Материал публикуется с любезного разрешения автора.
Многофункциональный генератор качающейся частоты 100 кГц...2 ГГц
Генераторные блоки (Б1, Б2, Б3, Б4).
Александр Кравченко, Украина
E-mail: alderkra{собака}ukr.net
Январь 2005 г.
Схемы генераторных блоков Б1-Б4 изображены на рис.26. На схемах, с целью уменьшения размеров схем, не указаны фильтры для входящих напряжений. Схемы фильтров аналогичны примененным в генераторном блоке Б6 (0,1...60 МГц) рис.24. Также на рис.26 не обозначены межкаскадные экранирующие перегородки. Схемы блоков Б1-Б4 подобны. Во всех блоках в качестве генераторных и усилительных элементов применены транзисторы КТ3109А, только в блоке Б4 (470...1000 МГц) в усилителях мощности использованы транзисторы КТ3123АМ.
Рассмотрим работу схем на примере генераторного блока Б1 (60...120 МГц). Задающий генератор выполнен на транзисторе VT1, а на VT2 выполнен буферный эмиттерный повторитель. VT3, VT4 и VT5 - усилители мощности. VT4 и VT5 включены параллельно, и работают на один общий выход, с целью получения большей мощности на выходе. На выходе усилителя мощности VT4, VT5, получена достаточная мощность, но спектр радиосигнала "плохой", уровень второй гармоники около -10 дБ. По выходу блока установлен трехзвенный перестраиваемый фильтр, подавляющий вторую и остальные гармоники основного сигнала, выполненный на катушках L1-L6 и варикапах VD4 - VD6. В результате чего уровень побочных спектральных составляющих, на выходе фильтра, не превышает -25 дБ. С помощью делителей напряжения на резисторах R14-R18, R15-R19 создаются подпорные напряжения для варикапов фильтра, необходимые для предотвращения появления нелинейных искажений радиосигнала при напряжении качания близком к нулю вольт.
Схема генераторного блока Б2 (120...240 МГц), аналогична схеме Б1, за исключением номиналов нескольких элементов, они указаны на рис.26.
Блок Б3, рис.26 отличается от двух предыдущих наличием дополнительного каскада усиления по мощности (транзистор VT3), а также тем, что в нем применен двухзвенный фильтр, подавляющий вторую гармонику.
В генераторном блоке Б4 (470...1000 МГц), для подавления второй гармоники применен переключаемый фильтр нижних частот. P-i-n диоды VD5 и VD6 коммутируют длину двух разомкнутых полосковых линий, выполняющих роль последовательных контуров. Частоты настройки контуров расположены в области частот, где требуется подавить вторую гармонику сигнала ГКЧ.
Напряжение на p-i-n диоды для управления фильтром поступает от управляющего усилителя, собранного на транзисторах VT4, VT5 (КТ315Б) и VT6 (КТ361Б). Входным сигналом для усилителя является напряжение, управляющее частотой генераторов. Резистором R13 устанавливают напряжение порога переключения усилителя, а следовательно частоту, при которой перключается фильтр. При работе ГКЧ в диапазоне от 470 до 675 МГц, на диоды VD5, VD6 подается положительное напряжение, обеспечивающее ток через диоды не менее 8 мА. При этом длины обеих полосковых линий максимальны, и включена полоса заграждения фильтра от 940 до 1350 МГц. При работе ГКЧ в диапазоне от 675 до 1000 МГц, на диоды поступает нулевое напряжение, диоды VD5, VD6 заперты, длина линий минимальна, и включена полоса заграждения от 1350 до 2000 МГц.
При настройке блоков необходимо выставить нижние частоты для каждого диапазона - изменением индуктивности катушек задающих генераторов, при напряжении на варикапах 1 В. Верхние частоты должны быть такими, чтобы соседние диапазоны перекрывали друг друга по частоте. Проверить АЧХ фильтров, при фиксированных напряжениях на варикапах. Частоты среза фильтров должны быть всегда выше текущей частоты диапазона. Диапазон изменения выходной мощности, при перестройке по диапазону, должен уложиться в пределы, указанные на схемах, в противном случае необходимо подобрать емкости переходных межкаскадных конденсаторов, а также емкости конденсаторов в эмиттерах усилителей мощности. При контроле выходной мощности необходимо отключить элементы схемы, через которые подается напряжение +12 В на выход схемы.
