Головна

ПИТАННЯ №1

  1.  C. Питання 41. Показники стану, руху і використання основних фондів
  2.  I. ДО ІСТОРІЇ ПИТАННЯ
  3.  I. Розбір основних питань теми.
  4.  I. Лютнева революція і національне питання
  5.  II. Жовтнева революція і національне питання
  6.  III. Приблизний перелік контрольних питань для самостійної роботи
  7.  IV. Приблизний перелік питань до заліку

Підсилювачі на лампах хвилі, що біжить

Надвисокими частотами (СВЧ) прийнято називати діапазон частот від 30 МГц до 3000 ГГц, що відповідає довжинах хвиль від 10 метрів до 0,1 міліметра. До діапазону СВЧ відносяться наступні хвилі:

- Метрові (30 ? 300 МГц);

- Дециметрові (0,3 ? 3 ГГц);

- Сантиметрові (3 ? 30 ГГц);

- Міліметрові (30 ? 300 ГГц);

- Мікрометровие (300 ? 3000 ГГц).

У діапазоні СВЧ використовуються радіоприймачі самого різного призначення: телевізійні, радіолокаційні, радіонавігаційні, для космічних і магістральних ліній зв'язку і т.д. Незважаючи на певні відмінності, ці приймачі мають багато спільного, яка властива всім приймачів НВЧ.

Радіоприймачі СВЧ характеризуються високою чутливістю і повинні забезпечувати прийом дуже слабких сигналів (потужність менше 10-14Вт). Тому створення малошумні підсилювачів (МШУ) було викликано необхідністю прийому дуже таких сигналів в радіолокації, радіоастрономії і космічного радіозв'язку.

Використання раніше вивчених підсилювачів в діапазоні СВЧ стає практично неможливим тому, що звичайні підсилювальні елементи різко втрачають свої підсилювальні властивості і зростає рівень власних шумів.

Основним видом перешкод в діапазоні СВЧ є внутрішні флуктуаційні шуми антен, фідерних пристроїв та власне приймача.

Шуми антени в основному складаються з шумів зовнішніх джерел: теплових шумів Землі, атмосферних шумів, шумового випромінювання Сонця, Місяця, планет, радіозвезди, Галактики (космічних шумів), індустріальних шумів. Крім того, атмосфера Землі має частотної вибірковістю, тому радіохвилі одних частот проходять через неї без втрат, а інші - значно послаблюються. Так, на частотах вище 10 ГГц співвідношення сигнал / шум на вході приймача погіршується за рахунок теплового випромінювання Землі і загасання сигналу при його проходженні через Атмосферу.

Таким чином, в діапазоні частот від 1 до 10 ГГц шумове випромінювання з космосу незначно і атмосфера Землі «прозора» для радіохвиль. Тому, з точки зору умов поширення радіохвиль, цей діапазон дуже зручний (наприклад, для космічного зв'язку). Точні межі такого частотного «вікна» залежать від багатьох факторів (наприклад, від стану іоносфери) і можуть змінюватися.

З огляду на, що коефіцієнти шуму радіоприймача визначаються в основному шумами перших каскадів, то для зниження коефіцієнта і підвищення чутливості приймача найважливіше значення має правильний вибір типу МШУ для перших каскадів радіоприймачів.

Широке застосування знаходять такі типи МШУ:

- Підсилювачі на лампах хвилі, що біжить (ЛБВ);

- Підсилювачі на тунельних діодах;

- Параметричні підсилювачі, а також квантові підсилювачі.

Основні характеристики деяких типів МШУ наведені в таблиці 20.1.

Таблиця 20.1.

 Тіпустройства  Основні характеристики МШУ
 дециметровий діапазон0,3 ? 3 ГГц  сантиметровий діапазон3 ? 30 ГГц
 коеф-тусіленія, дБ  полосапропуск-я,% від несучої  коеф-т шуму, дБ  коеф-т посилення, дБ  смуга пропускання,% від несучої  коеф-т шуму, дБ
 квантовий підсилювач  0,2  0,2
 Підсилювач на ТД  2-3  4-6  1-1,5  7-9
 Підсилювач на ЛБХ  15-20  20-25  4-5  6-7

З таблиці 20.1 видно, що максимальну чутливість радіоприймача вдається реалізувати при застосуванні квантових підсилювачів.

