Наиболее трудно обеспечить одновременное подключение к одной антенне мощного передатчика и высокочувствительного приемника, имеющего охлажденные входные устройства. Поэтому основное внимание в данном разделе уделено устройствам (дуплексерйм), предназначенным для обеспечения такого режима работы.

К любому дуплексеру, пригодному для использования в станциях с малошумящими входными устройствами, предъявляются следующие требования:

- должно обеспечиваться подавление помех приему со стороны передатчика, работающего на общую с приемником антенно-фидерную систему;

- затухание энергии в трактах передатчик - антенна и антенна - приемник должно быть минимальным;

- применение дуплексера не должно накладывать каких-либо особых ограничений на выбор рабочих волн передатчика и приемника.

В общем виде дуплексер состоит из элементов селекции, обеспечивающих необходимое затухание (развязку) в тракте передатчик - приемник, и шестиполюсника, к двум плечам которого подключены эти элементы селекции. Если развязка между передатчиком и приемником недостаточна, то при работе передатчика на выходе приемного тракта возникнут помехи, затрудняющие и даже исключающие возможность приема сигналов корреспондента. Величина развязки определяется в основном элементами селекции дуплексера, наличием прямой связи между элементами передатчика и приемника и селективностью тракта УПЧ.

Поэтому минимальная разность рабочих волн передатчика и приемника одной станции составляет вполне определенную величину. При этом характерной особенностью большинства станций СВЧ диапазона являются сильные помехи по зеркальному каналу (/пом=/прнГ

-♦- 2/пром)

Определим требуемую величину развязки между приемником и передатчиком, исходя из следующих примерных соображений.

Во-первых, мощность шума собственного передатчика, попадающая на вход приемного устройства, работающего с ним на общую антенну, должна быть примерно на 10 дб меньше мощности собственных шумов

приемной системы (с учетом шумов антенны). Следовательно, величина затухания Ь, обеспечиваемая элементами селекции при минимальной разности рабочих волн передачи и приема, должна быть

(l+lg

f перДу fa пр у

где Fnep - коэффициент шума выходной лампы передатчика с учетом шумов предыдущих каскадов; /Су - коэффициент усиления выходной лампы; Гэпр - эффективный коэффициент шума приемной системы.

Во-вторых, мощность помехи от своего передатчика, попадающая на активный элемент (параметрический диод, парамагнитное вещество) входного малошумящего усилителя, не должна превышать величины Рмин, при которой входной усилитель будет работать без существенной нелинейности или без дополнительных шумов, т. е.

Ь[дб] Wlgp.

Дополнительные шумы, появляющиеся при воздействии сильного мешающего сигнала, обычно определяют величину Рыин для специальных параметрических усилителей с широким динамическим диапазоном.

В-третьих, уровень мощности мешающего сигнала, попадающего на диоды смесителя приемника, должен быть примерно на 30 дб ниже уровня мощности гетеродина. При этом можно считать, что работа в нелинейной области характеристик диодов смесителя обусловлена, в основном, мощностью гетеродина, т. е.

b [дб] > lO.lg

10-Рг

где Рпер - мощность мешающего передатчика; Ргет - мощность гетеродина.

Максимальная величина развязки Ь, которая будет получена из трех рассчитанных по приведенным выше формулам, должна обеспечиваться дуплексером.

Существуют различные способы обеспечения одновременной работы передатчика и приемника СВЧ на общий тракт и включения на одну антенну нескольких СВЧ приемников, каждый из которых входит в состав отдельного ствола. Это включение применяется при многоствольной работе в радиорелейных станциях.

Наибольший интерес представляют методы параллельной селекции с применением ферритовых циркуля-торов или обычных ответвителей (тройников). Применение параллельного соединения многорезонаторных СВЧ устройств имеет ряд преимуществ, но одновременно приводит и к ряду нежелательных явлений, связанных с реактивным характером входного сопротивления многорезонаторных полосовых устройств в полосе запирания.

