Лабораторный синтезатор сверхвысокой частоты

Основные характеристики синтезаторов частоты. Структурные схемы синтезаторов частоты. Узлы синтезаторов частоты. Особенности конструирования синтезаторов СВЧ диапазона. Простой лабораторный синтезатор сверхвысокой частоты. Разработка синтезаторов частот для современных радиолокационных систем. Двухдиапазонный синтезатор СВЧ на 1. 3800 МГц

Страницы работы

Фрагмент текста работы

непрерывно сопоставляется с эталонной частотой fэ (или с другой частотой, получаемой из fэ в ДОЧ) при помощи системы ЧАП или ФАП.

Рассмотрим примеры структурных схем СЧ, в которых реализуются оба способа синтеза частот.

В схеме СЧ на рис.1 прямой синтез используется для формирования сеток ДМЧ. Высокостабильные колебания ЭГ с частотой fэ=10 МГц последовательно преобразуются в делителях частоты ДЧ1, . , ДЧЗ в сигналы, возбуждающие соответствующие генераторы гармоник ГГ1, . , ГГЗ. На выходе каждого ГГ возникает широкий спектр ДМЧ с шагом сетки соответственно Fc1=l,0 МГц, Fc2=0,1 МГц, Fc3=0,01 МГц. В каждом из селекторов гармоник СГ1, .. СГЗ можно выделить любую из обозначенных на схеме десяти составляющих грубой, средней и мелкой сеток. Далее их частоты используются для суммирования и образования

Рис. 1. Структурная схема синтезатора частоты с. использованием прямого и непрямого синтеза

Рис. 2. Структурная схема декадного синтезатора частоты

выходного колебания СЧ по методу непрямого синтеза с помощью кольца ФАП. Тракт ФАП содержит ПГ, смесители СМ1 и СМ2, полосовые фильтры ПФ1 и ПФ2, фазовый дискриминатор (ФД) и узкополосный фильтр нижних частот (ФНЧ), который подавляет побочные составляющие мелкой сетки.

В декадном синтезаторе, построенном по методу прямого синтеза (рис.2), наборные устройства НУ1, . НУЗ, смесители СМ1, … ,СМЗ, полосовые фильтры ПФ1, . , ПФЗ и делители частоты ДЧ2 и ДЧЗ выполнены совершенно одинаковыми для каждой декады. В ДОЧ из колебания ЭГ формируется опорное множество частот, содержащее в данном примере 10 тщательно отфильтрованных компонент, расположенных в диапазоне 18,0 . .. 19,0 МГц с шагом ЧДО F =

= 0,1 МГц. Выбирая с помощью НУ из ДОЧ соответствующие значения частот для каждой декады, получаем на выходе ФНЧ, включенного после смесителя СМ, любое из 1000 синтезируемых колебаний в диапазоне 3,000 . . . 4,000 МГц с шагом 1 кГц. Умножитель частоты (УЧ) переносит это ДМЧ в диапазон 30,00 . 40,00 МГц с шагом Fc= 10 кГц.

Рис.3. Структурная схема цифрового синтезатора частоты

В цифровом СЧ (ЦСЧ), показанном на рис.3, используются элементы цифровой схемотехники. По существу он представляет собой систему импульсной ФАП с импульсно-фазовым дискриминатором (ИФД), в высокочастотном тракте которой находится делитель частоты с переменным коэффициентом деления (ДПКД). На правый по схеме вход ИФД поступает преобразованное в импульсы колебание от ЭГ и ДЧ с высокостабильной частотой квантования Fc=100 кГц. В стационарном синхронном режиме на выходе ПГ с помощью кольца ИФАП устанавливается колебание, частота которого fПГ строго кратна частоте квантования, т. е. fПГ =NFC. Выбор нужного колебания из ДМЧ достигается грубой установкой частоты ПГ и соответствующим изменением коэффициента деления N делителя ДПКД, который в схеме рис.3 получает 100 дискретных значений (от 301 до 400).

Чтобы уменьшить шаг сетки ДМЧ при заданном диапазоне рабочих частот ЦСЧ, необходимо уменьшать частоту квантования Fc и увеличивать коэффициент деления N делителя ДПКД. Для сохранения на выходе ПГ заданного подавления D побочных составляющих уплотненного ДМЧ приходится увеличивать инерционность ФНЧ в кольце импульсной ФАП (рис.3), что приводит к затягиванию времени переходного процесса tП при быстрой смене коэффициента деления N. Одним из способов ослабления противоречия между требованиями большого уплотнения ДМЧ и быстродействием СЧ является переход от однокольцевых ФАП (рис.3) к многокольцевым.

