Блок умножителя частоты на четыре, с температурной коррекцией мощности и компенсацией фазового сдвига выходного сигнала

Полезная модель относится к радиотехнике, а именно к сверхвысокочастотным (СВЧ) передатчикам, и может быть использована для аппаратуры приемного или передающего тракта СВЧ-сигналов в системах связи и навигации различного радиолокационного оборудования.
В качестве прототипа, то есть устройства наиболее близкого к предлагаемому по технической сущности, выбран умножитель частоты (патент на полезную модель №51804, 2005 г., МПК Н03 В 19/06, опубликовано 27.02.2006 г.). Устройство-прототип содержит управляемый генератор, нелинейный элемент, резонансную систему, направленный ответвитель, датчик мощности, микропроцессор, цифроаналоговый преобразователь, аттенюатор. Устройство-прототип позволяет повысить КПД при обеспечении возможности работы на основной частоте без потерь мощности.
Недостатком данного устройство является отсутствие стабилизации выходного сигнала по мощности и фазе при изменении температуры окружающей среды.
Решаемой задачей является - обеспечение стабилизации основных параметров сигнала в части мощности с компенсацией фазового сдвига для систем, использующих фазовую обработку сигнала.
Указанный результат достигается за счет аттенюаторов с температурной компенсацией (АТК) и нормированной фазовой характеристикой, которые линейно меняют коэффициент передачи в зависимости от температуры окружающей среды. Дополнительно реализована петля обратной связи по мощности, с использованием направленного ответвителя (НО) и логарифмического детектора мощности (ДМ), преобразующая часть выходного сигнала в напряжение, характеристика которого регламентирована. Напряжение с выхода ДМ поступает на вход схемы управления (СУ), первый выход которой подключен ко второму входу аттенюатора управляемого (АТУ).
Также в СУ введен канал аналого-цифрового преобразователя (АЦП) для контроля уровня выходной мощности (вход СУ), канал цифро-аналогового преобразователя (ЦАП) (выход 2 СУ) для регулировки уровня выходного сигнала, цифровой выход 1 СУ для компенсации фазового сдвига выходного сигнала, посредством петли обратной связи и датчик температуры (ДТ), для контроля температуры окружающей среды.
СУ, используя АТУ, изменяет затухание сигнала с шагом 0,5 децибел. При регулировке уровня мощности АТУ не обеспечивает постоянство фазы сигнала, что приводит к ошибкам дальнейшей фазовой обработки сигналов. Для компенсации изменения фазы в схему введена цепь фазовой коррекции, состоящая из усилителя постоянного тока (УПТ) и регулируемого стабилизатора напряжения (РСН). УПТ управляется вторым выходом СУ и изменяет посредством РСН напряжение питания усилителя управляемого напряжением (УУН).
Сущность заявляемого устройства поясняется также функциональной схемой, приведенной на фиг. 1, где приняты следующие обозначения:
1. Усилитель мощности (УМ)
2. Первый микрополосковый фильтр (МПФ)
3. Первый умножитель частоты (УЧ)
4. Первый аттенюатор (AT)
5. Второй МПФ
6. Второй AT
7. Второй УЧ
8. Первый АТК
9. Третий МПФ
10. Аттенюатор управляемый (АТУ)
11. Второй АТК
12. Усилитель, управляемый напряжением (УУН)
13. Направленный ответвитель (НО)
14. Логарифмический детектор мощности (ДМ)
15. Усилитель постоянного тока (УПТ)
16. Регулируемый стабилизатор напряжения (РСН)
17. Схема управления (СУ)
Выходные параметры УМ и УУН, используемых в полезной модели для компенсации потерь преобразования частоты, зависят от температуры окружающей среды. При уменьшении температуры выходная мощность увеличивается, а при увеличении температуры окружающей среды выходная мощность уменьшается. Для компенсации изменений в цепь введены первый и второй АТК, которые имеют паспортизованную зависимость изменения коэффициента передачи от температуры, обратную характеристике усилителей. При уменьшении температуры окружающей среды - коэффициент передачи уменьшается, а при увеличении растет соответственно заявленным характеристикам. Соотношение коэффициента передачи АТК к изменению выходной мощности УМ и УУН подобранно таким образом, чтобы максимально компенсировать изменяющиеся от температуры выходные параметры УМ и УУН.
Следствием разброса характеристик УУН, в том числе, от температуры окружающей среды, является недостаточная повторяемость выходных характеристик устройства с заданной точностью. Для обеспечения дополнительной точности и регулировки устройства в цепь введен АТУ, с шагом регулировки 0,5 дБ, для коррекции результирующей ошибки. Для этого реализована петля обратной связи.
