Применим полученные соотношения к приемному модулю многоцелевого назначения (см. рис. 6.1, а). Пусть заданы верхняя граница линейности амплитудной характеристики модуля Р тах — Ю мкВт, шумовая полоса Пш = 16 МГц, коэффициент различимости Д = 1 и значения параметров узлов: Ln<j> = Кпф = = 0,6 дБ, L0rp — 0,5 дБ, / С рмшу = == 17 дБ, А^ шмшу = 2,5 дБ, Кр См= = — 7 дБ (диодный смеситель), ^Сшсм = 8 дБ, Кр упч = 15 дБ, /(шупч = 3 дБ.
Рассчитав Кш п0 формуле (2.56) для каскадного соединения четырехполюсников:
определим динамический диапазон модуля:
Отнеся индексы i = 1,2,3 соответственно к МШУ, смесителю и
УПЧ (ограничитель ДЛЯ ^щах =
= 10 мкВт считаем линейным и поэтому не учитываем), из (6.3) находим: Д мшу - 84,4 дБ, Дсм - 96 дБ, Дупч = 94 дБ. Зная Д, и К mi. находим значение максимальной мощности на входе каждого узла по соот-
ношению Рщахг = ilf kl о ПтЛш<Д-
При эгон имеем: Ртяхмшу ~ 31 мкВт,
^тяхгм^ЬбмВт, рщахупч-=316мкВт.
Как видно из этих данных,
Р maxfi + i) PmaxiKpi, Т. е. ни в
одном из узлов нет значительного запаса по максимальной мощности.
Продолжим рассмотрение функциональных схем приемных СВЧ-модулей. В спектроанализаторах, системах радиоконтроля используются перестраиваемые по частоте приемные СВЧ-модули. Чаще реализуется электрическая (с помощью варикапов) или магнитная (с помощью резонаторов на железоиттриевых гранатах — — ЖИГ) перестройка, реже — перестройка путем изменения питания модулей. Функциональная схема одного из таких модулей приведена на рис. 6.2. Перестройка осуществляется с помощью резонаторов на ЖИГ, которые включены во входную цепь, на вход смесителя, в гетеродин. Как известно, резонансная частота резонатора на ЖИГ, выполненного в форме сферы, линейно зависит от напряженности внешнего магнитного поля: /о(МГц) = 0,035Я (Мм). Практически магнитное поле изменяется путем изменения тока в электромагните, между полюсными наконечниками которого размещается резонатор на ЖИГ. Напряженность магнитного поля, создаваемого электромагнитом, пропорциональна току, поэтому достаточно просто реализуется сопряженная перестройка резонатора гетеродина с резонаторами во входной цепи и на входе смесителя. Диапазон перестройки может достигать несколько октав, однако скорость перестройки сравнительно невелика (1—2 ГГц/мс), что объясняется значительной индуктивностью катушки электромагнита.
В приемопередающих модулях для приема и передачи обычно используется одна антенна. В этом случае приемная часть модуля подключается к антенне через переключатель «прием —■ передача» при импульсном режиме работы, непосредственно или через циркулятор при непрерывном
Рис. 6.2
режиме, через фильтры (часто в тании с циркулятором) при ра: частот приема и передачи. Типи1 пример непрерывного режима | ты—режим доплеровских РЛС (i рители скорости движения автот{ порта путем измерения доплеровс смещения частоты /д, датчики а сти и т.д.). Функциональные схем! дулей для доплеровских РЛС i ставлены на рис. 6.3. На с рис. 6.3, а генератор и смеситель ключены к антенне через циркул} причем часть мощности генера ответвляется и подводится к см& лю в качестве колебаний гетеро;
С целью упрощения и удеш(ния модуля циркулятор иногда ключают, при этом чувствителы модуля снижается примерно в 2 j Смесительные диоды подключак общему СВЧ-тракту через дели мощности (рис. 6.3, б). На рис. 6 показана схема конструктивно с простого модуля, в котором од.т тивный полупроводниковый пр (транзистор, диод Ганна, лави пролетный диод — ЛПД) совм& функции генератора, гетеродин смесителя (так называемый автс ный прием). Недостаток автоди!
модулей — сравнительно низкая чувствительность, так как генерирую-щий смеситель имеет повышенный коэффициент шума (30 дБ и бо-лее).
Учитывая, что приемные и приемопередающие модули широко используются в АФАР, рассмотрим более подробно особенности модулей этого назначения [31. Модули, применяемые в АФАР, имеют в своем составе управляемые фазовращатели, схемы управления, контроля. Кроме того, специфика АФАР конкретного назначения привносит свои особенности в функциональную схему модуля. Наконец, общим требованием для модулей АФАР является идентичность их фазочастотных характеристик, причем при работе приемных модулей в условиях значительного изменения уровня входного сигнала добавляется также требование идентичности фазо-амплитудных характеристик.
