5. Принцип работы схемы прототипа

5.1 Блок конвертора

Конвертер предназначен для работы в системах приема спутникового телевидения Ku диапазона (10,95...12,0 ГГц) с однократным преобразованием частоты.

Конвертер имеет следующие технические характеристики:

Диапазон рабочих частот, ГГц - 10,95... 12,0

Промежуточная частота, МГц - 950...2000

Коэффициент шума типовой, дБ - 0,6

Коэффициент передачи, дБ - 60

Частота гетеродина, ГГц - 10,0

Напряжение питания, В - 13/18В

Потребляемый ток, мА, не более - 95

Поляризация входного сигнала - вертикальная/горизонтальная.

Конвертер построен по схеме малошумящего преобразователя частоты, конструкционно объединенным с облучателем антенной системы и встроенным переключателем поляризации входного сигнала. Его принципиальная схема приведена в Приложении А. Он состоит из входного волновода с погруженными в него зондами (на электрической схеме не показаны), СВЧ усилителя, выполненного на транзисторах VТ1 - VТЗ, полосового фильтра с использованием полосковых линий L9 - L18, гетеродина на частоту 10,0 ГГц на транзисторе VT4 со стабилизацией частоты, балансного смесителя на диодной сборке VD2, усилителя промежуточной частоты на микросхемах DA2 и DA3, стабилизатора напряжения на микросхеме DA4. В него входит также устройство на микросхеме DA1, выполняющее функции преобразователя напряжения +5 В в -2 В, переключатель поляризации и стабилизации токов полевых транзисторов VT1 - VT3. В конвертере применены микросхемы, транзисторы и диодные сборки производства фирмы Hewlett Packard (США).

Входной сигнал, сфокусированный параболическим зеркалом, поступает в облучатель и от него - в круглый волновод диаметром 19 мм. Связь полосковых линий затворов транзисторов VT1 и VT2 с волноводом осуществляется с помощью погруженных зондов, установленных под углом 90 градусов в волноводе, что позволяет принимать сигналы как с вертикальной, так и с горизонтальной поляризацией. Переключение поляризации в конвертере осуществляется напряжением питания 13/18 В, поступающим по кабелю на выходной разъем XW1. Напряжение питания через делитель на резисторах R9 - R11 подается на вход компаратора микросхемы DA1. При напряжении питания 13 В микросхема DA1 включает транзистор VT1 и на его стоке появляется напряжение +1,5 В. Транзистор VT2 в это же время закрыт отрицательным напряжением -2 В, поступающим на его затвор, и, кроме того, напряжение со стока этого транзистора снято.

При переключении напряжения питания на +18 В транзистор VT1 закрывается, а транзистор VT2 включается в нормальный режим работы. Это позволяет электронным способом менять вид поляризации принимаемого сигнала.

Суммирование сигналов с транзисторов VT1 и VT2 осуществляется с помощью моста на полосковых линиях L5, L6. Суммарный сигнал поступает на затвор транзистора VT3 - второго усилительного каскада. Транзисторы VT1 - VT3 типа ATF36077 имеют коэффициент усиления 12 дБ на частоте 12 ГГц при напряжении питания +1,5 В и токе 10 мА. Таким образом, суммарный коэффициент усиления СВЧ усилителя составляет 24 дБ при коэффициенте шума порядка 0,5 дБ.

Для достижения лучших значений коэффициента шума необходима точная настройка режима работы транзисторов и согласование их входов и выходов. Реально же удается получить коэффициент шума, отличный от паспортного на 0,1 дБ, поэтому в характеристиках приводится максимальное значение Кш на частоте 12 ГГц - 0,6 дБ.

Усиленный СВЧ сигнал со стока транзистора VT3 поступает на вход полосового фильтра L9 - L18, выполненного на полосковых встречно-штыревых резонаторах и имеющего полосу пропускания 10,8... 12,0 ГГц при неравномерности АЧХ З дБ.

С выхода фильтра сигнал СВЧ поступает на вход балансного смесителя, выполненного на диодной сборке VD2 СВЧ диодов с барьером Шоттки и полосковом мосте. На другой вход балансного смесителя поступает сигнал с частотой 10 ГГц с выхода гетеродина на транзисторе VT4.

Гетеродин выполнен на полевом транзисторе по схеме с общим стоком, с открытым полуволновым резонатором, включенным в цепь затвор-исток транзистора, и стабилизирующим высокодобротным цилиндрическим резонатором ZQ1 из титанатно-бариевой керамики.

Потери преобразования сигнала составляют около 7 дБ. Сигнал промежуточной частоты Fпч с выхода балансного смесителя через фильтр на элементах L19, С23, С24, R14 поступает на вход микросхемы DA2 предварительного усилителя ПЧ, выполненного по схеме, приведенной в журнале "Приборы и техника эксперимента", 1984, # 2, с. 111 (Абрамов Ф.Г., Волков Ю.А., Вонсовский Н.Н. "Согласованный широкополосный усилитель"). Усилитель на микросхеме INA51063 имеет диапазон рабочих частот 100..2400 МГц при коэффициенте усиления 22 дБ. С выхода предварительного усилителя ПЧ сигнал поступает на вход оконечного усилителя ПЧ, выполненного на микросхеме DA3 и имеющего диапазон рабочих частот 100...3000 МГц при коэффициенте усиления 23 дБ. Резисторы R14, R15, R17 сопротивлением 10 Ом предотвращают самовозбуждение каскадно включенных усилителей, особенно при рассогласовании нагрузки, подключенной к разъему XW1.

Питание конвертера осуществляется от микросхемного стабилизатора DA4, обеспечивающего стабилизацию напряжения +5 В при токе до 150 мА.