Высокочастотный регулируемый генератор, управляемый напряжением

Полезная модель относится к радиотехнике и может быть использована для генерации СВЧ-сигнала в системах связи и радиолокационных станциях, требующих частотной модуляции.
Наиболее близким к заявляемому генератору является синтезатор частот (RU 2239940, публ. 2004). Известный синтезатор частот содержит опорный генератор, выход которого соединен с входом схемы фазовой автоподстройки частоты (ФАПЧ), последовательно соединенные генератор, управляемый напряжением, умножитель частоты и полосовой фильтр, усилитель мощности, подключенный к выходу полосового фильтра. Синтезатор содержит также микропроцессор и схему индикации. Схема фазовой автоподстройки частоты содержит генератор, управляемый напряжением, два делителя с переменным коэффициентом деления, фазовый детектор и фильтр нижних частот.
При работе данного устройства микропроцессор (далее микроконтроллер), вырабатывает сигнал в виде кода частоты, который поступает на схему ФАПЧ. На эту схему поступает также сигнал с генератора, управляемого напряжением, при этом ФАПЧ выдает корректирующий сигнал для генератора, управляемого напряжением. Когда частота генератора, управляемого напряжением, не равна требуемой, со схемы ФАПЧ на схему индикации подается сигнал "Захват частоты" или сигнал "Авария". При мощности выходного сигнала, соответствующей номинальной, с выхода усилителя мощности поступает сигнал "Мощность", а при отсутствии или понижении уровня мощности выходного сигнала - сигнал "Авария".
В результате работы на выходе синтезатора получают СВЧ-сигнал заданной частоты и мощности.
Недостатком данного синтезатора является то, что на выходе из устройства получают СВЧ-сигнал постоянной частоты, что ограничивает возможности его использования в аппаратуре радиосвязи, требующей частотной модуляции.
Задача настоящего технического решения заключается в расширении технических возможностей генератора для получения СВЧ-сигнала.
Для этого предложен высокочастотный регулируемый генератор, управляемый напряжением, который, как и прототип, содержит последовательно соединенные опорный генератор, схему фазовой автоподстройки частоты, умножитель частоты, полосовой фильтр, усилитель мощности, при этом схема фазовой автоподстройки частоты содержит генератор, управляемый напряжением, два делителя с переменным коэффициентом деления, фазовый детектор, а также фильтр низких частот, вход одного делителя является входом схемы фазовой автоподстройки частоты, а вход второго соединен с выходом генератора, управляемого напряжением, второй выход которого является выходом схемы фазовой автоподстройки частоты, выходы делителей подключены к входам фазового детектора, выход которого соединен со входом фильтра низких частот, при этом входы управления делителей подключены к выходам микроконтроллера.
Заявленный генератор отличается тем, что схема фазовой автоподстройки частоты дополнительно содержит высокочастотный двухвходовой аналоговый коммутатор, вход управления которого соединен с выходом микроконтроллера, выход - с генератором, управляемым напряжением, при этом первый сигнальный вход коммутатора соединен с выходом фильтра нижних частот, а второй используется для подачи внешнего, в том числе высокочастотного, сигнала модуляции.
Включение в схему фазовой автоподстройки частоты высокочастотного двухвходового аналогового коммутатора, вход управления которого соединен с выходом микроконтроллера, а выход - с генератором, управляемым напряжением, притом, что первый сигнальный вход коммутатора соединен с выходом фильтра нижних частот, а второй используется для подачи внешнего, в том числе высокочастотного, сигнала модуляции, создает возможность при помощи внешнего сигнала модулировать СВЧ-сигнал с заданной частотой, амплитудой и формой.
Новый технический результат, достигаемый заявленным решением, заключается в получении СВЧ-сигнала, промодулированного с заданной частотой, амплитудой и формой.
На рисунке приведена электрическая схема заявленного генератора.
Генератор СВЧ-сигнала содержит опорный генератор 1, выход которого соединен с входом схемы фазовой автоподстройки частоты 2, последовательно соединенные генератор, управляемый напряжением 3, умножитель частоты 4 и полосовой фильтр 5, усилитель мощности 6, подключенный к выходу полосового фильтра 5, а также микроконтроллер 7. Схема фазовой автоподстройки частоты (ФАПЧ) состоит из делителя с переменным коэффициентом деления 8, делителя с переменным коэффициентом деления 9, фазового детектора 10, фильтра низких частот 11. При этом ФАПЧ содержит высокочастотный двухвходовой аналоговый коммутатор (ключ) 12, вход управления которого соединен с выходом микроконтроллера 7, а выход - с генератором, управляемым напряжением 3. Первый сигнальный вход ключа 12 соединен с выходом фильтра 5, а второй используется для подачи внешнего сигнала модуляции.
Заявленный генератор работает следующим образом.
Опорный генератор 1 выдает стабилизированный сигнал на схему ФАПЧ, который, пройдя через делитель с переменным коэффициентом деления 8, поступает на один из входов фазового детектора 10. Одновременно с этим на второй вход фазового детектора 10 поступает контрольный сигнал с генератора 3, прошедший через делитель 9. В фазовом детекторе 10 происходит сравнение поступивших сигналов, и, если их частоты не равны, фазовый детектор 10 выдает разностный (корректирующий) сигнал, который, пройдя через фильтр нижних частот 11, поступает на первый сигнальный вход ключа 12, после которого подается на вход генератора 3 и подстраивает его частоту. Так происходит до тех пор, пока частоты сигналов, поступающих на фазовый детектор, не окажутся равными. После достижения этого условия фазовый детектор 10 прекращает подачу разностного сигнала для генератора 3 и начинает вырабатывать телеметрический сигнал, поддерживающий частоту на постоянном значении. Подбор коэффициентов деления для делителей 8 и 9 осуществляет микроконтроллер 7. Сигнал установки частоты поступает на микроконтроллер 7 с внешнего устройства, например, ПК, или задается программно в контроллере на стадии изготовления.
Выходной сигнал с генератора 3 поступает на умножитель частоты 4, который переносит частоту сигнала в СВЧ-диапазон, затем на полосовой фильтр 5, служащий для отсечения побочных гармоник, усилитель мощности 6 и далее - на выход генератора.
После этапа настройки частоты микроконтроллер 7 переключает второй сигнальный вход ключа 12 на подачу сигнала модуляции с любого внешнего генератора, тем самым обеспечивая модуляцию СВЧ сигнала в диапазоне, определяемом параметрами сигнала модуляции. Частота, глубина и закон модуляции определяется параметрами внешнего модулирующего сигнала.
Генератор выполнен в монолитном интегральном исполнении на полупроводниковой подложке из арсенида галлия толщиной 0,1 мм с использованием классической тонкопленочной технологии.
Тестовые испытания макетной схемы показали на выходе регулируемый диапазон частот от 400 МГц до 9,5 ГГц.
Таким образом, заявленный высокочастотный генератор обеспечивает расширенный диапазон перестройки частоты, при сохранении линейного закона перестройки частоты от управляющего напряжения, при постоянном уровне выходной мощности.