Синтезатор, структурная схема которого представлена на рис.4, содержит два каскадно включенных кольца ФАП. Требуемый объем ДМЧ заполняется тремя сетками частот, которые набираются из колебаний трех идентичных ЦСЧ1 . . . ЦСЧЗ с использованием двух делителей частоты ДЧ1 и ДЧ2. Все три ЦСЧ

Рис.4. Структурная схема синтезатора частоты с каскадным включением колец

Схема. Лабораторный синтезатор СВЧ

Автор: Radioelectronika-Ru · Опубликовано 22.04.2017 · Обновлено 16.03.2018

На относительно низких частотах (до 100… 150 МГц) проблему стабилизации частоты генератора решают применением кварцевых резонаторов, на более высоких (400 МГц) — с помощью резонаторов на поверхностно-акустических волнах (ПАВ-резонаторов), на СВЧ используют диэлектрические резонаторы из высококачественной керамики и другие высокодобротные резонаторы. Стабилизация с помощью пассивных компонентов имеет свои достоинства — простоту и сравнительную дешевизну реализации. Ее главный недостаток состоит в невозможности существенного изменения частоты генерируемого сигнала без смены частотозадающего элемента.

Получившие широкое распространение интегральные синтезаторы частоты позволяют реализовать быструю электронную перестройку генератора (в том числе СВЧ), поддерживая при этом высокую стабильность частоты. Синтезаторы бывают прямого и косвенного типов.
Достоинствами прямого синтеза считают высокую скорость смены частоты и перестройку с малым шагом. Однако из-за присутствия в синтезированном сигнале большого числа спектральных компонент, возникших в результате многочисленных нелинейных преобразований, в СВЧ аппаратуре устройства прямого синтеза применяют редко.

Для синтеза СВЧ чаще применяют синтезаторы косвенного типа с фазовой автоподстройкой частоты (ФАПЧ). Принцип функционирования ФАПЧ, а также методика расчета фильтра обратной связи широко и неоднократно рассмотрены в литературе, например, в [1]. Существует несколько бесплатно распространяемых программ, позволяющих рассчитать оптимальные параметры фильтров обратной связи, их можно найти в Интернете на сайте www.analog.com или www.national.com .

Интегральные синтезаторы с ФАПЧ бывают двух типов: программируемые (значения частоты задают внешними командами) и непрограммируемые (фиксированные коэффициенты умножения и деления образцовой частоты изменить невозможно).
К недостаткам непрограммируемых интегральных синтезаторов, например, МС12179, следует отнести необходимость применения кварцевого резонатора с точно заданной частотой, что не всегда возможно. Программируемые синтезаторы, например, UMA1020M, лишены этого недостатка. При наличии управляющего микроконтроллера настроить такой синтезатор на заданную частоту технически несложно. Необходимые для совместной работы с микросхемой-синтезатором автогенераторы СВЧ с электронной перестройкой частоты доступны потребителю в виде функционально законченных модулей, выполненных по гибридной технологии [2].

Схема синтезатора частоты, предназначенного для проверки и регулировки настройки аппаратуры диапазона 2 ГГц, показана на рис. 1. Его основа — микросхема UMA-1020M (DA3), техническую документацию на которую можно найти на сайте ее производителя по адресу www.semiconductors.philips.com/acrobat/applicationnotes/AN95102.pdf . В синтезаторе имеются также управляемый напряжением генератор (ГУН) DA1, кварцевый генератор образцовой частоты 10 МГц DA2 и микроконтроллер DD1. СВЧ сигнал с выхода ГУН поступает на выход синтезатора (разъем XW1) и на вход главного программируемого делителя частоты микросхемы DA3. Сигнал образцовой частоты с выхода генератора DA2 поступает на вспомогательный программируемый делитель частоты, также входящий в состав микросхемы DA3.

Коэффициенты деления частоты главным и вспомогательным делителями задает микроконтроллер DD1 (Z86E0208PSC), посылая по трехпроводной информационной шине (выводы 11—13 DAS) соответствующие команды. Исходный текст управляющей программы приведен в табл. 1. Внутренней памяти микроконтроллера достаточно для хранения данных о семи различных значениях частоты. Одно из значений частоты или режим, в котором сигнал на выходе отсутствует, выбирают перемычками S1—S3 согласно табл. 2. Установленный режим вступает в силу в момент включения питания прибора, после чего никакие манипуляции с выключателями на его работу не влияют до нового включения. Светодиод HL1 должен погаснуть через 1 с после включения питания. О программировании микроконтроллеров фирмы Zilog можно прочитать в [3]. Синтезатор собран на печатной плате, внешний вид которой показан на рис. 2. Применены резисторы и конденсаторы для поверхностного монтажа.

Примечание редакции. Кроме синтезатора СВЧ, микросхема UMA1020M содержит еще один, работающий в диапазоне частот 20…300 МГц. В описанной конструкции он не использован.

ЛИТЕРАТУРА
1. Стариков О. Метод ФАПЧ и принципы синтезирования высокочастотных сигналов. — Chip News, 2001, № 6.
2. VCO Designer’s Handbook 2001. VCO/HB-01. — Mini-Circuits.
3. Гладштейн М. А. Микроконтроллеры семейства Z86 фирмы Zilog. Руководство программиста. — М.: ДОДЭКА, 1999, 96 с.

И. МАЛЫГИН, Н. ШТУРКИН, г. Екатеринбург
«Радио» №1 2004г.

