Балансные схемы в основном делают в интегральном исполнении [6]. Для балансных преобразователей используются дифференциальные каскады (рисунок 3.1).
Коллекторное напряжение на смесительные транзисторы VT1 и VT2 подано через среднюю точку катушки индуктивности выходного резонансного контура, настроенного на промежуточную частоту. Токи i1 и i2 транзисторов VT1 и VT2 через выходной контур текут встречно, и выходное напряжение пропорционально их разности. Напряжение гетеродина на смесительные транзисторы подано через транзистор VT3 синфазно. Поэтому токи i1 и i2 с частотой гетеродина, его гармоник и составляющие токов шумов гетеродина, имеющие в обоих транзисторов одинаковые фазы, взаимно компенсируются и не создают напряжения в выходных цепях. Под действием напряжения гетеродина меняется крутизна характеристики каждого из транзисторов VT1 и VT2.
Рисунок 3.1 Схема балансного смесителя.
Напряжение сигнала действует на транзисторы смесителя противофазно, поэтому составляющие тока промежуточной частоты также противофазны. Эти токи в выходном контуре текут встречно, поэтому составляющие промежуточной часты складываются.
Также в балансном преобразователе, как и в балансном усилителе, происходит компенсация четных гармоник преобразуемого сигнала. В частности, в балансном преобразователе компенсируются помехи с частотами полузеркальных каналов.
Балансная схема является аналоговым перемножителем напряжений, построенным по методу переменной крутизны, т.е. на основе зависимости крутизны транзистора от тока эмиттера. Такая схема не балансна по одному из напряжений, одно из них проходит на выход. Схема двойного балансного смесителя для напряжений сигнала и гетеродина приведена на рисунке 3.2. Смеситель построен на основе трех дифференциальных транзисторных пар. Напряжение Uc подано на транзисторные пары VT1, VT2 и VT3, VT4 крутизна характеристик которых меняются под действием напряжения Uг с помощью транзисторов VT5 и VT6. На тразисторы каждой пары напряжение сигнала подается противофазно, а напряжение гетеродина - синфазно на оба транзистора одной пары, но противофазно для разных пар. Токи всех транзисторов определяются ГСТ на транзисторе VT7, напряжение на базе которого стабилизировано цепью из резистора R1 и транзистора VT8 в диодном включении.
Рисунок 3.2. Смеха двойного балансного смесителя.
Основными параметрами балансного смесителя являются:
Рабочий диапазон частот;
Динамический диапазон;
Коэффициент шума N;
Подавление напряжения входного сигнала на выходе по отношению к уровню сигнала промежуточной частоты Sс;
Подавление напряжения гетеродина на выходе по отношению к уровню сигнала промежуточной частоты Sг;
Коэффициент передачи по мощности K.
Рассмотрев различные варианты схемы построения смесителя остановимся на двойной балансной схеме смесителя в интегральном исполнении.
3.2 Выбор элементной базы
Произведя обзор по отечественной и зарубежной элементной базе был выбран наиболее подходящий смеситель. Сверхширокополосный монолитный интегральный смеситель М43209, применяется в качестве двойного балансного преобразователя частоты, имеет следующие параметры [9]:
Рабочий диапазон частот - 15-1000 Мгц;
Динамический диапазон - не менее 80 дБ;
Коэффициент шума N - не более 8 дБ;
Подавление напряжения входного сигнала на выходе по отношению к уровню сигнала промежуточной частоты Sс - не менее 20 дБ;
Подавление напряжения гетеродина на выходе по отношению к уровню сигнала промежуточной частоты Sг - не менее 20 дБ;
Коэффициент передачи по мощности K - не менее 7 дБ.
3.3 Расчет смесителя
Синтез смесителя как было сказано выше произведем на основе сверхширокополосного монолитного интегрального смесителя М43209, его схема приведена на рисунке 3.3.
Возьмем за основу типовую схему включения, но при этом внесем некоторые изменения. Так как гетеродинный вход дифференциальный, то на вход дополнительно включим трансформатор, чтобы можно было использовать синфазный сигнал гетеродина, таким образом напряжение на гетеродинах входах будет противофазно. На сигнальный вход будем сразу подавать противофазный сигнал с ПАВ - фильтра, так что отпадает необходимость использовать трансформатор. На выходе смесителя поставим резонансный контур. Схема включения приведена рисунке 3.4:
Рисунок 3.3. Схема электрическая принципиальная М43209.
Сигнал подается на дифференциальный вход модуля (выводы 6,7 ). Сигнал гетеродина подается также на дифференциальный вход (выводы 1,2 ). Резистор R1 служит для согласования выхода гетеродина и входа смесителя. Конденсаторы С1 и С2 являются разделительными и служат для развязки смесителя и гетеродина по постоянному току. Номиналы конденсаторов рассчитываются по формуле 2.1, получаем что С1=С2>39 пФ. Возьмем номиналы конденсаторов из стандартного ряда С1=С2=470 пФ. Трансформатор Т1 служит для получения противофазного сигнала. Индуктивность обмоток рассчитывается по формуле 3.2.1:
(3.3.1)
где ωо - рабочая частота, рад/сек,
L - индуктивность обмоток.
