Розробка та розрахунок принципової схеми ПВЧ - Радіоприймальний пристрій бортової моноімпульсної радіолокаційної станції

Зазвичай в РЛС сантиметрового діапазону у якості малошумлячого підсилювача МШП надвисоких частот НВЧ використовують тільки напівпровідниковий параметричний підсилювач НПП та підсилювач на тунельних діодах ПТД. НПП є найкращим підсилювачем серед усіх неохолоджених МШП. Активним елементом НПП за допомогою якого відбувається підсилення сигналу є нелінійна ємність (ємність переходу) напівпровідникового діоду. За допомогою ємності діода, використовуєм як елемент резонансної коливальної системи, відбувається перетворення енергії так званого генератора накачки (допоміжного джерела коливання НВЧ) в енергію сигналу частоти Fс. Із усіх практично використовуємих різновидів НПП, найбільш підходящим для РЛС сантиметрового діапазону за своїми характеристиками являється двуконтурний НПП (ДПП) регенеративного типу. В такому підсилювачі передача енергії накачки сигналу за допомогою нелінійної ємності відбувається у вигляді внесення цією ємністю негативного опору в контур сигналу, що і обумовлює регенеративний характер процесу підсилення. ДПП працює на відображення з загальним входом, тому застосовують феритовий циркулятор для розділення вхідного та вихідного сигналів. Вхідний сигнал підводиться через циркулятор до ДПП (падаюча хвиля), підсилюється в ньому, при цьому збуджується відбиваюча хвиля сигналу. Яка в результаті підсилення перевищує падаючу. Властивості циркулятора такі, що потужність через плече 3 надходить у наступний каскад (підсилювач або змішувач). Одним з найважливіших елементів НПП, являється напівпровідниковий параметричний діод, який працює у більшості випадків при негативному зміщенні. Основними параметрами діодів являється: ємність переходу, постійна часу та нормована зворотна напруга.

У приймачах РЛС сантиметрового діапазону найбільш поширені одно каскадні РПП на напівпровідникових діодах. В основному застосовують двочастотні регенеративні напівпровідникові параметричні підсилювачі (НПП). У цих НПП поряд з частотою накачки Fнак, що збуджується допоміжним генератором накачування, використовують дві робочі частоти: сигнальну Fс і холосту Fх= Fнак - Fc, що виникає в процесі підсилення.

Графік 1

Таблиця 1

Позначення параметрів

Та характеристик

Параметри діодів

D5147A

D5147D

D5147G

D5347B

1A404B-E

1A408A

Спер(U), пФ

0,3-1,2

0,3-0,65

0,3-0,65

0,3-1

0,09-0.36

0,5-0,56

(U), пс, не більш

0,8

0,45

0,32

0,64

0,85

0,6

Uнор обр, В, не менш

6

6

6

6

10

12

К, В

1,2

1,2

1,2

1,2

0,3

0.3

N

2

2

2

2

3

3

Скол, пФ

0,3

0,3

0,3

0,32

0,23

0,32

Lпос, нГ

0,2

0,2

0,2

0,45-0,65

1,2-1,8

0,45-0,65

Pрас мах, мВт

30

30

30

-

40

40

Pмах, Вт

0,1

0,1

0,1

-

1

1

Wсвч, Дж

0,2

0,2

0,2

-

0,3

0,3

Интервал робочих темпаратур

-196...+85

-196...+85

-196...+85

-269...+85

-60...+70

-196...+25

НПП працюють на віддзеркаленні із загальним входом та виходом і використовує феритовий циркулятор для розділення вхідних і вихідних сигналів.

    1. Для забезпечення стабільності параметрів РПП, при змінах в ланцюзі, в якості феритового циркулятора застосуємо п'ятиплечний циркулятор, побудованого на основі Y-циркулятора (з хвилевим опором W=50 Ом і втратою пропускання Lп0.4 дБ). У такому циркуляторі втрати сигналу до входу РПП рівні Lп= 2Lп= 0.8 дБ, на стільки ж ослабляється посилений сигнал, який проходить з РПП до виходу циркулятора. 2. По таблиці 1 вибираємо параметричний діод типа D5147G, що має найменші постійні часу і Lпос

Спер(U) = Спер(0) = 0.320.02 пф.

