Рнс. 7.11. Схемы кристаллических смесителей в диапазоне СВЧ: а -Ля 10 см; б -X 3 см

Рис. 7.12. Схема балансного смесителя

двумя делителями мощности: / - мнкрополосковый делитель мощности (длина каждого плеча Я./4); 2 - делитель мощности на балансной линии; 3- переход с балансной линии на мнкрополосковую

3-О^ду

и цепочка для подбора оптимального угла отсечки, при котором достигается максимальный коэффициент передачи. Кроме того, в случае необходимости, включается прибор постоянного тока, по которому можно судит1мо мощности гетеродина и исправности кристалла н гетеродина.

На рис. 7.11, б показана схема смесителя волноводного типа, используемого главным образом в 3-сантиметровом диапазоне. Мощность гетеродина вводится посредством штыря отражательного клистрона, который может выдвигаться в волновод в большей или меньшей степени. Настройка смесительной камеры осуществляется с помощью короткозамыкающего поршня. Местонахождение диода определяет согласование: поперечное перемещение диода к одной из боковых стенок меняет, главным образом, входную активную проводимость, тогда как перемещение диода вверх или вниз вдоль оси изменяет в основном реактивную составляющую проводимости.

Для ослабления шумов гетеродина и получения высокой развязки в широкой полосе частот используются балансные схемы смесителей с гибридными соединениями на различных типах передающих линий [80]. На рис. 7.12 показана схема балансного смесителя в интегральном исполнении. В нем используется гибридное соединение балансной и микрополосковой линий. Напряжение гетеродина подается на диоды через делитель на баланс-

8 7-230

ФНЧ

Рис<7.З.ИСмеснтель иа двухзатворных полевых транзисторах с барьером Шоттки (ПТШ)

ных передающих линиях. Сигнал же подается через другой делитель, изготовленный на основе микрополосковых линий с высоким характеристическим сопротивлением. В такой схеме обеспечивается развязка между цепями гетеродина и сигнала более 20 дБ в полосе в одну октаву.

Транзисторные преобразователи в диапазонах СВЧ

Конкуренцию диодным смесителям составляют смесители нa5вyxзaтвop-иом полевом транзисторе с барьером Шоттки (ПТШ). Они обладают примерно на 10 дБ большим динамическим диапазоном по сравнению с балансным смесителем на диодах и выполняются на двух транзисторах. Первый (двух-ватворный) обеспечивает усиление основного сигнала и гетеродина, второй (однозатворный) работает в режиме преобразования. Такой смеситель на частоте 4 ГГц имеет усиление при преобразовании 15 дБ и ZZ/ = 3 дБ

На двухзатворных ПТШ выполняются и схемы с подавлением зеркального канала. Входной сигнал через квадратурный гибридный мост подается на первые затворы (рис. 7.13). Сигнал гетеродина синфазно подается на вторые затворы. Квадратурный мост, работающий на промежуточной частоте, обеспечивает дополнительный фазовый сдвиг 90° и компенсацию сигнала аеркальной частоты. На частоте 6 ГГц такой смеситель на ПТШ с длиной затвора 0,5 мкм обеспечивает подавление сигнала зеркальной частоты на 20 дБ, усиление при преобразовании 10 дБ и коэффициент шума 2,5 дБ. В миллиметровом диапазоне получены промышленные образцы смесителей с коэффициентом шума порядка 5...7 дБ.

7.3. Краткие теоретические сведения и основные расчетные соотношения

Эквивалентная схема и внутренние параметры преобразования

Преобразователь частоты (рис. 7.1) представляет собой нелинейный шестиполюсник. Поскольку напряжение гетеродина намного больше входного и выходного напряжений и шестиполюсник можно заменить эквивалентным четырехполюсником, активная проводимость которого меняется с частотой гетеродина. В этом случае выходной ток будет зависеть от всех напряжений

вых = f ( г. с пр)-

Рис. 7.14. Эквивалентные схемы преобразователя частоты: а - П-образная схема замещения; б - упрощенная схема (Sogp = 0, обратное преобразование отсутствует)

Вид этой функциональной зависимости определяется статической характеристикой управляемой проводимости. Поскольку все три напряжения являются гармоническими с частотами f, и / р, выходной ток будет содержать различные комбинационные частоты, которые могут быть выделены или подавлены селективными нагрузками.

Анализ показывает [31, 32], что при контуре, настроенном на частоту сигнала на входе, селективной нагрузке, настроеиной на промежуточную частоту на выходе, и проводимости, изменяющейся с частотой гетеродина, токи на выходе и входе меняются с частотами / р и и их комплексные амплитуды

4p=5npc + Ginpfinp. (7.1)

с=5обр^пр+Свх0с. (7.2)

где 5j,p и Gj.jjp - параметры прямого преобразования, а и Gq - параметры обратного преобразования, определяемые ниже.

Эти уравнения описывают процессы, происходящие в эквивалентной схеме (рис. 7.14). Выражение (7.1) характеризует процесс прямого преобразования. Обратное преобразование, особенно сильно проявляющееся в простых диодных преобразователях, состоит в том, что в результате биений между колебаниями промежуточной частоты, имеющимися иа выходе, и гетеродина возникает составляющая с частотой сигнала, создающая напряжение на входной нагрузке. Это напряжение находится в коитрфазе с исходным напряжением и несколько уменьшает коэффициент преобразования.

Крутизна преобразования S представляет собой отношение амплитуды выходного тока промежуточной частоты' /j,p к амплитуде напряжения входного сигнала при закороченном выходе (V = 0):

(7.3)

где Gkm ~ амплитуда /с-й гармоники (чаще всего первой) зависимости управляемой проводимости от напряжения гетеродина.

Внутренняя проводимость преобразования Gp равна отношению амплитуды тока промежуточной частоты 1 к амплитуде напряжения этой частоты i/p при закороченном входе (U - 0)

<5гпр =

и

(7.4)