CC BY
157
Зикий А. Н.
А. N.
кандидат технических наук, старший научный сотрудник, доцент кафедры «Информационная безопасность телекоммуникационных систем» Института компьютерных
технологий и информационной безопасности, ФГАОУВО «Южный
федералъныйуниверситет» г. Таганрог, Российская Федерация
Зламан П. Н. 21атап Р. N.
ведущий инженер-конструктор Научно-конструкторского бюро моделирующих иуправляющих систем, ФГАОУВО «Южный федеральный
университет» г. Таганрог, Российская Федерация
УДК 621.374.38.4
ВАРАКТОРНЫЙ УМНОЖИТЕЛЬ ЧАСТОТЫ 400 МГЦ
Варакторные умножители частоты нашли широкое применение в устройствах формирования сигналов передатчиков и гетеродинах приёмников. С их помощью можно получить высокостабильный сигнал в тех диапазонах частот, где прямая генерация невозможна или затруднительна, поэтому их исследование является актуальным [1-12].
К умножителю частоты предъявляются следующие требования:
— входная частота 400 МГц;
— кратность умножения частоты от 2 до 9;
— входная мощность от 10 до 20 дБм;
— коэффициент передачи от 10 до 20 дБ;
— входное сопротивление 50 Ом;
— сопротивление нагрузки 50 Ом;
— входной и выходной соединители тип 9 по ГОСТ 13317-89.
Такие параметры можно реализовать в умножителях частоты на варакторах, на диодах с накоплением заряда, на транзисторах и микросхемах. В данной работе выбран вариант варак-торного умножителя частоты по причине его простоты и отсутствию напряжения питания.
Проведено экспериментальное исследование варакторного умножителя частоты при подаче на вход сигнала с частотой 400 МГц. Получены амплитудные характеристики для крат-ностей умножения частот от 2 до 9. Приведена принципиальная схема умножителя частоты, краткое описание конструкции и методика эксперимента.
Широко используются параллельная и последовательная схемы включения варактора. В данном случае используется параллельное включение варактора. Для согласования входного сопротивления умножителя частоты с волновым сопротивлением тракта используется П-образное звено фильтра нижних частот.
Показано, что приемлемые уровни выходной мощности от минус 8 до 4 дБм получены на гармониках от 2-ой до 9-ой при входной мощности 20 дБм. При этом коэффициент передачи меняется от минус 30 до минус 20 дБ.
Ключевые слова: варакторный умножитель частоты, амплитудные характеристики, эксперимент, спектр, кратность умножения.
VARACTOR FREQUENCY MULTIPLIER 400 MHZ
Varactor frequency multipliers have found wide application in signal generation devices of transmitters and receiver heterodynes. With their help, it is possible to obtain a highly stable signal in those frequency bands where direct generation is impossible or difficult, and therefore their investigation is actual [1-12].
The following requirements are imposed on the frequency multiplier:
— input frequency of 400 MHz;
— multiplicity of frequency multiplication from 2 to 9;
— input power from 10 to 20 dBm;
— transmission ratio from 10 to 20 dB;
— input resistance 50 Ohm;
— load resistance 50 Ohm;
— input and output connectors are type 9 according to GOST 13317-89.
Such parameters can be realized in frequency multipliers on varactors, diodes with accumulation of charge, on transistors and microcircuits. In this paper, a variant of the varactor frequency multiplier is chosen because of its simplicity and lack of supply voltage.
An experimental study of a varactor frequency multiplier is performed when a signal with a frequency of 400 MHz is applied to the input. Amplitude characteristics are obtained for multiplicities of multiplication of frequencies from two to nine. A schematic diagram of the frequency multiplier, a brief description of the design, and the experimental procedure are presented.
Widely used parallel and sequential scheme of the inclusion of the varactor. In this case, the parallel inclusion of the varactor is used. The U-shaped link of the low-pass filter is used for to match the input resistance of the frequency multiplier with the wave impedance of the path.
It is shown that acceptable output power levels from minus 8 dBm to 4 dBm are obtained on harmonics from the second to the ninth with an input power of 20 dBm. In this case, the transmission factor varies from minus 30 dB to minus 20 dB.
Key words: varactor frequency multiplier, amplitude characteristics, experiment, spectrum, order of multiplication.
