Электротехника радиотехнические схемы

ГЕНЕРАТОРЫ СИГНАЛОВ СВЕРХВЫСОКИХ ЧАСТОТ

Генераторы СВЧ вырабатывают частоты от 1 до 140 ГГц. В них предусматривается один частотный диапазон с перекрытием 1,5—2, поэтому они выпускаются сериями из однотипных приборов на определенный участок диапазона частот. Генераторы СВЧ предназначены для измерения чувствительности приемных устройств, измерения диаграмм направленности антенн, исследования трактов передачи СВЧ (настройки фильтров, регулировки аттенюаторов и т. п.)

Структурная схема генератора СВЧ содержит сравнительно небольшое число отдельных узлов: задающий генератор ЗГ, модуляционный блок МБ, аттенюатор Aт, ферритовый вентиль ФВ, частотомер Hz и измеритель мощности Вт. Выходная мощность генератора подается к нагрузке с коаксиального разъема или волновода. Задающий генератор выполняется на отражательном клистроне или полупроводниковых приборах. Генератор на отражательном клистроне, внутри которого помещен объемный резонатор настраивается сначала грубо, путем изменения его объема упругой деформацией («механическая» настройка), а затем точно, изменением напряжения на отражателе клистрона, («электрическая» настройка). Полоса электронной перестройки частоты составляет от 2 до 5 МГц. Генерируемая мощность выводится из объемного резонатора клистрона петлей связи и через отрезок тонкой коаксиальной линии, оканчивающейся штырем, вводится в волновод СВЧ-тракта генератора. Связь резонатора клистрона с волноводом зависит от глубины погружения штыря, которая должна быть значительно меньше четверти длины волны генерируемого сигнала.

Уровень мощности устанавливается на входе аттенюатора равным 1 мВт и контролируется с помощью термисторяого измерителя мощности Вт (см. в следующих лекциях). Выходная мощность генератора регулируется аттенюатором СВЧ. Выходное сопротивление генератора согласуется с нагрузкой с помощью ферритового вентиля ФВ. Сигналы СВЧ модулируются по амплитуде синусоидальными или импульсными сигналами и меандром и по частоте — синусоидальными и пилообразными сигналами. Источником внутренней модуляции является модуляционный блок МБ, на вход которого подаются сигналы и внешней модуляции. Особенно проста модуляция в отражательных клистронах. Для осуществления амплитудно-импульсной модуляции модулирующее напряжение Uм включается последовательно с напряжением Eотр, питающим отражатель. Модуляция осуществляется возбуждением колебаний СВЧ на время длительности импульса. Для получения частотной модуляции источник модулирующего напряжения пилообразной или синусоидальной формы также включается последовательно в цепь отражателя. Мощность генерируемых СВЧ-колебаний устанавливается максимальной, а размах модулирующего напряжения должен обеспечить минимальную амплитудную паразитную модуляцию.

Выпускаемые промышленностью генераторы СВЧ развивают выходную мощность не более 200 мВт с возможностью ослабления до 10-15 Вт. Погрешность установки частоты 0,5%. Нестабильность частоты 10-4—10-5 за 15 мин. Многие генераторы снабжаются указателями частоты настройки в виде механических цифровых счетчиков, связанных соответствующими приводами с органами настройки.

Аттенюаторы СВЧ. По принципу действия аттенюаторы СВЧ, применяемые не только в генераторах СВЧ, но и как отдельные средства измерения, разделяются на следующие виды:

предельные, в которых уменьшение мощности происходит вследствие ее ослабления при передаче по запредельному волноводу (работающему на частотах ниже критической частоты основной волны), т. е. без тепловых потерь;

поглощающие, в которых проходящая по волноводу мощность уменьшается вследствие превращения некоторой ее части в тепло;

поляризационные, в которых уменьшение мощности, переносимой в круглом волноводе, достигается поглощением части мощности, связанной с составляющей вектора напряженности электрического поля, параллельной поглощающей пластине, размещенной вдоль оси волновода;

полупроводниковые, электрически управляемые, в которых уменьшение проходящей мощности происходит в результате поглощения ее части в активном сопротивлении полупроводниковых СВЧ-диодов (обычно p—i—n-диодов), размещенных вдоль волновода.

