微波实验室合成器。方案、说明

实验室超高频合成器。无线电电子电气工程百科全书

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收发器件的频率稳定性问题一直存在。在相对较低的频率（高达 100-150 MHz），可以使用石英谐振器来解决，在较高的频率（400 MHz） - 使用基于表面声波的谐振器（SAW 谐振器）；为了稳定超高频，可以使用由高频材料制成的介电谐振器。通常使用优质材料：陶瓷或其他高 Q 值谐振器 [1]。

所描述的借助无源元件的稳定方法具有其优点——简单且实施成本相对较低，但其主要缺点是在不改变频率设置元件——谐振器的情况下不可能进行任何显着的频率调谐。无法在保持其稳定性的同时对工作频率进行快速电子调谐，这极大地限制了无线电设备的使用，例如不允许实现多通道。

微波实验室合成器，合成器框图

国外多家公司的集成频率合成器，现在被广泛使用，可以对工作频率进行快速电子调谐，包括超高频，同时保持其高稳定性。这种频率合成器有直接和间接类型[2]。直接合成的优点包括速度快、频率网格步长小，但由于需要过滤大量非线性信号变换引起的大量频谱分量，直接合成器件很少用于微波电路[3]。对于微波频率的合成，通常使用间接类型的合成器或具有锁相环 (PLL) 的合成器。

集成 PLL 合成器主要有两种类型：可编程，其中频率值由外部微控制器通过三线总线设置；以及非可编程，其中内部分频器的分频系数是固定的，以及参考频率由外部石英谐振器设置。在简单的微波电路中，通常使用不可编程的集成合成器，例如摩托罗拉的MC12179[4]，其缺点包括需要准确选择石英谐振器，而这并不总是可能的。可编程频率合成器，例如飞利浦的 UMA1020M，没有这个缺点，并且由于现代通信系统总是具有控制微控制器，因此在技术上很容易对这种合成器进行编程。微波范围的自振荡器以使用混合技术制造的功能完整模块的形式使用[5]。

微波实验室合成器，合成器外观

上述解决方案的应用示例是一个简单的实验室微波合成器，它可以生成本文提出的高精度频率并将其稳定在 1900 - 2275 MHz 范围内。

所设计的合成器框图如图1所示。 2.、外观-见图2200。从图中可以看出，合成器由 Mini-Circuits JTOS-2200 的压控振荡器（VCO 或 VCO）JTOS-1020、集成频率合成器 UMA-86M 和 Zilog 的 Z0208EXNUMXPSC 微控制器组成。

微波实验室合成器，UMA-1020M 框图

VCO 产生的微波信号被馈送到实验室合成器的输出端和 UMA-1020M 电路中包含的主可编程分频器的输入端。

微波实验室合成器框图 Z86E02

JCO-8 晶体振荡器生成的参考信号被馈送到辅助可编程分频器，该分频器也包含在 UMA-1020M 电路中。 UMA-1020M结构图如图3所示。 1020、UMA-86M 的详细技术文档可在制造商网站 philips.de/ 上找到。两个分频器（主分频器和辅助分频器）的系数均由 Z0208E86PSC 微控制器在三线（数据数据、CLK 时钟和写使能/ENABLE）总线上设置。 Z0208E4PSC 微控制器的框图如图 XNUMX 所示。 XNUMX. 微控制器的内部ROM足以编程七种不同的频率和一种测试模式。具体频率值（或测试模式）由实验室合成器印刷电路板上的跳线设置。

在将下一个频率值加载到集成合成器之前，微控制器会轮询连接到跳线的端口，并根据接收到的数据选择一个或另一个固件。当合成器板通电时，会自动设置新的频率值。 Z86E0208PSC 微控制器的合成器编程算法如图 5 所示。 XNUMX、程序列表在 Institute-rt.ru/common/statyi/zsynt/prog.html 中给出。

微波实验室合成器、算法

更多关于 Zilog 微控制器编程的细节可以在 [6, 7] 中找到，完整的技术文档可以在 zilog.com 上找到。

使用的 VCO JTOS-2200 的一个特点是调谐电压范围：从 0.5 到 5 伏。也就是说，如果调谐电压值小于 0.5 伏，制造商不保证稳定的振荡产生。所进行的实验证明了这种说法的真实性。

锁相环的工作原理，以及计算反馈滤波器（环路滤波器）的方法，在技术文献[8]中被广泛和反复考虑，因此，本文不予考虑。有几个免费程序可用于计算反馈过滤器，可在analog.com 或national.com 上在线找到。

为了控制合成器电路的正确操作，板上安装了一个 LED，其发光指示频率合成中的错误。当合成器正常工作时，LED 不应该点亮，但可以通过软件禁用此功能。

组装的实验室合成器的成本价格不超过 30 美元。有两种方法可以降低所建议器件的成本：首先，您可以将合成器和微控制器的参考振荡石英源结合起来，同时记住 Z86E0208PSC 的最大时钟频率为 8 MHz，而对于 UMA -1020M 可以在 5-40 MHz 内。其次，可以使用 [9, 10] 中给出的技术在晶体管或放大集成电路上独立开发 VCO。

微波实验室合成器

文学

介质谐振器/M.E. 伊尔琴科，V.F. 弗兹亚特舍夫，L.G. 加萨诺夫等；埃德。我。伊尔琴科。 - M.：无线电和通信，1989 年。 - 328 页：生病。 - ISBN 5-256-00217-1。
佩斯特里亚科夫 A.V. 用于频率合成和稳定装置的集成电路//芯片新闻。 - 1996 年。 - 第 2 号。
Lobov V.、Steshenko V.、Shakhtarin B. 直接频率合成的数字合成器//芯片新闻。 - 1997 年。 - 第 1 名。
无线半导体解决方案。摩托罗拉。设备数据 - 第 1 卷。 DL 110/D，第 9 版。
VCO 设计师手册 2001。VCO/HB-01。迷你电路。
格拉德斯坦文学硕士Zilog 的 Z86 系列微控制器。程序员指南。 - M.: DODEKA, 1999, 96 p.
Z8 应用笔记手册。齐洛格。 DB97Z8X0101。
Starikov O. PLL合成高频信号的方法和原理//芯片新闻。 - 2001 年。 - 第 6 号。
微波振荡器设计。应用说明 A008// Hewlett-Packard Co. - 出版号 5968-3628E (6/99)
Shveshkeyev P. 2.4 至 2.5 GHz ISM 频段 WLAN 应用的 VCO 设计//应用微波和无线。 - 2000 年。 - 第 6 号。 - 第 100-115 页。

作者：N.A. Shturkin、I.V. Malygin；出版物：cxem.net

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