Входное сопротивление Zbx многорезонаторной системы можно определить по формуле

л, (/:-!)

где k

10 -

коэффициент связи первого резонатора с трактом;

п, -коэффициент связи /г-го резонатора с (п-1)-м;

Zn - сопротивление резонатора.

При этом нормированное волновое сопротивление линии принято равным единице.

При индуктивной связи к = (лМ, где М-индуктивность связи. При связи через четвертьволновые отрезки линии k~\.

Как видно из приведенной формулы, при значительных расстройках относительно центральной частоты полосы пропускания влиянием последних резонаторов иа Zbx можно пренебречь, ограничиваясь первыми резонаторами, и для расчета Zbx применить правило свертывания цепных дробей.

Однако при большом числе резонаторов (п>5) удобней пользоваться выражением для нормированного входного сопротивления

7 .J А

-4=42Q2Q3Q4-Q2-Q4.

Результаты определения Zbx в полосе запирания, полученные расчетным и экспериментальным путем для восьмирезонаторных полосовых фильтров с индуктивной связью между резонаторами, совпадают с точностью до 5%.

UZ 0.8

ОЛ О -0,4 -0.8

Рис. 4.6. Частотные зависимости Zbx волноводных многорезонаторных СВЧ фильтров с учетом проводимости окна связи: / - фильтр настроен на частоту /о-И60 Мгц; 2 -фильтр настроен на частоту /о-Ь230 Мгц.

Для охлаждаемых систем сантиметрового диапазона весьма перспективны волноводные фильтры с диафрагмами и непосредственной связью. При расчете Znx этих фильтров необходимо учитывать шунтирующее влияние реактивной проводимости входного окна связи, выполняемого, как правило, в виде индуктивной диафрагмы достаточной толщины-

Частотные зависимости Zbx таких фильтров представлены на рис. 4.6. 14 - 211 -

Для рассмотрения рабочего диапазона устройства с фильтрами, параллельно включенными через тройник, определим коэффициент отражения, создаваемый одним из плеч тройника с фильтром А на частотах полосы пропускания другого плеча с фильтром В. Коэффициент отражения Г на входе схемы равен

,+7 \+(2ХУ 1+(2ХГ-

где X - нормированное входное сопротивление плеча длиной /ft с фильтром на частотах, находящихся вне полосы пропускания.

Принимая во внимание, что для практически наиболее важных случаев

получим выражение для модуля коэффициента отражения

Г1 =

I -1- (2)=

= tg tk + arctgX

Xh - входное сопротивление фильтра в полосе запирания.

Для малых коэффициентов отражения можно положить

Г2я , , ,

l<4tg ~/fe + arctg;r].

и выражение для [Г! примет вид

, -г, I I

/2т1 У

2tg(y/fe-f arctgA-ft j

(4.31)

Экспериментальные исследования показывают, что путем последовательной настройки двух параллельно соединенных фильтров удается обеспечить добавочную

компенсацию и добиться значительно лучшего согласования, чем это следует из выражения (4.31). Как показал Герценштейн, это можно получить также и при параллельном соединении большего числа фильтров (п>2).

Большой практический интерес представляет дуплексер (рис. 4.7), состоящий из ферритового циркуля-

Н антенне

Волны, отраженные фильтрами

f, - волна приема

Передатчик

Перестраиваемый фильтр 1

/г - волна пепедачи

Криостат

Перестраиваемый фильтр

Приемник

Рис. 4.7. Дуплексер с ферритовым циркулятором и перестраиваемыми полосовыми СВЧ фильтрами.

тора, затухание которого обеспечивает условие Tmn<Ty, и перестраиваемых полосовых фильтров, один из которых - охлаждаемый и находится в тракте приема, другой - неохлаждаемый и находится в тракте передачи. Если при этом рассеиваемая в циркуляторе мощность передатчика существенно не увеличивает тепло-притоки в криостат и габариты циркулятора малы, то целесообразно в охлаждаемом блоке разместить также и циркулятор.