лем . Блок-схема такого приемника приведена на рис. 6.25. Как видно из рисунка, к смесителю одновременно подаются напряжения трех частот: напряжение частоты накачки / , напряжение разностной частоты с выхода параметрического усилителя /р=/н-/с и напряжение частоты гетеродина /г=/с+/пр- В результате взаимодействия этих трех напряжений на выходе смесителя может быть выделена промежуточная частота !щ, = 1р-/н+/г = = /н-/с+/г-/н=/г-/с, величина которой остается постоянной при изменении частоты генератора накачки.

В схеме такого приемника отсутствуют взаимное шунтирование трактов сигнала и гетеродина и проникновение шумов гетеродина в параметрический усилитель ввиду того, что значительно отличаются по величине все три частоты (/р, и fr), подаваемые на смеситель. В этом случае мощность генератора накачки, необходимая для ПУ и смесителя, должна быть значительно меньше, и в качестве генератора накачки могут быть использованы обычные маломощные клистроны.

Для определения амплитуды и частоты спектральных составляющих напряжения на выходе реального трех-частотного смесителя, а та,кже для определения аналитических выражении параметров преобразования необходимо аппроксимировать статические характеристики применяемых в смесителе диодов.

Так как на вход трехчастотного смесителя подается сум.ма трех напряжений

вх = Ир-Ь н + г,

(6.19)

где Нр = Нтс cos (Ор/ - напряжение разностной частоты; Ни - напряжение накачки; Иг - напряжение гетеродина, то после преобразования получим выражение для составляющих токов на выходе смесителя (на нагрузке). Из анализа этого выражения видно, что только кубический член степенного ряда может дать комбинацию трех частот, одна из которых является промежуточной частотой /пр=/р-(/н-fii). Аналогичным путем можно показать, что нечетные члены степенного ряда со степенью выше третьей, содержат составляющие промежуточной частоты.

2 -.о

Следовательно, смешение трех частот с непосредственным выделением промежуточной частоты возможно при использовании в качестве смесителя или обычного смесительного днода (Д403В или Д405Б), или охлажденного параметрического диода из арсенида галлия, германия или охлажденного диода на базе антимонида или арсенида индия. При этом только нечетные члены ряда (степени выше первой) разложения уравнения для вольтамперной характеристики диода содержат промежуточную частоту.

Можно также показать, что применение в трехча-стотном смесителе нелинейного элемента, в выражении для вольтамперной характеристики .которого при разложении в ряд содержатся только нечетные члены (например, два диода, включенные параллельно с противоположным направлением прямого тока), не приводит к повышению коэффициента передачи, но несколько усложняет конструкцию.

Для определения потерь преобразования и шу.мовых свойств схемы трехчастотного смесителя заменим напряжения генератора накачки Г и гетеродина Гг напряжением эквивалентного гетеродина Гэ, изменяющимся по закону

э = тнС05 (oJ + UmrCOS Ир/.

Тогда получим новую эквивалентную схему, аналогичную схеме двухчастотного преобразователя с гетеродином Гд. Применим к этой схеме теорию преобразования, выведенную для обычных двухчастотных смесителей. Известно, что внутренние параметры преобразования Sn, Rin и цп для смесителя на кристаллическом диоде могут считаться действительными и независящими от частоты приложенных к диоду напряжений; это позволяет избежать усложнения теоретического рассмотрения и расчета, а также подтверждает практическую допусти.мость замены гетеродина Гг и генератора накачки Гн эквивалентным гетеродином Гэ.

Для оценки шумовых свойств трехчастотногс преобразователя рассмотрим имеющиеся в нем источники шума. Следует иметь в виду, что только шумы, создаваемые флюктуациями тока диода преобразователя и изменения.ми напряжения гетеродина, зависят от амплитуды напряжения гетеродина и внутренних параметров

преобразования. При рассмотрении влияния флюктуации напряжения эквивалентного гетеродина, используя правило суперпозиции напряжений отдельных источников шума и сигнала, можно считать остальные источники шума и сигнала отсутствующими. В этом случае на преобразователь частоты действуют только два источника напряжений: напряжение эквивалентного гетеродина И(, и соответствующее ему напряжение шума эквивалентного гетеродина. Пренебрегая влиянием напряжения шума гетеродина Гг по сравнению с напряжением шума клистронного генератора накачки, будем считать, что напряжение шума эквивалентного гетеродина Гэ равно напряжению шума генератора накачки Гн.

