|
| |
  |
Теория строительства Книги и журналы Поэтому основными типами контуров являются четвертьволно-цш отрезок замкнутой или полуволновый отрезок разомкнутой линии. Входное сопротивление таких линий при настройке в резонанс имеет большую величину и является чисто активным. При расстройке в ту или другую сторону от резонанса входное сопротивление уменьшается и приобретает емкостной или индуктивный характер. Как известно, именно так изменяется вблизи резонансной частоты полное сопротивление параллельного колебательного контура. Резонансные линии, работающие в качестве колебательного контура, обладают высокой добротностью, величина которой может доходить до нескольких тысяч, причем с повышением частоты добротность увеличивается. f о тех вшах fimin Ск 8 Ркс. 4.18. Схема входной цепи с перестройкой конденсатором иерем енной емкости (а), индуктивностью (б) и электрическим плунжером, образованным переменным конденсатором на конце полуволновой линии (в). Для уменьшения габаритных размеров высокочастотных блоков геометрическая длина линии выбирается меньшей, чем электрическая, определяемая длиной волны принимаемого сигнала. Для удлинения линии к ее концу подключается конденсатор, предназначенный для перестройки контура по диапазону, или совокупность переменного и подстроечного конденсаторов (рис. 4,18, а). Перестройка контура может также осуществляться (рис, 4.18, б) за счет перемещения короткозамыкающего плунжера из положения 1 (/о = /отах) В положение 2 = Практическая реализа- ция этого метода перестройки сопряжена с трудностями создания долговечного и надежного трущегося контакта плунжера с коаксиальной линией. Короткозамкнутый плунжер можно создать электрическим путем, используя переменный конденсатор С„, подключенный к концу укороченной полуволновой линии (рис. 4.18, в). При минимальном значении его емкости C„m,n обеспечивается режим короткого замыкания в точке /. В этом положении (так же как в схеме рис. 4.18, б) резонансная частота контура максимальна (/о == /отах). Если жс постепенно увеличивать емкость С„, то точка эквивалентного короткого замыкания будет перемещаться вниз, 178 достигая положения 2 при С„ mix- В этом положении контур настроен на минимальную частоту диапазона /„ = f, тщ- Контур с перестройкой конденсатором в конце полуволновой линии обладает некоторыми преимуществами перед контуром с пё-" рестройкой конденсатором в начале четвертьволновой линии. Во-первых, при разных требованиях к коэффициенту перекрытия пэ диапазону k = /„тах omm в схеме рис. 4.18, в требуется конденсатор с меньшей максимальной емкостью, а следовательно, н меньшими габаритами, чем в схеме рис. 4.18, а. Во-вторых, в этой схеме конденсатор можно конструктивно расположить вдали от усилительного прибора, что существенно облегчает компоновку входной цепи. В верхней части диапазона коэффициент передачи по напряжению и емкости конденсаторов настройки для линий обоих типов примерно одинаковы, но в нижней части диапазона полуволновая линия имеет более высокий коэффициент передачи. Итак, полуволновые линии позволяют получить более качественные характеристики блока СВЧ в целом, однако иногда предпочтительнее применить четвертьволновые линии, так как это позволяет уменьшить габаритные размеры блока. Функцию конденсатора переменной емкости может выполнять полупроводниковый прибор (например, варикап), емкость р-п-перехода которого изменяется в зависимости от приложенного напряжения. Такой способ настройки называют электронным. Связь контура входной цепи с антенной и с входом 1-го каскада приемника может осуществляться по трансформаторной, емкостной или автотрансформаторной схемам. При использовании системы из двух связанных контуров для связи между ними используют отверстия связи в экранирующей перегородке, которые в зависимости от их расположения могут быть эквивалентны либо ин дуктивной, либо емкостной связи. На рис. 4.19 схема входной цепи представляет собой полосовой . фильтр, состоящий из двух контуров Li Cai Ск~ и La Сцз Ск~, в которых Li и La выполнены в виде четвертьволновых отрезков /j и /г несимметричных полосковых линий. Контуры размещены в экранированных камерах. Связь 1-го контура со 2-м осуществляется через щель в перегородке между камерами. Принимаемый сигнал через антенную петлю связи Lcb а поступает в 1-й контур. 