По схеме типа усилительная цепочка могут строиться также передатчики на полупроводниковых приборах. В них умножение частоты может осуществляться как в предварительных каскадах, так и в оконечных. Так, после ЗГ, который выполняют на транзисторных автогенераторах с кварцевой стабилизацией, могут использоваться несколько каскадов УЧ на транзисторах (каждый каскад умножает частоту в два-три раза). В оконечных каскадах можно использовать несколько каскадов УЧ на варакторах (каждый каскад также умножает частоту в два-три раза). Возможность использования варакторных УЧ в оконечных каскадах обусловлена их сравнительно высоким к. п. д.

Следует заметить, что на выходе передатчиков часто устанавливают фильтры, которые уменьшают уровень вне-полосного излучения.

М

ЗГ * Р,

-<:

Рис. 1.3. Структурная схема передатчика типа активной фазированной антенной решетки

Необходимость получения большой мощности на выходе передатчика и малоинерционного электрического управления диаграммой направленности его антенны привели к созданию передатчиков СВЧ, работающих с фазированной антенной решеткой (ФАР), а затем передатчиков типа активная фазированная антенная решетка (АФАР). Если построение ФАР связано с решением вопросов создания антенн, то построение АФАР в большей части относится к передающей технике СВЧ,

Структурная схема передатчика типа АФАР изображена на рис. 1.3. Предварительные каскады такого передатчика такие же, как и у передатчика, выполненного по схеме уси-

лительной цепочки. Принципиально отличаются лишь оконечные каскады. Сигнал после ПУ и попадает в делитель Д, где он делится по мощности на п частей и поступает в п каналов. В каждом канале находится передающий модуль (ПМ), который обычно представляет собой широкополосный усилитель мощности с фазовой модуляцией, выполненный либо на электровакуумных, либо на полупроводниковых приборах; каждый ПМ имеет несколько каскадов усиления с развязывающими приборами и электрически управляемыми фазовращателями (обычно ферритовыми, или на основе р-г-п-диодов). Выход каждого ПМ нагружен на элементарный излучатель, совокупность которых образует фазированную антенную решетку (ФАР).

Во многих случаях АФАР должна выполнять также функции приема сигналов. В этом случае она состоит из приемо-передающих модулей (ППМ), в которые входят переключатель Прием-передача и приемно-усилительный тракт. Диаграммой направленности АФАР управляют с помощью фазовращателей ПМ (или ППМ), на которые поступают управляющие сигналы от системы управления (СУ) АФАР.

СУ АФАР может иметь ЭВМ, с помощью которой по определенным программам можно управлять диаграммой направленности антенны, обеспечивать периодический, дискретный режим сканирования, самофокусировку и т. д.

Передатчики СВЧ типа АФАР в настоящее время являются наиболее перспективными как для разных частот СВЧ-диапазона, так и для различных применений.

Описанные структурные схемы передатчиков СВЧ, хотя и представлены в обобщенном виде, далеко не исчерпывают все возможные варианты схемного решения передатчиков.

Глава 2

ФИЗИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ РАБОТЫ ЭЛЕКТРОННЫХ ПРИБОРОВ СВЧ

§ 2.1. ОСОБЕННОСТИ РАБОТЫ ЭЛЕКТРОННЫХ ПРИБОРОВ СВЧ

Энергию источников постоянного напряжения преобразуют в энергию электромагнитных колебаний электронными приборами с помощью создаваемых в них управляемых

электронных потоков. В этом смысле работа генераторных приборов СВЧ такая же, как и приборов более низких частот (НЧ), например электронных ламп или транзисторов. Однако физические принципы работы приборов СВЧ существенно отличаются от принципов работы приборов НЧ.

В СВЧ-диапазоне, как говорилось ранее, период генерируемых колебаний становится соизмеримым с временем пролета электронами межэлектродных промежутков (электроны проявляют инерционные свойства), резко возрастает вредное влияние собственных емкостей и индуктивностей прибора, его размеры становятся соизмеримыми с длиной волны генерируемых колебаний. Все это во многом определяет специфику работы приборов СВЧ.

Производная энергии электрона по времени при его движении в межэлектродном пространстве

= -е^ (2 1)

где W - полная энергия электрона, равная сумме его кинетической и потенциальной энергий; U - потенциал электрического поля; е = 1,6-10 Кл - заряд электрона.

На низких частотах величина dU/dt мала (близка к нулю), и полная энергия электрона не зависит от его координат и времени, т. е. при движении электронов в межэлектродном пространстве их полная энергия не изменяется.

В СВЧ-диапазоне величина dU/dt существенно отличается от нуля и полная энергия электрона может изменяться как за счет изменения его кинетической энергии (ускорения или торможения электрона в высокочастотном поле), так и за счет изменения потенциальной энергии. Иными словами, движущиеся электроны при определенных условиях могут отдавать свою кинетическую или потенциальную энергию электромагнитному полю.

В приборах СВЧ и НЧ управление электронными потоками имеет различный характер. В приборах НЧ на пути электронного потока создается быстродействующий локально расположенный затвор (например, сетка с отрицательным потенциалом в электронной лампе), который путем очень малой затраты энергии регулирует плотность потока электронов. При этом период управляющего напряжения много больше времени пролета электронов, поэтому