Таким образом, при анализе и расчете основных параметров трехчастотного смесителя можно пользоваться выводами и формулами для двухчастотного смесителя, заменив в них значения внутренних параметров преобразования 5 , и Rin на величины, выведенные для нашего случая.

Внутренние параметры преобразования не зависят от параметров входного и выходного контуров и определяются только свойствами кристаллического диода и приложенными к нему напряжениями.

Для экспоненциальной характеристики вида

крутизна равна

= лГ = ое .

(6.20) (6.21)

Напряжение, приложенное к диоду,

э = Uma COS Oij -j- иг COS o>rt.

Подставляя (6.22) в (6.21), получаем

Произведем разложение:

а , cos at

k=oo

=/о (j:)-f 2 V/fe {х)со$Ы,

(6.22) (6.23) (6.24)

где Io{x) - модуль функции Бесселя мнимого аргумента (/л:) нулевого порядка; Ik{x)-модуль функции Бесселя мнимого аргумента порядка k; x = aur .

Если считать, что для преобразования используется только первая гармоника крутизны характеристики диода, то на основании выражения (6.24)

S{t) =aiolo{xi)lo{x2) +2aio/o{xi}Ii(x2) созиг +

+ 2aioIo{x2)Iiixi) cos (i)Ht + 2aioIi{xi) 11 {Х2) cos (ин-

-(Or) + 2a/o/,(x,)/,(x2) cos ((o +cOr)/. (6.25)

.Анализ выражения (6.25) показывает, что промежуточная частота

/пр = /р-([н-/г) (6.26)

получается только при наличии составляюп1еп крутизны, меняющейся с частотой /н-/г. Крутизна нреобразоваиня трехчастотного смесителя

Sn = -~ = aio/,ix,)I,(x).

(6.27)

Для онределенпя внутреннего сонротивлсння преобразования Ri учтем, что в диодном смесителе

Rin -

(6.28)

где So - постоянная составляющая крутизны преобразования.

Определим внутренний коэффициент передачи трехчастотного смесителя:

Io (Xi) lo (Х2)

(6.29)

Сравнение расчетных кривых для зависимости потерь преобразования смесителей в режиме полного согласования от амплитуды напряжения гетеродина при различных амплитудах напряжения накачки показывает, что незначительное увеличение амплитуд напряжений накачки и напряжения гетеродина уменьшает потери

преобразования. Потери преобразования двухчастотного смесителя меньше, чем у трехчастотного на 2-3 дб.

Зависимость коэффициента шума от амплитуды гетеродина, а также от формы статической вольтамперной характеристики диода может косвенно характеризоваться температурой шума диода и зависимостью постоянной составляющей тока смесителя от амплитуды нанриже1Н!Я гетеродина.

Рис. 6.26. Зависимость коэффициента шума двухчастотного L2 н трехчастотного /-з смесителей от Pvm (7 = 300° К, =2; L3=5,5 дб; /.2=3 дб).

На рис. 6.26 приведена зависимость коэффициента шума двухчастотного и трехчастотного смесителей на диодах Д405Б при 7 = 300° К от коэффициента шума первого каскада УПЧ.

Для экспериментального исследования и получения основных характеристик трехчастотного смесителя был собран макет, в котором в качестве смесительного элемента использовался диод Д405Б. Схематичный чертеж макета показан на рис. 6.27. Как видно из чертежа, на смесительный диод подаются одновременно напряжения трех частот: накачки /н через полосовой фильтр, перестраиваемого гетеродина /г через фильтр нижних частот, имеющий частоту среза порядка 3000 Мгц, и разностной частоты Для согласования входного сопротивления 22* 339 -