Исследование комбинационных помех в анализаторе спектра миллиметрового диапазона длин волн (стр. 2 из 3)
(2.1.10) 
(2.1.11) 
(2.1.12)Таким образом окончательная формула для расчета относительного ослабления комбинационной помехи имеет следующий вид:
(2.1.13)2.2 Метод аппроксимации ВАХ диода степенным рядом.
Для исследования продуктов комбинационных преобразований в смесителе в случае малой амплитуды гетеродина воспользуемся аппроксимацией степенным рядом [1].
Рассчитаем уровень комбинационных помех для этого случая. Ток, протекающий через диод, запишем в виде:
(2.2.1)где
коэффициенты ряда; 
входное напряжение.Входное напряжение, как и в пункте 2.1.2, представляет собой сумму напряжений:
(2.2.2)где
напряжение и частота основного колебания гетеродина; 
напряжение и частота побочного колебания гетеродина; 
напряжение и частота входного сигнала.Для исследования комбинационных помех в смесителе не выше третьего порядка воспользуемся аппроксимацией вольт амперной характеристики диода полиномом пятой степени [1]. Найдем выражение для тока диода. При расчете учтем только члены, дающие вклад в выходной ток преобразователя на промежуточной частоте. В случае когда напряжение смещения постоянного тока равно нулю, вклад в выходной сигнал на промежуточной частоте дадут только члены полинома с четными степенями. Тогда после подстановки (2.2.2) в (2.2.1) получим :
(2.2.3)Найдем амплитуды откликов в выходном сигнале смесителя при преобразованиях на основном и побочном колебаниях гетеродина:
(2.2.4) 
(2.2.5)Рассчитаем относительный уровень комбинационных
помех:
(2.2.6)В предположении U1 >> U2, U1 >> U3 получим:
(2.2.7)или:
(2.2.8)Из разложения экспоненциальной функции в ряд Маклорена следует, что коэффициенты К2, К4 при членах разложения с четными степенями могут принимать только положительные значения. Тогда видно, что отношение
W2/W1 лежит в пределах:
(2.2.9)или:
(2.2.10)На основании полученных результатов с учетом выражений (2.1.13) и (2.2.10) могут быть сделаны следующие выводы:
при "большой" мощности основного колебания гетеродина комбинационная помеха на выходе преобразователя ослаблена больше, чем побочное колебание в гетеродине;
при "малой" мощности основного колебания гетеродина дополнительного ослабления комбинационной помехи на выходе преобразователя не происходит.
3. Расчет и экспериментальное измерение относительных уровней комбинационных помех.
Основной целью эксперимента было определение динамического диапазона в АС мм диапазона по комбинационным искажениям с преобразованием на 1ой гармонике гетеродина с умножением частоты.
3.1 Исследование уровней побочных колебаний
в сигнале гетеродина.
В этом эксперименте исследовалась работа волноводных
умножителей частоты на 2 и на 3 в диапазоне
25,9537.5 ГГц.
1 задающий генератор Г480 (Г481);
2 умножитель на 3 коаксиальный;
3 измеритель мощности P1;
4 измеритель мощности P9 ( P6 );
5 умножитель на 3 ( на 2 ) волноводный;
6 направленный ответвитель 10 дБ;
7 усилитель мощности;
8 переключатель 1:2 волноводный;
9 аттенюатор Д336;
10 аттенюатор 10 дБ;
11 измеритель мощности P3;
12 перестраиваемый фильтр;
13 смеситель;
14 фильтр низкой частоты;
15 генератор Г456;
16 анализатор спектра СК487.
С генератора 1 напряжение сигнала поступает на умножительчастоты 2, где происходит умножение частоты задающего генератора.Уровень мощности контролируется измерителем мощности 3. С умножителясигнал поступает на усилитель мощности 7, усиливается и черезнаправленный ответвитель 6 приходит на второй умножитель 5, гдепроисходит окончательное формирование сигнала КВЧ гетеродина.Далее через аттенюатор 9, переключатель 8 этот сигнал черезпреселектор 12 подается на сигнальный вход смесителя 13 для анализа.
На гетеродинный вход смесителя через ФНЧ 14 приходит сигнал с генератора 15. Преобразованный сигнал исследуемого КВЧ гетеродина поступает наанализатор спектра 16, где происходит его дальнейший анализ.
Рассчитаем частоту задающего генератора Г480 для приеманачальной частоты Fc рассматриваемого диапазона.
Fзг=(FcFпч)/n, (4.1.1)
где Fпч промежуточная частота, Fпч=1 ГГц,
Fc частота сигнала,
n общий коэффициент умножения.