Предельный аттенюатор состоит (рис. П2, а) из отрезка круглого волновода 1, критическая длина волны λкр которого значительно меньше рабочей длины волны λ. Внутри волновода помещены элементы связи 2 — петли при индуктивной связи и диски при емкостной связи; этими элементами заканчиваются коаксиальные линии на входе и выходе волновода. Элементы связи 2 для коаксиальных линий являются почти реактивной нагрузкой, поэтому для их согласования в центральный провод последовательно включаются резисторы 3, сопротивления которых равны волновому сопротивлению линии. Электромагнитная волна в предельном волноводе ослабляется. Коэффициент ослабления можно считать равным ,т. е. не зависящим от частоты. Его значение определяется только поперечным сечением, формой волновода и типом волны, распространяющейся по нему. В предельных волноводах обычно используются отрезки волновода круглого сечения. Из теоретической электродинамики известно, что у круглых волноводов критическая длина волны пропорциональна радиусу r волновода. Следовательно, ослабление A=, где l —расстояние между элементами связи, для каждого типа волны (с учетом формулы для α) можно легко вычислить по известным выражениям. На участке l0 кроме основной волны возбуждаются волны высших типов, и потому ослабление вдоль него нелинейно. Однако волны высших типов быстро затухают, и на участке l ослабление основной волны имеет линейный характер. Значение начального ослабления равно 10—15 дБ .

Ослабление предельного аттенюатора рассчитывается по его геометрическим размерам, поэтому такие аттенюаторы применяют как абсолютные меры ослабления. Пределы регулирования составляют 10—80 дБ.

Поглощающие аттенюаторы делятся на коаксиальные и волноводные. В первых ослабление мощности вызывается поглощением ее в высокоомном внутреннем проводнике коаксиальной линии или диэлектрике с большими потерями, заполняющем коаксиальную линию (рис.П2, а); тот же эффект получается при погружении поглощающей пластины в волновод или при движении пластины от боковой стенки волновода к его центру, (рис П2, б, в,). Стержень механизма перемещения выполняют из диэлектрика с малыми потерями. Ослабление поглощающих аттенюаторов и их градуировка определяются экспериментально. Пределы регулирования составляют 0—50 дБ.

Поляризационные аттенюаторы являются наиболее совершенными и точными. Аттенюатор (рис.П3, а) состоит из трех-последовательно соединенных секций круглого волновода, среднюю из которых 2 можно поворачивать на угол φ относительно общей продольной оси. Входная и выходная секции соединены переходами 1 с прямоугольным волноводом. На вход аттенюатора поступает электромагнитная волна типа Н10, а в круглый волновод — Н11. Внутри каждой секции перпендикулярно вектору электрической составляющей электромагнитной волны помещены три поглощающие пластины. Когда все три пластины находятся в одной плоскости, ослабление пренебрежимо мало (рис. П3, б). При повороте подвижной секции на угол φ электрическое поле разложится на две составляющие: параллельную пластине Еsinφ и перпендикулярную ей Еcosφ. Параллельная составляющая поглощается, а перпендикулярная с поляризацией φ проходит в третью секцию. Здесь также происходит разложение на составляющие Е cos φ sin φ, которая поглощается, и Е cos2 φ, которая проходит на выход аттенюатора. Таким образом, собственное ослабление аттенюатора зависит от угла поворота средней секции. В идеальном аттенюаторе оно лежит в пределах от 0 до оо при изменении φ от 0 до 90° и вычисляется по формуле А = 40 lg sеc φ.

Выпускаемые промышленностью поляризационные аттенюаторы обеспечивают регулировку ослабления от 0,3 до 80 дБ с погрешностью установки 0,1 дБ.

Полупроводниковые аттенюаторы выполняются на р—i—n-диодах, которые на частотах ниже 1 МГц представляют собой выпрямители, а в диапазоне СВЧ — линейные сопротивления, изменяющиеся в соответствии с протекающим через них током. Таким образом, осуществляется электрически управляемый аттенюатор, потребляющий малую управляющую мощность и обладающий высоким быстродействием. На рис. П4, а и б приведены устройство и эквивалентная схема аттенюатора с тремя диодами. Пределы ослабления составляют от 2 до 80 дБ в полосе частот более двух октав.

Электротехника ТОЭ типовые задания примеры Лабораторные