4-4. ГЕНЕРАТОРЫ СИГНАЛОВ СВЕРХВЫСОКИХ ЧАСТОТ

Генераторы СВЧ вырабатывают частоты от 1 до В них предусматривается один частотный диапазон с перекрытием поэтому они выпускаются сериями из однотипных приборов на определенный участок диапазона частот. Генераторы СВЧ предназначены для измерения чувствительности приемных устройств, измерения диаграмм направленности антенн, исследования трактов передачи СВЧ, настройки фильтров, регулировки аттенюаторов и

Рис. 4-9. Генератор измерительных сигналов СВЧ: а — упрощенная структурная схема; б, в — диаграммы мощности и напряжений при импульсной и частотной модуляции

Структурная схема генератора СВЧ (рис. 4-9, а) содержит сравнительно небольшое число отдельных узлов: задающий генератор модуляционный блок аттенюатор иногда ферритовый вентиль частотомер и измеритель мощности Выходная мощность генератора подаетея к нагрузке с коаксиального разъема или волновода. Задающий генератор выполняется на клистроне с внешними резонаторами, на отражательном клистроне либо на диоде Гаина с внешним резонатором. Внешний резонатор коаксиальной конструкции настраивается на определенную частоту с помощью короткозамыкающего плунжера. Изменение длины резонатора приводит к изменению резонансной частоты в соответствии с формулой где с — скорость света, а I— длина резонатора.

Генератор на отражательном клистроне, внутри которого помещен объемный резонатор настраивается сначала грубо, путем изменения его

объема упругой деформацией («механическая» настройка), а затем точно, изменением напряжения на отражателе клистрона, («электрическая» настройка). Полоса электронной перестройки частоты составляет от 2 до Генерируемая мощность выводится из объемного резонатора клистрона петлей связи и через отрезок тонкой коаксиальной линии, оканчивающейся штырем, вводится в волновод СВЧ-тракта генератора. Связь резонатора клистрона с волноводом зависит от глубины погружения штыря, которая должна быть значительно меньше четверти длины волны генерируемого сигнала.

Уровень мощности устанавливается на входе аттенюатора равным и контролируется с помощью термисториого измерителя мощности (см. § 9-2). Выходная мощность генератора регулируется аттенюатором СВЧ. Выходное сопротивление генератора согласуется с нагрузкой с помощью ферритового вентиля Сигналы СВЧ модулируются по амплитуде синусоидальными или импульсными сигналами и меандром и по частоте — синусоидальными и пилообразными сигналами, Источником внутренней модуляции является модуляционный блок на вход которого подаются сигналы и внешней модуляции. Особенно проста модуляция в отражательных клистронах. Для осуществления амплитудно-импульсной модуляции модулирующее напряжение включается последовательно с напряжением питающим отражатель. Модуляция осуществляется возбуждением колебаний СВЧ на время длительности импульса (рис. 4-9, б). Для получения частотной модуляции источник модулирующего напряжения пилообразной или синусоидальной формы также включается последовательно в цепь отражателя. Мощность генерируемых СВЧ-колебаний устанавливается максимальной, а размах модулирующего напряжения должен обеспечить минимальную амплитудную паразитную модуляцию (рис. 4-9, в).

Генератор СВЧ на диоде Ганна состоит из коаксиального резонатора с изолированным по постоянному току внутреннием проводником. Анод диода присоединяется к торцевой стенке резонатора, а катод — к внутреннему проводнику. На диод подается напряжение, большее критического, в результате чего арсенид галлия приобретает эквивалентную отрицательную проводимость, что приводит к режиму самовозбуждения. Эквивалентная емкость диода Ганна изменяется с изменением приложенного к нему напряжения, что используется для электронной перестройки частоты в пределах и для частотной модуляции. Импульсная модуляция осуществляется с помощью электрически управляемого -модулятора. Мощность на выходе регулируется аналоги чным -аттенюатором.

Генераторы на диодах Ганна отличаются простотой конструкции, высокой надежностью, малыми габаритами и массой.

Выпускаемые промышленностью генераторы СВЧ развивают выходную мощность не более с возможностью ослабления до Погрешность установки частоты Нестабильность частоты за 15 мин. Многие генераторы снабжаются указателями частоты настройки в виде механических цифровых счетчиков, связанных соответствующими приводами с органами настройки.

Аттенюаторы СВЧ. По принципу действия аттенюаторы СВЧ, применяемые не только в генераторах СВЧ, но и как отдельные средства измерения, разделяются на следующие виды:

предельные, в которых уменьшение мощности происходит вследствие ее ослабления при передаче по запредельному волноводу (работающему на частотах ниже критической частоты основной волны), т. е. без тепловых потерь;

поглощающие, в которых проходящая по волноводу мощность уменьшается вследствие превращения некоторой ее части в тепло;

поляризационные, в которых уменьшение мощности, переносимой в круглом волноводе, достигается поглощением части мощности, связанной с составляющей вектора напряженности электрического поля, параллельной поглощающей пластине, размещенной вдоль оси волновода;

полупроводниковые, электрически управляемые, в которых уменьшение проходящей мощности происходит в результате поглощения ее части в активном сопротивлении полупроводниковых СВЧ-диодов (обычно -диодов), размещенных вдоль волновода.

