тпс-т

\АУ P<r-

мгш

/ф

Рис. 8.3. Схема измерения шумовой температуры АУ

либровкой трансформатор настраивается таким'образом, чтобы при подключенном на входе ГШ коэффициент отражения Pi в сечении а-а был равен коэффициенту от-рагкения собственно антенны ра. Электрические параметры этого активного элемента АЭ1 должны быть идентичны параметрам АЭ, встроенного в активную антенну.

В серийных генераторах шума для расширения диапазона выходной мощности шума иногда используют дополнительные фиксированные аттенюаторы, которые уменьшают выходную температуру шума Гг, что необходимо для калибровки ИКШ при измерении четырехполюсников с малым коэффициентом шума. В этих генераторах (например, типа Г2-32) градуировка шкал поддиапазонов, соответствующих подключенному аттенюатору с затуханием Lt, проведена пересчетом выходной мощности ГШ в зависимости от затухания этого аттенюатора. Такая градуировка шкал приводит к значительной погрешности в определении Таа при работе ГШ с малыми уровнями выходной мощности. Для исключения этой погрешности необходимо учитывать температуру собственных шумов аттенюаторов. В этом случае для генератора uiyMa [ЬЗО];

r=rr/a(f)-fro(l-I/LaT),

(8.18)

где 1/а(/)-поправочный коэффициент, определяемый по калибровочному графику генератора.

Гак, например, при использовании генератора Г2-32 расчетные формулы для шумовой температуры при подключении аттенюаторов имеют вид:

T=Ty/a{f)+0,724To при U-r=5,Q дБ,

T=Trla{f)+0,929T(, при 1ат=11.5 дБ. (8.19)

Приведенные соотношения показывают, что пренебрежение собственными шумами аттенюаторов может привести к значительным погрешностям при калибровке ИКШ-1.

Возможным источником погрешностей при измерении шумовых параметров является пренебрежение рассогласованием генератора шума с измерительным трактом. Как показано в [131], относительная погрешность у измерения коэффициента шума равна:

у=\{К,-1)1К-г\т%, (8.20)

где Кт - коэффициент передачи ТПС по мощности:

Здесь - элемент матрицы рассеяния ТПС, рг -коэффициент отражения генератора шума.

Вычисления показывают, что если пренебречь потерями в трансформаторе полных сопротивлений, при S22==0 ... 0,7 и рг 0,15 погрешность огределения коэффициента шума исследуемого устройства при наличии рассогласования не превышает 107о. Если же Pi-I>0,15, Та эквивалентного генератора, составленного из ГШ и ТПС, вычислЯ'ется по формуле

Т,= {Тг-П)К^ + То. (8.22)

Выполнение при калибровке перечисленных условий обеспечивает достоверность измерения шумовой температуры АУ.

В режиме измерения к ИКШ в сечении 2-2 подключается исследуемая АУ (рис. 8.3). В этом случае суммарная шумовая температура всех источников, приведенная к сечению а-а,

Тс=Тэ а -f Гу-f Г„/ Gy=Taa + Г„/ Gy, (8.23)

где Ги -шумовая температура ИКШ.

Из приведенного выражения видно, что в измерение Таа будет вноситься погрсшность, зависящая от Ги и Gy.

Для исключения этой погрешности в некоторых ИКШ предусмотрена компенсация собственных шумов приемника. При измерении шумовой температуры АУ компенсация собственных шумов ИКШ проводится, когда в сечение 2-2 (рис. 8.3) включается трансформатор полных сопротивлений ТПС-2, выходной коэффициент отражения р2 которого при подключенной согласованной нагрузке (СИ) равен выходному коэффициенту отражения Pay АУ.

По аналогичной методике можно измерять также эффективную шумовую температуру Гэа собственно антенны или внешнего пространства. В последнем случае необходимо использовать слабонаправленную - пассивную антенну (ПА на рис. 8.4) с минимальными потерями (г]а=1). В этом случае измеренная Гэа будет примерно равна усредненной яркостной шумовой температуре внешнего пространства Г. Структурная схема установки для определения шумовой температуры показана на рис. 8.4. Порядок и особенности калибровки ИКШ такие же, как и при измерении Таа- Трансформатор полных сопротивлений необходимо настроить так, чтобы его коэффициент отражения Рт равнялся рд- На частотах более 200 МГц Г<1000К, что накладывает ограничения на чувствительность применяемого ИКШ. При значительных температурах Ги необходимо применять специальный малошумяший усилитель (АЭ1) с большим коэффициентом усиления.

