Исследование характеристик умножителя частоты на варакторных диодах.

Введение Умножители частоты, или как их называют в более развернутом виде, системы формирования дискретного множества частот, в настоящее время получили очень широкое распространение в самых разнообразных видах радиоэлектронной аппаратуры. Индукционные печи с токами высокой частоты, радиосвязные, радионавигационные и радиолокационные системы, схемы подавления помех, системы управления скоростью двигателя – вот далеко не полный перечень областей применения умножителей частоты. Появление первых разработок умножителей частоты относится к 30-м и 40-м годам XX века. В электротехнике и электронике умножителем частоты называется радиоэлектронное устройство, предназначенное для увеличения в целое число раз n частоты подводимых к нему периодических электрических колебаний в заданном диапазоне частот с требуемой стабильностью и качеством выходного сигнала. Характерной особенностью умножителей частоты является постоянство n при изменении (в некоторой конечной области) частоты входного сигнала, а также параметров самого умножителя (например, резонансных частот колебательных контуров или резонаторов, входящих в состав умножителя частоты), т.е. в умножителе частоты относительная нестабильность частоты колебаний при умножении остается постоянной. Это важное свойство позволяет использовать умножители частоты для повышения частоты стабильных колебаний в различных радиопередающих, радиолокационных, измерительных и других установках; при этом может достигать 10 и более. Основная проблема при конструировании умножителей частоты – это уменьшение фазовой нестабильности входных колебаний (обусловленной случайным характером изменения их фазы), которая приводит к увеличению относительной нестабильности частоты на выходе по сравнению с соответствующей величиной на входе. В настоящее время выявились следующие основные методы построения умножителей частоты: косвенный на базе систем импульсно-фазовой автоподстройки частоты (ИФАПЧ); прямой с использованием фильтрующих элементов на поверхностно-акустических волнах; цифровой на основе вычислительных процедур. Наиболее распространены умножители частоты, состоящие из нелинейного устройства (транзистора, варактора, катушки с ферритовым сердечником) и одного или нескольких электрических фильтров. Нелинейное устройство изменяет форму входных колебаний, вследствие чего в спектре колебаний на его выходе появляются составляющие с частотами, кратными входной частоте. Эти сложные колебания поступают на вход фильтра, который выделяет составляющую с заданной частотой , подавляя (не пропуская) остальные. Такие устройства применяются для умножения частоты гармонических колебаний. В работе пойдёт речь об умножителе частоты на варакторном диоде [3]. Варактор - [от англ. var(iable) - переменный и act - действие], полупроводниковый диод, по принципу действия аналогичный варикапу. Используется преимущественно как нелинейный элемент в умножителях частоты, а также для усиления колебания в параметрических усилителях сверхвысокочастотного диапазона. Целью данной работы является исследование характеристик умножителя частоты диапазона СВЧ на варакторном диоде. 1 ПРИМЕНЕНИЕ УМНОЖИТЕЛЯ ЧАСТОТЫ В СОСТАВЕ МАЛОШУМЯЩЕГО ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЯ 1.1 Малошумящий преобразователь (МШПР) К настоящему времени известен ряд МШПР, отличающихся конструкцией, диапазоном частот и другими параметрами. Приведём краткие сведения о некоторых из них. Широкополосный МШПР [10] с перестраиваемым гетеродином, разработанный для спутниковой связи в диапазоне частот 300…8000МГц. Все блоки преобразователя выполнены по монолитной технологии на одном кристалле из арсенида галлия. В качестве активных элементов малошумящего усилителя (МШУ) используются полевые транзисторы с большой подвижностью электронов. Диапазон промежуточных частот (ПЧ) составляет 185…2085МГц. МШПР разрабатывается с целью получения наибольшей равномерности коэффициента передачи и наименьшего энергопотребления. Несмотря на несомненные достижения, описаны в этой работе МШПР имеет высокий коэффициент шума -10,0…10,5дБ в диапазоне частот 3,4…4,5ГГц. Ещё один МШПР также выполненный на кристалле из арсенида галлия [9]. Интегральная схема МШПР состоит из смесителя (СМ) и генератора, управляемого напряжением. МШПР предназначен для использования в приемнике в блоке преобразования на 32 аналоговых телевизионных канала в диапазоне частот 2500-2686МГц. Диапазон ПЧ составляет 200-400МГц. МШПР с автоматическим управлением усиления в диапазоне частот 30-920МГц. Данный МШПР выполнен по кремний-биполярной технологии и имеет коэффициент шума 15дБ (включая 22дБ потерь во внешнем фильтре), уровень выхода 41мВ. Анализируя современное состояние в разработке и создания МШПР можно сделать вывод, что малошумящий преобразователь должен обладать высо-