ных чаотот не менее чем на 20 дБ, шумов гетеродина за счет балансностн схемы - на 20 дБ, при потерях преобразования 5,8 дБ в полосе рабочих частот около 5 ГГц [118].

Гетеродины радиолокационных приемников

В локационных приемниках применяются вакуумные (отражательные клистроны, ЛОВ) и твердотельные гетеродины (ЛПД, ТД, диоды Ганна н др.). В настоящее время более распространены вакуумные гетеродины но они постепенно вытесняются твердотельными, обладающими рядом преимуществ.

Отражательные клистроны являются наиболее распространенными гетеродинами сантиметровых и миллиметровых воли. Поскольку онн уже давно известны и описаны во многих изданиях, ниже схемы и конструкции клистрона не описываются, а отмечаются лишь некоторые их особенности. В диапазоне волн Я < 5 см клистроны имеют внутренний резонатор и волноводный вывод, позволяющий подключать клистрон к входному фланцу смесителя. Изменение частоты в широком диапазоне осуществляется механической иере-стройкой резонатора (Д/рзз j,p = 3... 15 %), а в узком диапазоне, впре-делах каждой зоны, путем электронной перестройки - изменения напряжения на отражателе (Д/эд = 20...150 мГц). Крутизна электронной перестройки обычно лежит в пределах 0,3... 15 МГц/В. Выходная мощность клистронов порядка нескольких десятков милливатт. Температурный коэффициент стабильности частоты (ТКЧ) - от десятых долей до нескольких мегагерц/град.

Лампы обратной волны (ЛОВ типа 0). Основным достоинством и преимуществом ЛОВ по сравнению с другими типами гетеродинов является широкий диапазон электронной настройки (Д/эд/ср ~ 2 60 %), достигаемый простым изменением управляющего напряжения, без механической перестройки. Для фокусировки электронного пучка применяются системы магнитной или электростатической фокусировки. В последнем случае ЛОВ получается значительно меньших габаритов и массы. Выходная мощность ЛОВ порядка нескольких десятков милливатт, однако эта мощность непостоянна при изменении управляющего напряжения н перепад мощности вых тах^вых min может достигать 10 дБ. Крутизна электронной настройки составляет 5...50 МГц/В, но и эта крутизна непостоянна, ее разброс составляет несколько дБ. Уровень амплитудных шумов ЛОВ на частотах сдвига 5...30 мГц такого же порядка, как у клистронов, а ЧМ шумы выше, чем у клистронов.

В последние годы получили развитие полупроводниковые гетеродины, прадставлягадие комбинацию из резонатора и полупроводникового прибора. В дециметровом и сантиметровом диапазонах волн применяются СВЧ транзисторы и ТД. Обычно после СВЧ транзистора, работающего в режиме генерации, включают варакторный умножитель частоты, в котором используются параметрические диоды, подобные тем, что используются в ПУ, но рассчитанные на большую мощность. У.множитель состоит из нескольких варак-торных цепочек и позволяет получить в сантиметровом диапазоне мош,ность

порядка десятков и сотен милливатт, после мощного задающего транзисторного генератора, работающего в дециметровом и метровом диапазонах. Однако такой гетеродин сложен в конструктивном и схемном отношениях и широкого развития не получил. Не получили широкого распространения и гетеродины на ТД, ввиду небольшой генерируемой мощности, в Особенности в сантиметровом диапазоне. Наиболее перспективными являются гетеродины на ЛПД и диодах Ганна (ДГ).

В конструктивном отношении генератор на ЛПД представляет собой объемный резонатор, с одной стороны связанный с ЛПД, а с другой - с нагрузкой, т. е. с волноводом, через который мощность гетеродина поступает в смесительную камеру. Механическая перестройка резонатора позволяет перестраивать частоту генерации примерно до 10%, а изменение тока через диод - на доли процента, т. е. незначительно (крутизна электронной перестройки до нескольких мегагерц на миллиампер). При электронной перестройке существенно меняется выходная мощность.

Мощность, генерируемая ЛПД в сантиметровом диапазоне,- 10... 500 мВт, в миллиметровом диапазоне - до 50... 100 мВт. ЛПД потребляют от источника сравнительно небольшую мощность: Uq = 20 ... 100 В, /<, = = 10 ... 50 мА. Габариты и масса генератора на ЛПД также незначительны.