(U) = (-6) = 0.32 пс.

Uнор обр6 В

К =1.2 В, n = 2, Скол = 0.3 пФ, Lпос= 0.2 нГн.

3. Розрахунок необхідної напруги зміщення:

Uо=Uнорм обр + к( - 1)

Uо = 6В + 1.2В( -1) =2.7В

4. Знайдемо ємність переходу.

Спер(U) =Спер(0)= 0.32=0.178пФ.

Постійна часу при робочому зміщенні:

(Uo) =(-6)= 0.32=0.436 пс.

Приймемо Со=Спер(Uo)= 0.178 пФ.

5. Критична частота діода.

Fкр =

Fкр = =73.4 Ггц.

6. Поправочний коефіцієнт Кс, який враховує втрати в конструкції ДПП, приймаємо Кс = 3.

Тоді знаходимо э(Uo) = Кс(Uo).

Э= 30.436 = 1.308 пс.

Еквівалентний опір втрат.

П э = э(Uo)/Спер(U0)

П э = 1.308/0.172 = 7.6 Ом

Динамічна добротність діода.

Q = = = 2.61

7. Для отриманих даних за формулами:

Аопт = = Q+1 - 1

Nmin =() min =(1 - 1 / Крпу) (2/Аft)+1

Визначаємо оптимальне відношення частот:

Аопт = - 1 = 1.8

Відповідний мінімальний коефіцієнт шуму:

N min = (1 - 1/20) (2/1.8) + 1 = 2.05

Розраховане значення задовольняє вимогам.

8. Визначимо значення холостої частоти fx. Щоб отримати максимально можливу смугу пропускання ДПП, не застосовуючи спеціальних елементів для її розширення і спростити топологічну схему ДПУ, як холостий контур використовуємо послідовний контур, утворений ємністю Со і індуктивністю входів Lпос. діода. Ланцюг входів холостої частоти замкнуть розімкненим чверть хвилевим шлейфом, підключеним паралельно діоду, і що має вхідний опір близький до нуля. В цьому випадку на холостий контур не впливають ланцюги сигналу і накачки, а також ємність корпусу діода Скор. Резонансна частота цього контуру дорівнює частоті послідовного резонансу діода.

Fx = = = 26.6 Ггц

Відношення частот:

А = fx/fc =26,6/9,345 = 2,84

Частота накачки:

Fнак = fс (1 + А) = 9,345 (1 + 2,84) = 35,9 Ггц

10. ''Холодний'' КСХ сигнального кола ДПП, котрий потребує забезпечити для заданого резонансного підсилення:

=R1/rпос э = (Q/A - 1), де А = 2,84;

Q = 3.92

= () = 5,4

Потрібний опір джерела сигналу R1, приведений до зажимів приведеної ємності у послідовній еквівалентній схемі (рисунок 2).

R1 = r = 5,44,9 = 26,46 Ом

Рисунок 2

Розраховані значення і R1 забезпечують підбором елементів сигнального ланцюга ДПП, що зазвичай виконують експериментально.

11. Для розрахунку смуги пропускання задамося коефіцієнтами включення ємкості в холостий (mвих х) і сигнальний (mвих с) контури.

Mвих х = 0.5

Mвих с = 0.2

Ппу = fco

Ппу = 9345 = 70.5 Мгц.

Визначимо необхідність потужності накачки ДПП.

По рисунку 1 для Uo/ = 2.7/1.2 =2.25 та n=2 знаходимо коефіцієнт

Q =0.4

Pнак д - потужність накачки діода,

Pнак д = Спер(Uo)(Uc) (Uo+)q

Pнак д = 52830= 25 мВт

Для fнак = 36.6 Ггц інтерполяцією значень коефіцієнта:

Pнак д =2.15

Pнак = Pнак д Pнак д

Pнак = 2.1525 мВт = 54 мВт

Pнак = 54 мВт - потужність накачки, яку необхідно підвести до ДПП.

Рис. 5 Принципова електрична схема ПВЧ

Похожие статьи




Розробка та розрахунок принципової схеми ПВЧ - Радіоприймальний пристрій бортової моноімпульсної радіолокаційної станції

Предыдущая | Следующая