4. Проектирование гун. Исследование фазового шума, температурной нестабильности частоты и мощности генерируемого сигнала.

В качестве генератора несущей частоты целесообразно применить микросхему генератор, управляемый напряжением, на вход которого подано высокостабильное постоянное напряжение, соответствующее требуемой частоте несущего сигнала. Выбор микросхемы определяется такими параметрами как диапазон генерируемых частот, выходная мощность, уровень шума, стабильность генерируемой частоты, цена и прочие.

По совокупности данных параметров выбрана микросхема RFVC1800DS компании RFMD. Типовая схема включения изображена на рисунке.

Рисунок 2. Типовая схема включения микросхемы RFVC1800DS.

Таблица 1. Основные параметры микросхемы.

Рисунок 3. Описание выводов микросхемы.

1-3, 5-11, 13, 17-24 не подключены

4 вход управляющего напряжения VTUNE

12 напряжение питания VS

14, 16 заземление GND

15 выход генерируемого сигнала RFOUT

Значения элементов обвязки микросхемы выбраны в соответствии с сопутствующей технической документацией по микросхеме и приведены далее вместе с назначением.

C1=1000 пФ. Предназначен для фильтрации цепи питания от переменного напряжения. Так как в данном случае высокая стабильность напряжения питания крайне важна, выбран керамический SMD конденсатор малого номинала.

C2=4.7 мкФ. Предназначен для защиты цепи питания от скачков напряжения, а также для компенсации температурной нестабильности. В связи с этим выбран танталовый конденсатор, обладающий обратной микросхеме температурной зависимостью.

C3=22 мкФ. Предназначен для защиты микросхемы от скачков входного напряжения, а также для компенсации температурной нестабильности. В связи с этим выбран танталовый конденсатор, обладающий обратной микросхеме температурной зависимостью.

R1=0 Ом. Перемычка.

Величину входного напряжения и выходную мощность определим по соответствующему графику сопутствующей документации, представленному на рисунке.

Питание микросхемы в типовом включении Vs=5В, Is=55мА.

Уход частоты по питанию 90 МГц на вольт.

Рисунок 4. Зависимость частоты и мощности выходного сигнала от напряжения на входе микросхемы при типовом включении.

Из графика следует, что для получения частоты выходного сигнала равной 10 ГГц необходимо подать на вход микросхемы напряжение 3.35 В., мощность выходного сигнала при этом составит 4дБ.

В качестве входного напряжения используем напряжение питания генератора модулирующей частоты, соответствующим образом отфильтрованное от высокочастотных колебаний и приведенное по уровню при помощи резистивного делителя.

Рисунок 5. Резистивный делитель.

Значение блокировочного конденсатора С1 выбран из соображения наибольшей эффективности фильтрации напряжения питания по переменному току.

C1=20 пФ

Напряжения, которые необходимо получить при помощи делителя:

U=15B, U1=3.35B

Сопротивление R1 выбирается произвольно:

R1=3.35 Ом

Значение резистора R2 получено из расчета

R1/R2=U1/(U-U1)

R2=R1*(U-U1)/(U1)=3.35*(15-3.35)/3.35=11.65 Ом

Итоговые значения:

R1=3.35 Ом

R2=11.65 Ом

При этом, зная ток, который должен протекать через нагрузку, можно рассчитать мощности резисторов.

I1=I*R2/(R1+R2)

Ток источника питания

I=I1*(R1+R2)/R2=5.5*10^-3*(11.65+3.35)/11.65=7 мА

Мощность источника

Pи=(7*10^-3)^2*(R1+R2)=7 мВт

Мощности резисторов

P1=I1^2*R1=(5,5*10^-3)^2*3.35=1 мВт

P2=Pи-P1=6 мВт

Исследование температурных зависимостей микросхемы.

Рисунок 6. Зависимость частоты от входного напряжения на типовой и граничных температурах.

Исходя из исходных данных и параметров, рассчитаем уход частоты за время импульса. Расчеты ведем из условия, что, благодаря большой скважности, набега температуры не происходит.

Время импульса _с

_{Рассеиваемая в секунду мощность} Вт/с

Тепловое сопротивление С/Вт

_{Уход частоты на градус кельвина Гц}

_{Уход частоты за время импульса:}

_Гц

Как видим, частота, генерируемая микросхемой, слабо зависит от температуры.

Рисунок 7. Зависимость мощности от входного напряжения на типовой и граничных температурах.

Рисунок 8. Зависимость фазового шума от частоты на типовой и граничных температурах.

5. Выбор усилителя мощности. Разработка входной и выходной развязок.

В технике СВЧ мостовые схемы обычно используются как делители мощности на два канала (в равных отношениях при высокой развязке между ними) и как балансные смесители с высокой развязкой между входными каналами.

В качестве усилителя мощности в данном передатчике целесообразно использовать параллельное включение нескольких маломощных усилителей полосы частот, построенных на сверхвысокочастотных транзисторах. Чтобы не допустить взаимного возбуждения усилителей необходимо спроектировать и рассчитать СВЧ развязки в узлах разделения и суммирования мощности. Для достижения наилучших показателей стабильности и уровня потерь в качестве делителей мощности и сумматоров используем кольцевые делители мощности с омической нагрузкой.

Кольцевой делитель мощности (Рисунок ) с сосредоточенной нагрузкой позволяет разделить мощность пополам (по двум каналам 2 и 3) с достаточно

большой развязкой между этими каналами.

Рисунок 9. Кольцевой делитель мощности с сосредоточенной нагрузкой.

Расчет кольцевого делителя и фильтра будем производить нормировано к Z0, что позволит легко адаптировать данные узлы к условиям физической реализации передатчика. Расчеты произведем в соответствии со значениями

• Сопротивление Z0=50 Ом.

• Толщина подложки h=0.35 мм.

• Диэлектрическая проницаемость εr=4.3

Величина сосредоточенного сопротивления выбирается из расчета

R=100 Ом

Волновое сопротивление кольца равно

Zк=1.41*50=70.71 Ом

Ширина полоска рассчитывается по формуле

Мм

Геометрическая длина между плечами

lr= = 4.1 мм

Граничная частота для данных параметров полоска

ГГц

Диаметр кольца, учитывая, что длина сопротивления с проводящими выводами соизмерима с lr, мм

Потери в делителе рассчитаем следующим образом:

КСВ делителя

Исходя из предельной мощности используемых в усилителях транзисторов Pmax=225мВт, составляем блок усилителей по схеме на рисунке . Количество усилителей 10000/225=70,7=71.

Рисунок 10. Схема распределения мощности в блоке усилителей.