Специальные теоретические вопросы анализа и расчета характеристик стробпреобразователей

Повышение чувствительности и расширение динамического диапазона исследуемых сигналов являются важнейшими этапами совершенствования измерителей параметров цепей СВЧ-диапазона со стробоскопическим преобразованием частоты. Как отмечено в главе 1, чувствительность стробпреобразователя ограничена уровнем внутренних шумов и «развязкой» каналов (паразитным прохождением СВЧ-сигнала со входа «опорный» на вход «измерительный» по тракту гетеродина). Динамический диапазон определяется максимальным отношением уровней сигналов в каналах, измеренных (по амплитуде и фазе) с требуемой точностью, и зависит от чувствительности и амплитуды стробимпульсов.

Проанализируем зависимость «развязки» каналов от характеристик отдельных узлов стробоскопического преобразователя. Поскольку «развязка» каналов определяется паразитным прохождением СВЧ-сигнала со входа «опорный» на вход «измерительный» и обратно через формирователь перепада напряжения (по тракту гетеродина), то она зависит: от изоляции сигнального и гетеродинного входов строб-смесителей для СВЧ-сигнала, от потерь СВЧ-сигнала за счет аттенюации в формирователе перепада и от «развязки» стробсмесителя (измерительного канала) для преобразованного сигнала (баланса по гетеродину).

Определим «развязку» сигнального и гетеродинного входов стробсмесителя для СВЧ-сигнала.

Представим микрополосковый стробсмеситель двухдиодной эквивалентной схемой (рис. 2.2.1 [121]). Здесь: Rc, RHC - внутреннее сопротивление источника сигнала и нагрузка сигнального тракта смесителя, Rri RHr - внутреннее сопротивление источника гетеродина и нагрузка тракта гетеродина, / - длина щелевого резонатора, формирующего стробимпульс. «Развязка» входов стробсмесителяРис. 2.2.1 - Схема микрополоскового Зависит от параметров и неидентич стробсмесителя ности смесительных диодов, симметрии конструкции, наличия паразитных емкостей монтажа.

Современная гибридная тонкопленочная технология позволяет реализовать высокую степень симметрии топологии платы стробсмесителей, а использование бескорпусных смесительных диодов сводит к минимуму паразитные емкости монтажа.

Очевидно, паразитное просачивание СВЧ-сигнала с входа сигнала на вход гетеродина становится возможным за счет напряжения Up, образующегося в щелевом резонаторе между точками подключения диодов (1, 2) в силу того, что импедансы диодов в запертом состоянии не бесконечны и различны по величине.

Входное сопротивление щелевого резонатора в плоскости подключения диодов со стороны источника СВЧ-сигнала можно определить .из эквивалентной схемы параллельно соединенных двух короткозамкну-тых отрезков щелевой линии с входным сопротивлением yZotgcox и.линии гетеродина (рис. 2.2.2).

Заметим, что из условия формирования стробимпульса максимальной амплитуды и минимальной длительности

Здесь t$ - длительность фронта перепада напряжения гетеродина. Волновое сопротивление щелевого резонатора выбирается из условия максимальной передачи напряжения гетеродина. Рассматривая параллельное соединение двух линий передач (гетеродинной и щелевой), рис. 2.2.2, можно показать, чтодля эффективной передачи импульса гетеродина к диодам. Для определения коэффициента передачи СВЧ-сигнала в тракт гетеродина представим стробсмеситель эквивалентной схемой (рис. 2.2.3).

Здесь:Хід-индуктивности соединения диода, R2 - сопротивления базы диода, С ,2 - емкости последовательно включенных накопительного конденсатора и емкости перехода,о = — - эквивалентное сопротивление источника 2сигнала,Е - амплитуда СВЧ-сигнала,ии = — - амплитуда стробимпульса.

При отыскании коэффициента передачи СВЧ-сигнала в тракт гетеродина будем полагать, что диоды находятся в запертом состоянии, то есть: UH = 0 и С$ - емкости переходов. Учитывая (2.2.1), напряжение в тракте гетеродина Щ определяется разностью напряжений на резонаторе (между точками 1 и 2 эквивалентной схемы рис. 2.2.3). Находя UR =UX-U2 при синусоидальном сигнале источника с амплитудой Е, получим модуль коэффициента передачи в тракт гетеродина.полосе стробсмесителя GXI/ JLQCQ для 5% и 10% различия параметров диодов.

При этом: R = 50 Ом, р = 25 Ом, Z0 = 100 Ом, R0 = 10 Ом, L0 = 0,2 нГн, С0 = 0,2 пФ, т = 25 пс (исходя из минимальной практически реализуемой длительности фронта перепада 50 пс). C0Z0 n

Расчет показывает, что минимальная развязка входов стробсмесителя в рабочей полосе составляет -22 дБ и -28 дБ соответственно для 10% и 5% различия параметров диодов. Максимальное значение развязки при сот = п ограничивается минимальной величиной резонансного сопротивления за счет потерь в щелевом резонаторе. При расчете взято г =1 Ом.

Определим развязку стробсмесителя по преобразованному сигналу и прохождение стробимпульса в тракт сигнала. Конечная величина развязки стробсмесителя по преобразованному сигналу обусловлена неидентичностью параметров