Измерение Г проводится с помощью пассивной антенны, включаемой в сечение / -/. Для достижения приемлемого согласования в широком диапазоне частот удобно применять пассивную антенну телескопической конструкции. Для схемы на рис. 8.4 с присоединенной антенной суммарная шумовая температура в сечении /-/ определяется выражением

Таким образом, процесс измерения температуры внешнего пространства складывается из измерений и Ги, которая определяется по схеме на рис. 8.4 при включенном в сечение /-/ ТИС с коэффициентом отражения Рт=Ра.

Описанный порядок измерения температуры шума АУ внешнего пространства и активных элементов опробован в некоторых разработках.

Pr л

ТПС

/7р

Рис. 8.4. Схема измерения температуры шума, вносимой в АУ из внешнего пространства

На рис. 8.5 приведены экспериментальные значения шумовой температуры внешнего пространства Т в диапазоне частот 150 ... 500 МГц. В этом диапазоне частот Г<1000 К, что предполагает при реализации широкополосных АУ использование встроенных активных элементов с низким уровнем шумов. Использование транзисторов типа ГТ341, ГТ362 (рис. 8.5, кривые / и .2) позволяет создавать АУ с полосой пропускания в несколько десятков процентов.

Полоса пропускания по шуму (по уровню увеличения Гаа ДО 2Г), например, одной из реализованных на транзисторе ГТ362 АУ, имеющей высоту менее одной десятой длины волны (рис. 8.6), составляет около 55%.

?.оо ?50 ж ШГ.№ц

Рис. 8.5. Результаты измерешп! inyMonoft температуры в диа-П;;!Оие l..O.. ..ЭДО МГц / -шумоьая температура Уу транзистора ГТ341, 2 -шумовая температура Г транзистора ГТ362

&

77777У7У7777777777777777

Рис. 8.6. Схема АУ, Гаа которой приведена на рис. 8.5.

8.5. ИЗМЕРЕНИЕ АМПЛИТУДНО-ЧАСТОТНЫХ

ХАРАКТЕРИСТИК АНТЕНН-УСИЛИТЕЛЕЙ

При настройке и проверках АУ необходимо измерять их амплитудно-частотные характеристики, для чего можно использовать измерители амплитудно-частотных характеристик (например, типа Х1-19А). Низкая чувствительность широкополосной детекторной головки прибора Х1-19А обеспечивает отсутствие влияния шумов усилителя в АУ при измерениях. В большинстве случаев ввод сигнала непосредственно на выход собственно антенны в АУ невозможен. Настройку и контроль амплитудно-частотной характеристики производят, подавая сигнал с выхода свип-генератора на широкополосную передающую антенну, размещенную вблизи АУ. При этом точность совпадения амплитудно-частотной характеристики на индикаторе измерителя частотных характеристик с истинной частотной характеристикой АУ определяется наличием переотражений от близко расположенных конструкций. Этот способ приемлем в основном для сравнительно узкополосных АУ малых размеров, так как практика показывает, что именно в этих случаях влияние близко расположенных конструкций невелико. Возможны, конечно, и другие решения. Так, например, для двухдиапазонной антенны, описанной в § 7.2, амплитудно-частотную характеристику. АУ можно контролировать при подключении свип-генератора прибора XI-I9A ко входу кан.эла ДМВ диапазона (рис. 8.7).

Действительно, для сигнала МВ диапазона канал ДМВ диапазона представляет собой практически постоянную нагрузку, не зависящую в относительно узкой полосе МВ диапазона от частоты, и при измерении пр схеме рис. 8.7 на экране измерителя частотных характеристик можио наблюдать амплитудно-частотную характеристику ЛУ МВ диапазона, практически совпадающую с ее истинной частотной хлрактеристикой. Этот

ДМВ диапазон.

Рис. 8.7. Схема измерения амплитудно-частотных характеристик АУ

принцип можно использовать и для контроля работоспособности АУ в процессе эксплуатации.

Контроль амплитудно-частотных характеристик можно осуществлять при помощи встроенного в конструкцию АУ специальной пассивной антенны с отдельным входом, которая подключается к выходу свип-генератора аналогично тому, как показано на рис. 8.7. Пассивная антенна должна представлять собой в рабочем диапазоне АУ постоянную (не обязательно согласованную) нагрузку и при этом ее конструкция и размещение в устройстве АУ не должны влиять на рабочие характеристики последней. В некоторых случаях сигнал от свип-генератора можно подавать на выход собственно антенны в АУ через малую емкость так, как это описано в § 6.3 для измерения нелинейных искажений в АУ.