мкГн
На выходе модуля (выводы 10,12) цепочки R3, С3 и R4, С4 является фильтрами нижних частот, предназначенные для фильтрации частоты гетеродина и несущей. Частота среза фильтра должна быть больше 5 МГц, чтобы не давилась промежуточная частота. Возьмем частоту среза fc=80 Мгц. Номиналы резисторов R3=R4=50 Ом, так как микросхема для устойчивой работы должна быть нагружена на 50 Ом. Исходя из этого рассчитаем номиналы конденсаторов С3 и С4 по формуле 3.2.2:
(3.3.2)
где R=R3=R4=50 Ом,
fс=80 МГц - частота среза.
Ф
Индуктивность обмоток выберем таким образом, чтобы резонансный контур, состоящий из индуктивности обмоток и С3, С4 были настроены на промежуточную частоту 5 МГц. Соединение обмоток трансформатора Т2, приведенные на рисунке 3.4, обеспечивает симметрию схемы и два несимметричных выхода. Индуктивность обмоток рассчитывается по формуле 3.2.3:
(3.3.3)
где L - индуктивность обмоток,
С=С3=С4=36 пФ - емкость контура,
fпр=5 МГц - промежуточная частота.
Гн
Емкости С5, С6 и индуктивность проводов служат фильтрами по высокой частоте 5 МГц в цепи питания. Индуктивность выбирается исходя из условия, что на высокой частоте оно имеет большое сопротивление порядка 1000 Ом.
Номиналы емкости рассчитываются по формуле .
Из ряда номинальных величин выбираем С5=С6=470 пФ
Емкость С7 и индуктивность проводов служит фильтром для низкой частоты в цепи питания. Индуктивность выбирается исходя из условия, что на низкой частоте оно имеет большое сопротивление порядка 1000 Ом. Номинал емкости С7 такой же, что и в цепи питания МШУ, т.е С7=0.047 мкФ.
4. Результаты экспериментального исследования
4.1 Результаты исследования малошумящего усилителя
В результате проведенной работы был исследован малошумящий усилитель MGA86563.
Исследование АЧХ МШУ производилось с помощью стенда СНПУ-135, прибора для исследования АЧХ Х1-42.Схема соединений для измерения АЧХ приведена на рисунке 4.1:
Рисунок 4.1.Схема соединений для измерения АЧХ.
В ходе эксперимента величины корректирующих элементов подобраны так, чтобы обеспечить следующие характеристики.
полоса пропускания - 300 МГц;
центральная частота - 804 МГц;
коэффициент усиления по мощности - 20 дБ.
Измерение коэффициента шума МШУ производилось с помощью генератора шума Я5Х-269, индикатора коэффициента шума типа Я8Х-273.Схема соединений для измерения коэффициента шума приведена на рисунке 4.2:
Рисунок 4.2. Схема соединений для измерения коэффициента шума.
Получен следующий результат:
коэффициент шума - 1.8 дБ.
Измерение динамического диапазона МШУ производилось с помощью генератора Г4-76А, стенда СНПУ-135, ваттметр поглощаемой мощности М3-56. Схема соединений для измерения динамического диапазона приведена на рисунке 4.3:
Рисунок 4.3. Схема соединений для измерения динамического диапазона
Получен следующий параметр:
динамический диапазон - 92 дБ.
4.2 Результаты исследования смесителя
Исследовался блок построенный на основе сверхширокополосного монолитного интегрального смесителя М43209 с избирательной нагрузкой на выходе, в качестве избирательной нагрузки был использован колебательный контур.
Исследование смесителя производилось с помощью генератора Г4-76А, стенда СНПУ-135, осциллографа С1-65А, вольтметра В3-56. Схема соединений для измерения коэффициента усиления приведена на рисунке 4.4:
Рисунок 4.4.Схема соединений для измерения коэффициента усиления.
В ходе эксперимента были измерены следующие параметры:
- оптимальная мощность гетеродина - -39 дБ/Вт;
- допустимая мощность сигнала, при котором смеситель работает в линейном режиме - -30 дБ/Вт;
- максимальный коэффициент усиления по мощности - +10 дБ;
Исследование АЧХ производилось с помощью стенда СНПУ-135, прибора для исследования АЧХ Х1-42. Схема соединений для измерения АЧХ приведена на рисунке 4.5:
Рисунок 4.5. Схема соединений для измерения АЧХ.
Получены следующие результаты:
полоса пропускания по уровню -3 дБ - 11 МГц;
центральная частота - 6,5 МГц.
В ходе исследования блок был настроен на оптимальные параметры.
4.3 Результаты исследования приемника
В ходе проделанной работы были исследованы характеристики разработанного приемника.
Исследование приемника производилось с помощью генератора Г4-176, синтезатора частот РЧ6-05, стенда СНПУ-135, осциллографа С1-65А, вольтметра В3-56, спектроанализатора Я-40 и специальной аппаратуры. Схема соединений для измерения характеристик приемника приведена на рисунке 4.6:
Рисунок 4.6 Схема соединений для измерения характеристик приемника.
1. Измерение чувствительности и уровня шумов.
Схема соединений для измерения чувствительности и уровня шумов приведена на рисунке 4.6.
чувствительность приемника - -152 дБ/Вт,
уровень шумов на выходе приемника - -14дБ/В.
В исследуемый приемник не входили переключатели и ПАВ-фильтр, с введением их в блок приемника чувствительность упадет примерно на 2-3 дБ, т.е чувствительность приемника будет около -150 дБ/Вт, что удовлетворяет техническому заданию.
Измерение сквозной АЧХ приемника.
Схема соединений для измерения сквозной АЧХ приемника приведена на рисунке 4.6.
Страницы: 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11
