6.3.3. Сверхвысокочастотные генераторы

К СВЧ генераторам относятся ИГ частотного диапазона, начиная с 300 МГц. При этом в нижней части дециметрового диапазона (300 … 1000МГц) схемно и конструктивно они аналогичны ИГ метрового диапазона: базовой схемой ЗГ также является LC-генератор с коаксиальным резонатором, еще возможно усиление сигнала ЗГ с помощью УВЧ, применяются все рассмотренные виды модуляции и т.д. Поэтому рассмотрим особенности СВЧ генераторов, частотный диапазон которых начинается с 1ГГц.

Для диапазона СВЧ характерен переход от цепей с сосредоточенными постоянными к цепям с распределенными постоянными, относящимся к классу длинных линий. Поэтому СВЧ тракты ИГ конструктивно представляют собой совокупность СВЧ узлов в коаксиальном, волноводном и микрополосковом исполнении. В диапазоне СВЧ понятия тока и напряжения теряют свой физический смысл, и единственным видом измерений, однозначно характеризующим интенсивность электромагнитных колебаний, становится измерение мощности. Поэтому СВЧ генераторы характеризуются P-параметрами. Соответственно вольтметр заменяется на ваттметр (термисторный или термоэлектрический), который может быть постоянно подключен к СВЧ тракту, либо иметь отдельный вход (это характерно для ИГ миллиметрового диапазона, где максимально упрощают конструкцию СВЧ тракта). В первом случае измеряется проходящая мощность, а во втором – поглощаемая.

Характерной особенностью СВЧ генераторов является отсутствие УВЧ. Поэтому наибольшая выходная мощность ИГ полностью определяется типом ЗГ и ослаблением СВЧ тракта. В качестве ЗГ применяются, как правило, три вида источников СВЧ колебаний: на клистронах, на лампах обратной волны и на диодах Ганна. Все они характеризуются сравнительно небольшим перекрытием по диапазону частот. Поэтому СВЧ генераторы проектируются как однодиапозонные и выпускаются сериями из однотипных приборов на сменные участки диапазона. Перечисленные типы ЗГ ограничивают и число возможных видов модуляции в СВЧ генераторах (PMиFM). Частотная модуляция осуществляется в самом ЗГ, а амплитудно-импульсная может быть реализована также с помощью модулятора наPIN-диодах.

В современных ИГ применяются практически все виды СВЧ аттенюаторов, которые кроме регулировки уровня выходного сигнала обеспечивают развязку между ЗГ и нагрузкой ИГ. Это необходимо для исключения влияния параметров нагрузки на стабильность сигнала ЗГ по частоте и уровню.

6.4. Синтезаторы частоты

Синтезатор частоты состоит из трех основных блоков (рисунок 6.4.). Опорным генератором является стандарт частоты – кварцевый генератор. Блок опорных частот формирует из сигнала частотыf₀ ряд сигналов с фиксированными частотамиf₁…f_n , необходимых для последующего синтеза частот. Этот синтез осуществляется в последнем блоке, который и создает сетку частот синтезатора в требуемом диапазоне.

Рисунок 6.4.Структурная схема синтезатора частоты.

Известны два алгоритма синтеза частот: прямой синтез, поясняемый структурной схемой (рисунок 6.5,а) и косвенный синтез (рисунок 6.5,б). Прямой синтез предполагает выполнение над частотой f₀четырех арифметических действий с последующей фильтрациейf_вых. При косвенном синтезеf_вых– частоты перестраиваемого генератора, синхронизируемая с частотойf₀при помощи системы ФАПЧ. Таким образом, косвенный синтез аналогичен диапазонно-кварцевой стабилизации частоты.

Рисунок 6.5.Структурные схемы, поясняющие алгоритм синтеза частот.

При умножении и делении f₀получают ряд сигналов частотn₁f₀иf₀/n₂, гдеn₁иn₂– любые целые числа. Последовательное изменение этих операций дает возможность получить сигналы с частотамиn₁f₀/n₂. С помощью операций сложения и вычитания в смесителе образуются сигналы комбинационных частот. Исключительное распространение получили декадные синтезаторы, в которых сетка частот определяется соотношением:

(6.1), гдеn₁,n₂,n₃… - целые числа натурального ряда от 0 до 9;

Mиm– фиксированные величины, определяющие диапазон частот синтезатора.

Минимальные дискретные изменения f_выхназывается шагом сетки частот. Таким образом, основным функциональным узлом блока синтеза частот является частотная декада, преобразующая одну из опорных частотf_iв несколько частот в пределах одного десятичного разряда.

Число этих частот определяется конкретным видом соотношения.

При прямом синтезе частот каждая декада представляет собой генератор гармоник f_i, которые выделяются при помощи полосовых фильтров. Декады содержат обычно один или два смесителя в сочетании с делителем частоты в 10 раз и включаются последовательно или параллельно.

При косвенном синтезе частот каждая декада имеет кольцо ФАПЧ и может выполняться как с умножением, так и с делением частоты.