Схема комплексного весового умножителя на сверхвысоких частотах

С помощью КВУ в каждом канале ААР осуществляется весовая обработка сигналов перед их суммированием, приводящая к формированию провалов на помехи. С позиций систем автоматического управления КВУ является исполнительным устройством контура адаптации. Его регулировочные характеристики оказывают существенное влияние на динамику переходных процессов в ААР.

Как функциональный элемент КВУ представляет собой СВЧ-четырехполюсник, комплексный коэффициент передачи которого соответствует текущему значению W, представленному «сигналом» на управляющем входе (рис. 7.2,а). В классическом варианте* (рис.7.2,б) КВУ на СВЧ состоит из симметричного делителя мощности, к обоим плечам которого подключены так называемые фазочувствительные аттенюаторы (±АТ), состоящие из аттенюатора и фазового коммутатора (см. рис. 7.1, где детально представлены соответствующие цепочки). В одну из цепочек включают фиксированный фазовый сдвиг на . Тем самым формируются синфазный и квадратурный каналы, которые позволяют независимо друг от друга регулировать вещественную и мнимую части коэффициента передачи КВУ. При этом управляющие входы КВУ органично сочетаются с выходами КК, образованными синфазным и квадратурным каналом амплитудно-фазовых различителей (см. рис. 7.1,а).

а	б
Рис. 7.2. Комплексный весовой умножитель: а – схема функциональная; б – схема структурная

Будем считать, что коэффициенты передачи аттенюаторов ±AТ₁ и ±AT₂ точно соответствуют знакопеременным управляющим сигналам W΄ и W˝, которые в совокупности представляют комплексно-значную величину весового коэффициента W = W΄ + jW ˝ = . Рассуждая формально и считая, что «разветвление» сигналов и суммирование происходит без изменения их амплитуд, а аттенюаторы линейны, получаем идеализированную характеристику КВУ:

Ŝ_вых= Ŝ_вх W΄ + Ŝ_вх W ˝  = Ŝ_вх (W΄ + j W ˝) = W Ŝ_вх.         (7.2)

Этот же результат может быть получен и после анализа временных процессов в схеме по рис. 7.2,б. Действительно, пусть на вход аттенюатора AT₁ поступает сигнал s₁(t) = A_вх cos(ωt+φ). Тогда на вход AT₂ в результате сдвига фазы на 90° поступает сигнал:

s₂(t) = A_вх cos(ωt+φ+90°) = − A_вхsin(ωt+φ).

После прохождения чувствительных к знаку аттенюаторов формируется сигнал:

s_вых(t) = A_вх W ΄ cos(ωt+φ) − A_вх W ˝ sin(ωt+φ) = A_вх |W| [cos(φ_w) cos(ωt + φ) − − sin(φ_w) sin(ωt + φ)] = A_вх |W| cos(ωt + φ + φ_w),

которому соответствует комплексная амплитуда Ŝ_вых= W Ŝ_вх. При переходе к комплексным амплитудам учтено, что  Ŝ_вх = A_вх   и  W = |W| = W΄ + j W˝, где W΄ = |W| cos(φ_w), W˝ = |W| sin(φ_w).

Если КВУ реализуется как электрически управляемый пассивный СВЧ-четырёхполюсник, то его реальные характеристики отличаются от идеализированных в трёх отношениях. Во-первых, при разделении сигнала на две квадратурные составляющие и последующем их суммировании неизбежны энергетические потери. Этот фактор не играет существенной роли и легко устраняется за счёт усилителей до или после КВУ.

Во-вторых, из-за конечной (порядка ) длины тракта КВУ происходит некоторая фиксированная временная задержка сигнала, приводящая к фазовому сдвигу, который для узкополосного сигнала есть величина постоянная. Неконтролируемые фазовые сдвиги в КВУ, как и фазовые сдвиги в других элементах ААР, например, в цепях обратной связи, конечно же, недопустимы, так как могут привести к потере устойчивости системы регулирования. Поэтому в контур управления реальной ААР специально вводятся настроечные элементы, с помощью которых осуществляется фазовая калибровка цепей ААР после её изготовления. Кстати, настроечными элементами не обязательно должны быть СВЧ-фазовращатели. Их функцию могут выполнять матричные преобразователи в цепях управляющих сигналов, соответствующие очевидным равенствам

W ΄ = Ŵ ΄cos(δ) + Ŵ ˝sin(δ), W ˝ = − Ŵ ΄sin(δ) + Ŵ ˝cos(δ),            (7.3)

где Ŵ ΄, Ŵ – сигналы на входе матричного преобразователя, а W΄, W˝ − сигналы на выходе матричного преобразователя;  − вносимый настроечным элементом эквивалентный фазовый сдвиг.

В-третьих, в зависимости от технического варианта построения аттенюаторов AТ₁ и AТ₂ регулировочная характеристика, отражающая зависимость коэффициента передачи аттенюатора от управляющего напряжения/сигнала U_упр, как правило, имеет нелинейный характер.

а	б
Рис. 7.3. СВЧ аттенюатор: а − схема электрическая, б – сопротивление p - i - n диода

На рис. 7.3, а представлена электрическая схема достаточно простого варианта p - i - n диодного аттенюатора в полосковом исполнении. Диод VD₂ является основным диодом, обеспечивающим динамический диапазон изменения коэффициента передачи аттенюатора (теоретически от единицы, когда диоды заперты и их динамические сопротивления бесконечно велики, до нуля, когда диоды открыты и их сопротивления нулевые). Цепочки с диодами VD₁ и VD₃ предназначены для обеспечения режима согласования по входу и выходу аттенюатора во всём динамическом диапазоне регулирования. Значения согласующих сопротивлений R_1C и R_2C оптимизируются из этого условия, но ясно, что эти значения близки к волновому сопротивлению полосковой линии.

На рис. 7.3, б изображена типичная зависимость дифференциального сопротивления R_d  p - i - n диода от величины I_d тока через диод. В итоге регулировочная характеристика такого аттенюатора соответствует зависимости, близкой к участку ниспадающей экспоненты. Для улучшения динамики контура адаптации целесообразно линеаризировать регулировочную характеристику управляемого элемента за счёт использования элемента с обратной, т.е. логарифмической, характеристикой.

На рис. 7.4 представлена структурная схема КВУ, отражающая отмеченные технические особенности регулирования в СВЧ-тракте. В частности:

· представленный на структурных схемах КВУ (см. рис. 7.2,б) фазовый сдвиг  в цепи управления мнимой частью весового вектора означает временное опережение на четверть периода несущей. Этого эффекта можно достичь либо за счёт удлинения тракта этой цепи на 3λ/4, либо за счёт удлинения на λ/4 тракта цепи управления вещественной частью весового вектора. Второму варианту соответствует более компактная и более широкополосная конструкция КВУ;

Рис. 7.4. Структурная схема СВЧ комплексного весового умножителя

· «отработка» знака величин W΄ и W ˝ осуществляется за счёт коммутатора фазы 0/180°, выполненного на основе коммутируемых p - i - n диодами отрезках полосковой линии, длины которых отличаются на λ/2. Сигналы управления фазовыми коммутаторами формируются знаковыми различителями (ЗР) – компараторами с опорным сигналом нулевого уровня;

· цепи управления аттенюаторами образованы последовательно включёнными линейными амплитудными детекторами ЛД₁, ЛД₂ и нелинейными элементами НЭ₁, НЭ₂ с характеристиками типа ± ln(x). Очевидно, что знак этих характеристик зависит от полярности включения p - i - n диодов в схемах аттенюаторов.

⇐ Предыдущая16171819202122232425Следующая ⇒

Поделиться: