3,4 мм

9 - усилитель малошумящий ЕЭ2.031.242

10 - преобразователь частоты 317/17 МГц

11 - умножитель частоты на 2 ЯНТИ 434.841.067

12 - усилитель средней мощности 10,7-17,7 ГГц

13 - умножитель частоты (2-6,6)/(2-26) ГГц

14 - анализатор спектра С4-85

- 20 -

Измерения проводились с использованием методики, изложенной в

разделе 4.2. В качестве задающего генератора применялся гетеродин-

синтезатор прибора С4-85.

Ослабление комбинационной помехи на 12-ой гармонике задающего

генератора составило порядка 30 дБ.

- 21 -

- 21 -

4.Заключение

Полученные результаты теоретического анализа относи-тельных уровней комбинационных помех первого порядка в анализаторах спектра КВЧ с преобразованием на первой гармонике в случае немонохроматического сигнала исполь-зуемого гетеродина могут быть применены для расчета схем анализаторов с умножителями частоты в гетеродинном

тракте.

Рассмотрены два случая формирования гетеродинного сигнала:

- с использованием волноводного умножителя на 3,

- с использованием волноводного умножителя на 2.

Для первого случая мощность основного колебания гете-родина недостаточна для обеспечения оптимальных парамет-ров смесителя. Наиболее близкие к эксперименту результаты дает метод аппроксимации ВАХ диода степенным рядом. Оценка по формуле (2.2.10)совпадает с результатами табли-

цы 1 .

Для второго случая лучшее совпадение результатов расчета относительных уровней комбинационных помех дает метод аппроксимации ВАХ диода экспонентой . Оценка по формуле (2.1.13) уровня комбинационной помехи дает резуль-тат на 2 дБ ниже по сравнению с относительным

уровнем побочного колебания для описанного в работе эксперимента без учета рассогласования на гетеродинном

входе смесителя . Измеренный уровень комбинационной помехи по данным таблицы 1 ниже относительного уровня побочного колебания на 5 дБ.

Результаты теоретических и экспериментальных иссле-

дований относительных уровней помех в АС мм диапазона, обусловленных наличием побочных колебаний в сигнале гетеродина, показывают , что динамический диапазон АС может быть обеспечен не менее, чем величина ослабления побочного колебания только в случае достаточно большого

уровня мощности основного колебания гетеродина. Для исследованного смесителя на волновод сечением 7,2x3,4 мм этот уровень не должен быть ниже 10 мВт.

- 21 -

5. Список литературы

1. H.W.Pollack, M.E.Engelson. The Microwave Jornal. 1962, Dec.

2. А.М.Щерба "Труды учебных институтов связи",серия "Радиоиз-

мерительная техника", 1969г.,вып.2.

- 23 -

3. Л.С.Гуткин "Преобразование СВЧ и детектирование",Госэнерго-

издат, 1953г.

4. Л.Р.Деречинский "Вопросы радиоэлектроники",серия "Радиоиз-

мерительная техника", 1969г.,вып.2.

5. Е.Янке, Ф.Леш, Ф.Эмде "Специальные функции",

Изд."Наука", 1968г.

6. Научно-технический отчет о НИР "Анализатор-ММ"(предварительный),

ННИПИ " Кварц " , 1997г.

7. Б.М. Богданович "Нелинейные искажения в приемно-усилительных

устройствах " /M , " Связь " , 1980г.

8. А.А. Залевский " Вопросы расчета и проектирования

панорамных измерительных приемников " /Вопросы Радиоэлект-

роники . Вып. 3 , серия Р.Т. , 1971г.

- 23 -

3. Техника безопасности

Настоящая работа проводилась в лаборатории без повышенной опасности . При работе соблюдались следую-

щие правила техники безопасности :

- все приборы были заземлены ;

- перед включением проверялась правильность соеди-нения приборов , а также отсутствие на рабочем месте посторонних предметов;

- работы проводились под руководством научного руководителя и консультанта ;

- после окончания работы все приборы были отключе-

ны от сети питания .

Характеристики

Список файлов реферата