Параметрическое усиление

Синхронное детектирование

Синхронное детектирование основано на преобразовании частоты, когда частота гетеродина равна несущей частоте сигнала . В данном случае гетеродин называется генератором опорного сигнала. После смешивания опорного колебания с сигналом в спектре выходного тока нелинейного элемента появляется составляющая с . Фильтр нижних частот из обогащенного спектра коллекторного тока выделит только низкочастотное колебание, несущее информацию о модулирующем сигнале

. (7.43)

Здесь – разность начальных фаз ВЧ сигнала и опорного колебания. На рис. 7.14 показан вариант схемы синхронного детектора, в котором в качестве нелинейного элемента используется биполярный транзистор.

Рис. 7.14 Схема синхронного детектора

Параметрическое усиление основано на преобразовании энергии в цепи, содержащей параметрическую емкость типа варикапа. В диапазоне сверхвысоких частот такая емкость называется варактором и представляет собой СВЧ-диод с обратно смещенным p-n -переходом.

Из курса «Общая физика» известно, что запасенная в емкости энергия определяется формулой

. (7.44)

Пусть величина емкости быстро изменяется, при этом заряд остается постоянным. Рассматривая энергию как функцию от емкости, получим

. (7.45)

Знак минус здесь указывает на то, что уменьшение емкости () вызывает увеличение запасенной в ней энергии (). Увеличение энергии происходит за счет затрат на выполнение работы против сил электрического поля при уменьшении величины емкости.

При воздействии на параметрическую емкость двух источников колебаний разной частоты в системе происходит обмен энергией между колебаниями: энергия колебаний внешнего источника, который называется генератором накачки, передается в цепь полезного колебания.

Рассмотрим принцип работы многоконтурного параметрического усилителя, обобщенная схема которого показана на рис. 7.15. Усилитель состоит из параметрической емкости, параллельно которой подсоединены три цепи. Две цепи содержат источники сигнала и накачки, создающие гармонические колебания с частотами и , и узкополосные фильтры. Эти фильтры пропускают колебания только с частотами и соответственно. Третья цепь является пассивной. Она содержит активную нагрузку и узкополосный фильтр, так называемый холостой контур, настроенный на комбинационную частоту . Считаем, что цепи сигнала и накачки без омических потерь.

Рис. 7.15. Обобщенная схема многоконтурного параметрического усилителя

Считая параметрический усилитель замкнутой системой, в соответствии с законом сохранения энергии запишем условие баланса средних мощностей:

. (7.46)

Если мощность выразить через энергию тогда (7.46) примет вид

, (7.47)

а проведя упрощение, получим

. (7.48)

Равенство (7.48) должно быть тождественным при любых частотах и . Это возможно лишь в том случае, если

. (7.49)

Выполнив переход от энергии к мощности, получим два соотношения

(7.50)

которые называются уравнениями Мэнли-Роу.

Уравнения Мэнли-Роу позволяют просто и наглядно изучать закономерности преобразования мощностей накачки и сигнала в многоконтурных параметрических цепях.

Если в уравнениях Мэнли-Роу положить ,получим

(7.51)

Отсюда видим, что при мощности и . Значит, при настройке холостого контура на комбинационную частоту и источник сигнала, и генератор накачки отдают мощность в цепь холостого контура на активную нагрузку. Поскольку , то коэффициент усиления мощности

. (7.52)

Усиление сигнала происходит с повышением частоты.

Дата добавления: 2014-11-16