Главная
>
Радитехнология низких температур Основным ценным качеством циркулятора в дуплек-сере является его необратимая направленность, благодаря которой между приемником и передатчиком обеспечивается постоянная величина развязки при любой разности частот приема и передачи в пределах рабочего диапазона частот циркулятора- Остановимся на некоторых особенностях дуплексера с циркулятором. Как известно, циркулятор по принципу действия требует согласованного включения нагрузок. При использовании же в качестве дуплексера циркулятора и двух фильтров в его плечах будут несогласованные на-грузки. Например, на волне приема в плече передачи будет находиться полиостью отражающий фильтр передатчика. На волне передачи полностью отражающей нагрузкой явится фильтр приемника. Причем фазы отражения этих нагрузок будут изменяться при переходе с волны на волну, так как входное сопротивление фильтра 2вх на частотах вне полосы пропускания монотонно изменяется. Антенно-фидерный тракт также не является идеально согласованной нагрузкой, и его КБВ обычно имеет величину порядка 0,85-0,9, а фаза отражения меняется по диапазону. Все это приводит к ухудшению основных характеристик дуплексера и к увеличению собственных шумов приемного устройства. На собственные шумы оказывает влияние наличие шумов нагрузок в плечах циркулятора, часть которых на частотах приема вследствие отражений попадает на вход охлажденного усилителя. При работе с реальными нагрузками степень ухудшения характеристик дуплексера зависит также и от начальных характеристик самого циркулятора при его работе на согласованные нагрузки. Однако даже при идеальном циркуляторе неполное согласование антенно-фидерного тракта приводит к тому, что часть мощности передатчика, отражаясь от входа антенного плеча циркулятора, попадает на вход приемника. При этом величина развязки L между приемником и передатчиком в основном определяется коэффициентом отражения Га антенно-фидерного тракта, т. е. Цдб]-20 \g\V\. Для компенсации ослабления развязки вследствие отражений приходится увеличивать избирательность приемного фильтра. Оптимальным циркулятором в дуплексере при глубоком охлаждении является четырсхплечное устройство, практически не имеющее потерь в тракте приема. Для удовлетворения этого требования в тракте передачи может быть даже допущено некоторое ухудшение характеристик. Ввиду того что при анализе дуплексеров четырех-плечный (X) циркулятор может быть заменен трехплеч-ным циркулятором, получившим в последнее время большое распространение (например, циркуляторы фазовые типа У), рассмотрим дуплексер применительно к трехплечному циркулятору- Примем обозначения плеч циркулятора согласно рис. 4.7. Тогда матрица рассеяния идеального циркулятора 0 О 1 1 О О О 1 О Для реального циркулятора имеем З13233 (4.32) Диагональные коэффициенты матрицы Зц, S22 и S33 представляют собой коэффициенты отражения со стороны соответствующих плеч циркулятора. Как известно, коэффициенты матрицы (4.32) определяют все параметры согласованно нагруженного циркулятора (Гй = 0). При подключении к любому из его плеч, например к плечу k, нагрузки с коэффициентом отражения Vh соответствующие коэффициенты отражения 5ц будут где Sij - коэффициенты матрицы исходного многополюсника (в данном случае циркулятора). Из (4.33) получим выражение для коэффициента отражения циркулятора со стороны антенны где Га - коэффициент отражения циркулятора со стороны антенны при подключенных полосовых фильтрах; Гз - коэффициент отражения фильтра передатчика; S33 и 5ii - коэффициенты отражения плеч согласованно нагруженного циркулятора. Учитывая, что модуль коэффициента отражения фильтра передатчика при больших расстройках Г=1, а фаза может принимать любые значения в зависимости от величины входного сопротивления фильтра и места его подключения к циркулятору, можно получить два крайних значения для Га: 1\ макс - I S I -f- 1 j I I 13II 31 I p I S131 S31 I I Q I a мин - i 1 с Г I -и - I - I S3 (4.34) Так как затухание в обратном направленни у реального циркулятора в сантиметровом диапазоне частот обычно составляет 17-20 дб, а коэффициент матрицы циркулятора 5 0,08, то Га макс 0,22 и Гамип0,03. Таким образом, КБВ циркулятора со стороны антенны при перестройке передатчика и приемника может изменяться в весьма широких пределах, что подтверждается результатами измерений. В приведенных расчетах коэффициент отражения принимался равным 0,08 при КБВ ферритов 0,85-0,9. В случае применения фазового циркулятора необходимо иметь в виду некоторые его особенности, ограничивающие возможность получения высокой степени согласования со стороны антенного плеча. Это объясняется тем, что КБВ антенного плеча определяется в основном отражениями от обоих ферритов, приходящими синфаз-но в тройник. Если переместить ферриты один относительно другого приблизительно на Л,/4, то эти отражения будут приходить в противофазе и прохождение сигнала в направлении приема улучшится, а в направлении передачи несколько ухудшится. Коэффициент же отражения антенного плеча циркулятора при этом уменьшится, и в диа- пазоне частот может быть меньше 0,04. Высокую степень согласования антенного плеча циркулятора, нагруженного на фильтры, можно получить путем: - увеличения развязки циркулятора (коэффициента S31); - подбора нужной фазы отра.