Схема и конструкция Конденсаторы С1 и С4 являются раздели-
Принципиальная схема умножителя час- тельными. Конденсаторы С2, СЗ и катушка
тот приведена на рисунке 1, перечень элемен- L2 образуют согласующую цепь на входе. L1,
тов представлен в таблице 1. R1 образуют цепь автосмещения.
XI
Вк.1Д
С1
С2
О
L2
II
R1
А
ш
С4
tin кед
VD]
Рисунок 1. Принципиальная схема умножителя частоты
Таблица 1. Перечень элементов умножителя частоты
Позиции обозначений Наименование Значение
C1,C4 Конденсатор 1000 пФ±5%
C2 Конденсатор 12...18пФ±5%
C3 Конденсатор 68 пФ ±5 %
R1 Резистор 470 Ом ±5 %
VD1 Варактор VBV163
LI Катушка 10 витков на оправке 2мм, виток к витку
L2 Катушка 0,75 витка 1 = 20 мм
X1,X2 Переход SMA-F
Конструктивно умножитель частот представляет собой цилиндр размерами 35x20 мм, на плоских поверхностях которого установлены соединители XI, Х2. Внутри цилиндра установлена печатная плата размерами 30x15x1 мм, на которую напаяны все радиоэлементы. Внешний вид умножителя частоты со снятой крышкой показан на рисунке 2. Массивная часть корпуса под платой играет роль теплоотвода для диода УБ1 и конденсатора СЗ.
Эксперимент
Эксперимент проводился на установке, структурная схема которой представлена на рисунке 3.
Рисунок 2. Фотография умножителя частоты
Рисунок 3. Структурная схема измерительной установки
Источником сигнала является генератор типа E8257D фирмы Agilent Technologies. Индикатором выходной мощности и частоты является анализатор спектра типа РХА N9030A.
На рисунке 4 можно видеть спектр выходного сигнала при подаче входного сигнала с частотой 400 МГц и мощностью 100 мВт.
Амплитудные характеристики умножителя частоты снимались при изменениях входной мощности от 10 до 20 дБм с шагом
Рисунок 4. Спектр сигналов на выходе умножителя частоты при ^=400 МГц, Рвх=100 мВт
Таблица 2. Результаты испытаний при 1^=400 МГц
Входная мощность (дБм) Выходная мощность, дБм, при кратности умножения частоты
2 3 4 5 6 7 8 9
10 -51,37 -47,45 -47,11 -46,60 -46,39 -47,09 -51,18 -60,01
12 -38,60 -29,65 -25,85 -23,75 -22,78 -21,82 -23,20 -27,38
14 -24,45 -15,70 -13,74 -12,66 -10,73 -9,12 -9,83 12,47
16 -16,51 -9,11 -8,47 -6,58 -4,78 -3,08 -3,53 -5,85
18 -11,52 -5,41 -4,84 -2,58 -1,03 0,86 0,29 -1,94
20 -7,93 -2,82 -1,71 0,38 2,10 3,75 3,05 0,37
2 дБ. Результаты измерений выходной мощ- Они позволяют сформулировать количе-ности заносились в таблицу 2. По данным ственные выводы, таблицы 2 построены графики (рисунок 5).
Рвых, цБм
__—♦
/уА г У * у/
>
у//*/
/// —«—М=2
/V/, У / г /
// * /// / 1Ч-0
£ ' / 9 /
г * / 1г'7 * " / N-4
/// -N = 5
т/ А
И 9 /
N=6
/ //
Н/ N=7
к
г
N=8
V / /
—лег N=9
Рвх, дБг. и
Рисунок 5. Амплитудные характеристики умножителя частот при 1^=400 МГц
Выводы мониках от 2 до 9 при входной мощности
1. Выходная мощность нелинейно зависит + 20 дБм.
отвходноймощности. 3. Коэффициент передачи умножителя
2. Приемлемые уровни выходной мощно- частоты при входной мощности 100 мВт сти (от минус 8 до + 4 дБм) получены на тар- (20 дБм) и частоте 400 МГц представлен в
таблице 3.
Таблица 3. Коэффициент передачи умножителя частоты
Номер гармоники 2 3 4 5 6 7 8 9
Коэффициент передачи, - - - - - - - -
дБ 27,93 22,82 21,71 19,62 17,9 16,25 16,95 19,63
Список литературы
1. Красноголовый Б.Н., Плавский Л.Г. Варакторные умножители частоты. Минск: БГУ, 1979. 288 с.