8.6. СПОСОБЫ КОНТРОЛЯ АНТЕНН-УСИЛИТЕЛЕЙ ПРИ ЭКСПЛУАТАЦИИ

Наиболее полный контроль работоспособности АУ при эксплуатации можно осуществить, так же как и для пассивных антенн, подачей на их вход сигналов контроля, которые, как правило, имитируют рабочие сигналы приемной системы. При таком решении можно контролировать не только АУ, но и весь приемный тракт. Уровень входного сигнала можно выбрать немного превышающим уровень рабочей чувствительности приемной системы, и в этом случае при контроле обеспечивается наиболее полная информация. Однако практическое осуществление такого контроля сопряжено с необходимостью разработки имитаторов рабочего сигнала и подачи этого сигнала в АУ через специальную пассивную антенну. Оптимальное решение обеспечивается при использовании малогабаритных АГ, размещаемых в одном блоке с АУ. Во время контроля на АГ подается постоянное напряжение и она излучает контрольный сигнал. При этом в отличие от использования пассивной контрольной антенны нет необходимости в прокладке дополнительной высокочастотной линии передачи.

Отметим, что контроль активных передающих антенн целесообразно осуществлять с помощью встраиваемых в их конструкцию антенн-детекторов, с которых может быть снят низкочастотный сигнал исправности. При таких способах контролируется исправность активной антенны в целом, однако реализация этих способов со-

пряжена с определенными 1-рудностями. Для контроЛй исправности пассивных антенн часто измеряют согласование их выхода с линией передачи Кглхт, что является иногда и главным критерием их работоспособности. Для АУ, как отмечалось в § 8.1, величина Ксти не может являться достаточной характеристикой. Направленность контроля для АУ перемещается с контроля собственно антенны на электронную часть. Перспективный способ встроенного контроля работоспособности АУ (и активных антенн вообще), который можно организовать так же как непрерывный встроенный контроль, основан на контроле потребляемого АУ тока. Действительно, АУ чаще всего включают в себя один, иногда два транзистора, так что при исправности элементов электронных схем потребляемый ток находится в определенных пределах А1о=1м1ш /макс выход за которые свидетельствует о выходе из строя какого-либо элемента электронной части АУ. Пределы допустимого изменения тока А/о определяются разбросом параметров транзисторов и элементов схемы (резисторов), а также температурной нестабильностью. При этом температурная стабилизация схем выполняется обычно как температурная стабилизация режима питания, поэтому температурная нестабильность обычно не слишком велика. Анализ нестабильности тока питания (коллектора) при изменении температуры и с учетом разброса параметров транзисторов можно провести, например, по работе [132]. Для схемы усилителя на транзисторе ГТ329А, используемого в АУ, описанной в § 7.1 (рис. 7.2) изменения тока в диапазоне температур -60°С ... -Ь60°С равны Л/с=4,4 ... 5,7 мА. .Анализ возможных неисправностей транзистора (выгорание, пробой) и элементов схемы на рис. 7.3 (обрыв, короткое замыкание резисторов, конденсаторов, индуктивности) показывает, что при всех неисправностях транзистора (основной электронный прибор, подлежащий контролю) и 60 . .. 70% возможных неисправностей остальных элементов схемы, потребляемый ею ток резко отличается от Л/с. Это отличие можно зафиксировать с помощью электронной схемы контроля (рис. 8.8). Сущность контроля заключается в измерении напряжения, падающего на резисторе R, который включен последовательно в цепь питания АУ. Сопротивление резистора выбирают из условия

пор мип<[/?<§С 0 ау макс,

и

сривненил 00 т

Схема if

Схема сраСненал

0<Смт

Сигнал ucHpaffwcmu Рис. 8.8. Схема контроля тока питания АУ

где t/oay-напряжение стабилизированного источника питания АУ, б^пор - порог срабатывания схемы кон--троля. Схему контроля можно разместить, например в устройстве ввода питания (УВП) или в АУ.

Возможны другие способы построения схемы контроля работоспособности АУ. -Например, для описанной в § 7.2 двухдиапазонной антенны контроль АУ МВ диапазона можно осуществлять подачей сигнала контроля на вход антенны ДМВ диапазона, как это описано в § 8.5.

список ЛИТЕРАТУРЫ

1. Цыбаев Б. Г. Современное состояние разработки и исследований за рубежом антенн-усилителей и интегральных антенн других типов: Депонированная рукопись/ НИИЭИР. М., 1970, Д-1961, 23 с.