Рассмотрим особенности построения функциональных схем приемопередающих модулей АФАР. На рис. 6.4, а, б показаны схемы приемопередающих модулей с преобразованием и без преобразования частоты соответственно. Особенностью модуля, выполненного по схеме рис. 6.4, а, является применение умножителей частоты на четыре как в приемной, так и в
передающей его части. Это позволяет, во-первых, повысить диапазон рабочих частот модуля, во вторых, реализовать фазовращатели на более низкой частоте и с меньшими фазовыми сдвигами, что проще. Фазовращатели выполнены дискретными и фиксированные значения фазы устанавливаются по сигналам из блока управления. Как видно, в приемной части модуля отсутствует МШУ. Принцип работы такого модуля довольно прост: в режиме приема с помощью двух переключателей на смеситель подаются мощности входного сигнала и гетеродина, а в режиме передачи с помощью этих же переключателей на излучатель подается мощный выходной сигнал модуля. Недостатком модуля является то, что переключатель, подключенный к излучателю, в режиме передачи работает на высоком уровне мощности, что снижает КПД модуля. Указанный недостаток устранен в модуле, выполненном по схеме рис. 6.4,6, за счет введения циркулятора. Переключатель вынесен в приемную часть модуля, которая кроме него содержит диодный ограничитель, МШУ, фильтр и дискретный аттенюатор. Фазовращатель здесь используется и на прием, и на передачу. Так как оба переключателя работают на низком уровне мощности, они могут быть унифицированы. Дискретный аттенюатор позволяет синтезировать диаграмму направленности АФАР в режиме приема. Параметры модуля по схеме рис. 6.4, б: максимальная выходная мощность 200 Вт на средней частоте 1,3 ГГц, коэффициент усиления приемной части в относительной полосе 10% 18 дБ, коэффициент шума 1,7 дБ. Дискретный аттенюатор имеет фиксированные затухания 2,4 и 8 дБ, а фазовращатель — пять фиксированных значений фазы (11,25; 22,5; 45; 90 и 180°). Габаритные размеры модуля 150 х 100 х 30 мм. Модуль выполнен по гибридно-интегральной технологии.
Рассмотрим особенности приемных модулей АФАР. В модуле по схеме рис. 6.5, а сигнал принимается излу-
чателем, усиливается, фазируется и поступает в систему первичной обработки сигналов, которая в простейшем случае представляет собой многоканальный сумматор, на остальные входы которого поступают выходные сигналы других модулей. В модуле по схеме рис. 6.5, б дополнительно включены смеситель и УПЧ, что, с одной стороны, требует в составе АФАР еще одной распределительной системы для подведения мощности гетеродина ко всем модулям, а с другой стороны, распределительная система для подключения выхода каждого модуля к системе первичной обработки сигналов оказывается проще, так как на промежуточной частоте неточности длин линий передачи значительно меньше влияют на идентичность фазо-частотных характеристик модулей. Кроме того, фазовращатели могут располагаться в тракте гетеродина и, следовательно, выполняться на фиксированной частоте (что проще) или в тракте промежуточной частоты и выполняться более точными и дешевыми.
Чувствительность АФАР должна быть выше чувствительности пассивной ФАР, в противном случае АФАР не будет иметь одного из основных преимуществ по сравнению с пассивной ФАР. Это ограничение предъявляет определенные требования к усилительным и шумовым свойствам отдельных узлов приемного модуля. Выясним их. Для коэффициента шума модуля по схеме рис. 6.5, а можно записать
Кш афар = /СшМШУ+ (АшВУ L<t> —
- Ш&шу, (6.4)
где / Сшмшу и Кр мшу — коэффициент шума и коэффициент усиления по мощности малошумящего усилителя; ^шву — коэффициент шума выходного устройства, подключенного к выходу системы первичной обработки сигналов (на рис. 6.5, а не показано); £-ф, Ls — потери в фазовращателе и сумматоре (в системе первичной обработки сигналов)
Аналогично, для коэффициент шума модуля пассивной ФАР имее
/Сшфар -~ ЕфЕъКщЪУ- (6. i
Разделив выражение (6.5) на (6.4 получим энергетический выигрыш, к(торый обеспечивает АФАР в сравн! нии с пассивной ФАР;
В = Л шФЛр /А ^шАФАР =*
(6.(
Максимальный выигрыш реализ} ется при достаточно большом коэфф! циенте Кр мшу:
5,„нх да La,/_£ /Сшву//СшМШУ. (6.'
Предельный выигрыш можно пс лучить при Кшшиу -*■ 1: ^пред s да Z.< j >L j АГшву. Например, при Ьф -— 1,43, Lj == 2 и К шышу -- АС шву~ = 2 максимальный выигрьп
