ЦИКЛОТРОННО-ЗАЩИЩЕННОЕ КОМПЛЕКСИРОВАННОЕ УСТРОЙСТВО (ЦЗКУ)

Изобретение относится к области высокочастотной радиоэлектроники, в частности к устройствам защиты приемников радиолокаторов от высокочастотной мощности в сантиметровом и миллиметровом диапазонах длин волн.
Известно циклотронное защитное устройство (ЦЗУ) [1, 2, 3], в основу работы которого положено взаимодействие с быстрой циклотронной волной электронного потока, предназначенное для использования в качестве входного каскада приемника радиолокационных станций с целью защиты последующих каскадов приемника от высокочастотной мощности высокого уровня. ЦЗУ отвечает большинству основных требований, предъявляемых к данному классу приборов. Наряду с малым собственным коэффициентом шума, ЦЗУ обеспечивает надежную защиту от СВЧ-мощности высокого уровня при предельно малом времени восстановления параметров, фильтрацию рабочей полосы частот, широкий динамический диапазон, амплитудную и фазовую линейности.
К недостаткам ЦЗУ следует отнести то, что в режиме пропускания (при работе с полезным сигналом) данное устройство не обеспечивает усиления сигнала, а, следовательно, увеличивает коэффициент шума всего приемника в соответствии с вносимым ослаблением сигнала. Кроме этого, коэффициент шума приемника дополнительно возрастает в связи с неизбежным рассогласованием выхода ЦЗУ с входом последующего усилительного каскада. Чтобы снизить коэффициент шума приемника в части,
обусловленной рассогласованием выхода ЦЗУ с входом последующего усилителя, необходимо на стыке указанных устройств обеспечить КСВН (коэффициент стоячей волны по напряжению) близкий к 1,0. Данное требование является трудно выполнимым, т.к. каждый конкретный образец ЦЗУ по выходу и любой полупроводниковый усилитель по входу имеют свои индивидуальные характеристики КСВН в рабочей полосе частот, произвольным образом согласующиеся одна с другой.
Известен также электростатический усилитель (ЭСУ) [2, 3, 4], который конструктивно подобен ЦЗУ и обладает аналогичными с ним защитными свойствами, но, в отличие от ЦЗУ, содержит в своем составе электростатическую усилительную структуру и обеспечивает усиление полезного сигнала. Таким образом, при коэффициенте усиления ЭСУ более 10 дБ даже значительное рассогласование выхода ЭСУ с входом последующего усилительного каскада не приводит к заметному увеличению общего коэффициента шума приемника.
К недостаткам ЭСУ, по сравнению с предлагаемым изобретением, следует отнести прежде всего наличие в ЭСУ электростатической усилительной структуры, при изготовлении которой предъявляются достаточно жесткие требования к материалу, из которого она изготавливается (обычно - сплав молибден-рений высокого качества), и к точности технологических процессов (характерный размер элемента усилительной структуры - 0,1...0,3 мм при точности изготовления не хуже 0,01...0,05 мм). Кроме этого, на практике верхняя граница диапазона рабочих частот ЭСУ не превышает 12 ГГц (работа предлагаемого устройства экспериментально подтверждена в диапазоне частот до 40 ГГц). Масса ЭСУ также значительно больше массы предлагаемого устройства (из-за наличия усилительной структуры ЭСУ имеет геометрические размеры больше, чем ЦЗУ, а, следовательно, больше и масса его магнитной системы).
Наиболее близким по технической сущности и признакам к предлагаемому изобретению аналогом следует считать пару устройств: ЦЗУ и малошумящий полупроводниковый усилитель (МШУ), подключаемый к выходу ЦЗУ. Недостатком такой пары устройств, как указывалось выше, является то, что поскольку каждое из устройств является законченным в производстве блоком, их сочленение в аппаратуре не позволяет провести их индивидуального согласования между собой и, таким образом, достичь наилучшего результата по коэффициенту шума.
Суть предлагаемого изобретения - создание циклотронно-защищенного комплексированного устройства (ЦЗКУ) - заключается в том, чтобы конструктивно объединить в одном блоке ЦЗУ и МШУ, подключаемый на выходе ЦЗУ. При этом появляется дополнительная возможность таким образом настроить выходной высокочастотный тракт конкретного образца ЦЗУ, чтобы при работе с конкретным образцом МШУ получить на стыке данных устройств минимальный КСВН (обычно -не более 1,3 в рабочей полосе частот) и, соответственно, минимальный коэффициент шума ЦЗКУ.
Индивидуальное согласование образцов ЦЗУ и МШУ по КСВН в рамках единого ЦЗКУ может достигаться за счет введения дополнительных емкостных или индуктивных подстроечных элементов, располагаемых в определенных точках выходного тракта ЦЗУ. Величина проводимостей подстроечных элементов (амплитуда коэффициента отражения) и место их размещения (фаза коэффициента отражения) определяются индивидуально для каждой пары конкретных ЦЗУ и МШУ в зависимости от их характеристик.
Для получения дополнительных возможностей предлагаемого устройства и удобства применения в аппаратуре, ЦЗКУ также может содержать встроенный управляемый аттенюатор для расширения динамического диапазона выходных каскадов МШУ, стабилизаторы
питающих напряжений, цепи формирования управляющих сигналов для переключения режимов ЦЗКУ и другие устройства.
Использование предлагаемого изобретения позволяет снизить коэффициент шума приемника радиолокатора на величину до 0,3÷0,5 дБ по сравнению со случаем использования индивидуально несогласованных между собой ЦЗУ и МШУ (при КСВН выхода ЦЗУ равном 1,3 и КСВН входа МШУ равном 1,5 при неблагоприятной фазе согласования суммарный КСВН на стыке изделий составит 1,3х1,5=1,95, что соответствует коэффициенту шума 0,5 дБ; тогда как при индивидуальном согласовании указанных устройств при суммарном КСВН 1,3 коэффициент шума составит менее 0,1 дБ). По сравнению с ЭСУ предлагаемый ЦЗКУ имеет меньшую массу, меньший коэффициент шума, может работать на более высоких частотах, проще в изготовлении.
Структурная схема предлагаемого ЦЗКУ приведена на фиг 1, где цифрами обозначены: 1 - ЦЗУ, 2 и 4 - каскады МШУ, 3 - управляемый аттенюатор (может быть выполнен на pin-диодах), 5 -цепи формирования сигналов управления, 6 - стабилизаторы и резистивные делители питающих напряжений.