<P1

Гетеродин

Рис. 7.17. Структурная схема преобра зователя частоты с фазовым подавле нием шумов зеркального канала

Рис. 7.18. Шумовые температуры и ко эффициенты шума СВЧ-смесителей

зависимости от частоты; / - SIS-смесители; 2 - смесители на ДСШ; 3 -смесители на джозефсоновских переходах; 4- смесители на охлажденных (20К) ДБШ; 5 - смесители на неохлажденных ДБШ; б-- смесители на ТКД; 7 - ППУ (неохлажденный)

ются. Ослабление шумов зеркального канала, при симметричности плеч, составляет примерно 20 дБ. Особенно целесообразно применение таких схем в диапазоне СВЧ, где преселектор обладает небольшой селективностью [83].

В настоящее время на СВЧ применяют специальные схемы малошумящих смесителей. Сравнительная характеристика шумов смесителей представлена на рис. 7.18, где для сравнения показаны и шумы неохлажденного ППУ (кривая 7). Как видно из рисунка, шумовая температура смесителей на ТКД на частотах сантиметрового диапазона порядка 500 К, а в миллиметровом диапазоне значительно возрастает. Несколько меньшие шумовые температуры имеют смесители на ДБШ (кривая 5), но если ДБШ охладить до водородной температуры (кривая 4) или применить в качестве смесителей джозефсоновские переходы, можно получить в миллиметровом диапазоне шумовые температуры до 50 К, т. е. того же порядка, что у лучших образцов ППУ.

Наиболее лучшие результаты дают смесители на диодах супер-Шоттки (ДСШ), у которых один из электродов является полупроводником - шумовые температуры таких смесителей примерно 10... 100 К. Наименее шумящими смесителями, имеющими шумовую температуру соизмеримую с мазерами, являются, так называемые, SIS - смесители (кривая 1). Переходы типа сверхпроводник - изолятор - сверхпроводник (SIS) обладают квазичастичной нелинейностью активного характера и поэтому могут успешно применяться в смесителих миллиметрового и субмиллиметрового диапазонов [52]. SIS смесители на частотах от 9 до 115 ГГц имеют шумовые температуры от 10 до 100 К и потери преобразования 6... 10 дБ.

7.4. Гетеродины в преобразователях чвстоты

В высококачественных приемниках гетеродин выполняетси на отдельном транзисторе, в приемниках более низких классов на общем активном элементе. Для гетеродина может быть использована любая схема генератора с самовозбуждением, но чаще других используется индуктивная трехточечная схема и схема с индуктивной обратной связью (рис. 7.4).

Для нормальной работы супергетеродинного приемника необходимо, чтобы при любой частоте настройки f, частота гетеродина была на f выше, т. е. = /с + fnp- положение иллюстрируется на рис. 7.19, где показаны кривые: / - изменения частоты сигнала при прямочастотном конденсаторе, 2 - необходимый закон изменения частоты гетеродина при изменении емкости переменного конденсатора преселектора. В современных приемниках используются схемы контуров входного устройства и гетеродина с одинаковыми переменными конденсаторами. Однако коэффициенты перекрытия поддиапазонов контуров преселектора и гетеродина должны быть неодинаковыми (у гетеродина - меньше). Это уменьшение перекрытия в гетеродине для сопряжения его настройки с настройкой входного контура может быть достигнуто с помощью конденсаторов С1 и С2 (рис. 7.20). При этом точное сопряжение настроек достигается лишь в трех точках диапазона по числу трех возможных подстроек в контуре гетеродина (С/, G2, L).

Частоты точного сопряжения целесообразно выбирать посреди диапазона и вблизи от крайних точек, но не равными 4 и /с^ах чтобы уменьшить погрешность сопряжения. Абсолютная погрешность сопряжения определяется выражением

6/ = 1/г-/г... 1 = 1-/о-пр I- (7.10)

При этом нужно иметь в виду, что, поскольку фильтры УПЧ обладают более острой АЧХ, чем преселектор, а приемник настраивают по максимуму напряжения на детекторе, т. е. на / р = fr~ fc расстроенными оказываются контуры преселектора. Поэтому погрешность сопряжения (7.10) определяет фактически расстройку не гетеродина, а преселектора относительно принимаемого сигнала.

Расчет параметров контура гетеродина и кривой сопряжения можно вести несколькими способами [86, 87]. Однако эти расчеты представляют довольно трудоемкую задачу, поэтому целесообразно выполнить их на ЭВМ. Программа расчета контура гетеродина и кривой сопряжения, в которую

Рис. 7.19. Кривая сопряжения настроек преселектора и гетеродина

Рис. 7.20. Схема сопряжения контуров преселектора и гетеродина

fr /0

Стах=В00пФ ООпФ ШпФ 350ПФ

ЗООпФ 250 пФ

ш

гоОпФ. тпФ

o,o2omoso, о,г о 0,80,1,020 о\2 oloyoAonU,

Рис. 7.21. График для определения последовательной емкости в контуре гетеродина

рис. 7.22. График для определения параллельной емкости в контуре гетеродина

ВВОДЯТ исходные данные /стах min граничные частоты сигнального контура, /jjp - промежуточная частота, Cj - параллельная емкость схемы сигнального контура, Z. - индуктивность сигнального контура, приведена в гл. 3 (SOPR). Программа предусматривает выдачу значений С1 (последовательного конденсатора), С2 (параллельного конденсатора), - индуктивности гетеродина, а также вычисление и построение кривой сопряжения (см. пример расчета).

Если нет возможности использовать ЭВМ для расчета сопряжения, можно параметры контура гетеродина определять с помощью графиков, приведенных в [85]. В этом случае расчет ведется в следующем порядке:

1. Вычисляют отношение и = /пр/4р> Д^ / р - промежуточная частота; /cp = 0.5(/emax + /cmin); /ср. /с max /с min - редняя, макси.мальная и минимальная частота сигнала соответственно.

2. По графикам (рис. 7.21) определяют емкость последовательного конденсатора С1 для контура гетеродина данного диапазона. Параметром в этих графиках является С^ - максимальная емкость переменного конденсатора.

3. По графикамм (рис. 7.22) определяют емкость параллельного конденсатора С2.

4. По графику (рис. 7.23) определяют коэффициент а = / ,/!, а по нему - индуктивность контура гетеродина (L - индуктивность входного контура).

Зная параметры контуров сигнала и гетеродина, можно вычислить их резонансные частоты в нескольких точках и построить кривую погрешности сопряжения -зависимости б/, определяемой по (7.10), от частоты.

В метровом диапазоне применяют обычные схемы гетеродинов на вы-

0, В>2

0020,00,06 0,7 0,2 0, 0,Snjfp/cp

рнс. 7.23. График для определения индуктивности контура гетеродина