Разработка СВЧ блока

ГУН. Обзор литературы. Его выбор и разработка. Характеристики

В этом параграфе будет проведён обзор ГУН, после чего будет выбран тот, который удовлетворяет нашим требованиям.

ГУН DCMO80210−10 компании Synargy. В таблице № 2 представлены его основные характеристики Таблица № 2 — основные характеристики ГУН DCMO80210−10.

Ниже на рисунках 16 и 17 представлена зависимость частоты генерации от напряжения управления, и зависимость выходной мощности от напряжения управления.

Октавный генератор 1−2 ГГц «Микран».

На рисунке 18 представлен общий вид ГУН, производства НПФ «Микран». Он является взаимозаменяемым аналогом ГУН V585ME06-LF.

В таблице № 3 представлены его основные характеристики.

Разработка СВЧ ГУН СВЧ блок служит для генерации и регистрации СВЧ мощности, прошедшей через СВЧ резонатор и состоит из СВЧ генератора, вентилей и детекторной секции.

Рисунок 16 — Зависимость частоты генерации от напряжения управления.

Рисунок 17 — Зависимость выходной мощности от напряжения управления.

Рисунок 18 — Общий вид ГУН, производства НПФ «Микран».

Таблица № 3 — основные характеристики ГУН, производства НПФ «Микран».

Рисунок 19 — Зависимость выходной мощности от напряжения На рисунке 20 изображены элементы СВЧ блока, в состав которого входит СВЧ генератор и квадратичный детектор.

К СВЧ генератору предъявляются особые требования. Одними из них является выходная мощность генератора. Она должна быть не менее 30 мВт. Частотный диапазон работы генератора должен быть в диапазоне от 1 до 2 ГГц, и минимальные уходы частоты генератора и его мощности в области температур от + 10 до + 40 .

Рисунок 20 — элементы СВЧ блока Выбор и его разработка. Характеристики Было принято решение построить СВЧ генератор на основе ГУН компании.

Z — Communication V585ME06 — LF, и усилителя компании RFMD — SBB3089Z, а также развязывающего резистивного аттенюатора крестообразной формы, вносимого затухания.

ГУН V585ME06 — LF, был выбран в силу своих характеристик, которые удовлетворяют требованиям ИВК «Semicon — 1», они представлены ниже в таблице № 4.

Таблица № 4 — основные характеристики ГУН V585ME06 — LF.

Важной характеристикой ГУН для данного устройства является зависимость выходной мощности генератора Pген от частоты его генерации ѓген (рисунок 21).

P_ген, мВт.

ѓ_ген, МГц Рисунок 21 — Зависимость выходной мощности генератора Pген от частоты его генерации ѓген при разных температурах Температурная зависимость частоты генерации ГУН также является важной характеристикой.

Данная зависимость приведена ниже на рисунке 22. Из неё видно, что уход частоты при изменении температуры незначителен.

ѓ_ген, МГц.

U, В Рисунок 22 — Зависимость частоты генерации от напряжения при разных температурах (ГУН) Усилитель SBB3089Z подобран исходя из предъявляемых требований. Характеристики усилителя представлены в таблице № 5.

Таблица № 5 — Характеристики усилителя SBB3089Z.

Для получения оптимальной выходной мощности СВЧ генератора, равной 30 мВт, необходимо учесть мощность ГУН равной 5,5 дБм и 16 дБ вносимые усилителем, следовательно на выходе мы получаем около 140 мВт, что значительно превышает, то что нам нужно. Снижение мощности достигается за счет внесение затуханий аттенюатором, не стоит забывать что мощность рассеивается.

Предложено использовать аттенюатор крестообразной формы. Его расчет производится по аналогии с Т — образным аттенюатором (рисунок 23). Это связано с тем, что у крестообразного аттенюатора характеристики ослабления от частоты более равномерная чем у Т — образного.

Рисунок 23 — Т — образный аттенюатор Задаём волновое сопротивление тракта Z0 = 50 Ом, а также ослабление аттенюатора равное 2 дБ, которое находится по формуле 1, взятой из учебника по радиоэлектронике «Титце и Шенк»:

(7).

где Рвх и Рвых — входная и выходная мощности соответственно.

Далее по формулам (2) и (3) находим соответствующие сопротивления:

(8).

(9).

Воспользовавшись (7),(8) и (9), получаем R₁ = R₂ = 5,7 Ом.

Для получения значений R₄ и R_5, нужно воспользоваться формулой:

; (10).

Рисунок 24 — Крестообразный аттенюатор Из (10) получаем R3 = R4 = 215 Ом.

Была разработана принципиальная схема СВЧ генератора, представленная ниже на рисунке 25.

