 |
Схема преобразователя частоты
|
|
|
|
Построение ПЧ выполним, используя смеситель и гетеродин. В качестве смесителя выберем арсенид-галлиевый СВЧ смеситель [10] фирмы Mini-Circuits ADE-XXXX.
Таблица 3 Двойной балансный смеситель
| Группы моделей | Уровень, дБм | Диапазоны частот, МГц | Потери преобразования, | Коэффициент развязки, дБ (мин.) | Конст. | |||
| ГЧ | ВЧ | ГЧ, ВЧ | ПЧ | ГЧ-ВЧ | ГЧ-ПЧ | |||
| ADE-XXXX | +7 | до +1 | 50...4000 | 0...1500 | 7,0...9,8 | 16...45 | 7...40 | П |
Этот ПЧ является пассивным, с входными сопротивлениями портов 50 Ом. Диапазон гетеродина и входной ВЧ частоты равен 50…4000 МГц, диапазон выходной частоты равен 0…1500 МГц. Достоинством данной ИС является одинаковые мощности входного сигнала и гетеродина и выходную мощность равную Pвх = Pг = Pвых. ИС отличается малыми габаритами и предназначена для поверхностного монтажа. Включение ИС показано на Рисунок 20.
Рисунок 20 Смеситель ADE-XXXX
В качестве гетеродина выберем схему, устойчиво генерирующую на частотах от 50 до 2500 МГц. Причем изменяются только элементы контура и связи [11]. Принципиальная электрическая схема представлена на Рисунок 21.
Рисунок 21 Универсальный гетеродин широкого применения
Для плавной перестройки частоты нам необходимо менять номиналы элементов контура и связи, для этого индуктивность L1 оставим постоянной (20 мм линия d = 1.5 мм), а емкость C1, C2 сделаем переменной и вынесем их на печатную плату. Выходное сопротивление гетеродина будем считать равным 50Ом, что позволяет соединения гетеродин и смеситель без внешнего согласующего звена.
Схема задержки
В качестве схемы задержки можно выбрать схему [9] представленную на Рисунок 22. Время задержки регулируется постоянной времени RC-цепи, поэтому для регулировки время задержки резистор R1 сделаем переменным.
|
|
|
Рисунок 22 Схема задержки
Для выполнения данной схемы выберем микросхему К155ЛА8 (4 элемента 2И-НЕ), тип корпуса 201.14-1, напряжение питания 14 - ножка составляет 6.3 В.
Разработка конструкции передатчика
Разработка конструкции РПдУ заключается в разработке общей компоновки всех деталей его принципиальной схемы в пределах объема выбранного корпуса. Особенностью рассматриваемого передатчика является высокая частота работы. Это означает, что размеры элементов СВЧ-тракта должны быть намного меньше длины волны 
, для элементов с сосредоточенными параметрами. Выполнить условие можно, при микроминиатюрном исполнении в виде ГИС. Использование ГИС является необходимым, также по причине реактивного параметра выводов и соединительных проводников между дискретными элементами сильно влияющих на работе устройства. В интегральном исполнении же указанные параметры близки к нулю.
Прежде чем приступить к формированию конструкции, необходимо определить геометрические параметры используемых элементов. Произведем расчет пленочных элементов, исполняемых на ГИС.
Пленочные элементы
Элементы СВЧ-тракта, исходя из выше сказанного, будут выполнены в виде пленок на подложке (габариты элементов недолжны превышать 
, что составляет 
).
Так как необходимо создание и индуктивностей, и емкостей, то для формирования элементов будем использовать толстопленочную технологию. Толстопленочная технология позволяет реализовывать и извилистую, и многослойную структуру. Современные технологии [6] позволяют получить элементы толщиной менее 10 мкм, при минимальной ширине 25 мкм.
Толстопленочные индуктивности
Для расчета индуктивности в пленочном исполнении можно воспользоваться методикой предложенной в [4]. В формулах все линейные размеры катушек выражаются в [мм], а индуктивность в [нГн].
|
|
|
Таблица 4
| Тип катушки | Формула для расчета индуктивности катушки | Определение длины провода катушки |
| Одновитковая | 
| 
|
| Плоская квадратная спираль | 
где  ,
n – число витков, мм; S – шаг спирали, мм
| 
|
| 
|
Рисунок 23 Катушки: одновитковая 0.5-4 нГн, спиральная квадратной формы до 100 нГн.
Воспользовавшись данными из Таблица 4 и Рисунок 23 при 
, 
и 
, рассчитаем значения параметров индуктивностей СВЧ-тракта:
Таблица 5
| Поз. обоз. | тип | Параметры |
| L2 | Одн. | пусть  , тогда
 , 
|
| L3 | Спир. | пусть  ,  , тогда
 , 
|
| L4 | Спир. | пусть  ,  , тогда
 , 
|
| L5 | Одн. | пусть  , тогда
 , 
|
| L6 | Спир. | пусть  ,  , тогда
 , 
|
| L7 | Спир. | пусть  ,  , тогда
 , 
|
| L8 | Одн. | пусть  , тогда
 , 
|
Толстопленочные емкости
Толстопленочные емкости разумно выполнить в виде трехслойной пленочной структуры металл-диэлектрик-металл, изображенной на Рисунок 24. Такие конденсаторы могут обладать емкостью до нескольких сотен пФ.
Рисунок 24 Конфигурация конденсатора в пленочном исполнении
Расчет данных элементов начинается с выбора диэлектрика и определения его минимальной толщины (из соображений электрической прочности) по формуле:
,
где 
– рабочее напряжение между обкладками конденсатора, [В]; 
- пробивная напряженность электрического поля, [В/мм]; N – коэффициент запаса (0.5 ¸ 0.7).
Рабочее напряжение между обкладками конденсатора будем считать, что не превышает 
. В качестве диэлектрика возьмем SiO, обладающего следующими параметрами [4]: 
, 
. Коэффициент запаса возьмем равным 
. Тогда толщина диэлектрической пленки, [мм]:
выбранная нами технология не позволяет делать такие толщины, поэтому толщину диэлектрика и металлической обкладки возьмем равным 
.
Требуемую площадь перекрытия обкладок конденсатора можно рассчитать по выражению:
и 
,
где a – стороны обкладки конденсатора [мм], C – [пФ], S – [мм2]. Результаты расчетов, приведены Таблица 6.
Таблица 6
| C4 = 4.65 пФ | C6 = 10 пФ | C7 = 7.78 пФ | C8 = 40 пФ | C9 = 103 пФ | C10 = 2.04 пФ | C11 = 8.7 пФ | |
| S, мм2 | 0.88 | 1.89 | 1.47 | 7.54 | 19.42 | 0.38 | 1.64 |
| a, мм | 0.94 | 1.38 | 1.21 | 2.75 | 4.41 | 0.62 | 1.28 |
|
|
|