% Цыбаев Б. Г., Цифринович И. И., Романов Б. С, Плоткин С. А. Состояние исследований и разработки активных антенн (обзор). - Радиоэлектроника за рубежом, 1975, вып. 20, с. 34.

3. Уэллер Л., Гош Д. Дискуссия вокруг сверхминиатюрных интегральных антепп. - Электроника, 1967, № 12, с. 51-55.

4. Meinke Н. Aktive Antenne. - NTZ, 1973, Bd. 26, Н. 8, S. 361-362.

5. IWeinke Н. Zur definition einer aktiven Antenne. - NTZ, 1973, Bd. 26, H. 4, S. 179-180.

6. IWeinke H. Zur definition einer aktiven Antenne. - NTZ, 1976, Bd. 29, II. 1, S. 55.

7. Цыбаев Б. Г., Романов Б. С. О классификации в области активных антенн. - Вопросы радиоэлектроники, Сер. общетехн., 1977, вып. 8, с. 120-123.

Я^Фрадин А. 3. Антенно-фндерные устройства.-М.: Связь. 1977. ЭГБуяиов Ю. И., Ночевский В. В., Онушин В. А., Смирнов В. П., Шапиро Г. Я. Диапазонные и направленные свойства миниа-

тюрпых широкополосных активных антенн. - Доклады юбилейной научно-техн. конф. радиофиз. фак-та Томск, гос. ун-та, в 2-х ч. Томск. Гос. ун-т, 1973.-ч. II.

10. Lindenmeier Н. Einige Beispiele rauscharmer transistorierler Empfangsantennen. - NTZ, 1969, Bd. 22, H. 7, S. 381-389.

11. Дикий В. Н., Зайцев В. Ф., Конторович М. И. Об одном крнте-рии чувствительности приемных антенных систем. - Радиотехника и электроника, 1977, т. 22, № 7, с. 1374-1378.

12. Frost А. D. Designing antennas to include parametric amplifiers. - Electronics, 1960, V. 33, № 47, p. 96-97.

13. Frost A. D. Parametric amplifier antenna. - Proc. IRE, 1960, v. 48, № 6, p. 1163-1164.

14. Copeland J. R., Robertson W. J. Antennaverters and antenna-fiers. - Electronics, 1961, v. 34, № 40, p. 21.

15. Pedinoff JW. E. A tunnel-diode slot transmission amplifier. - Proc. IEEE, 1961, V. 49, № 8, p. 127-128.

16. Fujimoto K. Tunnel-diode-loaded dipoles. - Proc. IEEE, 1965, v. 53, № 2.

17. Fujimoto K. Активная антенна с туннельным диодом (на япон. яз.) - J. Inst. Electrical Communication Engineers Jap., 1965, V. 48, № 4, p. 758-767.

18. JWeinke H. Tunnel diodes integrated with microwave antenna systems.- The Radio and Electronic Engineers, 1966, v. 31, № 2.

19. Copeland J. R., Robertson W. J. Antenna have built -in circuits. - Electronic Industries, 1963, v. 22, № 5, p. 115-120.

20. Copeland J. R., Robertson W. J., Verstraete R, G. Antennafier arrays. -IEEE Trans., 1964, v. AP-12, № 2, p. 227-233.

21. Fujimoto K- Активные антенны и саморегулирующиеся антенные системы (на япон. яз.)-J. Inst. Е ectrical Communication Engineers Jap. 1965, v. 48, № 4, p. 768 -780.

22. JVluchldorf E. J. Self-streered retrodirective- arrays with amplification. - IEEE Trans., 1969, V. AP-17, № 1, p. 42 - 49.

23. Meinl<e H. Alttive Antennen. - NTZ, 1966, Bd. 19, H. 12, S. 697-704.

24. JVleinl<e H. Flachenecl<er G. Active antennas with transistors.- Broadcast and Communications, 1967, v. 3, № 3, p. 18-24.

25. Meinke H. Wird es einer Minifernsebeantenne geben? - NTZ, 1967, Bd. 20, H. 6, S. 353-355.

26. Turner E. JW. Subminiature integrated antennas. - IEEE Conf. Rec. 18-th Ann. Conf. IEEE. Vehicular Technology Group, N. Y., 1967, 1968, № 4, p. 116-122.

27. О возможности применения свсрхмнпиагюрпых антсип SIA.- Радиоэлектроника за рубежом, 1967, вып. 36, с. 13-17.

