Шахгильдян В.В. Радиопередающие устройства (3-е издание, 2003) (1095866), страница 104
Текст из файла (страница 104)
9 3.3). Это резко повышает технологичность настройки станций при монтаже н облегчает обслуживание. На повышенных частотах, например прн У'> 0,5...1 ГГц, при построении каскадов тракта умножения частоты широко используется микро- полосковая технология. В случае, когда длина соединительных линий между каскадами оказывается 1 > 0,1)с для защиты от отраженных волн необходимо применять ферритовые вентили или циркуляторы (рнс.10.9хт). В некоторых отечественных РРЛ тракт умножения частоты (тракт гетеродина) используется для передачи служебных сигналов. Для этого производится неглубокая фазовая модуляция (рис.
10.9,б) на входе тракта умножения частоты (см. $ 8. 2). Вероятные пути совершенствования тракта кварцевого автогенератора и умножения частоты таковы. Прежде всего разработаны и начинают внедряться в практику кварцевые авто- К сиесиюелю т. аваедатииаа генераторы с резонаторами на поверхностных акустических волнах (ПАВ) (36, 37]. Уже сегодня такие генераторы Ф' обеспечивают частоты до 2 ГГц, правда„прн несколько пониженной по сравнению с резонаторами с объемными колебаниями стабильности частоты. Соответственно примерно на порядок уменьшается ты, а в некоторых случаях умножение не требуется, а значит, снижается шум тракта гетеродина. Высокие результаты, достигнутые в последние годы в теории и технике 512 автоматической подстройки частоты, позволяют совершенно по-другому строить гетеродинный тракт РРЛ [гл.4].
Автогенератор СВЧ с 2.С-контуром работает непосредственно на либо (если~ „> 6...8 ГГц) на частоте всего в 2...4 раза меньше. Нестабильность частоты такого генератора е и (1...10) 1О '. Заданная стабильность гетеродинного тракта (рис. 10.10) обеспечивается системой фазовой автоматической подстройки частоты. Уровень шумов в таком гетеродине минимален, кварцевый резонатор генератора этой системы может быть стандартным серийным и поэтому недорогим при высоком качестве. Нужная рабочая частота устанавливается подбором коэффициента деления делителя частоты, что при современной микроэлектронной базе несложно.
10.6. ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ ЧАСТОТЫ Преобразователем частоты называется устройство, с помощью которого спектр модулированного сигнала поднесущей частоты переносится без искажений в область рабочих частот передатчика. Преобразователь состоит из нелинейного элемента, полосовых фильтров н, возможно, ферритовых вентилей и циркулятора. Весь преобразователь или только его часть, которая содержит нелинейный элемент, иногда называют смесителем. Здесь принят термин «преобразователь частоты».
В качестве нелинейного элемента в преобразователях частоты разного назначения используются транзисторы, электронные лампы, полупроводниковые диоды, варикапы и другие приборы. Выбор типа нелинейного элемента производится с учетом следующих требований, которые предъявляются к преобразователям частоты передатчиков рассматриваемых типов: 1) рабочие частоты 0,8...12 ГГц; 2) выходная мощность обычно от десятка милливатг до нескольких ватт; 3) большой коэффициент передачи по мощности Кр, который определяется как отношение мощности на выходе преобразователя к мощности, подво- димой со стороны гетеродина; 4) равномерная амплитудно-частотная и линейная фазо-частотная характеристики в полосе частот, которую занимает передаваемый сигнал; з! большой срок службы и высокая надежность; б) допустимость нелинейной зависимости между амплитудами сигналов на входах и выходе преобразователя, так как передаваемый сигнал модулировал по частоте и амплитуда его не меняется.
Перечисленным требованиям на СВЧ лучше всего удовлетворяет преобразователь на варикапах или, как принято говорить, варакторный преобразователь частоты. Главное достоинство варахторных преобразователей состоит в возможности получения на его выходе мощности до единиц ватт на СВЧ, т. е. на частотах выше 3 ГГц. Преобразователь этого типа представляет собой разновидность параметрического преоб-. разователя. На два входа преобразователя поКаются колебание гетеро- дина и сигнал на поднесущей частоте с частотами ~' и У„, и 513 мощностями Р„и Рьа . На выходе получается преобразованный сигнал с~,е и Р, . Используется только преобразование с повышением раб частоты(/;„„= /' +у„, ),таккак при этом меньшевероятностьвозникновенил автоколебаний в преобразователе.
