Bộ dao động VCO đài ra đa trinh sỏt mặt đất gồm một bộ dao động chuẩn HMC391LP4 [81] cú tần số dao động từ (3,9 ữ 4,45) GHz, việc ổn định tần số dao động ở 4 GHz được thực hiện bằng mạch PLL. Sau đú tần số dao động này được nhõn tần bằng bộ nhõn 4 HMC370LP4 [80], cuối cựng để cú mức cụng suất đầu ra >10 dBm, sử dụng bỏn dẫn khuếch đại HMC516LC5 [82]. Sơ đồ khối của bộ VCO trỡnh bày trờn hỡnh 3.15.
Hỡnh 3.15: Sơ đồ khối của bộ dao động siờu cao tần.
Vi mạch HMC391LP4 là vi mạch dao động VCO bao gồm phần tử cộng hưởng, phần tử cú điện trở õm, điốt varactor và bộ khuếch đại đệm. Tần số dao động từ (3,9 ữ 4,45) GHz, cú đặc tớnh tạp pha tốt, mức cụng suất đầu ra lớn hơn 1,5 dBm. Vi mạch HMC370LP4 là bộ nhõn 4 sử dụng cụng nghệ InGaP GaAs HBT. Mức cụng suất đầu ra lớn hơn -4 dBm (với nguồn cung cấp 5 V), ớt thay đổi theo mức cụng suất đầu vào, nhiệt độ hoạt động và mức điện ỏp nguồn. Vi mạch
Mạch dao động ở tần số 4 GHz Mạch khuếch đại công suất Mạch nhân tần ( X 4) Mạch PLL Mạch chia đôi công suất Đầu ra 1 Đầu ra 2 U Varactor
HMC516LC5 cú hệ số khuếch đại 20 dB, hệ số tạp nhỏ 2 dB và mức IP3 đầu ra lớn (khoảng +25 dBm). Cụng suất đầu ra tại điểm nộn hệ số khuếch đại 1 dB (P1dB) là 13 dBm, mức cụng suất này đủ để dựng làm LO điều khiển cỏc bộ trộn tần cõn bằng và trộn tần I/Q. Cả 3 linh kiện này do hóng Hittite - Mỹ sản xuất được chế tạo theo cụng nghệ MMIC. Những ưu điểm chớnh của bộ tạo dao động dựa trờn cụng nghệ MMIC là làm việc ở tần số cao, độ ổn định cao và cú độ tớch hợp ở mức cao.
Nguyờn lý làm việc của mạch PLL:
Bộ VCO là bộ dao động điều khiển điện ỏp cú tần số dao động được xỏc định bởi L, C, D (D là một varicap hoặc varactor). Với điốt varicap, varactor, khi phõn cực ngược, điốt cú tỏc dụng như một tụ, vựng nghốo bỏn dẫn của nú tạo nờn tớnh chất cỏch điện. Thay đổi sự phõn cực ngược trong giới hạn đỏnh thủng của điốt sẽ thay đổi vựng nghốo bỏn dẫn và gõy ra thay đổi dung khỏng hiệu dụng của điốt và dẫn đến sự thay đổi tần số cộng hưởng của mạch dao động.
VCO khụng ổn định với bất kỳ sự biến thiờn nhỏ nào của điện ỏp trong mạch, gõy nờn sự dịch chuyển tần số. Nếu kết hợp sự linh động của VCO với độ ổn định của bộ dao động chuẩn thạch anh, sẽ tạo được bộ tổ hợp tần số lý tưởng.
Sơ đồ khối mạch ổn định tần số dao động VCO như hỡnh 3.16. Bộ dao động VCO sử dụng để thiết kế mạch ổn định tần số cú dải tần từ (3,9 ữ 4,45) GHz. PLL là cỏc mạch tớch hợp đơn khối từ nhiều hóng sản xuất. Cú nhiều loại IC PLL khỏc nhau, ở đõy luận ỏn chọn IC ADF4106 [78].
Bộ dao động chuẩn là dao động thạch anh 27 MHz. Đài ra đa trinh sỏt mặt đất làm việc ở 8 tần số khỏc nhau và tần số mỏy phỏt bỏm theo tần số VCO, lấy VCO làm chuẩn. Vỡ vậy cần phải chuyển 8 tần số của bộ dao động VCO và ổn định tần số dao động này. Điều khiển chuyển 8 tần số và ổn định dao động VCO sử dụng IC PLL ADF4106 và vi điều khiển PIC16F628.
Nguyờn lý hoạt động: IC ADF4106 chia tần số dao động chuẩn (27.106 Hz) cho 1 số nguyờn R thành tần số f1 và chia tần số dao động VCO (fRFout) cho 1 số nguyờn N thành tần số f2. Sau đú, tiến hành so sỏnh 2 tần số f1 và f2 với nhau, nếu cú sai lệch về tần số sẽ đưa ra điện ỏp điều khiển sao cho VCO dao động ở tần số mà sau khi chia cho N được 1 tần số đỳng bằng dao động chuẩn chia cho R (nghĩa là f1
= f2). IC PIC16F628 sẽ được lập trỡnh điều khiển thay đổi hệ số chia R, N và cỏc chế độ làm việc của IC ADF4106. Việc đặt cỏc tần số dao động VCO sẽ được thực hiện bằng cỏch thay đổi hệ số chia R và N bằng cỏch lập trỡnh cho IC PIC16F628.
Tham số kỹ thuật của bộ dao động đài ra đa trinh sỏt mặt đất liệt kờ ở bảng 3.3. Bảng 3.3: Tham số kỹ thuật của bộ dao động đài ra đa trinh sỏt mặt đất.
Tờn tham số kỹ thuật Chỉ tiờu kỹ thuật
1. Dải tần làm việc (16,0 ữ 16,4) GHz
2. Mức cụng suất đầu ra > 10 dBm
3. Độ ổn định cụng suất ra ± 2 dB
4. Độ ổn định tần số ± 1.10-6
5. Dải điều chỉnh bằng điện 400 MHz
6. Cỏc hài < -18 dB 7. Mật độ cụng suất phổ của tạp -110 dBc/Hz@1 kHz, -115 dBc/Hz@10 kHz -130 dBc/Hz@100 kHz, -135 dBc/Hz@1 MHz 8. Trở khỏng ra 50 Ω
Bộ VCO được thiết kế trờn mạch dải Duroid Roger 6006 [85] (cú hằng số điện mụi εr = 6,15, độ dày tấm điện mụi h = 0,635 mm, tổn hao tangent = 1,42e-3, độ dày lớp dẫn t = 36 μm). Cỏc sơ đồ mạch điện và ảnh chụp bộ VCO đài ra đa
trinh sỏt mặt đất được trỡnh bày trong Phụ lục. Cỏc kết quả nghiờn cứu thiết kế, chế tạo bộ VCO đài ra đa trinh sỏt mặt đất đó được NCS cụng bố trong bài bỏo “Về một phương phỏp thiết kế chế tạo bộ dao động VCO sử dụng trong mỏy thu đài ra đa trinh sỏt mặt đất 1PЛ133“ đăng trong Tạp chớ "Nghiờn cứu KH & CNQS"- 04/2010.
3.2.3. Kết quả đo thực tế