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 C _L – собственная емкость индуктивности L _К; C _МН – 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 Тр_Н с коэффициентом трансформации

, (4.11)

где – реактивное сопротивление связи с нагрузкой;

– характеристическое сопротивление контура входной цепи.

Переходя от генератора напряжения E _А – 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 R ₀ – 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 C _СВ. 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 Q _Э 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 удлинения С _удл. (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 L _св ® ¥, m _св = 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 k _Д – 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 C _СВ << C _А, при этом C _{А вн} » C _СВ.

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.