Поскольку расчет по приведенным формулам сопряжен с техническими трудностями, его целесообразно выполнить иа ЭВМ. Соответствующая программа приведена в гл. 3 (AMPLIF).

Ниже приводится распечатка результатов работы программы AMPLIF.

s(l.. 1> M0ri/ftR5CRAri>= 3.8эзэ -1.3143 3(2.. 1) nOEf ar!b:rri>= 2.3933 2..239s £;Ь2> m3d..ftRGCRftD>= э.ээ8? э.э826 s:2r2> mod.. arg<rad>= э.8эээ -3.4663

f= 4.333 GHZ 23= 53.3 om

l<= 1.9388 sm.3= 74. ?9 gmsi.= 18.? гв COMPLEX bG= 3.438s 3.7933 gn= 3.6923 3.4465 COMPLEX 2&= 3.1955 1.6821 zn= 1.3934 3.3351 CIRQUIT TVPE - 1 X= 2,3787 B= 2.3235

4. 14 NH C= 4.34 pf CIRaUIT tvpe - 2 X= 2.9186 8= 3.3153 L= 5.81 NH C= 3.33 pf

s a.. 1) mod.. arg < RAD > = 3.6133-2. 5499 s 2.. 1 > mod.. arg < rad > = 2.5333 1. 1554

s(i,2> mod..arG:rad:.>= э.эм? я..934

sc2..2> MOD.argcrhd.i= 3.6333 -3.4983

f= 8.333 ghz z3= 53.3 om

i<= 5,2152 &ms= 17.28 gmsl= 12.4 d3 COMPLEX g&= -3.5431 э.323э GH= -3.3294 3.5637 r??i!h! э.2431 3.2635 ZN= 3.7475 1.4693

сi Rail IT tvpe - 1 X= э.6ээ7 b= 1.7792

3.69 NH c= 1.77 pf CIRQUIT TVPE - 1 X= 1.9334 b= 3.5812 L= 1.8э NH c= 3.58 PF

Двухконтурный ППУ в трехсантиметровом диапазоне

Исходные данные: коэффициент шума не более 3,5 ДБ, резонансный коэффициент усиления не менее 16 дБ, полоса пропускания не менее 170 МГи; частота 9,4 ГГц. Конструкция - микрополосковая.

Порядок расчета. 1. Определяем необходимые коэффициенты шума и усиления с учетом потерь в циркуляторе. Выбираем микрополосковый фер-ритовый У-циркулятор с волновым сопротивлением плеч W = 50 Ом и потерями Ln 0,4 дБ. Тогда коэффициент шума должен быть Ш < 3,5 - 0,4= = 3,1 дБ, а резонансный коэффициент усиления Кр = 16-- 0,4 = 16,4 дБ 183].

2. Выбираем параметрический диод. Поскольку требуется низкий коэффициент шума и большое усиление, выбираем диод типа d5147d.

Выписываем из табл. 6.3 основные параметры диода: Сп (и) = Сп (0) = = 0,47 пФ; т (ы) = т (-6) <: 0.45 пс; U.. < 6 В; = 1,2 В; /г = 2; = = 0,3 пФ; Ls = 0.2 иГн.

3. Рассчитываем необходимое напряжение смещения по (6.5)

Уо = (3/8) 6 + (1/4) 1,2 (/1+6(1,2- 1) = 2,7 В.

4. Находим емкость при исходном смещении по (6.10)

С„ (У„) = С„(0) /фк/(Фк + to) = 0.47 V 1,2/(1,2 + 2,7) = 0,26 пФ. 5. Определяем постоянную времени при рабочем смещении по (6.11)

т (Uo) = 0,45 У (1,2 + 6)/(1,2 + 2,7) = 0,61 пс.

6. Находим коэффициент модуляции и критическую частоту диодов (6.6) и (6.7)

(/1 + 6/1.2 - l)/(V 1+6/(1.2 + 1)0.42; /р = (/1 + 6/1,2-1)/8я.0.61 . 10-12/1 + 2.7/1,2 = 52,5 ГГц.

7. С учетом потерь в конструкции ППУ примем постоянную времени примерно в два раза больше (fee 2)

Тз (Ua) = ki (Ua) 2 0,61 1,2 пс.

Тогда эквивалентное сопротивление потерь

Rss = -э (о)/Сп (Uo) = 1,2/0,26 = 3,6 Ом. Вычисляем по (6.4) динамическую добротность

<3д = /кр/Vi = 52.5/2 . 9,4 = 2,8.

8. Определяем по (6.14)...(6.17) оптимальные частоты накачки и холостого контура, а также минимальный коэффициент шума

Vt = (1 + К 1 + 2.8==)/2,82 = 0,5; /и opt =9.4 (1 + 1/0,5) = 28 ГГц; /2opt = .4/0.5 - 18.8 ГГц; й/min = 1 + 2 . 0.5 (1 - 1/45) 2 (3 дБ).