Синтезатор частоты вещательной любительской радиостанции средневолнового диапазона

Андрей Лагутин,
E-mail lagutinandrey (at) inbox.ru

Синтезатор частоты (синтезатор) предназначен для использования в составе вещательной любительской радиостанции средневолнового диапазона.
Синтезатор имеет следующие основные технические характеристики:

  • напряжение питания – от 11 до 15 В;
  • потребляемая мощность при напряжении питания 12В, не более 15 Вт;
  • диапазон частот формируемых синтезатором – от 1449 кГц до 1800 кГц;
  • шаг сетки частот формируемых синтезатором – 9 кГц;
  • выходное напряжение ВЧ на нагрузке 270 Ом – 1 В(ампл.);
  • габаритные размеры, не более 100 мм х 150 мм х 40 мм;
Читайте также  Универсальный usb программатор

Устройство и работа синтезатора

Синтезатор представляет собой электронное устройство с микроконтроллерным управлением. Структурная схема синтезатора представлена на рисунке 1.

Синтезатор состоит из следующих основных узлов:

  • генератора управляемого напряжением формирующего ВЧ напряжение;
  • синтезатора с ФАПЧ имеющего в своем составе делитель с переменным коэффициентом деления, делитель образцовой частоты, частотно-фазовый детектор, схему управления;
  • буферный каскад, обеспечивающий развязку ГУН от подключаемых к выходу синтезатора устройств;
  • узел конденсаторов, обеспечивающий требуемый диапазон перестройки ГУН;
  • узел индикации, отображающий данные о частоте и режиме работы синтезатора;
  • клавиатуры обеспечивающей управление работой синтезатора;
  • микроконтроллера управляющего работой синтезатора с ФАПЧ, блока конденсаторов, модуля индикации и формирующего управляющие воздействия на вышеуказанные узлы синтезатора в зависимости от данных поступающих от клавиатуры.
  • ФНЧ, сглаживающий пульсации напряжения ошибки поступающего от частотно-фазового детектора микросхемы синтезатора с ФАПЧ

Принципиальная электрическая схема синтезатора представлена на рисунке 2.

Генератор, управляемый напряжением выполнен по схеме индуктивной трехточки на полевом транзисторе VT3, перестройка частоты ГУН выполняется варикапом VD3 подключенным через емкость С29 к контуру ГУНа. На транзисторе VT2 выполнен истоковый повторитель, обеспечивающий развязку других узлов синтезатора от ГУНа. С выхода истокового повторителя ВЧ напряжение подается непосредственно на буферный каскад выполненный по схеме эмиттерного повторителя на транзисторе VT6, и через делитель на резисторах R15 и R20 на вход микросхемы синтезатора с ФАПЧ DD3. Микросхема синтезатора с ФАПЧ сравнивает опорную частоту и частоту ВЧ напряжения поступающего от ГУН и вырабатывает сигнал ошибки который подается на активный инвертирующий ФНЧ выполненный на транзисторе VT1. С выхода ФНЧ напряжение перестройки подается на варикап VD3 – таким образом осуществляется перестройка и удержание частоты напряжения вырабатываемого ГУН.

В зависимости от требуемой рабочей частоты ГУН, узел конденсаторов выполненный на транзисторах VT4 и VT5 управляющих диодами VD1 и VD2, подключает или отключает от задающего контура ГУН конденсаторы С23 и С25 меняя, таким образом, его резонансную частоту.

Узел индикации выполнен на регистрах DD2, DD4 и индикаторах HG1 и HG2 отображает номер и значение частоты на выходе синтезатора, а также режим работы синтезатора.

Микроконтроллер управляет работой микросхемы синтезатора с ФАПЧ изменяя коэффициенты деления частоты опорного и входного сигнала в необходимое число раз, до значения частотного шага сетки, управляет узлом индикации формируя данные необходимые для его работы, управляет работой блока конденсаторов в зависимости от требуемой частоты на выходе ГУН, а также производит считываение данных поступающих от клавиатура и управляет режимом работы синтезатора в целом, в зависимости от поступающих команд.

Микроконтроллер тактируется от задающего генератора микросхемы синтезатора с ФАПЧ.

Конструктив и детали

Синтезатор выполнен на печатной плате из двухстороннего фольгированного стеклотекстолита толщиной 1,5 мм размером 100 мм х 150 мм.

Проводящие верхний и нижний слой печатной платы представлены на рисунках 3 и 4 соответственно. Расположение деталей представлено на рисунке 5 (индикаторы и кнопки устанавливаются с нижней стороны платы или выполняются на отдельной печатной плате и соединяются с платой синтезатора жгутом).

Перечень элементов примененных в синтезаторе их тип и количество приведен в таблице 1

Количество

Наименование/тип

Поз. обозначение

номинал

Вилка двухрядная 5х2

25В-10 МКФ ТАНТАЛОВЫЙ

На радиаторе

Корпус SO-16

Корпус SO-16

катушка 55+20 от затвора, ПЭВ-2 0,27
каркас Ф=7 мм L=18 vмм с подстроечником М5ВН20

Замена элементов

В синтезаторе возможно применение вместо конденсаторов К10-17А керамических конденсаторов К10-17Б, вместо стабилизаторов 78L05 и 78L09 – 7805, 7809 соответственно, вместо транзисторов КТ315 – КТ3102, КТ342, вместо конденсатора К53-66 – любой танталовый указанного номинала. В синтезаторе возможно применение любых семисегментных индикаторов с общим катодом. При изготовлении описанного синтезатора были использованы пятисегментные семиразрядные индикаторы КИПЦ27А-5/8К производства «Протон» (г. Орел).

