Входные цепи с ненастроенной антенной
Анализ входной цепи с комбинированной связью с ненастроенной антенной (рис. 4.4, е) и с трансформаторной связью с нагрузкой (рис. 4.7, а) позволяет получить результаты в общем виде [1]. Упростив стандартный эквивалент антенны, получим эквивалентную схему входной цепи (рис. 4.10, а), где емкость схемы , где CL – собственная емкость индуктивности LК; CМН – емкость монтажа.
Рис. 4.10 - Эквивалентные схемы входной цепи с комбинированной связью с антенной
Проводимость нагрузки определяется входной проводимостью усилительного прибора
, (4.10)
где w – текущая частота, наводимая в контуре входной цепи.
Связь нагрузки контура осуществляется при помощи обобщенного трансформатора нагрузки ТрН с коэффициентом трансформации
, (4.11)
где – реактивное сопротивление связи с нагрузкой;
– характеристическое сопротивление контура входной цепи.
Переходя от генератора напряжения EА – к генератору тока и пересчитав сопротивления антенной цепи и нагрузки в контур
; ; , (4.12)
получим систему из двух связанных контуров (рис. 4.10, б) – перестраиваемого и антенного с частотой . Полагая связь между контурами малой, перейдем к схеме с одним колебательным контуром (рис. 4.10, в)
; ;
, (4.13)
возбуждаемым частотно-зависимым генератором тока
,
где – собственное сопротивление потерь колебательного контура; – сопротивление потерь эквивалентного контура; , – нормированные величины, определяемые коэффициентом удлинения антенны по отношению к контуру входной цепи и фактором связи входной цепи с антенной соответственно.
Коэффициент передачи ВЦ определяется выражением
, (4.14)
где – обобщенная расстройка входной цепи;
– эквивалентное резонансное сопротивление нагруженного контура ВЦ.
Эквивалентная добротность и резонансное сопротивление нагруженного контура
; . (4.15)
Из выражений (4.13) и (4.14) следует
, (4.16)
где R0 – эквивалентное сопротивление ненагруженного контура на резонансной частоте.
Добротность ненагруженного контура при перестройке контура ВЦ емкостью практически не меняется, так как волновое сопротивление и сопротивление потерь линейно зависят от частоты.
Эквивалентная добротность в общем случае зависит от частоты, но при малых связях ВЦ с антенной цепи и нагрузкой можно принять постоянной, а пропорционально частоте настройки. Коэффициент передачи входной цепи на резонансной частоте
, (4.17)
где ; . Из выражений (4.14), (4.17) избирательность входной цепи
. (4.18)
Отношение для различных видов связи контура с нагрузкой различно. Для трансформаторного включения
; , (4.19)
где .
Для катушек индуктивности, выполненных с применением ферритовых сердечников,
, (4.20)
где и – число витков в катушке контура входной цепи и катушке связи с нагрузкой соответственно.
При автотрансформаторной связи входной цепи с нагрузкой коэффициент трансформации при резонансе (рис. 4.7, б) определяется выражением [1]
,
где под коэффициентом связи понимается связь между нагруженной частью катушки и всей катушкой.
При емкостной связи контура ВЦ с нагрузкой
; , (4.21)
Схема одноконтурной входной цепи с трансформаторной связью с антенной (рис. 4.4, а) и нагрузкой (рис. 4.7, а) анализируется как частный случай эквивалентной схемы (рис. 4.10, а) при отсутствии конденсатора связи CСВ. Коэффициент передачи напряжения входной цепи
, (4.22)
при этом резонансный коэффициент передачи
. (4.23)
Выражение (4. 23) определяется видом связи контура входной цепи с антенной и с нагрузкой. Зависимость эквивалентной добротности QЭ от частоты, как правило, незначительна.
Входная цепь с трансформаторной связью имеет три возможных режима работы: удлинения, укорочения и режим, когда резонансная частота антенной цепи находится в диапазоне принимаемых частот (рис. 4.11).
Рис. 4.11 - Зависимость коэффициента передачи ВЦ с трансформаторной связью с антенной от частоты настройки
Режим удлинения. Режим удлинения возникает при условии, что резонансная частота антенной цепи меньше минимальной частоты настройки контура ВЦ и характеризуется коэффициентом удлинения [21]
,
где – минимальная частота настройки контура ВЦ;
– резонансная частота антенной цепи.
Резонансный коэффициент передачи входной цепи при большом удлинении практически не изменяется и определяется выражением [21]
, (4.24)
где k – коэффициент связи.