У квантових підсилювачах посилення поля сигналу відбувається внаслідок використання внутрімолекулярної енергії речовини. Такі підсилювачі є малошумящими, але мають складну конструкцію. В даний час вони застосовуються в основному в системах наддалекої космічного зв'язку і в радіоастрономії.

параметричні підсилювачі мають дещо більший рівень шумів. Їх принцип дії заснований на перетворенні енергії коливань місцевого підсилювача (підсилювача «накачування») в енергію підсилюється сигналу. Перетворення здійснюється за допомогою нелінійних реактивних елементів, в якості яких найчастіше використовуються варактори.

регенеративними є підсилювачі, Як правило, на тунельних діодах (ТД), в яких негативне опір обумовлено особливістю вольт-амперної характеристики діодів в зоні тунельного ефекту. При тунельному ефекті швидкість електронів близька до швидкості світла, тому ТД виявляється, по суті, безінерційним приладом і частотні обмеження, маємо в інших напівпровідникових приладах, в ньому відпадають. Практично частотний межа ТД визначається лише їх конструкціями, параметрами (ємністю р-n переходу; опором втрат у напівпровідниках; индуктивностью висновків).

Більшість МШУ (параметричні підсилювачі, підсилювачі на ТД, квантомеханические услітелі) працюють за принципом регенеративного посилення і (рідше) як підсилювачі біжучої хвилі.

Підсилювачі на лампі біжучої хвилі (ЛБХ)

ЛБХ використовується для посилення сигналів, в основному, в сантиметровому і міліметровому діапазонах хвиль. Суттєвою особливістю підсилювачів на ЛБХ є їх широкополосность.

В ЛБХ посилення забезпечується за рахунок перетворення енергії постійного струму в енергію високочастотного електричного поля. Принцип дії підсилювача на ЛБХ заснований на використанні взаємодії рухомих електронів з полем біжучої хвилі.

ЛБХ - це електронно-променева трубка (ЕПТ) з магнітною фокусуванням. Типова ЛБХ є вакуумний балон подовженої форми, який розташований в фокусуючому магнітному полі. Поле створюється або набором постійних магнітів, або спеціальним електромагнітом (соленоидом). Схематично пристрій ЛБХ показано на малюнку 20.1.

Вхід вихід

2

Ріс.20.1. Пристрій лампи біжучої хвилі

Усередині балона розміщені:

1. Електронна гармата, що формує вузький пучок електронів.

2. уповільнює система, що забезпечує певну фазову швидкість поширення електромагнітної хвилі. Уповільнює система, як правило, виконується у вигляді спіралі (можуть бути і інші конструкції - гребінка, зустрічні штирі і т.д.).

3. Вхідний і вихідний елементи зв'язку, що забезпечують узгодження хвильових опорів сповільнює системи з відповідними фідерними трактами.

У широкої частини трубки розташована електронна гармата 1, що складається з катода і анода з напрямних циліндром, а у вузькій частині трубки знаходиться металева спіраль 2 і колектор 3, службовець для прийому електронів.

Сигнал високої частоти підводиться і знімається через вхідний і вихідний фідери. Отримання в трубці вузького електронного променя, спрямованого по осі трубки, забезпечується фокусирующими магнітами, які створюють поздовжнє магнітне поле.

З точки зору фізичного обгрунтування процес полягає в наступному: буде вважатися, що спочатку по металевій дроті поширюється струм високої частоти у вигляді біжучої хвилі. Навколо дроту утворюється електромагнітне поле, швидкість руху якого уздовж дроту близька до швидкості світла. Якщо згорнути дріт в спіраль, то поширення електромагнітної хвилі, очевидно, буде складне:

1) хвиля поширюється вздовж витків дроту по її фактичної довжині;

2) передній фронт хвилі поширюється уздовж осі спіралі.

Очевидно, що швидкість поширення фронту хвилі буде значно менше швидкості світла. Чим більше довжина витка спіралі і чим ближче витки один до одного (малий крок намотування), тим менше швидкість поширення фронту вздовж осі спіралі. Вважається, що швидкість поширення фронту хвилі V в стільки разів менше швидкості світла (С), у скільки разів довжина витка більше кроку намотування К. При цьому в ЛБХ створені такі умови, щоб швидкість руху електронів майже збіглася зі швидкістю поширення фронту електромагнітної хвилі по осі спіралі.