Настройка синтезатора

Настройку синтезатора выполнить в следующей последовательности:
— подать на контакты «1» (+) и «2» (-) печатной платы напряжение 12 В и проверить наличие индикации и изменение показаний индикаторов при воздействии на кнопки в следующей последовательности:
а) после первого включения индикатор должен отображать мигающую надпись «PLL ON», а затем перестать мигать и отображать надпись «001 1449» (первая группа цифр – номер волны, вторая – частота в килогерцах);
б) спустя не менее 2 сек после появления надписи «001 1449» кратковременно нажать на кнопку SB2 — индикатор должен отображать мигающую надпись «002 1458», а спустя время не более 3 сек – должен перестать мигать и отображать надпись «001 1449»;
в) нажать и удерживать кнопку SB2 – индикатор должен мигать, значение номера и частоты должны увеличиваться.
г) Установив частоту синтезатора, например 1494 кГц, кнопкой SB2, не позднее 3 секунд, во время отображения мигающей надписи «006 1494» нажать на кнопку SB4- индикатор должен перестать мигать должна отображаться надпись «006 1494»;
д) кратковременно нажать на кнопку SB3 — индикатор должен отображать мигающую надпись «005 1485», а спустя время не более 3 сек – должен перестать мигать и отображать надпись «006 1494»;
е) нажать и удерживать кнопку SB3 – индикатор должен мигать, значение номера и частоты должны уменьшаться;
ж) Установив частоту синтезатора, например 1449 кГц, кнопкой SB3, не позднее 3 секунд, во время отображения мигающей надписи «001 1449» нажать на кнопку SB4- индикатор должен перестать мигать должна отображаться надпись «001 1449»;
з) измерить напряжение относительно общего проводника на контакте «11» печатной платы синтезатора – напряжение должно быть (5+0,5)В.
и) нажать на кнопку SB1 – на индикаторе должна отобразиться мигающая надпись «OFF 1449», которая через время не более 3 секунд должна перестать мигать. Измерить напряжение относительно общего проводника на контакте «11» печатной платы синтезатора – напряжение должно быть 0В.
к) нажать на кнопку SB1 – на индикаторе должна отобразиться мигающая надпись «On 1449», которая через время не более 3 секунд должна перестать мигать, на дисплее должна отображаться надпись «001 1449». Измерить напряжение относительно общего проводника на контакте «11» печатной платы синтезатора – напряжение должно быть (5+0,5)В.
— при помощи осциллографа убедиться в наличии генерации на затворе транзистора VT2 и наличии напряжения ВЧ на контакте «7» печатной платы;
— отсоединить катод варикапа VD3 и регулировкой подстроечного сердечника катушки L1 установить частоту (1870+5) кГц на выходе синтезатора (Контакт «7» печатной платы), присоединить катод варикапа VD3
— подбором конденсаторов С23, С25 в небольших пределах добиться перекрытия синтезатором всего диапазона частот учитывая то, что конденсаторы к задающему контуру ГУН подключаются в соответствии с таблицей 2, при этом управляющее напряжение подаваемое на варикап VD3 должно изменяться не менее чем от 1 В до не более чем 8 В.
Измерение управляющего напряжения производить относительно общего проводника в точке соединения резисторов R9 и R3.

БЫСТРОДЕЙСТВУЮЩИЙ ОКТАВНЫЙ СИНТЕЗАТОР СВЧДИАПАЗОНА С МАЛЫМ ШАГОМ ПЕРЕСТРОЙКИ ЧАСТОТЫ

Бабковский А. П., Селезнев Н. Е. ФГУП НИИ Измерительных Систем им. Ю. Е. Седакова ГСП-486, Н. Новгород 603950, Россия тел.: 8312-666202, доб.295, e-mail: babkovsky@niiis.nnov.ru

Аннотация Рассматриваются вопросы проектирования СВЧ-синтезаторов частоты на основе микросхем с ФАПЧ-синтезаторов с дробным переменным коэффициентом деления.

Для отработки и проверки радиолокационных устройств используются контрольно-моделирующие комплексы на основе или стандартной измерительной аппаратуры при простых видах радиолокационного сигнала, или наборы специализированных функциональных блоков имитации поверхности, задержки сигнала, ослабления и формирования доплеровского сдвига частоты в случае тестирования и проверки устройств ближней радиолокации со сложными видами модуляции [1].

Структурная схема блока формирования доплеровского сдвига частот изображена на рисунке 1. В состав блока входят два СВЧ-генератора, позволяющие вводить в исследуемый сигнал доплеровский сдвиг частоты. При этом необходимо обеспечить когерентность обоих СВЧ-генераторов, что достигается применением единого опорного генератора частоты.

В настоящее время наиболее распространенными СВЧ-генераторами являются генераторы на базе цифровых синтезаторов частоты.

При разработке СВЧ-генераторов частоты для проверки устройств ближней радиолокации возникает проблема реализации малого шага перестройки частоты (сотни Гц) на частотах СВЧ-диапазона.