Рис. 4-10. Предельное аттенюаторы: а — с индуктивной связью; б - с емкостной связью; в — график изменения ослабления в зависимости от длины волновода

Предельный аттенюатор состоит (рис. 4-10, а) из отрезка круглого волновода 1, критическая длина волны которого значительно меньше рабочей длины волны k. Внутри волновода пемещены элементы связи 2 — петли при индуктивной связи и диски при емкостной связи; этими элементами заканчиваются коаксиальные линии на входе и выходе волновода. Элементы связи 2 для коаксиальных линий являются почти реактивной нагрузкой, поэтому для их согласования в центральный провод последовательно включаются резисторы 3, сопротивления которых равны волновому сопротивлению линии. Электромагнитная волна в предельном волноводе ослабляется. Коэффициент ослабления а при можно считать равным т. е. не зависящим от частоты. Его значение определяется только поперечным сечением, формой волновода и типом волны, распространяющейся по нему.

В предельных волноводах обычно используются отрезки волновода круглого сечения. Из теоретической электродинамики известно, что у круглых волноводов критическая длина волны типа а типа где радиус волновода. Следовательно, ослабление где расстояние между элементами связи, для каждого типа волны (с учетом формулы для а) можно вычислить по следующим выражениям: Аналогично: Здесь 8,686 — переводной множитель непер в децибелы; начальное ослабление, возникающее вблизи входного элемента связи. На этом участке кроме основной волны возбуждаются волны высших типов, и потому ослабление вдоль него

нелннейио. Однако волны высших типов быстро затухают, и на участке I ослабление основной волны имеет линейный характер. Значение начального ослабления равно (рис. 4-10, в).

Ослабление предельного аттенюатора рассчитывается по его геометрическим размерам, поэтому такие аттенюаторы применяют как абсолютные меры ослабления. Пределы регулирования составляют

Поглощающие аттенюаторы делятся на коаксиальные и волноводные. В первых ослабление мощности вызывается поглощением ее в высокоомном внутреннем проводнике коаксиальной линии или диэлектрике с большими потерями, заполняющем коаксиальную линию (рис. 4-11, а); тот же эффект получается при погружении поглощающей пластины в волновод или при движении пластины от боковой стенки волновода к его центру, (рис 4-11, б, в,).

Рис. 4-11. Поглощающие аттенюаторы

Стержень механизма перемещения выполняют из диэлектрика с малыми потерями. Ослабление поглощающих аттенюаторов и их градуировка определяются экспериментально. Пределы регулирования составляют

Поляризационные аттенюаторы являются наиболее совершенными и точными. Аттенюатор (рис. 4-12, а) состоит из трех последовательно соединенных секций круглого волновода, среднюю из которых 2 можно поворачивать на угол относительно общей продольной оси. Входная и выходная секции соединены переходами 1 с прямоугольным волноводом. На вход аттенюатора поступает электромагнитная водна типа а в круглый волновод — Внутри каждой секции перпендикулярно вектору электрической составляющей электромагнитной волны помещены три поглощающие пластины. Когда все три пластины находятся в одной плоскости, ослабление пренебрежимо мало (рис. 4-12, б). При повороте подвижной секции на угол электрическое поле разложится на две составляющие: параллельную пластине и перпендикулярную ей Параллельная составляющая поглощается, а перпендикулярная с поляризацией проходит в третью секцию. Здесь также происходит разложение на составляющие которая поглощается, и которая проходит на выход аттенюатора. Таким образом, собственное ослабление аттенюатора зависит от угла поворота средней секции, В идеальном аттенюаторе оно лежит в

пределах от до при изменении от до 90° и вычисляется по формуле

Выпускаемые промышленностью поляризационные аттенюаторы обеспечивают регулировку ослабления от 0,3 до с погрешностью установки

Рис. 4-12. Поляризационный аттенюатор: а — устройство; векторы напряженности электрического поля

Полупроводниксвые аттенюаторы выполняются на -диодах, которые на частотах ниже представляют собой выпрямители, а в диапазоне линейные сопротивления, изменяющиеся в соответствии с протекающим через них током. Таким образом, осуществляется электрически управляемый аттенюатор, потребляющий малую управляющую мощность и обладающий высоким быстродействием.

Рис. 4-13. Полупроводниковый аттенюатор

На рис. 4-13, а и б приведены устройство и эквивалентная схема аттенюатора с тремя диодами. Пределы ослабления составляют от 2 до в полосе частот более двух октав [15].