Физическая энциклопедия Том 4 - Порохов А.М.
Скачать (прямая ссылка):
V, ГГц
Рио. 4. Частотная зависимость минимальных шумовых параметров радиоприёмников и их малошумящих входных каскадов: 1 — неохлаждаемые смесители на диодах Шоттки; 2 — охлаждаемые до 20 К смесители на диодах Шоттки; 3 — сверхпро-водниковые СИОсмесители, охлаждаемые до 2 К; 4 — смесители на InSb, охлаждаемые до 4 К; 5 — неохлаждаемые малошу-иящие усилители на полевых транзисторах Шоттки; 6 — усилители, охлаждаемые до 20 К; 7 — шумы атмосферы; * — квантовый шум.
= 100 ГГц, однако практич. использование в технике в оси. получили только МШУ до / » 40 ГГц, причём наиб, эффективными по совокупности характеристик являются МШУ на ПТШ, к-рые повсеместно вытесняют др. виды МШУ, в т. ч. в миллиметровом диапазоне радиоволн. Охлаждение МШУ иа этих транзисторах приводит к существенному снижению величины Tm. Из разновидностей входных каскадов Р. СВЧ ближайший к МШУ иа ПТШ по величине шумовых параметров смеситель на диодах Шоттки (СДШ), к-рый является самым распространённым малошумящим входным каскадом Р. СВЧ и наиб, продвинутым в KB-часть радиоднапазо-на. В своих диапазонах частот СДШ, как и др. функциональные элементы и узлы Р., изготавливают методами микроэлектроники в виде гибридно-интегральиых схем
Рие. 5. Смеситель на диодах Шоттки: 1 — рупорная антенна для ввода колебаний сигнала и гетеродина; 2 — конусный переход от нруглого волновода к прямоугольному; 3 — кристалл диода Шоттки сотовой структуры; 4 — проволочный вывод сигнала fm\ S — фильтр ниакой частоты иа отрезков коаксиальной линии с высоким и низким волновым сопротивлением; в — подвижный настроечный короткозамыкающий поршень; 7 — прямоугольный волновод пониженной высоты; S — контактная пружинка к ячейке диода Шоттки; 9 — опорный штифт контакт*-ной пружинки.
Преобразование частоты осуществляется в смесителе при подведении к нему мощности гетеродина. Большинство гетеродинов, применяемых в СВЧ-днапазоие, создаются на основе полупроводниковых активных элементов — диодов и транзисторов. Для создания гетеродинов на частотах / > 10 ГГц используют в оси.
2 вида диодов — Ганна диоды (ДГ) и диоды Шоттки, а также ПТШ. На основе ДГ создают автогенераторы (см. Генератор электромагнитных колебаний), использующие отрицательное дифференциальное сопротивление, возникающее в ДГ. Гетеродины иа диодах Гаииа (ГДГ) также являются самым распространённым видом гетеродинного автогенератора в диапазоне 10—150 ГГц благодаря своей миниатюрности, экономичности н малым шумам. Они могут быть с фнксиров. настройкой (со стабилизацией частоты и без иеё) и с мехаиич. или электрич. перестройкой частоты, к-рая в последнем случае часто осуществляется с помощью нелинейной ёмкости, включаемой в колебательный коитур (систему) генератора. Обычно в качестве такой ёмкости применяют полупроводниковый диод (иапр., диод Шоттки). Для стабилизации частоты используют высокодоброт-нын объёмный резонатор, чаще в виде диэлектрич. резонатора (рзс. 6). Для создания гетеродинов на частотах / > 150 ГГц применяют умножение частоты иа диодах Шоттки. Такие умножители частоты (удвоители, утроители) конструктивно сложны и содержат элементы СДШ. Транзисторные гетеродины иа ПТШ в виде пере-
Pr
3
E Il
Pmc4 в. Конструкция микрополоскового гетеродина на диоде Ганна на /-50 ГГц: і — микрополосковая плата; 2 — диэлектрический резонатор в форме диска; з — винт подстройки рабочей частоты; 4 — диод Ганна; S — СВЧ блокировочный конденсатор; в —вывод для подачи постоянного напряжения питания.
229
РАДИОПРИЁМНИКИ
РЛДИОПРЙВДЙЫЕ
страиваемых иди стабилизированных автогенераторов, подобных ГДГ, созданы, и применяются в Р. в сантиметровом и миллиметровом диапазонах, По сравнению с ГДГ оин более экономичны (выше кпд) и надёжны. Во всех случаях с укорочением длины волиы Я возрастают шум гетеродина н его влияние на величину F, а также трудности подавления зеркального канала приёма на частоте /3t расположенной симметрично частоте сигнала /с относительно частоты /г (|/с — /3| = 2/пч, где /пч — промежуточная частота). Поэтому в диапазоне миллиметровых и дециметровых воли применяют супер-гетеродинные радиоприёмники с двойным преобразованием частоты, в и-рых имеются 2 преобразователя частоты (смесителя с гетеродином) и 2 усилителя промежуточной частоты. В результате первого преобразования получают первою' (высокую) промежуточную частоту, лежащую в диапазоне СВЧ (/пч = 1—10 ГГц), а после второго вторую (относительно низкую) промежуточную частоту (/пч = 30—200 МГц), обычно используемую в Р. СВЧ с однократным преобразованием частоты. Благодаря высокой /11Ч увеличивается разное частот | /с — /8[ и облегчается задача повышения селективности Р. СВЧ по зеркальному каналу (в радиометрич. Р. СВЧ это ие требуется). Одноврем. уменьшается и вклад шума гетеродина в общин уровень шума иа выходе первого смесителя. Это обусловлено тем, что уровень составляющих шумового спектра, сопровождающего несущее колебание гетеродина, уменьшается по мере удаления от несущей частоты (т. е. по мере увеличения /пЧі); следовательно, будут малы и шумовые составляющие спектра гетеродина, преобразованные иа /пч1 в едином процессе преобразования сигнала.