Реализация синтезаторов частоты с малым шагом перестройки частоты возможна различными способами:

Читайте также  Синтезатор частоты диапазона укв

1) цифровые синтезаторы прямого синтеза (DDS) практически позволяют реализовать шаг единицы микрогерц при перестройке частоты, но в настоящее время верхний диапазон частот, формируемый ими, не превышает 500 МГц;

2) возможно использование гибридных синтезаторов [2], представляющих собой комбинацию синтезаторов с фазовой автоподстройкой частоты (ФАПЧ) и цифровых синтезаторов прямого синтеза (DDS). Однако такая схема построения приводит к значительному усложнению конструкции СВЧгенераторов;

Наиболее оптимальным вариантом построения СВЧ-генераторов в диапазоне от 1 до 6 ГГц при решении проблемы является использование дробных (Fractional-N PLL) ФАПЧ-синтезаторов.

В связи с общей тенденцией автоматизации измерений, управление синтезаторами частоты, входящими в состав контрольно-моделирующего комплекса, должно осуществляться с помощью локальных микропроцессоров, связанных по общей шине с управляющей вычислительной системой на основе персональной ЭВМ. Режимы моделирования, обработки результатов и их документирования задаются программным обеспечением ЭВМ.

II. Основная часть

Здесь рассматривается результат проектирования и исследования синтезатора частоты на диапазон от 970 до 2150 МГц. Блок-схема этого синтезатора приведена на рисунке 2.

Синтезатор содержит следующие функциональные узлы:

1. Опорный кварцевый генератор (ОГ);

2. Микросхему ФАПЧ-синтезатора;

3. Фильтр нижних частот;

4. Масштабирующий операционный усилитель

5. Генератор, управляемый напряжением

6. Резистивный делитель мощности;

В качестве генератора, управляемого напряжением, используется широкополосный ГУН ROS-2150WV компании Mini-Circuits [3] на диапазон рабочих частот от 970 МГц до 2150 МГц.

Для усиления сигнала ошибки на выходе фазового детектора включен быстродействующий операционный усилитель компании Analog Devices OP-37.

Для развязки выхода ГУНа с выходом устройства и усиления сигнала применен пассивный аттенюатор типа РАТ-5 с ослаблением 5 дБ и СВЧ-усилитель

GALI-3 компании Mini-Circuits. Они обеспечивает развязку не менее 25 дБ.

В синтезаторе используется ИМС ФАПЧ СХ72300-11 [4] с дробным переменным коэффициентом деления.

Работа синтезаторов с дробным коэффициентом деления в цепи обратной связи подробно рассмотрена в работе [5].

Рассмотрим особенности и основные характеристики микросхемы ФАПЧ синтезатора СХ72300-11.

■ максимальная выходная частота основного канала 2,1 ГГц;

■ вспомогательного 500 МГц;

■ предельная рабочая частота фазового детектора -25 МГц;

■ минимальный шаг перестройки по частоте менее 100 Гц;

■ гарантированное время переключения частоты менее 100 мкс;

■ скорость программирования по последовательному интерфейсу-до 100Мбит/с;

■ допускается возможность цифровой модуляции.

Таких характеристик удалось достичь благодаря

применению в микросхеме синтезатора сигма-дельта модулятора со степенью дробности 2 18 или 262144 (в основном канале). Вспомогательный синтезатор микросхемы имеет коэффициент дробности 2 10 или 1024 (в данной конструкции не используется). Для реализации шага перестройки по частоте кратного 125 Гц необходимо применить опорный кварцевый

генератор с частотой 125-2 18 = 32,768МГц . Однако максимальная частота сравнения частотно-фазового детектора не должна превышать 25 МГц. Отечественные малошумящие опорные кварцевые генераторы выпускаются на частоты от 5 до 16 МГц. Поэтому в качестве опорного генератора использован ГК62ТС [6] ОАО «Морион» на частоту 8,192 МГц. При этом шаг перестройки частоты синтезатора частоты

Рис.1. Образец разработанного конвертера Fig. 1. Transmitting converter

Конструктивно конверторы выполнены в герметичном металлическом корпусе, заполненном осушенным инертным газом. В конверторах применены СВЧ и НЧ печатные платы на стеклотекстолите, полосовые фильтры, изготовленные на поликоре по тонкопленочной и толстопленочной технологиям. Используется элементная база как зарубежного, так и отечественного производства. Опорный сигнал синхронизации частоты гетеродина (10 МГц) напряжение питания (+12 В) и информационный сигнал Lдиапазона подаются на конвертор от модемного оборудования, размещаемого в помещении, по общему коаксиальному кабелю.

Структурная схема приемного конвертора, изображенная на рисунке 2 состоит из следующих основных функциональных элементов:

малошумящего усилителя, состоящего из 2-х усилительных микросхем и включенных между ними схемы коррекции АЧХ и полосового фильтра;

– двойного балансного смесителя;

– тракта промежуточной частоты, содержащего 2 усилительные микросхемы и ФНЧ на сосредоточенных элементах;

гетеродина, состоящего из генератора с ФАПЧ, синхронизированного опорным сигналом 10 МГц, а так же из удвоителя частоты и полосового фильтра, включенных между 2-мя усилительными микросхемами;

– стабилизатора напряжений питания.