28. Antennas have built-in transistors. - Electronics, 1969, v. 42, № 16, p. 43-44.

29 JVlayes P. E. Tiny antennas push state-of art. - Electronics World, 1968, v. 79, № 3, p. 49-52.

30. Fujimoto K. Активная антенна (на япон. яз.) - J. Inst. Television Engineers Jap., 1968, v. 22, № 2, p. 94-99.

31. JWeinke H. Aktive Empfangsantenne. - Int. Electron. Rundschau, 1969, H. 23, S. 141-144.

32. line miniantenna Lelectronique. - Toule relectroiiiquc, 106S, V. 39, № 2, S. 32-34.

33 Конторович JW. И., Ляпунова H. )W. Об активных антеннах.-Радиотехника и электроника, 1974, т. 19, № 12, с. 2616-2618.

34. Rippin F. I. Making the antenna an active pattern. - Electronics, 1965, V. 38, № 16, p. 93-96.

35. Landstorfer F. Lindenmeier H. Transistorierte Empfangsantennen bei Microwellen. - NTZ, 1971, Bd. 24, H. 1, S. 5-9.

36. Hag-Ahmed A. S. E., Smith D. G., Taylor D. An active short dipole as a broadband recieving aerial in the range 500-

800 MHz. - Conference Radio Rec. and Associated Systems Swansea, Wales, London, 1972, 4-6 July, p. 165-178.

37. Anderson A. P., Dawoud M. M. The performans of transistor fed monopoles in active antennas. - IEEE Trans., 1973, v. AP-21, № 3, p. 371-374.

38. Bull. Univ. Osaka Prefect, 1967, v. 16, № 2, p. 275-283.

39. Meinke H. Active receiving antenna for microwaves. - Electronics and Communications abstracts J., 1976, v. 8, № 10, p. 836.

40. Landstorfer F. Kurze transistorierte EmpfanEjsantennen Frequ-enbereich von 30 bis 200 MHz. -NTZ, 1969, Bd. 22, H. 12, S. 694-700.

41. Сосунов Б. В. Об эффективности активных антенн. - Радиотехника и электроника, 1976, т. 21, № 1, с. 162-163.

42. Tice Т. Е., Murphy Е. R. Tine antennas have built-in systems.- Electronic Design, 1965, v. 13, № 26, p. 31-34.

43. Stark A. Test der aktiven Empfangsantenne HA 432/141/50 Durch die Bundesanstalt fur Flugsicherung. - Neues von Rohde und Schwarz, 1973, Bd. 13, H. 59, S. 14-19.

44. Dorge G. Aktive blitzsichere Antenne. - Funktechnik, 1971, №23, S. 883-884.

45. Радциг Ю. Ю., Авксентьев A. A., Кучерявенко H. C, Лавру-~ шев В. Н. Исследование активной антенны УКВ диапазона.-

Микроэлектроника. Мсжвуз. сб. Казан, авиац. ин-т, 1977, вып. 1, с. 53-56.

46. Носк А. Einc aktive Empfangsantenne fiir der kommerziellen Fahrzeugfunk. - Internationale Electronische Rundchau, 1974, № 1, S. 13-15.

47. Fujimoto K. Интегрированные антенные системы (на япон. яз.) - J. Inst. Television Engineers Jap., 1971, № 11, p. 854-861. .

48. Комбинированная схема антенны и преобразователя. Тэриер - Е. Пат. США, кл. 325-442, № 3.246.245, - РЖ Радиотехника, 1967, № 4, 4Д51П.

49. Maclean Т. S. М., Ramsdale Р. А. Short active ecrials for transmission-Int. J. Electronics, 1974, v. 36, № 12, p. 261-269.

50. Антенна с усилительным трехполюсником, подключенным непосредственно к ее входным зажимам. Мейнке Г., Линденмай-ер Г. Пат. ФРГ, кл. 21а -46/01, № 1.591.300, - Изобретения за рубежом, Н01, 1973, вып. 30, № 7, с. 120.

>5Л. Активные антенны. Купер Г. В., Москович Ч. Пат. США, Т^кл. 325-105, № 3.61.1.146, -РЖ Радиотехника, 1972, № 7, 7Б25П.

52. Буянов Ю. И., Смирнов В. П. Активные антенны. Томск, ТГПИ, 1975. 98 с.

53. Хабаров Ю. Е. Активные атенны. - Радио, 1975, № 1.

54. Хабаров Ю. Е. Активная автомобильная антенва. - Радио, 1976, № 10, с. 38-40.

55. Seyffert S. Amateurantennen mit integrierter Electronik. - Funktechnik, 1971, № 14, S. 533-536,