Схема АП показана на рисунке.

 

Рисунок 2. Схема антенного переключателя.

Циркулятор E - устройство, обладающее следующими свойствами: при подаче сигнала на плечо 1 циркулятора выходной сигнал появляется в плече 2 с очень малым (порядка 0.2…0.5 дБ) ослаблением, в то время как в плече 3 он существенно (на 13 … 25 дБ) ослабляется. Аналогично, при поступлении на плечо 2 он без ослабления появляется на плече 3 и не проходит на выход плеча 1. В АП вместо четырехплечего циркулятора используют два трехплечих циркулятора, соединенных последовательно, которые проще в изготовлении и обладают меньшими потерями.

В АП сигнал от передатчика (сигнал высокого уровня) поступает на плечо 1 циркулятора E1 и через плечо 2 поступает в антенну. Лишь небольшая ослабленная по мощности часть сигнала проходит на плечо 3 и через циркулятор E2 попадает на вход разрядника U1. Мощности сигнала достаточно для зажигания разрядника, на который через сопротивление резистора R1, равное 2 … 4 МОм, подают напряжение поджига Uпд = 700 В (Pз < 150 … 1000 мВт). Разрядник создает в линии передачи практически короткое замыкание, и СВЧ-сигнал, отражаясь от него в направлении к циркулятору E2, поглощается в согласованной нагрузке Rп, чем достигается защита УСВЧ или смесителя от выжигания.

После зажигания поступающая мощность резко уменьшается и составляет не более 50... 70 мВт. Выделяющиеся энергия СВЧ и мощность во время действия плоской части импульса могут вывести из строя или необратимо ухудшить параметры диодов ППУ или смесителя.

Для предотвращения этого после разрядника ставят резонансный СВЧ-ограничитель, включаемый в основную линию через отрезок линии длиной l / 4. Он представляет собой параллельное соединение разомкнутого емкостного шлейфа l1 и последовательно соединенных ограничительного диода VD1 и короткозамкнутого шлейфа l2.

Для сигнала высокого уровня диод VD1 эквивалентен последовательному соединению индуктивности выводов (порядка 0.2 … 2 нГ) и малого активного сопротивления потерь Rв = 1.3 … 2 Ом. Последовательно соединенные диод, короткозамкнутый шлейф l2 (его реактивное сопротивление носит индуктивный характер) и разомкнутый емкостный шлейф l1 (eгo емкость C1) образуют параллельный резонансный контур. Волновое сопротивление шлейфов l1 и l2 выбирают порядка 40 Ом. Сопротивление контура при резонансе достаточно велико и четвертьволновый отрезок линии l3 оказывается практически разомкнут, а его входное сопротивление близко нулю. Вследствие этого просачивающаяся энергия отражается в обратном направлении. Ослабление сигнала высокого уровня в ограничителе составляет 15 … 20 дБ, что обеспечивает работу последующих устройств.

Отраженный от цели сигнал (сигнал низкого уровня) поступает из антенны сначала на плечо 2 циркулятора E1, потом на плечо 3, а затем на плечо 1 E2 и через его выходное плечо 2 на вход разрядника U1. Мощность такого сигнала недостаточна для зажигания U1. Прямые потери сигнала в U1 составляют 0.3 … 1,5 дБ.

Совместно с отрезком длиной l2 диод образует последовательный колебательный контур, сопротивление которого при резонансе равно rп = 18... 20 Ом и мало по сравнению с волновым сопротивлением основной линии Z0. Таким образом, к отрезку длиной l1 подключена нагрузка, сопротивление которой Zн = rн + l / (j C1), т. е. отрезок длиной l1 практически замкнут накоротко, его входное сопротивление очень велико и ослабление полезного сигнала практически отсутствует (L = 0,1... 0,3 дБ). Для замыкания постоянной составляющей тока ограничителя в точке подсоединения диода включен короткозамкнутый четвертьволновый отрезок с максимально возможным с точки зрения технической реализации значением Z0 = 85... 95 Ом. Полоса пропускания АП составляет 3... 10 % от несущей.

Произведем расчет антенного переключателя.

Пусть требуется рассчитать резонансный ограничитель 3-см диапазона волн.

f₀=8,6·10⁹Гц Рабочая частота.

f_пр=50·10⁶Гц Промежуточная частота.

W₀=50 Ом Волновое сопротивление подводящих линий.

L_{зап_дБ}=13дБ Потери запирания.

L_зап=10^{Lзап_дБ/10}=19,953 Потери запирания (в разах).

Параметры ограничительных диодов даны в таблице 3.

Таблица 2.

Выберем бескорпусной ограничительный диод со следующими параметрами:

Cпер=0,4·10^-12Ф Емкость перехода.

r_н=12 Сопротивление потерь диода на низком уровне мощности.

r_в=1,8 Сопротивление потерь диода на высоком уровне мощности.

Lпос=0,4·10^-9Гн Последовательная индуктивность выводов диода.

Pрас_макс=0,3Вт Максимальная рассеиваемая средняя мощность.

Минимальная критическая частота диода.

Расчет ограничителя будем производить на основе заданной величины Lзап, считая, что в данном примере важно получить не максимально возможные потери запирания, а минимальные потери пропускания. Последние находим по формуле:

дБ Потери пропускания в дБ.

Практически потери Lпр будут несколько выше за счет потерь в отрезках микрополосковых линий.

Оценим полосу запирания ограничителя:

Праб_выс=2π·f₀²Cпер·r_в=3,976·10⁸

Рассчитаем максимально допустимые уровни импульсной Ри_пд_макс и средней Рпд_макс СВЧ мощности, которые можно подводить ко входу ограничителя.

Полагая, что при импульсном режиме работы скважность q = l / (Fпос и) = 1000, где fпос - частота посылок импульсов, и - длительность последних, определяем:

Q=1/(F·τ_и)=1·10³

Основным недостатком диодных ограничителей является относительно небольшой допустимый уровень импульсной мощности Ри_пд_макс от сотен ватт до 1-2 кВт. Для устранения этого недостатка и объединения достоинств РЗП и ограничителей используют так называемые разрядники-ограничители. Они представляют собой сочетание РЗП (нередко без электрода вспомогательного разряда), и следующего за ним диодного ограничителя. Разрядники-ограничители, не требующие никаких источников питания, выдерживают большие импульсные мощности (свыше 10 кВт) и обеспечивают защиту приемника от всех возможных сильных сигналов помех.

Учитывая частотный диапазон проектируемого антенного переключателя, выберем РЗП типа РР6. Для него:

Qк=1100

 

 

Ослабление зеркального канала при нижней настройке гетеродина за счет РЗП: