2.3. Распределение уровней колебаний

При рассмотрении распределения уровней колебаний схемы рис. 2.2а и б можно считать идентичными. При анализе будем обозначать коэффициенты передачи и мощности индексами, одинаковыми с индексами соответствующих частот и ЯФУ. Опуская пока в рассмотрении колебания сдвиговых частот, запишем уравнения уровней в системе при условии, что одно из колебаний, подаваемых на смеситель (гетеродинирующее), на порядок мощнее другого.

Если - мощности гетеродинирующих колебаний, то

Если гетеродинирующими являются колебания то

При гетеродинирующем колебании Р₄

Выбор уравнения передачи зависит, в первую очередь, от схемы и диапазона работы устройства. Если, например, диапазон сантиметровый и выбрана схема рис. 2.2а, то ЯФУ₃ и ЯФУ₅ работают в сантиметровом диапазоне, ЯФУ₂ и ЯФУ₄ - в дециметровом, а ЯФУ₁ - в метровом. На МВ и ДМВ можно использовать достаточно мощные транзисторные усилители. Что же касается диапазона СМВ, то имеется большое число публикаций о разработке различных полупроводниковых усилителей (транзисторных, на диодах Ганна и на лавинно-пролетных диодах). Однако широкий серийный выпуск последних пока еще не налажен. Поэтому речь может идти лишь о ЛБВ как о широкополосных усилителях сантиметрового диапазона. В связи с этим целесообразно выбрать ур-ние (2.18).

Действительно, в этом случае гетеродинирующим колебанием является Р₄, а из P'_qi и P"_qi, видимо, лучше выбрать P'_qi (усилитель МВ при одинаковом коэффициенте усиления компактнее и надежнее усилителя ДМВ). При этом K₂ = K₃ = 1 и в систему будут включены три усилителя: МВ (в ЯФУ₁), ДМВ (в ЯФУ₄) и СМВ (в ЯФУ₅).

Для большей унификации элементов, входящих в систему (за счет некоторого усложнения последней), можно в качестве гетеродинирующего колебания выбрать не P'_qi, а P"_qi. В этом случае K₂ = K₃ = 1 и в систему будут включены два дециметровых усилителя (в ЯФУ₂ и ЯФУ₄) и один сантиметровый (в ЯФУ₅). Как видно, в системе СМВ диапазона без усилителя на ЛЕВ обойтись не удастся.

Если диапазон устройства дециметровый, то ЯФУ₃ и ЯФУ₅ работают на ДМВ, ЯФУ₂ и ЯФУ₄ - на МВ, а ЯФУ₁ - на КВ. В этом случае можно строить систему, воспользовавшись любым из уравнений. Однако с точки зрения простоты и надежности устройства целесообразно применять возможно более низкочастотные усилители. Для этого на смесители нужно подавать гетеродинирующие колебания с ЯФУ₁ и ЯФУ₄, т. е. строить систему согласно ур-нию (2.18) при K₂ = K₃ = 1.

Для схемы рис. 2.2б при работе на СМВ ЯФУ₁, ЯФУ₄ и ЯФУ₅ суть сантиметровые устройства, ЯФУ₂ работает на ДМВ, а ЯФУ₃ - на МВ. В этом случае целесообразно выбрать ур-ние (2.16). При работе устройства на ДМВ ЯФУ₁, ЯФУ₄ и ЯФУ₅ работают в дециметровом диапазоне, ЯФУ₂ - в метровом, а ЯФУ₃ - на КВ. Следовательно, и в этом случае оптимальным является ур-ние (2.16) при К₁ = К₄ = 1.

Рассмотрим реальные уровневые соотношения, с которыми можно встретиться на практике, исходя из современного состояния развития отечественной техники. Опыт работы с элементами подобных устройств показывает, что при использовании примерно пятидесятых-шестидесятых гармоник с выхода генератора гармоник P'_q ≈ Р"_q ≈ P'"_q ≈ 1 мкВт, а коэффициенты преобразования смесителей обычно К_См1 ≈ К_См2 ≈ -10 дБ при мощностях гетеродинирующих колебаний порядка 2-5 мВт. При необходимости иметь P_0i ≈ 10 мВт из ур-ния (2.18) находим, что K₄ ≈ K₅ ≈ 50 дБ, а из ур-ния (2.16) - что K₅ ≈ 60 дБ.

Как показывает порядок полученных величин, вопрос о распределении уровней колебаний весьма серьезен, поскольку современные промежуточные ЛБВ сантиметрового диапазона имеют коэффициенты усиления порядка 25-30 дБ, а транзисторные усилители ДМВ - примерно 5 дБ на каскад.

Другими устройствами, помимо которых можно обеспечить большие коэффициенты усиления и одновременно узкие полосы фильтрации, являются компенсаторы и кольца ФАПЧ. Однако их применение дает не только значительный выигрыш, но имеет также и серьезные недостатки, связанные с увеличением сложности системы. Поэтому вопрос о построении синтезатора с включением в него компенсаторов или колец ФАПЧ должен решаться не только исходя из распределения уровней колебаний в системе, но и из анализа других характеристик.