Схемы блоков Б1-Б4 собраны на печатных платах из двустороннего фольгированного стеклотекстолита. Размеры плат: 134 х 50 мм для Б1 и Б2; 152 х 50 мм для Б3; 190 х 50 мм для Б4. При разработке плат и выполнении монтажа следует учитывать правила работы с высокими и сверхвысокими частотами: выводы элементов, а также цепи должны быть как можно короче. Печатная плата для генераторного блока Б4 (470...1000 МГц) разработана так, что вдоль платы, от задающего генератора до выхода, на расстоянии 15 мм от края, проходит полосковая линия, ширина которой рассчитана для волнового сопротивления 50 Ом. В разрывы линии установлены безвыводные переходные конденсаторы и транзисторы усилителей мощности. Плату для Б4 изготавливают из двустороннего фольгированного стеклотекстолита толщиной 2 мм. Виды печатной платы переключаемого фильтр на полосковых линиях, изображены на рис.27. Фильтр изготавливается в виде отдельной платы, и соединяется пайками с остальной частью платы генераторного блока Б4.
Расчет длины полосковых линий фильтра выполнялся так. Предварительно была определена скорость распространения волны в полосковой линии с волновым сопротивлением 50 Ом, изготовленной из двустороннего фольгированного стеклотекстолита толщиной 2 мм. Для этого разомкнутая на конце линия (экспериментальная) длиной 91 см была подключена способом ответвления к радиочастотному тракту (кабелю) с волновым сопротивлением 50 Ом. Один конец кабеля был подключен к выходу Х1-42, а второй нагружен на 50-ти омную детекторная головку. Первая частота провала на АЧХ ВЧ тракта получилась 420 МГц. Скорость распространения волны в полосковой линии рассчитывалась исходя из того, что длина линии равняется четверти длины волны, для полученной частоты провала АЧХ. V=F*L=420000*0,364=152880, где V - скорость в километрах за секунду, F - частота в килогерцах (самая низкая частота провала на АЧХ ВЧ тракта, L - длина волны в метрах (равняется учетверенной длине полосковой линии). Используя полученную экспериментально скорость распространения волны в полосковой линии 152880 км/с, расчет длин полосковых линий фильтра выполнялся по формуле: V/(4*F), в этой формуле учтено, что длина полосковых линий фильтра должна равняться четверти длины волны, при настройке линии на конкретную частоту. Реальные длины линий печатной платы фильтра несколько отличаются от расчетных. Печатная плата составлена уже с учетом настройки фильтра по его АЧХ. Подстройкой емкости С15, которая представляет собой полоску медной фольги, изменением площади полоски, вход фильтра согласовывается с выходом усилителя мощности, тем самым добиваясь максимальной мощности на выходе во всем диапазоне частот ген. блока Б4.
Все бескаркасные катушки для блоков Б1-Б4 намотаны проводом ПЭВ2-0,45 на оправу диаметром 4 мм. Количество витков указано на схемах (точные данные об количестве витков катушек L1 для Б1 и Б2 у меня не сохранились, и их нужно определять при настройке). Индуктивность L1, для Б3 представляет собой U-образный отрезок не обязательно посеребренного, медного провода толщиной 0,6...1 мм и длиной около 26 мм, а для Б4 длиной около 16 мм. Окончательная длина U-образных отрезков определяется при настройке генераторов. Один конец каждого из отрезков подпаивают к боковой стенке корпуса. Катушки L6, L7, L8 блока Б4 выполнены печатным способом.
Конструкции блоков Б1-Б4 подобны конструкции блока Б6 (0,1...60 МГц). В корпусах, при помощи паек закреплены платы. Высота боковых стенок корпусов - 22 мм. На боковых стенках корпусов (меньших по размеру), на расстоянии 15 мм от угла корпуса, установлены выходные ВЧ разъемы, а на противоположных стенках - штыри, для входящих напряжений. Все генераторные блоки соединяют разъемным способом с аттенюатором Б7. Собранную конструкцию из блоков Б1, Б2, Б3, Б4, Б7 устанавливают в нижней части корпуса ГКЧ, и зажимают между двумя слоями мягкой резины, при помощи двух металлических уголков и четырех винтов длиной 6,5...7 см.