женпя от фильтра передатчика; - установки вентилей между входным и выходным фильтрами и циркулятором; - установки вентиля только .между фильтром передатчика и циркулятором. Требуемая при первом методе величина затухания L31 в тракте антенна - передатчик должна составлять L3, = 20 lg53,I, где S31 находится из выражения 5з. = (1Га s !) + IS33 5>з (4.35) При подборе нужной фазы отраженных волн от передающего фильтра основным затруднением является необходимость изменения фазы в плече 3 (рис 4.7) при перестройке передатчика и приемника на другие волны. При установке вентилей между входным и выходным фильтрами КБВ циркулятора со стороны антенны возрастает благодаря ослаблению отраженных волн от обоих фильтров. Существенным недостатком этого способа является необходимость установки двух вентилей, вносящих дополнительные потери в тракт. При установке только одного вентиля между фильтром передатчика и циркулятором в худшем случае, когда фазы коэффициентов отражения Га и S совпадают, требуемая величина обратного затухания вентиля Lo6p, при которой КБВ циркулятора изменится незначительно, равна Lo6p = -201gl5i2l, где Si2 - коэффициент матрицы вентиля 5в, характеризующий затухание в обратном направлении, а 5 = J U 12 (4.36) с учетом значения коэффициента отражения приемного фильтра и выражений (4.35) и (4.36) получим lal-S 5.з15з,11 5,2 1 + .з152.15зИ152,Г, Расчетные и экспериментальные данные показывают, что даже при установке между фильтром передатчика и плечом 3 циркулятора (рис. 4.7) вентиля с обратным затуханием не более 15-16 дб, при перестройке фильтра передатчика КБВ системы со стороны антенны уменьшится незначительно (в худшем случае на 2-3%)- В таком дуплексере роль вентиля, согласующего вход приемника с антенно-фидерной системой, играет сам циркулятор. Волна, отраженная от приемното фильтра, попадает в плечо циркулятора, подключенное к передатчику, где поглощается вентилем передатчика. Для всех диапазонов волн применялась единая методика экспериментальных исследований одновременной работы передатчика и приемника на общий антенно-фидерный тракт. В сантиметровом диапазоне волн эти исследования проводились с использованием циркулятора, вентиля и перестраиваемых фильтров на макете, состоявшем из передатчика ЧМ мощностью 5 вт и высокочувствительного СВЧ приемника. Модуляция передатчика осуществлялась напряжением с частотой 100 кгц от генератора Г4-1 (ГСС-6). На выходе приемника был установлен осциллограф С1-2 (25-И). Измерения производились при отсутствии принимаемого сигнала, что соответствует наихудшему случаю, а также при различных значениях мощности сигнала. Измерения в диапазоне волн 7-9 см показали, что мешающий сигнал гГередатчика, работающего на отдельный антенно-фидерный тракт, при настройке приемника последовательно на частоты этого диапазона и при разности частот передатчика и приемника 116-126 Мгц находится на уровне шумов, а при разности частот 140-146 Мгц полностью отсутствует. При работе передатчика и приемника на один тракт через дуплексер с циркулятором область частот, в которой сказывается мешающее действие передатчика, оказалась примерно такой же, как и при работе на разные тракты. Расчет и измерения шумов нелинейных переходов при передаче многоканальной информации, проведенные ДЛЯ данного случая по методике [1], показали, что их величина в радиолинии из трех иитервалов значительно ниже нормы МККР- При недостаточно согласованном плече циркулятора с малошумящим входным усилителем уровень шумов возрастает (13], а частотная характеристика сильно искажается. При включении малошумящего охлаждаемого усилителя и увеличении мощности передатчика улучшение помехозащищенности по входу может быть достигнуто увеличением крутизны частотной характеристики затухания фильтров и добавлением режекторных звеньев, настроенных на частоту передатчика. В случае, когда тепловыделение в феррите становится ощутимым, рассмотренная система параллельной селекции используется без феррита. Фильтры приемного тракта или весь блок селекции (при работе нескольких приемников на одну антенну) размещаются в криостате. Режекторный фильтр в тракте приема, настроенный на частоту передатчика, устанавливается вне криостата. При подключении к одной антенне нескольких приемников, каждый из которых настроен на определенную частоту ствола приема, необходимо устранить их взаимное шунтирование, ухудшающее согласование в тракте приема, и уменьшить переходы из одного ствола в другой. В радиорелейной технике обычно для обеспечения возможности подключения к одной антенне приемников отдельных стволов, т. е. для многоствольной работы, используется метод последовательной селекции, при котором достигаются высокие электрические характеристики всего приемного тракта. Для приемных систем с глубоким охлаждением, обеспечивающих многоствольную работу, рассмотренный выше принцип параллельной селекции более перспективен. При использовании этого принципа можно объединить входные контуры многорезонаторных устройств, например фильтров приемников стволов, подключив их к одному разветвителю с компенсирующими элементами, размещенному в одном криостате с входными трактами отдельных приемников. Блок-схема такой приемной системы приведена на рис. 4.8. Для расчета параметров разветвителей пригодны те же выражения, что и для дуплексеров с параллельной селекцией. При этом необходимо учесть, что ма-
|