Помножувач частоти великої кратності міліметрового діапазону з малими втратами

Мал. 1.1. Класифікація помножувачів частоти на напівпровідникових приладах

У діодних помножувачах частоти типу NR (ДПЧ) поява гармонік пов'язано з випрямленням (детектуванням) вхідного сигналу, причому в якості детекторів частіше застосовуються діоди з прижимним контактом і діоди з бар'єром Шоттки.

Якщо вольт-амперна характеристика діоду являє собою функцію струму, що не зменшується, від напруги, то при ідеальному випрямленні коефіцієнт передачі потужності основної частоти в потужність гармоніки не може перевищувати 1/n2:

де n - номер гармоніки, що виділяється; Рвих - потужність n-ої гармоніки в навантаженні; Рвх— потужність основної частоти (на вході помножувача);  коефіцієнт передачі потужності .

ТАБЛИЦЯ 1.1

n23456789 10

max 0,25 0,110,063 0,040,027 0,020,01560,0123 0,01

Lmin, дБ 6 9,6 12 1415,716,9 18,1 19,1 20

У табл.1.1 приводяться значення max і відповідно мінімальні втрати перетворення Lmin для ідеального випрямлення:

L=10Lg (Рвх/Рвих)=10Lg 1/ (дБ).

Низький коефіцієнт передачі помножувача на нелінійному опорі діода пояснюється тим, що тут відповідно до самого принципу помноження частоти, виділення потужності потрібної гармоніки, неминуче пов'язано з розсіюванням потужності постійного струму. З урахуванням втрат у діоді й елементах схеми помножувача коефіцієнт передачі значно нижче 1/n2.

Для помножувачів на нелінійному опорі характерне різке зменшення коефіцієнта передачі з ростом номера гармоніки, що виділяється (табл.1.1).

До діодних помножувачів частоти NR-типу можна віднести й помножувачі на тунельних діодах (ТД), що не одержали, проте, широкого поширення через низький рівень вихідної потужності. Істотною хибою помножувачів на ТД є складність їх стикування з кварцовими генераторами, (ТД насичуються при малій вхідній потужності), що практично виключає можливість одержання високої стабільності частоти гармонік.У транзисторних помножувачах частоти типу NR (ТПЧ) для одержання гармонік основної частоти використовуються нижня і верхня відсічки струму. Для помноження частоти зручніше усього користуватися нелінійною залежністю струму колектора від напруги на емітері при відносно великих сигналах, що призводить до появи в колекторному ланцюзі гармонійних складового струму. Напруга основної частоти, що підлягає помноженню, звичайно вводиться в ланцюг емітера (схема з загальною базою), оскільки параметри транзистора сильно залежать від струму емітера. Помножувачі на транзисторах мають високий коефіцієнт передачі по потужності і напрузі (за рахунок підсилювальних властивостей транзистора), компактні і економічні.

До хиб ТПЧ варто віднести невелику можливу вхідну потужність і обмежену частоту реалізованої гармоніки, обумовлену частотними можливостями транзистора. Крім того, у ряді випадків важко забезпечити оптимальний кут відсічки через недостатній розмір допустимої зворотної напруги на емітерному переході, а також виникають перекручування форми імпульсу колекторного струму за рахунок інерційності транзистора.

Помножувачі цього типу доцільно використовувати на частотах до декількох сотень мегагерц. На більш високих частотах помножувачі на транзисторах можна ефективно застосовувати в сполученні з ВПЧ. Велике поширення на практику одержав, наприклад, варіант, коли генератор і помножувачі на транзисторах використовуються в якості джерела потужного вхідного сигналу частоти 100-150 МГц для наступного варакторного помноження частоти.