2-й контур включен в эмиттерную цепь усилителя радиочастоты через петлю связи Lcb бх- Нзстройкэ ВХОДНОЙ цепи на частоту сигнала осуществляется конденсаторами переменной емкости С. Во ВХОДНОЙ цепи, в которой колебательный контур образован короткозамкнутым четвертьволновым отрезком линии / и конденсаторами С,;, и Сд (рис. 4.20), антенный ввод подключается к контуру с помощью петли связи Lcb а. Эмиттерная цепь транзистора связана с входным контуром петлей связи Lcb в х- Входная цепь Перестраивается в заданном диапазоне частот конденсатором С„. Исходными данными для расчета одноконтурной схемы являются: диапазон принимаемых частот /min-/max; сопротивление ан- тенно-фидерной системы /?а = 1/gA, входные параметры 1-го каскада приемника ggx, Свх и эквивалентная добротность контура. Обычно ставится задача согласования сопротивления источника и нагрузки. Расчет схемы следует вести для средней резонансной частоты диапазона /оср - (/о min ~Ь /о тах)/2. (4.57) а затем проверить основные показатели иа крайних частотах. Вначале выбирают тип линии (коаксиальная или полосковая). Затем из конструктивных соображений выбирают размеры линии, материал подложки и по соответствующим формулам рассчитыва-ют волновое сопротивление линии W (§ 3.3). Обычно волновое сопротивление принимают равным 50-100 Ом. Электрическую дли-   Рис. 4.19. Схема двухконтурной входной цепи. Рис, 4.20. Схема входной цепи, выполненная на короткозамкнутом четвертьволновом отрезке линии. ну линии kf, I для средней частоты диапазона рассчитывают из условия 0 / = 2п УгНо = 40...60°. Из условия настройки входной цепи в резонанс с частотой рассчитывают емкость Q При этом Со = + С„ -f См (4.58) (4.59) (рис. 4.21), где Св*х = тх Свх - входная емкость 1-го каскада приемника, пересчитанная к входным зажимам линии (/«вх = = lI-ByilU-коэффициент трансформации). Эквивалентная проводимость контура входной цепи на резонансной частоте равна Gg = Go -f ml gA + mx вх, (4.60) где Go - резонансная проводимость ненагруженного контура, рассчитывается в зависимости от типа выбранного резонатора по соответствующим формулам § 3,3; /пд UifU; gA = 1 ?а. 180 - Эквивалентное затухание контура определяется собственным затуханием контура и затуханиями, вносимыми в контур из антенной цепи и со стороны 1-го каскада приемника: d, = d + dA + d,= Ga р, (4.61) где а = шд gA Р; вх = ml Sbx Р; Р = 1/Мо Со- Коэффициент передачи входной цепи по напряжению на резонансной частоте равен «А «вх «А /(овц = ml £д-ЬОо+ mlgax (4.62)  Рис. 4.21. Эквивалентная схема одноконтурной входной цепи. Коэффициент трансформации, необходимый для согласования с источником сигнала (антенной), определяем по формуле (4.63) (4.64) (4.65) (4.66> (4.67) тАс= V(Go-fmxgbx)/gA. Резонансный коэффициент передачи при согласовании /Со вцс =«вх/2 тдс. Эквивалентное затухание контура при согласовании 4с = 2р (Go + gbx)-Полоса пропускания одноконтурной входной цепи П = 4/о. Избирательность по зеркальному каналу равна 9 Wo /вк / Пример 4.7. Требуется рассчитать одноконтурную входную цепь (рис. 4.20), настроенную на частоту /о = 400 МГц, Исходные данные: полоса пропускания контура П = 20 МГц на уровне 3 дБ. Проводимость фидера д = 13,3 • 10"* См. Вход- ные параметры УРЧ gsx = 5,56 • 10- См, Свх = 7 пФ. Входная цепь доЖна обеспечить режим согласования фидера с нагрузкой, %стота н1ётройки УПЧ = 25 МГц. Расчет Контур входной цепи выполнен на короткозамкнутом отрезке несимметричной полосковой линии. Волновое сопротивление линии W = 100 Ом; собственное затухание d = 0,0017; резонансная проводимость ненагруженного контура = 25 • 10-" См. Условие настройки в резонанс с частотой рассчитано при емкости Со = 5 пФ. Поскольку контур входной цепи настраивается на фиксированную частоту, то в схему достаточно ввести лишь подстроечный конденсатор С. 1. Характеристическое сопротивление контура (4.61) р = = 1/6,28 . 