Конструкция гетеродина на СВЧ транзисторах

Определенное распространение получили генераторы, работающие на частоте 3 -4 ГГц, выполненные на биполярном или полевом транзисторе, с последующим умножением частоты на диоде с накоплением заряда. Эти конструкции применялись на этапе, когда добротность диэлектрических резонаторов в диапазоне частот 11 — 12 ГГц была недостаточной для обеспечения требуемой стабильности частоты, а резонаторы на более низкую частоту имели высокую добротность[ 2,3 ].

Сегодня распространены генераторы, где в качестве активного элемента используется полевые транзисторы с затвором Шоттки (ПТШ). В настоящее время это практически единственный вид автогенераторов, используемых в профессиональных конверторах. Они имеют целый ряд преимуществ: КПД 18 — 20 %, нестабильность частоты 500—700 кГц в интервале температур от — 30 до + 60°С, невысокая стоимость, возможность регулировки мощности изменением напряжения питания.

Необходимое значение выходной мощности определяется конструкцией выбранного смесителя и составляет в современных конверторах 8 — 15 мВт.

На рис. 15 представлена конструкция гетеродина с диэлектрическим резонатором.

Стабилизация частоты в большинстве конверторов осуществляется при помощи диэлектрического резонатора из термостабильной керамики. Он представляет собой пассивное устройство (диэлектрический цилиндр, квадрат и т. п.), обладающее способностью запасать энергию СВЧ электромагнитных волн. Высокая добротность диэлектрических резонаторов позволяет успешно использовать их в качестве высокодобротных колебательных систем СВЧ. В результате удается добиться стабильности частоты до 700 кГц и обойтись без схемы автоматической подстройки частоты.

Рисунок 15. Конструкция гетеродина на ПТШ с диэлектрическим резонатором

В конверторах применяют открытые диэлектрические резонаторы, в которых отражающей поверхностью является граница раздела диэлектрик — воздух. Вблизи резонатора существует небольшое внешнее электромагнитное поле, которое позволяет достаточно просто обеспечивать связь резонатора с полосковыми линиями передачи генератора и осуществлять подстройку частоты в сторону ее повышения путем приближения к одной из торцевых частей резонатора металлической плоскости, например, винта.

Большое распространение получили в настоящее время тороидальные диэлектрические резонаторы на основе титаната кальция и алюмината лантана. Они позволяют получить более чистый спектр сигнала гетеродина, что необходимо для создания конверторов с низким фазовым шумом и высокой стабильностью частоты гетеродина 20…30 кГц. Необходимость в таких высоких характеристиках возникает при приеме цифровых телепрограмм в стандарте MPEG-2.

Фазовые шумы гетеродина

Любое электрическое колебание, полученное с помощью известных современной науке методов, содержит составляющие фазовой (или частотной) модуляции случайного характера, а спектр шумов видоизменяется при прохождении колебания через электронные схемы.

Одной из основных характеристик, определяющей пригодность конвертора для приема цифровых программ, являются фазовые шумы, величина которых в основном определяется величиной фазового шума гетеродина.

Фазовый шум (флюктуация) -это случайное изменение фазы колебания на выходе гетеродина, вызванное частотной нестабильностью генератора, паразитной модуляцией в цепи обратной связи, изменением температуры, напряжения питания и другими дестабилизирующими факторами[ 3 ]. Спектр фазовых шумов гетеродина представлен на рис. 16.

Чистота спектра определяется уровнем всех как гармонических, так и шумовых побочных составляющих. Для оценки ухудшения чистоты спектра, т. е. определения шумовых свойств гетеродина, используется отношение мощности фазовых шумов в полосе 1 Гц при расстройке от несущей частоты на величину F_m к полной мощности колебания.

Рисунок16. Спектр фазовых шумов гетеродина

Величина фазового шума показывает, как быстро понижается мощность сигнала относительно центральной частоты. Например, если мощность сигнала при отклонении от центральной частоты на 1кГц снизится на 60 дБ, то величина фазового шума составит — 60 дБ. В техническом бюллетене Societe European des Satellites (1994 г.) рекомендуемое значение фазового шума LNB при приеме цифровых телепередач следующее:

> — 50 дБ/Гц при смещении на 1 кГц

> — 75 дБ /Гц при смещении на 10 кГц

> — 95 дБ/Гц при смещении на 100 кГц

Повышенная величина фазового шума конвертора способствует появлению межсимвольной интерференции сигнала, изменению чередования «0» и «1» при демодуляции и других нежелательных явлений, что приводит к невозможности декодирования принятой цифровой программы.

Не нашли, что искали? Воспользуйтесь поиском по сайту: