10.3. Вопросы конструирования, настройки и измерения основных характеристик УРУ

При разработке конструкции УРУ необходимо учитывать ряд общих положений, которыми руководствуются при конструировании СВЧ устройств. В первую очередь к ним следует отнести то, что конструкция в значительной (мере определяет электрические характеристики УРУ. Отсюда вытекает необходимость тщательной обработки элементов конструкции и их компоновки: линий передач, согласующих трансформаторов сопротивления, расположения усилительных элементов, их высокочастотного соединения, развязки по цепям питания и т. д. При построении УРУ целесообразно пользоваться достижениями в области технологии производства СВЧ схем. Применение техники печатных схем дает возможность уменьшить вес и габариты УРУ, повысить его технологичность и надежность, а также повторяемость эксплуатационных характеристик. Дальнейшее улучшение конструкций УРУ можно получить, используя достижения микроэлектроники.

При конструировании УРУ необходимо учитывать некоторые специфические особенности. Основная из них состоит в широком диапазоне рабочих частот от десятков килогерц до единиц гигагерц и выше. Поэтому весьма важным является правильный выбор типов радиокомпонентов с точки зрения их высокочастотных свойств. Особое внимание требуется обращать на высокочастотные свойства блокировочных и разделительных конденсаторов, балластных сопротивлений и дросселей в цепях питания. При настройке УРУ необходимо использовать подстроечные конденсаторы с частотой собственного резонанса, значительно большей верхней граничной частоты усилителя. Длина проводников, соединяющих линии передач с усилительными элементами, должна быть минимальной. Большое значение имеет способ исполнения индуктивностей передающих линий. Опыт конструирования УРУ показывает, что хорошие результаты, с точки зрения технологичности, габаритов, повторяемости характеристик, улучшения высокочастотных свойств УРУ, дает применение в линиях передач катушек индуктивности, выполненных печатным способом. Даже при верхней граничной частоте усилителя порядка 250-300 МГц использование печатных индуктивностей при правильно выполненной конструкции обеспечивает выигрыш в габаритах по сравнению с усилителями, индуктивности которых изготовлены объемными. Другой специфической особенностью УРУ является требование максимально возможной простоты его конструкции и электрической схемы, что делает предпочтительным применение ФНЧ типа k в особенности в транзисторных усилителях. При необходимости, полосовые свойства обеспечиваются ФВЧ типа k, стоящими за пределами каскада.

Рис. 10. 15. Принципиальная схема УРУ 0,40-Б

Настройка УРУ при отработанной конструкции не представляет сколько-нибудь значительной сложности. Поэтому остановимся более подробно на настройке вновь разрабатываемого усилителя. Хотя в зависимости от назначения усилителя в настройке имеются некоторые особенности, можно выделить следующие общие вопросы, которые в ходе ее решаются: внешний осмотр правильности монтажа схемы, настройка каскадов по постоянному току, проверка высокочастотных контактов, контроль частоты среза и КСВН передающих линий и усилителя в целом, уточнение элементов электрической схемы, полученных расчетным путем (для устранения (расфазировки передающих линий и обеспечения их наилучшего КСВН).

В ламповых и транзисторных УРУ на УЭ по каскодной схеме амплитудно-частотная характеристика может быть с подъемом либо со спадом. В ламповых усилителях подъем АЧХ свидетельствует о возможности увеличения числа секций (при этом увеличивается коэффициент усиления) либо расширения полосы пропускания. При наличии спада АЧХ необходимо снизить частоты среза фильтров либо уменьшить число секций в каскаде. В транзисторных УРУ имеются дополнительные способы коррекции АЧХ. Наиболее эффективная регулировка АЧХ достигается изменением величины эмиттерной противосвязи. Однако нужно помнить, что при этом одновременно изменяется КСВН входной линии.

При настройке многокаскадного усилителя первоначально настраивается отдельно каждый каскад. После этого производится стыковка каскадов. Если в результате суммарная АЧХ имеет недопустимую неравномерность, то нужно дополнительно подстроить входы и выходы стыкующихся каскадов по КСВН. О правильной настройке УРУ на транзисторах и его устойчивости можно судить по поведению АЧХ в зависимости от напряжения питания. При уменьшении тока через транзистор коэффициент усиления УРУ равномерно падает во всей полосе пропускания, за исключением участка на верхних частотах, где происходит обычно завал АЧХ. О достаточной устойчивости усилителя можно судить по отсутствию самовозбуждения при изменении питающего напряжения от номинального, до напряжения, при котором происходит запирание транзисторов.

Амплитудно-частотные характеристики рабочих коэффициентов передачи УРУ измеряются методом сравнения выходного напряжения усилителя с напряжением на выходе согласованного генератора. Эффективным средством, увеличивающим производительность процесса измерения параметров и настройки усилителя, является применение измерителей частотных характеристик, например, XI-30.

Динамический диапазон по комбинационным составляющим можно измерять методом, описанным в [18]. Измерение производится следующим образом. С генераторов ВЧ на испытуемый усилитель подаются равные по амплитуде сигналы с частотами f₁, f₂. На выходе усилителя измерительным приемником фиксируется выходное напряжение одного из сигналов с f₁ или f₂ и амплитуда гармонической составляющей порядка (p ± q). Их отношение дает количественную оценку динамического диапазона. При измерении коэффициента шума усилителя удобно пользоваться автоматическими измерителями коэффициента шума Х5-1, Х5-5А.