400 • 10" 5 • 10-12 = 80 Ом. 2. Эквивалентное затухание контура (4.66) da = 20/400 = 0,05. 3. Эквивалентная проводимость контура входной цепи (4.61) Сэ = 0,05/80 = 0,625 • 10-а См. 4. Заданная полоса пропускания в режиме согласования достигается при коэффициенте трансформации (4.65) /Квх = У(0.05/2-80) -25-10-«]/5,56.10~« =Щ- 5. Для согласования нагрузки с антенной необходимо (4.63) /Пас = У0,625 10-/2• 13,3 10-* = OJ54. 6. Коэффициент передачи входной цепи при согласовании (4.64) /Со вц с = 0,228/2 . 0,154 = 0,75. 7. Емкость подстроечного конденсатора (4.59) С„ = 5- - 0,2282.7 = 4,62 пФ. Выбираем С = 4-7 пФ. 8. Избирательность по зеркальному каналу (4.67) f =f -)- 0,05 \ 400 450 + 2/„ = 400 + 2 • 25 = 450 МГц, = 4,7 (13,4 дБ). 9. Конструктивная реализация коэффициентов связи /лдс и ТПвх осуществляется подбором размеров петель связи Lcb а н Lcb вх и их расположением в экранированной камере контура входной цепи. На рис. 4.22 сигнал поступает в широкополосный П-образный контур с параметрами L С С, включенный в эмиттерную цепь транзистора УРЧ. Индуктивность контура L образована отрезком / полуволновой полосковой линии. Контур настроен на среднюю частоту принимаемого диапазона. Между вводом антенны и П-образным контуром включен трансформатор [Тр), согласующий волновое сопрот11Вле)П1е фидера (300 Ом) с входным сопротивлением приемника (75 Ом) (рис. 4.23). 182 К коаксиальной линии с волновым сопротивлением W = «= 75 Ом подключены два отрезка кабеля без потерь с волновым сопротивлением = 21 = 150 Ом; причем один из отрезко! на Х,о/2 длиннее другого. По более длинному отрезку колебания приходят в точку В на полпернода позже чем по более короткому отрезку в точку А. Таким образом, сдвиг фаз в точках А н В \Ш, а это идентично симметричному генератору напряжения. Так как для трансформатора используется кабель без потерь, то между точкой А и шасси, а также между точкой В и шасси напряжения одинаковые и равные напряжению в точке D коаксиального кабеля.  W в z\N 150м -О- 3000м г--.\-. Рис. 4.22. Схема входной цепи с ши- Рис. 4.23. Схема согласующего транс-рокополосным П-образным контуром. форматора. Т. е. напряжение между точками А и В удвоено по отношению к напряжению в точке D. Отсутствие усиления мощности (Рвх = Рвых) эквивалентно тому, что сопротивление генератора между точками А и В увеличивается в четыре раза (4 • 75 = 300 Ом): /вх = (SfBx)- Таково же действие согласующего трансформатора в обратном направлении. В эквивалентной схеме рассматриваемой входной цепи (рис. 4.24) антенно-фидерная система заменена генератором тока /а с проводимостью а. Параметры 1-го каскада приемника, пересчитанные ко входным зажимам линии, обозначены вх и Ск-Входную цепь рассчитывают для средней частоты принимаемого диапазона (4.58). Пренебрегая собственными потерями в линии, для режима согласования необходимо выполнить следующее условие: вх sin 2 (kl) = gA sin 2 (1,-1) k, (4.68) где k = 2n Yd>., a / и /i - длины соответствующих участков линии, обозначенных на рис. 4.24. Электрическую длину линии kl обычно выбирают в пределах 20...40°. Из этого условия определим длину /. Тогда для выполнения условия согласования (4.68) необходимо, чтобы /. = /-f (l/)arcsin [V gsJgA sin (fe/)l. (4.69) 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 [ 29 ] 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61 62 63 64 65 66 67 68 69 70 71 72 73 74 75 76 77 78 79 80 |