Расчет приемника наземной обзорной РЛС (стр. 6 из 8)

Эквивалентное сопротивление потерь.

Динамическая добротность диода.

Вычисляем оптимальное отношение частот Aопт и соответствующий минимальный коэффициент шума, при этом полагаем, что физическая температура диода равна нормальной температуре окружающей среды, т. е.

Тд = 290 К.

Рассчитанное значение Nпу_мин удовлетворяет требуемому Nпу = 2.2 дБ.

Определим значение холостой частоты fx. Чтобы получить максимально возможную полосу пропускания ДПУ, не применяя специальных элементов для ее расширения, и упростить топологическую схему ДПУ, в качестве холостого контура используем последовательный контур, образованный емкостью Сп_U0 и индуктивностью выводов Lв диода. Цепь тока холостой частоты замкнем разомкнутым четвертьволновым шлейфом, подключаемым параллельно диоду и имеющим входное сопротивление, близкое к нулю. В этом случае на холостой контур не влияют цепи сигнала и накачки, а также емкость корпуса диода Сд. Резонансная частота этого контура равна частоте последовательного резонанса диода:

Отношение частот

Частота накачки.

Уточненное значение коэффициента шума.

Расчет коэффициента шума ДПУ с полученным значением А дает близкую величину, что и при оптимальном отношении частот Aопт. Этот результат обусловлен тем, что значения А и Aопт близки, а кривая зависимости Nпy {А} имеет тупой минимум.

Теперь можно определить "холодный" КСВ сигнальной цепи ДПУ, который требуется обеспечить для получения заданного резонансного усиления. Также находим требуемое сопротивление источника сигнала Rc, приведенное к зажимам нелинейной емкости в последовательной эквивалентной схеме диода:

Рассчитанные значения КСВ, Rc обеспечивают подбором согласующих (трансформирующих) элементов сигнальной цепи ДПУ, что обычно выполняют экспериментально.

Определим полосу пропускания Ппу, для чего зададимся коэффициентами включения емкости в холостой mвкл_х и сигнальный mвкл_с контуры. Поскольку холостой контур имеет простейшую структуру и реализуется на сосредоточенных элементах диода и четвертьволновом разомкнутом шлейфе, можно ожидать достаточно хорошее включение емкости в контур и принять mвкл_х = 0.5. Сигнальный контур имеет более сложную структуру, так как наряду с элементами холостого контура включает в себя емкость корпуса диода Сд, согласующие шлейфы и шлейф, режектирующий частоту накачки. Поэтому примем mвкл_с = 0.2.

Тогда получим полосу пропускания:

Это значение удовлетворяет заданию (Птр = 80 МГц)

Определим необходимую мощность накачки ДПУ.

Для этого введем график вспомогательного коэффициента q в ЭВМ. Возьмем несколько точек на графике и введем их координаты

Рисунок 5.

По графику для Uнорм при n = 2 находим q и рассчитываем мощность накачки, рассеиваемую в диоде:

Мощность накачки Pнак, подводимая ко входу накачки ДПУ, обычно заметно выше мощности накачки Pнак_д, рассеиваемой в диоде. Это обусловлено неизбежными дополнительными потерями в проводниках и контактных соединениях устройства, а также некоторой утечкой мощности накачки в тракт источника сигнала, например антенны. Эти потери можно учесть с помощью поправочного коэффициента kнак. Его величина при fн < 10ГГц составляет kнак_нч = 1.5, а при fн > 50 ГГц kнак_вч = 2.5.

Для частоты fн интерполяцией значений коэффициента kнак находим:

Определяем мощность накачки, которую необходимо подвести к ДПУ:

Для упрощения тракта накачки (изъятием из него ППФ) и уменьшения тем самым его потерь, что существенно для частоты накачки fн, лежащей уже в диапазоне миллиметровых волн. целесообразно применить генератор накачки на диоде Ганна с волноводным выводом СВЧ энергии с помощью волноводно-микрополоскового перехода. Это необходимо для связи такого генератора накачки с микрополосковой платой. Согласование этого перехода осуществляют подбором диаметра и глубины погружения зонда в волновод и расстояния до его короткозамыкающей стенки.

2.4 Расчет смесителя

В современных радиоприемных устройствах СВЧ в большинстве случаев применяют двухдиодные балансные смесители (БС). Основным их достоинством является способность подавлять шум амплитудной модуляции колебаний гетеродина, что весьма важно для получения низкого коэффициента шума. Наряду с этим БС обладает и другими преимуществами перед однодиодным небалансным смесителем. В частности, БС работает при меньшей мощности гетеродина, имеет повышенную помехоустойчивость к сигналам помех определенных частот и позволяет уменьшить мощность гетеродина, просачивающуюся в антенну.

Схема БС включает две смесительные секции и СВЧ мост (квадратный, кольцевой и др.). К двум плечам моста подключают смесительные секции, а к двум другим подводят соответственно напряжения сигнала Uс и гетеродина Uг.

Работа балансного смесителя основана на равном распределении мощностей сигнала и гетеродина между двумя диодами, но с определенными относительными фазовыми сдвигами, что обеспечивается с помощью СВЧ моста. В результате оказывается, что на выходе смесителя, на промежуточной частоте, преобразованные диодами сигналы имеют одинаковые фазы и поэтому суммируются, а шум гетеродина подавляется, так как он на выходе диодов оказывается противофазным.

Рисунок 6. Схема балансного смесителя.

Произведем расчет балансного смесителя.

Исходные данные:

Рабочая частота f0 = 9370 МГц.

Полоса пропускания радиотракта.

Максимально допустимый коэффициент шума смесителя (в дБ).

Коэффициент шума УПЧ (в дБ).

Коэффициент шума УПЧ (в разах).

Относительная спектральная плотность мощности шума гетеродина (в дБ / Гц).

Промежуточная частота.

Волновое сопротивление подводящих линий.

Постоянная Больцмана.

Стандартная температура.

Выбираем смесительные диоды и определяем их параметры по таблице 6.