2. Белов Л.А. Устройства формирования СВЧ сигналов и их компоненты. М.: Издательский дом МЭИ, 2010. 320 с.
3. Касаткин Л.В., Чайка В.Е. Полупроводниковые устройства диапазона миллиметровых волн. Севастополь: Вебер, 2006. 319 с.
4. Ризкин ИХ. Умножители и делители частоты. М.: Связь, 1976. 328 с.
5. Бруевич А.Н., Евтянов С.И. Аппроксимация нелинейных характеристик и спектры при гармоническом воздействии. М.: Советское радио, 1965. 344 с
6. Грибов Э.Б. Нелинейные явления в приёмо-передающем тракте аппаратуры связи натранзисторах. М.: Связь, 1971. 243 с.
7. Жаботинский М.Е., Свердлов Ю.Л. Основы теории и техники умножения частоты. М.: Советское радио, 1964. 327 с.
8. Кищинский A.A. и др. Умножители частоты на полевых транзисторах с барьером Шотки. Обзоры по электронной технике / ЦНИИ Электроника — Серия 1. Электроника СВЧ. 1990. Вып. 10 (1558). 32 с.
9. Савельев B.C. и др. Умножители частоты СВЧ диапазона на транзисторах. Обзоры по электронной технике / ЦНИИ Электроника — Серия 1. Электроника СВЧ. 1986. Вып. 17 (1220). 27 с.
10. Измерительная аппаратура СВЧ и КВЧ. Узловая и элементная базы / Под ред. A.M. Кудрявцева. М.: Радиотехника, 2006. 208 с.
11. Радиопередающие устройства на полупроводниковых приборах. Проектирование и расчёт / Под ред. P.A. Валитова и И.А. Попова. М.: Советское радио, 1973. 464 с.
12. Camargo Е. Design of FET Frequency Multipliers and Harmonic Oscillators. Artech House Inc. Norwood, MA, 1998. 215 p.
References
1. Krasnogolovyj B.N., Plavskij L.G. Varactor Frequency Multiplier. Minsk, BGU, 1979. 288 p. [inRussian],
2. Belov L.A. Devices/or the Generation of Microwave Signals and Their Components. Moscow, Publishing House MEI, 2010. 320 p. [in Russian],
3. Kasatkin L.Y. Chajka Y.E. Semiconductor Devices in the Millimeter Wave Range. Sevastopol, Veber, 2006. 319 p. [in Russian],
4. Rizkin I.Kh. Frequency Multipliers and Dividers. Moscow, SvyazPubl., 1976. 328 p. [in Russian],
5. Bruevich A.N., Evtyanov S.I. Approximation of Nonlinear Characteristics and Spectra under Harmonic Influence. Moscow, SovetskoeradioPubl., 1965. 344p. [inRussian],
6. Gribov E.B. Nonlinear Phenomena in the Receiving-Transmitting Tract of Communications Equipment on Transistors. Moscow, SvyazPubl., 1971. 243 p. [inRussian],
7. Zhabotinskij M.E., Sverdlov Yu.L. Fundamentals of the Theory and Technique of Frequency Multiplication. Moscow, Sovetskoe radioPubl., 1964. 327p. [inRussian],
8. Kishhinskij A.A. e.a. Frequency Multipliers on Field Effect Transistors with a Schottky Barrier. Electronic Surveys. TSNIIElektronika. Ser. 1. Elektronika SVCH. 1990. Vol. 10 (1558). 32 p. [in Russian],
9. Savel'ev V.S. e.a. Multipliers of Microwave Frequency Range on Transistors. Electronic Surveys. TSNII Elektronika. Ser. 1. Elektronika SVCH. 1986. Vol. 17 (1220). 27 p. [in Russian],
10. Measuring Equipment of Microwave and EHF. Nodal and Element Bases. Ed. by A.M. Kudryavtseva. Moscow, Radiotekhnika Publ., 2006. 208 p. [in Russian],
11. Radio Transmitting Devices on Semiconductor Devices. Design and Calculation. Ed. by R.A. Valitova and I.A. Popova. Moscow, Soviet radio Publ., 1973. 464 p. [in Russian],
12. Camargo E. Design of FET Frequncy Multipliers and Harmonic Oscillators. Artech House Inc. Norwood, MA, 1998. 215 p.