Рис. 2. Структурная схема приемного конвертера Fig. 2. Block diagram of receiving converter

Структурная схема передающего конвертора, изображенная на рисунке 3 состоит из следующих основных функциональных элементов:

– тракта промежуточной частоты, содержащего ФНЧ на сосредоточенных элементах, и аттенюатор, управляемый напряжением;

– двойного балансного смесителя;

выходного усилительного тракта содержащего 3 усилительные микросхемы, разделённые полосовым фильтром, ГИС балансный усилительный каскад, собранный на кристаллах арсенидгаллиевых полевых транзисторов ЗП612А-5 (изготовитель ФГУП «НПП «Исток», г.Фрязино) и выходной полосовой фильтр;

Тракт гетеродина и стабилизаторы напряжений питания аналогичны с применяемыми в приемном конверторе.

Реализованные электрические характеристики приёмного конвертора:

– коэффициент передачи 40 дБ;

– выходная мощность в насыщении 25-30 мВт;

– неравномерность АЧХ в полосе 300 МГц менее 2 дБ;

изменение коэффициента передачи в рабочем диапазоне температур не более + 2дБ;

Рис. 3. Структурная схема передающего конвертера

Fig. 3. Block diagram of transmitting converter

– допустимая входная мощность не более 10 мВт. Реализованные электрические характеристики

коэффициент передачи 25 дБ; выходная мощность в насыщении 150-200 мВт; неравномерность АЧХ в полосе 300МГц менее 2 ДБ;

неравномерность АЧХ в любой полосе 50МГц менее 1 дБ;

изменение коэффициента передачи в рабочем диапазоне температур (с использованием термокомпенсации) не более + 2дБ;

-допустимая входная мощность не более 10 мВт.

Разработаны образцы приемного и передающего конверторов диапазона 5.35 5.65 ГГц, обладающие малой неравномерностью коэффициентов преобразования и хорошей стабильностью параметров в температурном диапазоне, характерном для эксплуатации вне помещений. Конверторы прошли испытания в составе системы связи со скоростью передачи данных от до 55 Мбит/с.

– неравномерность АЧХ в любой полосе 50 МГц менее 1 дБ;

OUTDOOR CONVERTERS FOR 5.5GHz WLAN

Krylov В. V., Kishchinskiy A. A., Zimin R. A., Danilov A. V., Syomochkin I. A.

Federal State-Owned Unitary Enterprise ‘Central Research Institute of Radio Engineering’

20 Novaya Basmannaya Str., Moscow, Russia, 105066 phone +7 (95) 2639724; e-mail: amplifiers@mail.ru

Abstract The report presents the results of developing

5.5 GHz outdoor converters for WLAN base and subscriber stations with the data transmission rate of up to 55 Mbps.

Источник: Материалы Международной Крымской конференции «СВЧ-техника и телекоммуникационные технологии», 2003г.

СИНТЕЗАТОР ЧАСТОТ СВЕРХВЫСОКОЧАСТОТНОГО ДИАПАЗОНА Российский патент 2008 года по МПК H03L7/16

Описание патента на изобретение RU2332787C1

Изобретение относится к радиотехнике, в частности к устройствам формирования колебаний сверхвысокой частоты (СВЧ), и может быть использовано в возбудителях передатчиков и гетеродинов приемников радиолокационных систем.

Известен синтезатор частот, содержащий перестраиваемый генератор (ПГ), первый и второй полосовые фильтры (ПФ), последовательно включенные эталонный генератор (ЭГ), первый делитель частоты (ДЧ), первый генератор гармоник (ГГ), первый селектор частоты (СЧ), первый смеситель (СМ); последовательно включенные второй ДЧ, второй ГГ, второй СЧ, второй СМ; последовательно включенные третий ДЧ, третий ГГ, третий СЧ, фазовый детектор (ФД), фильтр нижних частот (ФНЧ); при этом второй выход первого ДЧ соединен с входом второго ДЧ, второй выход которого соединен с входом третьего ДЧ; выход ФНЧ соединен с входом ПГ, выход которого соединен с вторым входом первого СМ, выход которого через первый ПФ соединен с вторым сходом второго СМ, выход которого через второй ПФ соединен с вторым входом ФД (Уткин Г.М. Проектирование радиопередающих устройств СВЧ. М., Сов. радио, 1979, стр.192).

Недостатком известного синтезатора частот является невозможность его реализации в СВЧ-диапазоне без применения дополнительных умножителей частоты, что приведет к ухудшению шумовых характеристик сигнала.