З огляду на, що швидкості руху поля і електронів збігаються, слід вважати, що електромагнітне поле щодо електронного потоку є нерухомим. При цьому вплив поля на кожен електрон залишається незмінним протягом всієї довжини спіралі.

Миттєва картина електричного поля (на якийсь момент часу) виглядає наступним чином. Електричні силові лінії близько кожної ділянки спіралі утворюють електричне поле, фаза якого змінюється уздовж осі спіралі. Зміна модуля і фази вектора електричного поля Е в різних точках спіралі показано на малюнку 20.2.

Слід домовиться, що позитивна полуволна електричного поля надає прискорює дію на електронний потік і, навпаки, при негативній напівхвиль електронний потік гальмується. Електрон в точці А (ріс.20.2) піддається прискорює дії, яке збережеться при переміщенні електрона і поля хвилі, що біжить. Електрон в точці В буде гальмуватися, а на електрон в точці Б полі не впливає. В результаті, електрони, які отримують уповільнення і прискорення будуть наближатися один до одного і групуватися в окремі пакети, а електронний промінь виявиться модульований по щільності. Навколо електронного променя буде створюватися електромагнітне поле, яке накладається на первинне поле біжучої хвилі і викликає збільшення амплітуди хвилі вздовж спіралі. В результаті такої взаємодії амплітуда хвилі на виході спіралі у багато разів більше, ніж амплітуда хвилі на вході, і отже, має місце посилення високочастотних коливань.

 витки спіралі

А Б В Вісь спіралі

Е

А Б В t

Ріс.20.2. Миттєва картина електричного поля в ЛБХ

Основні параметри ЛБХ

1. Коефіцієнт посилення по потужності залежить від довжини спіралі, потужності електронного пучка, хвильового опору в уповільнює системі, від якості фокусування і ступеня узгодження на вході і виході (для сучасних ЛБХ порядку 20?40 дБ - величина вказується в довідкових даних). Слід зазначити, що зі збільшенням потужності вхідного сигналу вихідна потужність ЛБХ спочатку зростає до певної межі, а потім починає падати.

Це явище викликається погіршенням умов взаємодії електронного променя з хвилею, що біжить на основній частоті за рахунок зростання рівня вищих гармонік в електронному потоці при великих потужностях сигналу на вході. Іншими словами, нелінійні ефекти в ЛБХ виникають через прояви процесу розгрупування пучків в електронному промені при взаємодії поля більш потужних сигналів.

Лінійна ділянка характеристики підсилювача поширюється до вхідних потужностей близько 10-5? 10-6 Пн.

Зменшення посилення ЛБВ при великих сигналах може бути використано для захисту приймача від перевантажень.

2. коефіцієнт шуму (Для сучасних ЛБХ порядку 4?5 дБ). Основні джерела шуму: дробові ефект, ефект перерозподілу електронів між пучком і позитивно зарядженими електродами, теплові шуми.

Переваги ЛБХ:

1. Підсилювачі на ЛБХ мають великий динамічний діапазон (80?100 дБ і більше).

2. Порівняно довгий термін служби (5?10 тис. Годин).

3. Широкий температурний діапазон.

Недоліки ЛБХ:

1. Великі габарити і маса.

2. Велика величина споживаної потужності (100?150 Вт).

3. Необхідність охолодження підсилювача.

ЛБХ застосовуються, в основному, в сантиметровому і міліметровому діапазонах хвиль, особливо у випадках, коли потрібно забезпечити посилення в широкій смузі частот. Широкополосность ЛБХ досягає 30% від середньої величини посилюваної частоти.

Висновки по 1-му питанню:

1. Підсилювачі на ЛБХ можуть забезпечити достатньо велику вихідну потужність.

2. Підсилювачі на ЛБХ використовуються в комплексах космічного зв'язку «Злива» і «Кристал».




 ЗАСОБІВ ЗВ'ЯЗКУ |  ПИТАННЯ №1 |  ВЦ УРЧ СМ ПФ ППЧ Д УЗЧ ОСС |  ПИТАННЯ №3 |  ПИТАННЯ №1 |  ПИТАННЯ №2 |  Каскодних схема УРЧ |  ПІДСИЛЮВАЧІ ПРОМІЖНОЇ частоти |  ПИТАННЯ №1 |  Широкосмугові імпульсні підсилювачі |

© um.co.ua - учбові матеріали та реферати