Таким образом Fзг= (261)/6 = 4,16 ГГц при использовании умножителя на 2.Наибольший уровень на выходе умножителя на 2имеет побочное колебание, получающееся умножением на 3, то есть
9ая гармоника задающего генератора.
Таким образом частота побочного колебания Fп = 4,16*9 =36,44 ГГц.
Уровень основной гармоники Р6=12 мВт,а показание СК487 4 дБмпри частоте настройки Г456 27 ГГц.Перестройкой Г456 на частоту 37,44 ГГц получаем отклик на СК487, равный 26 дБм,что соответствует уровню побочного колебания Р9=0,08 мВт.
При использовании волноводного умножителя на 3 частота задающегогенератора устанавливается Fзг= (261)/9 = 2,78 ГГц. Наибольшийуровень имеет побочное колебание, получающееся на 12ой гармоникезадающего генератора. Частота этого колебания Fп=Fзг*12 и будетсоответственно Fп=34,33 ГГц. Уровень основной гармоникиР9=2,4мВт, а уровень побочного колебания Р12=0,8 мВт определеныпо описанной выше методике.
Уровни мощности основного колебания гетеродина Р6 и Р9определяются максимальнодопустимой мощностью на входе волноводного умножителя равной 100 мВт.
4.2 Расчет и исследование уровней комбинационных помех
смесителя.
________ __________ _________ _________
| | | | | | | |
| 1 |>| 2 |>| 3 |>| 4 |>
|________| |__________| |_________| |_________| |
| |
________ _______ ________ ________ _________ |
| | | | | | | | | | |
| 5 |>| 6 |>| 7 |>| 8 |>| 9 |<
|________| |_______| |________| |________| |_________|
| |
___|____ ____|____
| | | |
| 10 | | 11 |
|________| |_________|
Рис.2 Блок схема установки для исследований комбинационных
помех смесителя.
1 генератор Г480 (Г481)
2 умножитель на 3
3 усилитель мощности
4 умножитель на 2 ( на 3 )
5 генератор Г456
6 ФНЧ
7 переключатель
8 аттенюатор
17
9 смеситель
10 измеритель мощности
11 анализатор спектра СК487
С задающего генератора 1 поступает сигнал на умножитель
частоты 2затем на усилитель мощности 3, усиливается и поступаетна умножитель частоты 4, где сигнал переносится на нужнуюнам частоту, а именно на частоту 6ой или 9ой гармоники ( взависимости от того, какой у нас умножитель, на 2 или на 3 ),
далее сигнал поступает на гетеродинный вход смесителя 9.Сигнал
с генератора 5 через ФНЧ 6, переключатель 7, аттенюатор 8 пос
тупает на сигнальный вход смесителя. Продукты преобразования с
выхода смесителя измеряются анализатором спектра 11.
Измерения проводились по следующей методике.
Частота Г480 устанавливалась 4,16 ГГц при работе с умножением
на 6 основного преобразования и 2,78 ГГц при работе с умножением
на 9. Уровень сигнала Г456 поддерживался постонным и равным
30 мкВт. Значения частоты Г456 устанавливались такими же как
указано в разделе 4.1. Фиксировалось ослабление аттенюатора
Д336 при превышении отклика анализатора СК487 от входных
сигналов над собственными шумами на 3 дБ.
Результаты исследований сведены в таблицу, в ней же
приведены относительные уровни побочных колебаний гетеродина,
измеренных в пункте 4.1:
таблица 1
______________________________________________________________
|Умножи|Частота,ГГц|Ослабление|Уровень ||Уровень побочного |
| тель | |Д336,дБ |помехи,дБ||колебания гетеродина|
|_______|___________|__________|_________||____________________|
| x2 | 27 | 76 | || |
| x2 | 37,44 | 49 | 27 || 22 |
| x3 | 27 | 66 | || |
| x3 | 34,33 | 63 | 3 || 5 |
|_______|___________|__________|_________||____________________|
Таким образом из исследований видно, что при использовании
умножителя на 2 ослабление комбинационной помехи превышает
относительный уровень побочного колебания гетеродина.
Для оценки ослабления можно воспользоваться выражением (2.1.13).
При использовании умножителя на 3 относительный уровень
комбинационной помехи не ниже уровня побочного колебания гетеродина.Для оценки уровня помехи в этом случае можно воспользоваться выражением (2.2.8).
Из полученных результатов следует, что коэффициент ум
ножения задающего генератора целесообразно выбирать таким образом,чтобы использовать волноводный умножитель на 2.
4.3 Измерение относительных уровней комбинационных помех
в анализаторе спектра.
_____ _____ _____ _____ | ____ ____ ____ ____ |