9. Проверяем реально достижимые значения Для получения максимальной полосы и упрощения конструкции в качестве холостого контура используем последовательный контур, образованный емкостью С и индуктивностью вводов Z,g. Частота этого контура

= 1/2пУ П^о = 1/6,28 /0,2 10-8 0,26 lOi 22,2 ГГц.

Следовательно, реальное значение х = 9,4/22,2 = 0,42 и частоты накачки

/н = /i (1 + Ux) = 9,4 (1 + 1/0,42) = 32 ГГц.

При этом коэффициент шума должен определяться не по (6.17), а по табл. 6.7.

= + (-в)2=тЙ-.ИЗ..-з,.

Как види.м Ш поскольку х ненамного отличается от х^, а зави-

симость Ш (х) имеет тупой минимум. При этом коэффициент шума оказался равным заданному.

10. Определим холодный КСВ, необходимый для получения заданного усиления, по (6.22), вычислив предварительно по (6.20) коэффициент регенерации или определив его по рис. 6.10

а = (/45 - 1)/(/45 + 1) = 0,72. Поскольку а < 0,8, усилитель должен работать в устойчивом режиме

КСВ = (2,82 . 0,42 - 1)/0,72 = 3,1. Следовательно, сопротивление источника сигнала R, приведенное к зажимам нелинейной емкости,

/?г= 3,1 . 4,6= 14 Ом.

11. Определим полосу пропускания по (6.19), приняв 1 = 0,2 и 2 = 0.5.

2 0,42(1 - 1/2,82 . 02)

~ /45 (52.5/22,22 0,5 + 22,2/9.4 52,5 0,2)

12. Определим по (6.12) необходимую мощность накачки. Для этого по рис. 6.9 находим для л = 2 и UJf = 2,7/1,2 = 2,25 значение q = 0,4. Мощность, рассеиваемая в диоде,

Р„ = (2 . я 32 \0у 0,26 10-12 0,61 (2,7 + 1,2) X X 0,4 = 37 мВт.

С учетом потерь в конструкции, принимая = 2, находим мощность накачки, которую необходимо подвести к ППУ:

Р^ 2 37 75 мВт.

Микрополосковый УТД в трехсантиметроврм диапазоне волн

Исходные данные: коэффициент шума не более 6 дБ; резонансный коэффициент усиления не менее 16 дБ (включая потери в циркуляторе); полоса пропускания не менее 40 МГц. Использовать микрополосковый К-цирку-лятор с волновым сопротивлением 117 = 50 Ом и потерями в прямом направлении Lj, < 0,4 дБ.

Порядок расчета. 1.Уточняем техническое задание с учетом влияния потерь в циркуляторе на усиление и коэффициент шума. Для обеспечения стабильности работы УТД применим пятиплечный циркулятор из трех У-цирку-ляторов. Потери сигнала в нем от антенны до входа УТД равны L == 2L = = 0,8 дБ. Такое же ослабление испытывает и сигнал, проходящий от УТД к выходу. Следовательно, общее усиление, которое должен обеспечить УТД, должно составить Кр = 16 2 0,8 = 17,6 дБ.

Коэффициент шума должен быть Д/ <: 6 - 0,8 = 5,2 дБ.

2. Вычислим коэффициент регенерации, необходимый для обеспечения заданного усиления, по (6.20) или находим его по графику рис. 6.14:

а = (158 - 1)/(/58 + I) = 0,76.

Это значение а обеспечивается подбором напряжения смещения на ТД и связи диода с резонатором а < 0,8, что обеспечивает устойчивую работу УТД.

3. По известному а и заданному волновому сопротивлению циркулятора 117 определяем необходимую проводимость диода

Од = a/Wo = 0,76/50 = 15,3 мСм.

Соответственно

R- 1/Од = 66,5 Ом.

4. Подбираем в табл. 6.8 ТД, удовлетворяющий таким требованиям: минимальные шумы, /пр > (2,5...3) /, R - R 66,5 Ом. Этим требованиям удовлетворяют диоды типа 1И104В...Д, обладающие следующими данными: / р = 20...40 ГГц, /?п = 70Ом, R, = 7 0m, = 0,8 пФ, = = 0,95 (предположительно, по сравнению с зарубежными аналогами, например MS-1512A или MS-I564A).

5. Вычисляем коэффициент шума по (6.29)

1 -f-0 95

(1-7/70) -ll-(9,4/20)2] = 2,9 (4,6 дБ).

С учетом потерь, вносимых цепью стабилизации, принимая 0/О = = 0,1, коэффициент шума

Ш„ = Я/ (1 -Ь 0 /Оо) = 2,9 (1 + 0,1) = 3,2 (5 дБ).

Это значение укладывается в заданные требования.