Умножитель частоты диапазона 20-42 ГГц

CВЧ-генераторы Ка-диапазона, применяемые для измерения электрических параметров изделий радиоэлектронной отрасли, отличаются достаточно высокой ценой. В ходе опытно-конструкторской работы (ОКР), проводимой на предприятии, возникла необходимость в формировании СВЧ-сигнала в полосе частот 20–42 ГГц. С этой целью было принято решение расширить полосу рабочих частот генератора сигналов KEYSIGHT N5183B с помощью сверхширокополосного умножителя частоты (УЧ).

В разработанном УЧ был реализован режим управления СВЧ-сигналами от персонального компьютера (ПК) по интерфейсу USB. Управление УЧ осуществляется с помощью программного обеспечения (ПО), разработанного в «АО «НПЦ Алмаз-Фазотрон». Это ПО позволяет автоматизировать процесс установки выходных параметров (мощности, частоты) при использовании любого СВЧ-генератора с рабочей полосой частот 10–21 ГГц, поддерживающего протокол SCPI. В программе предусмотрен режим калибровки уровней выходных мощностей в заданном диапазоне частот. Имеется функция записи калибровочных коэффициентов во внутреннюю память. УЧ обладает следующими характеристиками:

• диапазон входных частот: 10–21 ГГц;
• диапазон выходных частот: 20–42 ГГц;
• выходная мощность: до 13 дБм;
• регулировка уровня выходной мощности на 30 дБ с шагом 0,5 дБ (осуществляется путем изменения уровня мощности задающего генератора);
• уровень дискретных составляющих в спектре выходного сигнала, не более: –75 дБ.

Умножитель частоты имеет один вход и три выхода (рис. 1). Частотный диапазон первого выхода; 20–26,5 ГГц; второго выхода: 26,5–32 ГГц; третьего выхода: 32–42 ГГц. Габаритные размеры: 95×90×44 мм.

Рис. 1. Внешний вид умножителя частоты

Схема подключения УЧ совместно с генератором СВЧ в автоматическом режиме представлена на рис. 2.

Рис. 2. Схема подключения УЧ в автоматическом режиме

Программа управления позволяет управлять: УЧ, генератором СВЧ-сигналов и ваттметром. В основном окне программы задается требуемые частота и уровень СВЧ-сигнала. Программа на основе калибровочных данных, хранимых в энергонезависимой памяти УЧ, переключает рабочие выходы, устанавливает заданную частоту и уровень мощности СВЧ-сигнала на выходе генератора. Эти значения устанавливаются так, чтобы пользователь уже с выхода УЧ получил частоту и уровень мощности сигнала, указанную им в основном окне программы (рис. 3). Вкладка «Настройка подключения» (рис. 4) позволяет выбрать порт, к которому подключен УЧ, и осуществлять поиск генератора СВЧ-сигналов. Для подключения УЧ к персональному компьютеру используются драйверы преобразователя USB-UART CP210x Silicon Laboratories, а для подключения генератора и ваттметра – библиотеки VISA. Вкладка «Калибровка» (рис. 5) позволяет осуществлять калибровку УЧ в составе измерительной установки с учетом потерь, вносимых элементами СВЧ-тракта после УЧ.

Рис. 3. Основное окно программы

Рис. 4. Вкладка для настройки подключения умножителя частоты и генератора сигналов

Рис. 5. Вкладка для калибровки умножителя частоты

Разработанный УЧ позволил решить задачи в ходе ОКР, обеспечив полосу частот шире, чем генератор сигналов зарубежного производителя, и более чистый спектр, полностью заместив собой дорогостоящий генератор.

Рис. 6. Измеренный спектр выходного сигнала умножителя частоты

Результаты измерений умножителя частоты представлены на графиках (рис. 6–8).

Рис. 7. Фазовый шум генератора на частоте 16 ГГц

Рис. 8. Фазовый шум УЧ на частоте 32 ГГц