7.7Гетеродин

Первый гетеродин в преобразовательном блоке для приема со спутников не перестраивается. В нем используется диэлектрический резонатор и поэтому гетеродин рассчитан на генерирование сигнала одной частоты. В современных конструкциях преобразователей предусматриваются два гетеродина для генерирования сигналов двух разных фиксированных частот. Для приема в диапазоне 10,9...11,7 ГГц первый гетеродин генерирует частоту 9,75 ГГц, а для приема в диапазоне 11,7...12,5 ГГц частота другого гетеродина 10,6 ГГц, и прием осуществляется переключением генерации с одного гетеродина на другой.

Гетеродин сигналов СВЧ реализуется обычно на диодах Ганна или на полевом транзисторе из арсенида галлия с диодами Шотки (одно или двузатворном).

Основные требования к гетеродину. Гетеродин должен иметь: С~ достаточную мощность генерируемого сигнала для работы

смесителя; низкий коэффициент гармоник;

- оптимальное согласование своего выхода со входом смесителя;

совместимость конструкции с интегральной гибридной техногией.

Абсолютная нестабильность его частоты не должна превышать +1,0 МГц для аналогового приема, а для цифрового — + 0,35 МГц при работе в широком диапазоне температур, смене атмосферных давлений и при длительной эксплуатации. Для удовлетворения перечисленным требованиям в схемах гетеродина могут применяться кварцевые резонаторы, резонаторы на поверхностно-акустических волнах (ПАВ) или диэлектрические резонаторы.

Кварцевые резонаторы обладают наилучшей температурной стабильностью и высокой собственной добротностью. Однако их рабочие частоты не превышают нескольких сотен мегагерц. Поэтому в гетеродинах, работающих в СВЧ диапазоне, для стабилизации частоты с помощью кварцевых резонаторов применяются умножительные и усилительные каскады, что ухудшает шумовые характеристики, снижает к.п.д., а также увеличивает массу, размеры, стоимость изготовления. Но, несмотря на это, из-за высокой стабильности гетеродины со стабилизацией частоты кварцевыми резонаторами широко используются в приемной технике СВЧ.

Резонаторы на ПАВ имеют рабочие частоты не выше 3,0 ГГц. По этой причине они не могут использоваться в первых гетеродинах для смесителей сигналов диапазона частот 10,7...12,7 ГГц, хотя и обладают высокой добротностью и хорошей температурной стабильностью, и конструкция их совместима с технологией гибридных интегральных схем.

Диэлектрические резонаторы. Широкое применение для стабилизации частоты первых гетеродинов находят диэлектрические резонаторы, собственная (ненагруженная) добротность на СВЧ которых составляет (5...10) 10 единиц. Материал, из которого изготовлен резонатор, имеет высокую диэлектрическую проницаемость. Магнитные и диэлектрические поля концентрируются главным образом в объеме резонатора, поэтому потери на излучение у него очень малые. Сигнал СВЧ, частота которого стабилизируется резонатором, протекая по МПЛ, возбуждает резонатор за счет электромагнитной связи, вблизи которой он расположен.

Обычно в гетеродинах СВЧ используется система: диэлектрический резонатор — микрополосковая линия (рис. 7.7), вместе образующие связанный фильтр. Коэффициент передачи р между ними (коэффициент связи) и добротность Q этого фильтра взаимозависимы. При реализации высокой добротности существенно улучшаются температурная стабильность и шумовые характеристики, но снижается коэффициент передачи (коэффициент связи). Настройка такого фильтра осуществляется или на требуемую добротность или на заданный коэффициент передачи с помощью стандартных измерителей S-параметров транзисторов.

Для точной подстройки частоты генерации в корпусе преобразовательного блока имеется подстроечный винт. Подстройка частоты генерации осуществляется механическим способом, при изменении воздушного зазора h и возможна в пределах +5% генерируемой частоты.

Возможность плавной подстройки частоты является важнейшей отличительной особенностью гетеродинов, стабилизированных диэлектрическим резонатором. Она позволяет существенно упростить настройку гетеродина точно на требуемую частоту, что особенно важно при массовом производстве.

Для повышения добротности системы между диэлектрическим резонатором и подложкой, на которой расположен гетеродин, размещают кварцевую пластину толщиной 0,5 мм. Экспериментально доказано, что наличие такой пластины повышает добротность системы и тем самым улучшает стабильность гетеродина.

Диэлектрический резонатор имеет вид небольшого цилиндра, у которого идеально отшлифованы боковые и торцевые поверхности. Для изготовления диэлектрических резонаторов используются керамические материалы с высокими значениями относительной диэлектрической проницаемости, поэтому диэлектрические резонаторы имеют малые размеры и низкие потери. Кроме этого, для них используются материалы, у которых температурные коэффициенты объемного расширения и коэффициенты относительной диэлектрической проницаемости имеют разные знаки, что позволяет существенно уменьшить температурный коэффициент нестабильности частоты (ТКЧ). Дополнительным способом, позволяющим увеличить температурную стабильность диэлектрического резонатора, является использование композиций из двух разных диэлектриков, образующих температурно-компенсированную структуру. В итоге, применение диэлектрического резонатора в качестве стабилизатора частоты колебаний гетеродина позволило подавить паразитные гармоники и уменьшить температурную нестабильность частоты гетеродина до +1,25 МГц при изменении температуры окружающей среды от — 20 до +50 'С.

промежуточные частоты внешнего блока

Первые ПЧ выбирались с учетом противоречивых требований, в том числе и с учетом требований по ширине частотной полосы.

С одной стороны, частотная полоса сигналов ПЧ должна быть достаточно широкой, чтобы обеспечить одновременное пропускание всех 40 (при аналоговом приеме) частотных спутниковых каналов. Поэтому значения ПЧ должны быть достаточно высокими. Кроме этого, чем выше ПЧ, тем легче:

-отфильтровать сигналы зеркального канала;

- подавить обратное излучение сигналов первого гетеродина;

- обеспечить во внутреннем блоке (спутниковом ресивере) перестройку второго гетеродина по частоте при выборе каналов (программ).

С другой стороны, значения ПЧ ограничивают, так как при очень высоких ПЧ значительно увеличивается стоимость усилительных каскадов сигналов ПЧ и стоимость коаксиального кабеля снижения, соединяющего внешний блок с ресивером. Кроме того:

- частота гетеродина должна лежать вне полосы принимаемых сигналов, чтобы не создавать помех абонентам, принимающим спутниковые сигналы в соседних диапазонах частот;

- в полосы частот первых ПЧ и их зеркальных каналов не должны попадать сигналы частот мощных наземных вещательных и других передатчиков.

С учетом приведенных условий и требований для первых ПЧ выбран (для Районов 1 и 3 спутникового телевизионного вещания) диапазон 950...1750 МГц (или расширенный диапазон — 950...2150 МГц), расположенный выше дециметрового диапазона частот наземного

телевизионного вещания и относящийся по международной классификации к ультравысоким частотам — УВЧ (DIRT-9).