9.2. Диодные свч-преобразователи частоты

В схемах, приведенных ранее, для связи диодов ПЧ с входом и выходом в качестве фазовращающих и развязывающих устройств применяются трансформаторы, в том числе с дифференциальной обмоткой. На радиочастотах (до 500…2000 МГц) используются трансформаторы с ферритовыми сердечниками. На СВЧ (более 2 ГГц) вместо таковых применяются МУ (микрополосковые или из сосредоточенных элементов), с помощью которых обеспечиваются 2 противофазных сигнала с равными амплитудами. Необходимо иметь в виду, что в трансформаторах на выводах дифференциальной обмотки противофазные сигналы появляются одновременно с подачей сигнала на первичную обмотку, в то время как в МУ противофазные сигналы формируются за счет разного времени прохождения сигналов в соответствующих ветвях. Чаще всего в качестве фазовращающих и развязывающих МУ СВЧ в балансных ПЧ используются кольцевые восьмиполюсники (гибридные кольца, в английской литературе – Hybreed, Ratrace), обеспечивающие 2 сигнала с половинными (по отношению к входному сигналу) мощностями, сдвинутыми по фазе на 180º. На частотах до 3…5 ГГц для уменьшения размеров ПЧ МУ выполняются на сосредоточенных элементах. Диоды подсоединяются к выходным портам входного МУ, другие их выводы подсоединяются к выходному МУ (или трансформатору с дифференциальной первичной обмоткой), которое необходимо для компенсации фазовых сдвигов, полученных в первом МУ. Так как эта компенсация реализуется уже на промежуточной частоте, то расчет второго МУ производится на частоте, равной промежуточной (при использовании трансформатора в этом нет необходимости). Так как МУ (как в микрополосковом исполнении, так и на сосредоточенных элементах) обладают фильтрующим действием на частотах выше промежуточной, то спектр выходного сигнала ПЧ получается более чистым, чем при использовании трансформатора, в особенности при использовании варианта на сосредоточенных элементах, являющегося по существу ФНЧ.

Рис. 9.7

В качестве диодов в СВЧ ПЧ чаще всего используются диоды с барьером Шотки, обладающие небольшими потерями, малыми емкостями и индуктивностями выводов и малыми размерами. В качестве развязывающих (изолирующих по высокой частоте) индуктивностей и разделительных и блокирующих (замыкающих высокочастотный сигнал на «землю») конденсаторов используются «чиповые» элементы. Схема балансного ПЧ СВЧ приведена на рис. 9.7. Здесь на входе использован синфазно-противофазный мост на отрезках ЛП (входной сигнал подается в порт 1, опорный в порт 3, диоды присоединены к портам 2 и 4) и такой же мост на СРЭ на выходе. Для частот до 5 10 ГГц имеет смысл и на входе использовать такой же мост. Так как промежуточная частота обычно не превышает нескольких сотен МГц, то на выходе можно использовать широкополосный трансформатор с входной дифференциальной обмоткой. Качество ПЧ определяется следующими характеристиками: потерями преобразования, коэффициентом шума, степенью подавления входного и опорного (гетеродинного) сигналов на выходе ПЧ. Потери преобразования , где ‒ мощность преобразуемого сигнала на входе; ‒мощность преобразованного сигнала на выходе ПЧ.

Коэффициент шума (в первом приближении, без учета шумового вклада диодов) равен потерям преобразования. Степени подавления входнго и опорного сигналов определяются как: и , где ‒ мощность входного сигнала на выходе ПЧ; ‒мощность опорного сигнала; ‒ мощность опорного сигнала на выходе ПЧ.