Выбор схем радиопередатчиков и определение их основных параметров. Расчет усилителей мощности. Расчет умножителей частоты. Расчет модуляторов, страница 25

Пример функциональной схемы умножителя большой кратности приведен на рис. 11.6. Входная цепь выполнена в виде ФНЧ, образованного емкостями ,  и индуктивностями , , представляющими собой отрезки микрополосковой линии (емкость С_р — разделительная). Для повышения КПД добротность контура , в который включен варактор, весьма мала (несколько единиц). Выходная цепь выполнена в виде полосно-пропускающего фильтра (ППФ). Фильтр и индуктивность  обеспечивают развязку входной и выходной цепей. Постоянное напряжение на варакторе задается с помощью сопротивления автосмещения .

В качестве примера на рис. 11.7,а представлена практическая схема удвоителя частоты с параллельным включением варактора. В этой схеме напряжение на варакторе делится между входным и выходным параллельными контурами. При этом напряжение первой гармоники оказывается в основном приложенным к емкости входного контура, настроенного на частоту первой гармоники. Поэтому включение в выходную цепь режекторного контура, ослабляющего в нагрузке колебания первой гармоники, как это иногда делается при параллельном включении варактора, здесь не оправдано. Для улучшения фильтрации побочных гармоник на выходе умножителя в этом случае включают систему связанных контуров, образующих полосовой фильтр.

Рис. 11.7. Схемы умножителей частоты: а — удвоитель частоты с параллельным включением варактора; а — умножитель частоты с последовательым включением варактора

Практическая схема умножителя частоты с последовательным включением варактора, приведена на рис. 11.7,6. Заметим, что связанные контуры, образующие на выходе умножителя полосовой фильтр, используются также и при параллельном включении варактора. В диапазоне СВЧ в качестве колебательных контуров n-й гармоники целесообразно использовать отрезки длинной линии. Известно, что входное сопротивление разомкнутого или замкнутого на конце отрезка длинной линии равно соответственно  или , где , и , — резонансные частоты и волновые сопротивления соответственно разомкнутого и замкнутого отрезков линии.

Различные варианты практических схем утроителей и учетверителей частоты с одним ненагруженным контуром представлены на рис. 11.8. Для улучшения фильтрации нежелательных гармоник схемы могут быть усложнены добавлением режекторных контуров. Кроме того, для повышения КПД можно включить и дополнительные по сравнению с минимально необходимыми ненагруженные контуры. Однако это значительно усложняет схему.

Среди умножителей частоты как на варикапах, так и на варакторах большое распространение получили удвоители без дополнительной емкости, а также утроители и учетверители частоты с ненагруженным контуром, настроенным на вторую гармонику частоты внешнего воздействия [8, с. 307].

Возможности увеличения КПД варакторных УЧ. С ростом кратности умножения КПД УЧ уменьшается. Это объясняется тем, что при больших п уменьшается значение коэффициента , а следовательно, и значения амплитуды и — модуля действительной части сопротивления варактора по n-й гармонике. В результате уменьшаются абсолютное значение отрицательного сопротивления — и значение КПД, так как и .

Рис. 11.8. Схемы  УЧ с n=З и 4 и с ненагруженным контуром, настроенным на вторую гармонику

Для увеличения КПД при п > 3 используют два метода.

1.                Применение ненагруженных («холостых») резонаторов, настроенных на промежуточные гармоники входной частоты. В спектре появляются гармоники . Из-за нелинейности ВКХ

варактора они образуют комбинационные частоты, среди которых есть и частота nf. В результате к напряжению варактора n-й гармоники, возникшему из-за эффекта умножения, добавляется напряжение той же частоты, обусловленное образованием комбинационных частот. При этом увеличивается , и следовательно, . Так, для n=3 КПД утроителя частоты с холостым контуром на вторую гармонику составляет 70 % вместо обычных 40...50 %. В реальных схемах применяют 1-2 холостых контура.