Наиболее близким к изобретению является синтезатор частот, содержащий эталонный генератор (ЭГ), последовательно включенные первый умножитель частоты (УЧ), второй УЧ, первый генератор гармоник (ГГ), первый полосовой фильтр (ПФ), первый смеситель (СМ); последовательно включенные второй ГГ, второй ПФ, второй СМ; последовательно включенные блок частотно-фазовой автоподстройки (ФАП), первый генератор, управляемый напряжением (ГУН), фазовый детектор (ФД), усилитель постоянного тока (УПТ), второй ГУН; при этом первый выход ЭГ соединен с входом первого УЧ, выход которого соединен с входом второго ГГ; второй выход ЭГ соединен с первым входом блока ФАП, ко второму входу которого подключен второй выход первого ГУН; выход второго ГУН соединен с вторым входом первого СМ, выход которого через первый усилитель промежуточной частоты (УПЧ) соединен с вторым входом второго СМ, выход которого через второй УПЧ соединен с вторым входом ФД (Там же, стр.198.).

Читайте также  Использование стабилитрона и заряда конденсатора

Причинами, препятствующими получению указанного ниже технического результата при использовании известного синтезатора частот, являются высокий уровень шумовых характеристик выходного сигнала, обусловленный действием умножителей частоты и генераторов гармоник, недостаточная чистота выходного сигнала и большая длительность перестройки.

Сущность изобретения заключается в следующем. Его задачей является улучшение шумовых характеристик, уменьшение побочных гармонических составляющих в спектре выходного сигнала синтезатора частот и сокращение времени его перестройки.

Это достигается тем, что в известный синтезатор частот, содержащий эталонный генератор (ЭГ), второй выход которого соединен с последовательно включенными первым блоком частотно-фазовой автоподстройки (ФАП) и первым генератором, управляемым напряжением (ГУН), второй выход которого соединен с вторым входом первого ФАП; второй ГУН, согласно изобретению введены второй блок ФАП, вход которого соединен с вторым выходом ЭГ, а выход — с входом второго ГУН, второй выход которого соединен с вторым входом второго блока ФАП, и n идентичных каналов формирования сетки частот, каждый из которых содержит последовательно включенные канальный блок ФАП, канальный ГУН, канальный коммутатор сигналов (КСК), канальный смеситель (КСМ) и канальный широкополосный фильтр (КПФ), причем второй выход канального ГУН соединен с вторым входом канального блока ФАП; выход КПФ каждого канала соединен с вторым входом КСМ последующего канала, а выход последнего КПФ является выходом устройства; при этом первый выход ЭГ соединен с входом канальных блоков ФАП, выход первого ГУН соединен с вторым входом КСМ первого канала, а выход второго ГУН соединен с вторым входом КСК каждого канала, третий вход которых связан с генератором весовых функций.

Причинно-следственные связи между признаками изобретения и техническим результатом заключаются в следующем. В синтезаторе минимальную используемую частоту имеет эталонный генератор, остальные генераторы имеют частоту больше ширины полосы пропускания канальных ПФ. Поэтому в спектре выходного сигнала во всем заданном диапазоне побочных составляющих частот не наблюдается. Вне диапазона побочные составляющие хорошо подавляются канальными ПФ. В устройстве все генераторы охвачены петлями ФАП от единого эталонного генератора. Поэтому можно считать сигналы всех генераторов когерентными по частоте и по медленно изменяющейся фазе. При этом плавающие по времени частоты в спектре выходного сигнала отсутствуют, что обеспечивает чистоту спектра. Отсутствие в схеме перестраиваемых по диапазону генераторов уменьшает по сравнению с прототипом время перестройки в 10 раз.

На чертеже изображена функциональная схема синтезатора частот СВЧ-диапазона.

Синтезатор частот СВЧ-диапазона содержит эталонный генератор (ЭГ) 1, второй выход которого соединен с последовательно включенными первым блоком фазовой автоподстройки (ФАП) 21 и первым генератором, управляемым напряжением (ГУН) 31, второй выход которого соединен с вторым входом первого блока ФАП 21, a также с последовательно включенными вторым блоком ФАП 22 и вторым ГУН 32, второй выход которого соединен с вторым входом второго блока ФАП 22. Первый выход ЭГ 1 подключен к входам n идентичных каналов формирования сетки частот, каждый из которых содержит последовательно включенные канальный блок ФАП 4, канальный ГУН 5, канальный коммутатор сигналов (КСК) 6, канальный смеситель (КСМ) 7 и канальный широкополосный фильтр (КПФ) 8. Второй выход канального ГУН 5 соединен с вторым входом канального блока ФАП 4, вход которого является входом канала и соединен с выходом ЭГ 1. Выход КПФ 8 каждого канала соединен с вторым входом КСМ 7 последующего канала, а выход последнего КПФ 8п является выходом устройства. Выход первого ГУН 31 соединен с вторым входом КСМ 71 первого канала, а выход второго ГУН 32 соединен с вторым входом КСК 6 каждого канала. Третий вход КСК 6 каждого канала связан с генератором весовых функций (не показан).

Описанное устройство может быть выполнено по известным правилам на типовой элементной базе. В частности, в качестве ЭГ может быть использован кварцевый генератор типа ГК-89ТС (Каталог ОАО «Морион», СПб, 2001, стр.7). В качестве ГУН 3, 5 использованы генераторы, выполненные на резонаторах с поверхностными акустическими волнами (ПАВ-генераторы), например, типа ГК141-С-ПВ (ЖКГД468753006); в качестве блоков ФАП использованы микросхемы РЕ3236 (PEREGRINE SEMICONDUCTOR CORP. / http://www.peregrin-semi.com.), а в качестве канальных коммутаторов — микросхемы HMC239S8 (Hittite Microwave Corporation. / www.hittite.com.).