Варактор — это полупроводниковый диод специальной конструкции, у которого емкость р-л перехода зависит от приложенного напряжения. Иначе говоря, варактор — нелинейная емкость. Как показано в з 2.20, при подаче на варактор гармонического напряжения в цепи получается негармони ческий ток, позволяющий получать эффект умножения частоты. При подаче на варактор двух гармонических напряжений с разными частотами~, и у благодаря его нелинейности получается ток сложной формы, в составе которого есть и гармоники, и комбинационные частоты. В преобразователях частоты передатчиков с помощью фильтров вьрделяется составляющая~ +ум Главная особенность варактора по сравнению с другими нелинейными элементами состоит в том, что активные потери в нем малы; в первом приближении зто чисто реактивное нелинейное сопротивление.
Коэффициент полезного действия варакторного преобразователя частоты определяется в основном значением КПД фильтров, входящих в его состав. Режим работы полупроводникового диода-варактора в преобразователе частоты (смесителе) передатчика существенно отличается от режима преобразователя приемника и др. Прежде всего, в передатчике обычно используется преобразование частоты «вверх»:упч < у' <у' (повышающий преобразователь).
Как показывает теория, такие преобразователи обладают наибольшей устойчивостью к возникновению побочных параметрических колебаний вида/'„ар +~Цсдф!~ ~Уфр е где к, 1, ги — числа натурального ряда. Далее, преобразователь передатчика должен развивать определенную, по возможности большую мощность и, следовательно, обладать достаточно высоким КПД. Для этого варактор используется в режиме «большого сигнала»: уровни колебаний ПЧ и гетеродина на диоде соизмеримы, а сумма их амплитуд не превосходит половины допустимого обратного напряжения диода.
При этом р-л переход диода все время заперт, потери в диоде минимальны и КПД максимален (рис. 10.11ая). Большая полезная (выходная) мощность преобразователя достигается при частичном заходе в область открытого Р-л перехода. Для достижения такого режима следует увеличить уровни входных напряжений и несколько уменьшить смещение Ек Максимально достижимая прн этом мощность ограничивается допустимой степенью нагрева диода. Поскольку в таком режиме через диод в некоторые отрезки времени протекает ток проводимости1, появляются дополнительные потери в диоде 514 неиае ЕЕ и рис.
ПХ! Ь Временние диаграммы напрмаения на варааторе преобразователи частоты и других элементах; КПД преобразователя падает тем сильнее, чем больше захватывается область открытого перехода (рис. ! О.! 1,б). В режиме запертого р-л перехода напряжение смещения Е, должно подаваться от внешнего источника питания.
При частично открытом переходе возможно автоматическое смещение за счет постоянной составляющей тока проводимости диода 1о: Е = 1ой, где Я вЂ” сопротивление резистора автоматического смещения. Коэффициент полезного действия варакгорного преооразователя частоты опРеделаетса выРажением г) = Р,„„1(Р + Р„ч) и в пРактически реализованных устройствах достигает значения порядка 20...75 %, что значительно больше, чем у преобразователей на обычных диодах с нелинейным активным сопротивлением. Для использования варактора в роли преобразователя частоты на него следует подать два напряжения: от тракта умножения частоты (гетеродина) и от тракта поднесущей (промежуточной) частоты.
Необходимо исключить взаимное вредное влияние цепей входных и выходных колебаний. Для этого в каждой из трех цепей используются фильтры. На практике в передатчиках СВЧ чаще всего применяются два варианта преобразователей частоты: проходного и отражающего типов [141. В преобразователе проходного типа (рис. 10.12) колебания от гете- родина и сигнал ПЧ подводятся к варикапу 2 через фильтры 4 и 1, которые пропускают частоты соответственно у' и1пч, но задерживают 515 Рис.
10.13. Функциональнвв схема преоб- разователе частоты отравопопзего типа Рис. ! 0.12. Функциональная схема преобразователя часто- ты проходного типа 516 все комбинационные частоты. На выходе включен фильтр 3, который пропускает частоту у;„„, но задерживает все остальные частоты. Если не учитывать потерь в варикапе и считать, что в полосе пропускания фильтры не вносят затухания, а в полосе задерживания их затухание бесконечно велико, через варикап будут протекать токи только трех указанных частот и вся мощность, подводимая к преобразователю, на частотах3' и3пч будет превращаться в мощность выходного сигнала на частоте~;„„. На самом деле всегда имеются потери мощности, однако они достаточно малы, Достоинством рассмотренного преобразователя является простота конструкции, недостатком — наличие сильной связи между фильтрами 4 и 3, поскольку их рабочие частоты близки.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
