Решение

Одним из составных частей гетеродинного тракта является цепочка умножителей частоты, в которой частота задающего кварцевого генератора умножается в соответствующее число раз

Существуют транзисторные умножители частоты и умножители на нелинейных пассивных элементах (п/п диоды, варакторы).

В транзисторных умножителях частоты происходит усиление сигнала и это является их достоинством. Частотные свойства транзисторов не позволяют получать от них выходные колебания на частотах выше 1 ГГц. По этой причине умножители частоты на транзисторах применяют только в первых каскадах умножительной цепочки в качестве удвоителя частоты.

В настоящее время широкое применение находят варакторные умножители частоты. Важнейшим практическим показателем умножителя является коэффициент полезного действия и максимальная выходи мощность. Преимуществом варакторов является возможность создания на них эффективных умножителей частоты с большим коэффициенте умножения.

Упрощенную схему такого умножителя частот приведена на рисунке 3.1.

Рисунок 3.1 - Упрощенная структурная схема варакторного умножителя

Варактор VD является элементом связи между входным (L1C1) и выходным (L2C2) резонансными контурами. Контура настроены соответственно на частоту входного сигнала (сигнал, который необходимо умножить) и гармонику n входного сигнала . На варактор с резистора R подается автоматическое смещение. Под действием гармонического входного сигнала емкость варактора будет меняться по нелинейному закону, а это значит, что через варактор протекает нелинейный ток. Этот ток будет протекать также и по контурам, создавая на выходном контуре напряжение гармонических колебаний с частотой . Для повышения КПД необходимо повышать его добротность, а это приводит к уменьшению полосы пропускания. Полоса пропускания варакторного умножителя частоты вследствие применения контуров с высокой добротностью составляет всего несколько процентов от рабочей частоты.

По этой причине умножитель очень критичен в настройке и температурная стабильность его невысока. Чтобы исключить эти недостатки умножителя на варакторе, стараются расширить его полосу пропускания, используя вместо одиночных контуров полосовые фильтры.

КПД варакторного умножителя резко падает с повышением номера гармоники выходной частоты. КПД варакторного умножителя растет с увеличением добротности диода и увеличением амплитуды напряжения входного сигнала. Для получения высокого КПД предельная частота варактора должна быть в десятки раз больше частоты входного сигнала. Так для Q = 100 теоретическая величина КПД удвоителя для случая максимальной амплитуды входного сигнала и при условии оптимального согласования на входе и выходе составляет 85...90%. При тех же условиях КПД утроителя составит 50%.

В варакторном умножителе, благодаря малым потерям, высшие гармоники могут образовываться не только путем прямого умножения входной частоты, но также путем умножения и комбинирования низких гармоник этой частоты.

Поэтому для повышения КПД в утроителе кроме входного контура (L2C3, L1C4 с емкостью связи С1), настроенного на частоту входного сигнала и выходного контура (L2C6, L5C7 с емкостью связи С2), настроенного на третью гармонику этого сигнала, к варакгору подключают холостой контур (L4C5), настроенный на вторую гармонику входного сигнала (рисунок 3.2).

Схема утроителя частоты с холостым контуром

Варактор является общим элементом связи для всех контуров и через него протекают все токи. Выходной сигнал образуется не только за счет утроения частоты входного сигнала, но и за счет биений между колебаниями первой и второй гармоник. Таким образом удаетсяповысить КПД утроителя до 70%.

Однокаскадные умножители частоты с высоким коэффициентом умножения и высоким КПД практически получить не удается, поэтому в гетеродинных трактах передатчиков применяют многокаскадные умножители, представляющие цепочку, состоящую из удвоителей и утроителей. В мощных умножителях, когда величина потерь является решающей, применяют только удвоители.

Данная схема применяется в утроителе гетеродинного тракта «КУРС-6».