Одним из существенных недостатков ЛПД является его высокий уровень шумов, обусловленный влиянием процессов ударной ионизации. Спектральная плотность шумов ЛПД примерно на 20...дБ больше, чем у отражательного клистрона. Поэтому для уменьшения коэффициента шума смесителей с ЛПД необходимо применять балансную схему, включать фильтры против зеркальной частоты и узкополосный резонатор, настроенный на частоту гетеродина, подавляющий шумы на сигнальной и зеркальной частотах,

В диодах Ганна при определенном напряжении возникает отрицательная дифференциальная проводимость полупроводникового материала, вызванная переходом электронов под действием электрического поля из одного энергетического минимума в зоне проводимости, в котором подвижность электронов велика, в другой, где их подвижность значительно меньше. В отличие от других типов диодов СВЧ, структура днода Ганна не содержит р-п перехода и пргдставляет собой тонкую пластинку, из арсенида галлия я-типа, на обе поверхности которой нанесены выпрямляющие металлические контакты. Таким образом, процесс преобразования энергии постоянного тока в колебания СВЧ происходит не в тонком р-п переходе, а во всем объеме полупроводника. По этой причине диод Ганна иногда называют диодом с объемным эффектом, частота колебаний определяется толщиной пластины и резонатором.

К диодам с объемным эффектом относятся также диоды с ограниченным накоплением объемного заряда (ОНОЗ), обладающие несколько иным механизмом возникновения колебаний и большей мощностью.

В конструктивном отношении генераторы на диодах Ганна не отличаются от генераторов с ЛПД. Аналогичным образом осуществляется также механическая и электрическая перестройка частоты колебаний.

При выборе того или иного типа активного прибора для гетеродина можно руководствоваться значениями относительной нестабильности прибо-

Таблица 14.3. Относительные нестабильностн частоты гетеродинов

Тип активного прибора гетеродина

б/г

/г < t ГГц

/г > 4 ГГц

Транзистор

Отражательный клистрон Диод Гаииа

Давиино-пролетный диод Туннельный диод

10-2... 10-3 10-3... 10-е 4-10-3...10-* 10-3... 10-4 10-3... 10-е

10-3... 10-е 4-10-а...10-з 10-2... 10-3 10-3... 10-5

ров, приведенных в табл. 14.3, которая дополняет данные табл. 2.2 для некоторых участков диапазона СВЧ.

В тех случаях, когда требуется особо высокая стабильность частоты гетеродина, а значительное усложнение схемы не имеет решающего значения, целесообразно в качестве гетеродина применять цифровые синтезаторы частоты [И, 29, 51]. На рис. 14.17 показаны структурные схемы цифровых синтезаторов СВЧ. В схеме рис. 14.17, а с одним гетеродинированием, которую следует применять в узкодиапазонном синтезаторе, fq - опорные частоты, поступающие из генератора опорных частот (ГОЧ). Последний представляет собой довольно сложное устройство; он включает в себя один опорный кварцевый генератор и систему формирования опорных частот. Она состоит из нескольких умножителей и делителей частоты, генераторов гармоник, формирователей импульсов, фильтров и усилителей. На выходе ГОЧ формируется необходимое число колебаний опорных частот с заданными параметрами.

Перестраиваемый полосовой фильтр ПФ выбирает одну частоту fqi, которая подается на смеситель См одновременно с напряжением выходной частоты fo. В результате процесса преобразования образуется новая промежуточная частота/jjpj,-, которая после усиления в УПЧ поступает на делители. Первый делитель - с фиксированным коэффициентом деления в С раз ДФКД, и второй - с переменным коэффициентом деления в V раз ДПКД. На выходе ДПКД получается вторая промежуточная частота / р2,-, которая в фазовом детекторе ФД сравнивается с опорной частотой /pg-Сигнал ошибки после фильтра нижних частот ФНЧ и усилителя постоянного тока

Кг--/г-Ц I I I-

ГОЧ =1 пФ\- См А УПЧ AfKMam- L J 12111

ГОЧ

* <РНЧ

а

* См1

Jnpl

смг *

* ФНЧ

УПТ *

ж

Рис. 14.17. Структурные схемы цифрового синтезатора СВЧ; О =в с одним гетеродинированием; б =-с двойным гетеродинированием