Описанный синтезатор частот СВЧ-диапазона работает следующим образом. Напряжение с частотой 5-10 МГц с выхода ЭГ 1 подается на первый 31, второй 32 и канальные ГУН 5, которые привязаны к частоте ЭГ 1 системой ФАП и генерируют напряжения более высокой частоты, соответственно f1, f2. fkn. Чтобы не ухудшались шумовые свойства ПАВ-генераторов 3, 5, полоса среза фазовой характеристики петли ФАП выбирается не более 100 Гц. Выходная частота синтезатора fвых смещается в заданный диапазон сетки частот изменением частоты f1 первого ГУН 31.

Выходная частота синтезатора fвых определяется следующим выражением:

где f1 — частота первого ГУН 31;

f2 — частота второго ГУН 32;

n — количество каналов формирования сетки частот;

Δf·к — ширина диапазона синтезатора;

к — код (номер) выбранной частоты синтезатора, который определяется выражением:

где а — весовой коэффициент двоичного числа к по разрядам «0» или «1».

Таким образом, выходная частота синтезатора формируется в зависимости от весовой функции. В частности, при нулевом значении к на выходах канальных коммутаторов 6 напряжение будет иметь частоту только второго ГУН 32, а при единичном значении к-частоты соответствующих канальных ГУН 5. После преобразования этих частот в канальных смесителях 7 выходная частота синтезатора fвых определяется выражением (1).

Пусть f1=1000 МГц, Δf=10 МГц, f2=1000 МГц, fк1=1010 МГц, fк2=1020 МГц, fк3=1030 МГц и т.д.

к=0, n=6 (63 литеры).

В этом случае к выходу синтезатора через канальные коммутаторы сигналов КСК 6 подключен только второй ГУН 32 и выходная частота в соответствии с выражением (1) определяется следующим образом:

Если принять к=63, то к выходу синтезатора будут подключены все канальные ГУН 5.

Диапазон перестройки частоты синтезатора:

Шаг сетки частота Δf в СВЧ-диапазоне меньше 10 МГц обычно не делают, т.к. иначе соседние станции будут мешать друг другу.

Шумы синтезатора определяются следующей формулой:

где — отношение мощности шумов к мощности сигнала на несущей частоте.

Шумы всех ГУН 3, 5 можно считать одинаковыми, т.к. генераторы идентичны. Тогда . Перейдя к выражению в децибелах, получим:

, или

В случае использования шестиканального формирователя сетки частот n=6. При этом ухудшение отношения сигнал/шум γΣ составит 101g7=8,45 дБ. В прототипе ухудшение отношения сигнал/шум γΣ при умножении на 7 составит:

;

Отсюда видно, что шумовые характеристики заявленного синтезатора частот СВЧ-диапазона по сравнению с прототипом по меньшей мере на 8 дБ ниже.

Похожие патенты RU2332787C1

Реферат патента 2008 года СИНТЕЗАТОР ЧАСТОТ СВЕРХВЫСОКОЧАСТОТНОГО ДИАПАЗОНА

Изобретение относится к области радиотехники и может быть использовано в возбудителях передатчиков и гетеродинов приемников радиолокационных систем. Достигаемый технический результат — улучшение шумовых характеристик, уменьшение побочных гармонических составляющих в спектре выходного сигнала и сокращение времени перестройки. Синтезатор частот сверхвысокочастотного (СВЧ) диапазона содержит эталонный генератор (ЭГ), первый и второй генераторы, управляемые напряжением (ГУН), каждый из которых охвачен петлей частотно-фазовой автоподстройки (ФАП), и n идентичных каналов формирования сетки частот, каждый из которых содержит последовательно включенные канальный ГУН, охваченный петлей ФАП, канальный коммутатор сигналов, канальный смеситель и канальный широкополосный фильтр. 1 ил.

Формула изобретения RU 2 332 787 C1

Синтезатор частот сверхвысокочастотного диапазона, содержащий эталонный генератор, первый генератор, управляемый напряжением (ГУН), охваченный петлей частотно-фазовой автоподстройки (ФАП), вход которой подключен ко второму выходу эталонного генератора, второй ГУН, отличающийся тем, что второй ГУН выполнен охваченным петлей ФАП, вход которой соединен с вторым выходом эталонного генератора, и введены n идентичных каналов формирования сетки частот, каждый из которых содержит последовательно включенные канальный ГУН, охваченный петлей ФАП, канальный коммутатор сигналов, канальный смеситель и канальный широкополосный фильтр, при этом вход петли ФАП каждого из канальных ГУН соединен с первым выходом эталонного генератора, выход канального широкополосного фильтра каждого канала соединен со вторым входом канального смесителя последующего канала, а выход последнего канального широкополосного фильтра является выходом устройства; выход первого ГУН соединен с вторым входом канального смесителя первого канала, выход второго ГУН соединен с вторым входом канального коммутатора сигналов каждого канала, а третий вход каждого канального коммутатора подключен к генератору весовых функций.