ГЕТЕРОДИН ДИАПАЗОНА УВЧ

Игорь НЕЧАЕВ (UA3WIA), г. Курск
При изготовлении радиоаппаратуры диапазона УВЧ (300...3000 МГц), такой как конвертеры и трансвертеры на 432, 1296 или 2400 МГц, нередко возникает проблема построения гетеродинов. Традиционно для этого использовали кварцевый генератор, работающий на частоте в интервале 50... 150 МГц, и несколько каскадов умножителей. Большое число резонансных каскадов делает такую конструкцию громоздкой, сложной в настройке и ненадежной в работе, особенно при изменении температуры окружающей среды. Применение современной элементной базы дает возможность решить эту проблему на новом уровне.

Появление в последние годы специализированных микросхем синтезаторов частоты позволяет сделать конструкцию гетеродина малогабаритной, а его параметры более стабильными. Схема генератора ВЧ (гетеродина) на такой микросхеме показана на рис. 1.

Cxema
Рис. 1

Основой генератора служит специализированная микросхема синтезатора частоты из серии ADF411X фирмы Analog Devices (http://www.analog.com/ en/prod/0,2877,ADF4113,00.html)

Эти микросхемы работают при напряжении питания. 2,7...5,5 В. В зависимости от типа диапазон рабочих частот у них будет различным (табл. 1).

Тип микросхемы

Fмин, МГц

Fмакс, МГц

Iпотр, мА

ADF4110

80

550

5,5

ADF4111

80

1400

5,5

ADF4112

200

3700

7,5

ADF4113

200

4000

11

В состав микросхемы входят несколько узлов разного функционального назначения: усилители сигнала ВЧ и образцового генератора, программируемый предварительный делитель (ПД) ВЧ, делители с программируемым коэффициентом деления (ДПКД), фазовый детектор, мультиплексор и устройство управления. Наличие в микросхеме усилителей обеспечивает высокую чувствительность по входам, а возможность программирования коэффициентов деления позволяет получать различные частоты и использовать при этом доступные кварцевые резонаторы для образцового генератора.

Частота гетеродина предварительно определяется по формуле FreH = (PB+A)Fогr/R, где Р — коэффициент деления ПД (8/9, 16/17, 32/33, 64/65); В — коэффициент деления 13-разрядного ДПКД (3...8191); А—коэффициент деления 6-разрядного ДПКД (0...63); R — коэффициент деления ДПКД образцового генератора (1...16389); Fог — частота образцового генератора (5... 10 МГц).

Более подробную информацию и программу для расчета коэффициентов деления также можно найти на сайте фирмы <http://www.analog.com/AnalogRoot/ static/techSupport/designTools/ interactiveTools/rfpll/adf411X.html/>.

Коды коэффициентов деления и режимов работы синтезатора записывают в устройство управления. Необходимые данные передаются в микросхему DD1 по шинам LE (вывод 13), DATA (вывод 12) и CLK (вывод 11).

На транзисторе VT1 выполнен ВЧ генератор, управляемый напряжением. Для перестройки генератора по частоте служит варикап VD1. На транзисторе VT2 собран буферный усилитель, с выхода которого и снимают сигнал. Каскад на транзисторе VT3 — образцовый генератор с кварцевой стабилизацией частоты. Все узлы устройства питаются от интегральных стабилизаторов напряжения DA1 и DA2. Для управления синтезатором служит микроконтроллер (микросхема DD2).

После включения питания микроконтроллер посылает управляющие команды на микросхему DD1, после чего переходит в ждущий режим. Управляющее напряжение с вывода 2 микросхемы поступает на варикап VD1 генератора ВЧ и подстраивает его частоту под запрограммированное значение. Мультиплексор микросхемы DD1 запрограммирован так, что при нормальной работе системы фазовой автоподстройки частоты на выводе 14 присутствует высокий логический уровень. Поэтому, подключив к контакту 2 вилки ХР1 све-тодиод, можно контролировать работу устройства.

Все детали устройства размещают на печатной плате из двусторонне фольгированного стеклотекстолита толщиной 1—1,5 мм, чертеж которой показан на рис. 2.

Cxema
Рис. 2

Детали установлены со стороны печатных проводников. Другая сторона платы оставлена полностью металлизированной. Она соединена с общим проводом первой стороны короткими отрезками провода, пропущенными через отверстия в плате, а также припаянной по периметру платы полоской фольги. Для уменьшения влияния образцового генератора на генератор ВЧ на плате следует установить экранирующую перегородку (показано штриховой линией).

В устройстве можно применить детали: транзисторы КТ3132 (VT3) — с любым буквенным индексом; стабилизаторы напряжения — любые маломощные для стабилизации напряжения +9 В (DA1) и +5 В (DA2); полярные конденсаторы использованы танталовые для поверхностного монтажа, неполярные - бескорпусные К10-17в или аналогичные импортные; все резисторы РН1-12 типоразмера 1206. Кварцевый резонатор ZQ1 — РГ-05, К1 или аналогичные. Катушка генератора L1 — отрезок посеребренного провода длиной 4...20 мм (в зависимости от частоты 1296 или 2400 МГц), а для частоты 400 МГц — 3 витка провода диаметром 0,5 мм (автор использовал центральный проводник ВЧ кабеля). Катушка L2 может быть любой конструкции, ее необходимость определяется типом и частотой кварцевого резонатора. Дроссели L3, L4 — ЕС24 индуктивностью 10...50 мкГн. При монтаже устройства следует обратить внимание на то, что точка соединения элементов R3, L1 и VD1 не имеет контакта с общим проводом на печатной плате.

Cxema

Далее в таблицах приведены тексты НЕХ-файлов "прошивки" микроконтроллера для частоты 1150 МГц (табл. 2) и частоты 1267,5 МГц (табл. 3), при частоте кварцевого генератора 5 МГц и частоте сравнения фазового детектора 2,5 МГц. Генератор с частотой 1150 МГц можно использовать для построения конвертера или трансвертера с базовой частотой 144 МГц, а 1267,5 МГц — с базовой частотой 28,5 МГц. Текст файла в табл. 4 — для частоты генератора 2,256 ГГц, при частоте образцового генератора 16 МГц и частоте сравнения фазового детектора 8 МГц. Этот генератор можно использовать для построения конвертера 2400/145 МГц (базовая частота 145 МГц). Текст файла в табл. 5 — для частоты генератора 404 МГц, частоты образцового генератора 10,1 МГц и частоты фазового детектора 5,05 МГц. Такой генератор можно использовать для построения трансвертера 432/28 МГц. Изменяя управляющую программу, можно корректировать выходную частоту, применяя образцовые генераторы на другие частоты.

Налаживание начинают с проверки работоспособности стабилизаторов напряжения, а затем переходят к регулировке синтезатора. Контролируют частоту и выходную мощность (1...5 мВт) на выходе. Длину отрезка провода, из которого выполнена катушка L1, подбирают такой, чтобы при запрограммированной частоте напряжение на конденсаторе С7 было в пределах 2...3 В, это повысит устойчивость работы в температурном диапазоне. Если напряжение на С7 близко к нулю, то длину провода надо увеличить. Если это напряжение близко к напряжению питания (+5 В), то длину надо уменьшить. Номиналы элементов пропорционально-интегрирующего фильтра СЗ, С5 ,С7, R6, R12 при необходимости подбирают по наилучшему качеству сигнала генератора (отсутствие самовозбуждения, минимум шума и ширины спектральной линии). Катушку L2 устанавливают, если частота образцового генератора отличается в большую сторону от требуемой, если же она меньше, то вместо нее следует установить конденсатор.

Радио 5-2005