Из последнего выражения следует, что при большой индуктивности связи с антенной ток в антенной цепи изменяется обратно пропорционально частоте. Добротность контура входной цепи обратно пропорциональна частоте и поэтому, несмотря на то, что эквивалентное сопротивление контура растет пропорционально частоте, коэффициент передачи входной цепи уменьшается.
Неравномерность коэффициента передачи входной цепи
, (4.25)
где – коэффициент перекрытия по частоте.
Наиболее целесообразным режимом работы является режим малого удлинения
.
Дальнейшее приближение собственной частоты антенны к нижней границе диапазона приводит к увеличению неравномерности резонансного коэффициента передачи. Для КВ-диапазонов с малым коэффициентом перекрытия
. (4.26)
Избирательность входной цепи при произвольной расстройке
, (4.27)
где определяется выражением (4. 16) и (4. 17).
Режим укорочения характеризуется тем, что резонансная частота антенной цепи больше, чем максимальная частота рабочего диапазона, и характеризуется степенью укорочения
,
где – максимальная частота настройки контура ВЦ;
Резонансный коэффициент передачи ВЦ с укороченной антенной определяется выражением [21]
. (4.28)
Неравномерность коэффициента передачи определяется выражением
. (4.29)
Из (4.28) следует, что при постоянной э.д.с. ток в антенной цепи определяется ее емкостным сопротивлением и поэтому изменяется прямо пропорционально частоте. Кроме того, эквивалентное сопротивление контура также растет пропорционально первой степени частоты. В результате выходное напряжение будет пропорционально квадрату частоты.
При выборе режима работы антенной цепи наиболее предпочтительным является режим удлинения. Это вызвано достаточно малой неравномерностью изменения резонансного коэффициента передачи в диапазоне перестройки входной цепи. Иногда, с целью удлинения, добавляют емкость удлиненияСудл. (рис. 4.4, а).
При определении коэффициента связи контура с антенной цепью и нагрузкой используют не только режим согласования, соответствующий максимальной передаваемой мощности, но и режим неполного согласования, при котором обеспечивается заданная избирательность, ослабление на краях заданной полосы пропускания, расстройка колебательного контура цепью антенны и нагрузкой, минимум шумов.
Оптимальная связь контура с антенной (режим согласования) определяется условием
, (4.30)
где сопротивление потерь в контуре с учетом влияния нагрузки определяется
. (4.31)
Оптимальная связь:
;
, (4.32)
где – добротность нагруженного по выходу контура входной цепи;
– добротность антенной цепи.
Из выражения (4.32) следует, что оптимальный коэффициент связи зависит от частоты, поэтому на практике принимается его среднее значение.
Схема одноконтурной входной цепи с внешнеемкостной связью с антенной (рис. 4.4, в) анализируется как частный случай эквивалентной схемы (рис. 4.10) при отсутствии трансформаторной связи (рис. 4.12).
Рис. 4.12 - Эквивалентные схемы входной цепи с внешнеемкостной связью с антенной
Коэффициент передачи такой входной цепи путем предельного перехода индуктивности связи Lсв ® ¥, mсв = 0 [1]
, (4.33)
где – резонансное сопротивление контура входной цепи;
x – обобщенная расстройка контура ВЦ.
Резонансный коэффициент передачи входной цепи определяется выражением
. (4.34)
При емкостной перестройке изменение резонансного коэффициента передачи в диапазоне частот принимаемого сигнала не превышает величины
, (4.35)
где kД – коэффициент перекрытия по частоте.
Избирательность входной цепи при произвольной настройке определяется выражением
, (4.36)
где определяется выражениями (4.19) и (4.21).
При проектировании ненастроенных антенн величину емкости связи принимают из условия CСВ << CА, при этом CА вн » CСВ.
Выбор емкости связи производится из условия согласования при заданной избирательности, ослабления на краях полосы пропускания и допустимой расстройке контура входной цепи.
Емкость связи из условия согласования имеет вид [1]:
. (4.37)
Емкость связи из условия избирательности и ослабления на краях полосы пропускания
. (4.38)
Емкость связи при условии допустимой расстройки контура входной цепи цепью с антенной
. (4.39)
При малых разбросах правая часть неравенства может неограниченно возрастать – это значит, что по условию заданной допустимой расстройки контура антенна может быть включена непосредственно. Из двух рассчитанных значений емкости связи выбирают ее меньшее значение.