Рисунок 25 — Принципиальная схема СВЧ генератора: 1 — питание, 2 — ГУН, 3 — напряжение управления, 4 и 6 — крестообразный аттенюатор, 5 — усилитель, 7 — СВЧ выход Между каскадами для достижения равномерности характеристики размещены корректирующие цепи. Коррекция рассчитывается на согласованный тракт с волновым сопротивлением 50 Ом. Структура корректирующей цепи обусловлена наличием Т — аттенюатора, выравнивающего (ослабляющего) амплитудную характеристику на низких частотах. На высоких частотах влияние аттенюатора ограничивают конденсаторы и индуктивность, не внося рассогласование в тракт. Схема питания подобрана так, что с её применением соблюдаются необходимые режимы по постоянному току при заданном напряжении 10 В.

На ГУН и усилитель одновременно подаётся одно питание + 10 В. На вход генератора подаётся напряжение управления от + 1 В до + 20 В и в связи с изменением этого напряжения изменяется частота от 1 ГГц до 2 ГГц. На выходе генератора мощность составляет примерно 3,55 мВт. После этого СВЧ сигнал проходит через аттенюатор, который в свою очередь уменьшает сигнал до нужной нам величины. Затем сигнал проходит через усилитель, коэффициент усиления которого равен 16,4 дБ. Следовательно, сигнал вышедший с генератора усиливается на 16,4 дБ и уже после усиления сигнал попадает на второй аттенюатор, после которого на выходе у нас, та мощность которая нам требуется.

Печатная плата (ПП), разработанная в среде P — CAD (рисунок 26). На ней также видны все элементы принципиальной схемы описанные выше.

Важной особенностью при разработке ПП было выдержать отношение ширины 2.7 мм к толщине ПП в 1.5 мм. Оно должно составлять 1,8. Это обусловлено тем, чтобы было согласование с СВЧ трактом (КСВ не более 2).

Рисунок 26 — Печатная плата СВЧ генератора Готовая печатная плата представлена ниже на рисунке 27. Её размеры равны 10 сантиметров длину и 5 сантиметров в ширину.

Все компоненты для СВЧ генератора были заказаны и распаяны на плате.

Рисунок 27 — Готовый образец СВЧ генератора После выполнения платы и сборки комплектации было проведено макетирование опытных образцов генераторов. Результаты настройки платы представлены на рисунке 28.

ѓ_ген, МГц.

U, В Рисунок 28 — Зависимость ѓген СВЧ генератора от управляющего напряжения Из рисунка видно, что зависимость частоты генерации от напряжения управления линейная, это говорит нам о том, что никаких уходов частоты при изменении напряжения нет.

Так как была изготовлена серия (5 штук) СВЧ генераторов, то соответственно были измерены зависимости выходной мощности генератора P_ген от частоты его генерации ѓ_ген (рисунок 29).

Р2 — Зависимости выходной мощности генератора P2_ген от частоты его генерации ѓ_ген (при R = 100 Ом) Р1 — Зависимость выходной мощности генератора P1_ген от частоты его генерации ѓ_ген (при R = 130 Ом) Р3 — Зависимость выходной мощности генератора P3_ген от частоты его генерации ѓ_ген (пайка воздухом) Р1(3089) — Зависимость выходной мощности генератора P1_ген от частоты его генерации ѓ_ген (аттенюатор 1,5 дБ).

Pген, мВт.

ѓ_ген, МГц.

Рисунок 29 — Зависимости выходных мощностей генератора Pген от частоты его генерации ѓген.

Р2(4089) — Зависимость выходной мощности генератора P2_ген от частоты его генерации ѓ_ген (аттенюатор 1,5 дБ, усилитель SBB4089).

Как видно из рисунка 13, что зависимости мощностей от частоты изменяются примерно на 35%, что очень много, в то время как она должна быть более стабильной, возможно это связано с тем что развязка генератора рассогласована с СВЧ трактом или на элементы схемы влияют шумы.

Очень важным фактором является и то, в каких условиях и как паялась сама плата. По самим характеристикам это очень видно. Одна схема паялась обычным паяльником, а другая специальной паяльной станцией, с помощью подачи горячего воздуха.

При увеличении сопротивления на входе усилителя наблюдается спад мощности, а при уменьшении сопротивления мощность увеличивается, и усилитель работает на всю свою мощность, что тоже в свою очередь плохо влияет на данную зависимость. Если в схеме есть аттенюатор, это тоже очень влияет на характеристику, у неё появляются линейные участки. Если в схеме использовать другой усилитель, с другим коэффициентом усиления, следовательно зависимость тоже изменится.