174248. lajstromszámú szabadalom • Kapcsolási elrendezés frekveciasokszorozó láncok hőfokfűggő teljesítményingadozásának csökkentésére
3 174248 4 A frekvenciasoks.:orozó fokozatok láncba kapcsolásából következik, hogy az egyes fokozatok konverziós hatásfokának változása nem a hiba egyszerű halmozódását, hanem többedrendű halmozódását okozza bonyolult összefüggés szerint. Ezért a lánc kimenő teljesítményének eredő változása nagyobb mérvű, mint az egyes fokozatoknál külön fellépő teljesítményváltozások összege lenne, ha a fokozatok nem lennének egymással csatolva és ezért nem lépne fel kölcsönhatás és növekménysokszorozás. Minthogy pedig a nonlineáris elemek hőfokfüggése teljesen nem küszöbölhető ki, a zavaró jelenség csökkentése érdekében nemcsak az egyes fokozatok egyedi hőfokfüggését igyekeznek minimumra csökkenteni, hanem a fokozatok közötti kölcsönhatást is igyekeznek csökkenteni. Ennek érdekében gyakran nünden egyes - frekvenciasokszorozó fokozatok közötti — csatolóhelyen izolátort iktatnak be. Ezt a kivitelt szemlélteti a 2. ábra. A 21 oszcillátorra láncban csatlakoznak az erősítő 22 fokozat és a frekvenciasokszorozó 23, 24 és 25 fokozatok úgy, hogy a lánc egyes fokozatai közötti minden csatolóhelyen egy-egy 26 izolátor van beiktatva. Ezek csökkentik a fokozatok közötti kölcsönhatást és így a lánc eredő hőfokfüggését is. A 2. ábrán mutatott elv szerint épített generátoroknál - feltételezve, hogy az egyes fokozatok sokszorozási tényezőinek eredője, azaz a lánc sokszorozási száma pl. harminchat és ötvennégy között van - a kimenő teljesítmény változása 0°C és 50°C közötti hőmérsékletingadozás esetén 2 és 3 dB között szokott lenni. (A továbbiakban jelszinten általában teljesítményszintet értünk, dB-ben kifejezve. Ha feszültségszintről van szó, azt mindenkor külön megadjuk.) A 3. ábrán látható egy ilyen típusú, a gyakorlatban alkalmazott lánc tömbvázlata. A 31 oszcillátor kvarcvezérelt üzemi frekvenciája a 100 MHz körüli sávban fekszik. A 31 oszcillátor kimenő jele a 38 sávszűrőn át tranzisztoros erősítő 32 fokozatra jut, onnan a 36 izolátorral elválasztott tranzisztoros első frekvenciaháromszorozó 33 fokozatra, majd a tranzisztoros második frekvenciaháromszorozó 34 fokozatra. Az így már 1 GHz környékére emelt kimenőjelet most már varaktoros fokozatokkal sokszorozzuk tovább. A kölcsönhatás csökkentése érdekében a tranzisztoros 34 fokozat és a varaktoros frekvenciakétszerező 35 fokozat közé újabb 36 izolátort iktattak, majd varaktoros további frekvenciaháromszorozó 37 fokozat és újabb 36 izolátor következik. A mutatott lánc sokszorozási száma: ötvennégy. A generátor hőmérsékletfüggő szintstabilitását a 6. ábrán láthatjuk, azt a 61 görbe reprezentálja. A vízszintes tengelyen a bekapcsolás óta eltelt idő van feltüntetve, órában. A függőleges tengelyen a kimenő teljesítmény változása van feltüntetve dB-ben. A függőleges tengely 0 dB értéke felel meg a 25 °C-n mért kimenő teljesítménynek. Ettől jobbra azt a teljesítményváltozást látjuk, melyet 50 °C környezeti hőmérséklet esetén mérünk a bekapcsolástól eltelt idő függvényében. A függőleges tengelytől balra a 0 °C környezeti hőmérsékletváltozásnál mért teljesítményváltozást láthatjuk az idő függvényében. A két hőmérsékleti szélsőértéken stacionér állapotban mért teljesítmény közötti szintkülönbség mintegy 3,5 dB. Ezt az értéket azonban úgy érték el, hogy az egyedi sokszorozó fokozatokat igen nagy költséggel minimális hőfokfüggésre kellett tervezni, s izolátorokat kellett alkalmazni a fokozatok között, ugyanakkor még ez az érték sem kielégítően alacsony. Ezért intenzíven kutatják, keresik az egyszerűbb felépítés mellett is jobb értéket biztosító megoldásokat. Egy további ismert megoldásnál megpróbálták alkalmazni ezen a területen is az önmagában ismert zárthurkú követő szabályozás elvét. A modulált rádiófrekvenciás kimenőjelet, melynek teljesítménye további erősítés nélkül (diplexeren át) az antennára jut, iránycsatoló útján teljesítménydetektorra (félvezető dióda) adják, melynek kimenőjele egyfelől kijelzőre és - a teljesítménynek határérték alá süllyedése esetén - riasztófokozatra jut, másfelől — s ez szolgálná az említett feladatot — ez a kimenőjel a kristályvezérelt oszcillátorra láncban csatlakozó erősítő szabályozóbemenetére jut és az erősítő erősítési tényezőjét a kimenő teljesítmény ingadozása függvényében változtatja. A zárthurkú szabályozás alkalmazása kétségtelenül eredményez bizonyos javulást, tapasztalataink azonban azt mutatták, hogy a javulás nem volt kielégítő mértékű, az ingadozás mértéke az ismert megoldások nagyságrendjében maradt, ugyanakkor a hatás nem is volt egyértelműen reprodukálható. A találmány alapja az a felismerés, hogy az egyébként csakugyan javulást eredményező megoldás hatásosságában azért mutatkozik bizonytalanság, mert a szabályozó beavatkozás — a végeredmény befolyásolásával - a tünet eredő megszüntetésére és nem az ok kiküszöbölésére irányul. Természetesen ennek az útnak is van látszólagos előnye, hiszen ha a kimenő teljesítmény függvényében történik a zárthurkú szabályozás, akkor a leglényegesebb jellemzőt, ti. a kimenő teljesítményt befolyásoljuk. Közelebbi elemzés azonban azt mutatja, hogy ez két szempontból nem teljesen megbízható, s a két szempont egyetlen ok kétféle okozatára vonatkozik. A szabályozó hurok itt a frekvenciasokszorozó láncon kívül az ezt követő keverést és teljesítményerősítést végző fokozatokat is magában foglalja, s ezért olyan eredő ingadozást szabályoz vissza, mely csak részben keletkezik a helyi vívőjel előállítása során, részben más eredetű. Ezért a változást előidéző különböző fokozatoknál nem partikulárisán a tényleges hiba kiküszöbölése irányáén szabályoz, hanem néha esetleg éppen a lokális okozóval ellentétes értelemben. Ez a szabályozás — ha eredőben helyes irányú is — mindkét okozó helynél ellenkező hatást eredményezhet) és így nagyobbak a rendszer részeinél mutatkozó belső lengések. Ennek rendszertechnikailag instabil jellege belátható. De ezen túlmenően ez az elmondott körülmény közvetlen káros hatással is járhat. Ha pl. a teljesítménycsökkenés a huroknak a frekvenciasokszorozó lánc utáni részében jön létre, akkor 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65 2