В петле обратной связи НО реализован в микрополосковом исполнении, что исключает влияние температурных колебаний и обеспечивает заданный коэффициент ответвления в широком диапазоне температур. При прохождении основного сигнала с УУН на НО, часть сигнала ответвляется и через второй выход поступает на ДМ по микрополосковой линии связи. Указанный ДМ реализован в интегральном исполнении и имеет паспортизованную обратную зависимость уровня выходного напряжения от уровня входной мощности. При увеличении входной мощности - уровень детектированного напряжения на выходе уменьшается, а при уменьшении входной мощности - напряжение увеличивается. Постоянное напряжение с выхода ДМ поступает на вход СУ, где посредством АЦП преобразуется в цифровой код. СУ имеет встроенный цифровой ДТ, который формирует цифровой код в зависимости от текущей температуры. СУ, используя код текущей температуры и код формируемый АЦП из сигнала ДМ сопоставляет эти значения и формирует управляющий код для управления АТУ через свой первый выход, формирование производится табличным методом.
Формируемый СУ код поступает на второй вход АТУ и позволяет дополнительно корректировать выходную мощность, но при этом оказывает влияние на фазовый сдвиг выходного сигнала, которое корректируется изменением напряжения питания УУН.
Для этого формируемое напряжение ЦАП СУ, поступает на вход УПТ для усиления сигнала по току и напряжению. Усиленный сигнал с выхода УПТ поступает на вход РСН. РСН изменяет напряжение питания УУН через его второй вход, то есть РСН является управляемым источником питания для УУН. В свою очередь изменение напряжения питания УУН приводит к изменению фазовой характеристики сигнала, позволяя компенсировать фазовый сдвиг в заданных пределах.
Сущность полезной модели поясняется функциональной схемой, приведенной на фиг.1:
УМ 1 предназначен для предварительного усиления сигнала в широкой полосе частот и компенсации потерь в каскадах первого МПФ 2 и первого УЧ 3.
Первый МПФ 2 - это фильтр преселектор, выделяет рабочую полосу частот первого УЧ 3.
Первый УЧ 3 умножитель частоты на 2, умножает предварительно сформированный сигнал после первого МПФ 2.
Первый AT 4 интегральный аттенюатор необходим для ограничения выходного сигнала по мощности.
Второй МПФ 5 является полосовым фильтром, подавляет побочные составляющие спектра, возникающие в результате умножения в первом УЧ 3.
Второй AT 6 нормирует уровень входной мощности второго УЧ 7.
Второй УЧ 7 - второй умножитель частоты, необходимый для достижения целевого коэффициента умножения.
Первый АТК 8 является первой частью каскада автоматической коррекции мощности и служит для первичного ослабления сигнала.
Третий МПФ 9 полосовой фильтр, который подавляет паразитные гармонические колебания, возникающие в контуре второго УЧ 7.
АТУ 10 управляемый аттенюатор, необходим для точной подстройки выходной мощности и является частью каскада автоматической коррекции мощности.
Второй АТК 11 также, как и первый АТК 8 является частью каскада автоматической коррекции мощности.
УУН 12 необходим для компенсации потерь преобразования и фильтрации сигнала за счет изменения напряжения на его втором входе, что приводит к компенсации фазового сдвига выходного сигнала при изменении температуры.
НО 13 микрополосковый направленный ответвитель с фиксированным коэффициентом ответвления сигнала. Часть сигнала со второго выхода НО 13 поступает на вход ДМ 14, где детектируется и обрабатывается.
ДМ 14 детектирует сигнал, поступивший со второго выхода НО 13 и преобразует его в напряжение. Необходим для отслеживания и коррекции мощности с помощью АТУ 10.
СУ 17 используется для управления коррекцией мощности и фазы. Использует встроенный АЦП для оцифровки и обработки напряжения, поступающего на вход СУ 17 с выхода ДМ 14. Сигнал со второго выхода СУ 17, используя встроенный в СУ 17 канал ЦАП, поступает на вход УПТ 15 выход которого соединен с входом РСН 16, выход РСН 16 соединен со вторым входом УУН 12 и используется для изменения напряжения питания, что приводит к изменению фазовой характеристики сигнала. Одновременно с этим сигнал с первого выхода СУ 17, используя встроенный в СУ 17 канал ЦАП поступает на вход АТУ 10, где производится коррекция сигнала по мощности.
УПТ 15 используется для усиления сигнала, поступающего на его вход со второго выхода СУ 17.
РСН 16 регулируемый источник напряжения по сигналу УПТ 15.
Указанный технический результат достигается совокупностью отличительных признаков, а именно путем введения в конструкцию: усилителя мощности, трех микрополосковых фильтров, двух аттенюаторов, двух умножителей частоты на 2, управляемого аттенюатора, двух аттенюаторов с температурной компенсацией, направленного ответвителя, логарифмического детектора мощности, схемы управления, усилителя постоянного тока, регулируемого стабилизатора напряжения и усилителя управляемого напряжением.
Представленное описание и функциональная схема заявляемого устройства позволяют, применяя известные в приборостроении материалы, технологии, покупные радиоэлектронные изделия и компоненты изготовить его промышленным способом и использовать в системах бортовых радиолокационных станций.