4.3 Обоснование выбора умножителей частоты
Выбор варакторных умножителей частоты обусловлен невозможностью реализации (сложности реализации) транзисторных умножителей на полученных частотах.
Для увеличения частоты несущего колебания будем использовать умножитель частоты на 3 и два умножителя на 5, в которых нелинейным элементом умножения частоты будет параллельно подключенный варактор, предназначенный для работы при больших амплитудах колебания и больших значениях частотного диапазона.
Входная и выходная цепь представлена соответственно входным L1 C1 и выходным L2 C2 одиночными колебательными контурами настроенный на частоты fр и 5fр либо 3fр. Сопротивление автосмещения Rсм обеспечивает режим работы варактора по постоянному току. Фильтр Lбл Cбл служит для устранения ОС через источник питания.
Принципиальная схема такого умножителя частоты имеет вид:
4.4 Расчет третьего умножителя частоты
Рассчитаем умножитель частоты на варакторе по методике приведенной в [3]. Выберем варактор для умножителя по частоте и мощности.
- исходные данные:
- коэффициент умножения N=3;
- входная частота fр= 2 ГГц;
- входная мощность Рн=1,167 Вт.
Выберем варактор АА607А из справочной литературе [4], выходная частота которого менее 15 ГГц и допустимая мощность Рдоп =1 (Вт), большая рассеиваемой мощности варактора Ррас =Рн (1/ ne -1). Электронный КПД для умножителя частоты на 3 ne =0,7; тогда Ррас = 0,49 Вт.
Основные параметрами варактора АА607А:
Гц,
Вт,
В,
,
В,
с,
Ф,
Ф.
Рассчитаем режим работы варактора
Определим параметры необходимые для расчета:
Для
увеличения выходной мощности применим
режим с оптимальным
,
выберем режим со слабым открыванием
перехода, тогда n=3,
k=n
-1=2, σ =0,8, М=1,
v=1/3
.
Определим сопротивление потерь:
(4.4.1)
Найдем емкость варактора:
(4.4.2)
Рассчитаем оптимальный угол отсечки:
(4.4.3)
Нормированный n-ый коэффициент, рядя Фурье:
(4.4.4)
Сопротивление варактора по n-ой гармонике:
(4.4.5)
Сопротивление потерь по n-ой гармонике:
(4.4.6)
Полное сопротивление по n-ой гармонике:
(4.4.7)
Определим ток n-ой гармоники:
(4.4.8)
Найдем амплитуду заряда n-ой гармоники:
(4.4.9)
Вычислим амплитуду заряда 1-ой гармоники:
(4.4.10)
Максимальное мгновенное напряжение на варакторе:
(4.4.11)
Определим амплитуду первой гармоники тока варактора:
(4.4.12)
Сопротивление варактора по первой гармонике:
(4.4.13)
Определим нормированный коэффициент первой гармоники:
(4.4.14)
Определим
нормированный коэффициент первой
гармоники с
:
(4.4.15)
Определим сопротивление потерь варактора по первой гармонике :
(4.4.16)
Тогда найдем полное сопротивление варактора по первой гармонике :
(4.4.17)
Вычислим мощность первой гармоники поглощаемая варактором :
(4.4.18)
Определим нормированный коэффициент гармоники по постоянному току:
(4.4.19)
Определим нормированный коэффициент по постоянному току с :
(4.4.20)
Мощность постоянного тока отдаваемая варактором во внешнюю цепь:
(4.4.21)
Мощность рассеваемая варактором:
(4.4.22)
Определим электронный КПД варактора:
(4.4.23)
Рассчитаем корректирующую цепочку
Вычислим сопротивление автосмещения:
(4.4.24)
Определим емкость по первой гармонике:
(4.4.25)
Определим емкость по n-ой гармонике:
(4.4.26)
Определим корректирующую емкость:
(4.4.27)
Определим блокировочную индуктивность:
(4.4.28)
Рассчитаем величину емкости Сбл:
,
где Rап£0,1Rсм,
Rап£
(Ом), (4.4.29)
Сбл=4,699·10-5 Ф.
Определим параметры входной и выходной цепи:
Решим систему уравнений (4.2.1.30), связывающую входные, выходные параметры фильтров цепей умножителя:
(4.4.30)
В результате получим:
СВЫХ = 2,291·10-15 (Ф), LВЫХ = 0,304 (мкГн), СВХ = 0,657·10-13 (пФ), LВХ = 0,011(мкГн).