CC BY
30
Делитель частоты на 32
2 1 3
А.В. Андрианов , А.Н. Зикий , П.Н. Зламан ,
22 А.А. Пустовит , И.А. Сальный
1 Институт компьютерных технологий и информационной безопасности Южного федерального университета, Таганрог 2АО «Таганрогский НИИ связи», Таганрог 3Научно-конструкторское бюро МИУС Южного федерального университета, Таганрог
Аннотация: в статье рассмотрен делитель частоты на 32, работающий в диапазоне частот 8-18 ГГц. Приведены особенности принципиальной схемы делителя, кратко описаны конструкция и элементная база. Изготовлен макет и проведено его экспериментальное исследование делителя частоты, описаны методика и структурная схема эксперимента. Измерен уровень гармоник выходного сигнала. Для уменьшения уровня гармоник полезного сигнала использован фильтр нижних частот (ФНЧ) типа SALF-580. Выявлено наличие паразитного выходного сигнала при отсутствии входного сигнала. Ключевые слова: Делитель частоты, микросхема, эксперимент, амплитудно-частотная характеристика, фильтр нижних частот.
Делители частоты нашли широкое применение в цифровых синтезаторах частоты [1], в аппаратуре для измерения несущей частоты [2], и формирования радиосигналов [3-5].
Объектом исследования в данной работе является делитель частоты, к которому предъявляются следующие требования:
- диапазон рабочих частот 8-18 ГГц;
- коэффициент деления 32;
- волновое сопротивление входа и выхода 50 Ом;
- питание + 5 В.
Целью работы является измерение уровня подавления побочных спектральных составляющих на выходе делителя частоты, выявление его достоинств и недостатков данного делителя. Также в работе исследовано наличие помеховых сигналов на выходе делителя при отсутствии сигнала на входе
Особенность схемы данного делителя заключается в том, что парафазный выход первой микросхемы нагружен на парафазный вход второй микросхемы. Использованы микросхемы делителя на 4 типа HMC493LP3 (HMC493LP3/493LP3E SMT GaAs HBT MMIC Divide-by-4, DC-18 GHz, v.04.0507) и делителя на 8 HMC494LP3 (HMC494LP3/494LP3E SMT GaAs HBT MMIC Divide-by-8, DC-18 GHz, v.05.1211) , конденсаторы типа К10-17в и резисторы Р1-12. Функциональная схема делителя частоты показана на рисунке 1.
Макет делителя частоты размещен на печатной плате из материала ФАФ-4Д (£=2,7) толщиной 0,27 мм и размером 24х48 мм. Для включения в измерительную установку макет имеет два соединителя типа SMA, гнездо [8]. Все радиоэлементы размещены с одной стороны печатной платы. Для получения механической прочности макета тонкая плата из ФАФ-4Д приклеена клеем ВК9 на плату из стеклотекстолита толщиной 1 мм.
Эксперимент проводился на установке, структурная схема которой показана на рисунке 2. В качестве источника сигнала использован генератор стандартных сигналов фирмы Agilent Technologies типа E8257D. В качестве индикатора выходной мощности и частоты использован анализатор спектра фирмы Agilent Technologies типа N9020A. Источником питания служил прибор GPD72303S. Форму выходного сигнала можно было наблюдать с помощью широкополосного осциллографа типа DSO9254A.
Осциллограф Б809254Л
Анализатор
спектра
Ш020Л
Рис. 1. - Схема исследуемого устройства
Рис. 2. - Структурная схема измерительной установки
На рисунке 3 приведен спектр сигнала на выходе делителя частоты с ФНЧ при частоте входного сигнала 18 ГГц.
На рисунке 4 показан спектр сигнала на выходе делителя частоты с ФНЧ при частоте входного сигнала 8 ГГц.
На рисунке 5 можно видеть спектр сигнала на выходе делителя частоты без ФНЧ при частоте входного сигнала 8 ГГц.
Рис. 3. - Спектр сигнала на выходе делителя частоты с ФНЧ при частоте входного сигнала 18 ГГц
Рис. 4. - Спектр сигнала на выходе делителя частоты с ФНЧ при частоте входного сигнала 8 ГГц
Рис. 5. - Спектр сигнала на выходе делителя частоты без ФНЧ при частоте входного сигнала 8 ГГц
Таблица 1 - Оценка влияния фильтра нижних частот на уровень гармоник
при частоте входного сигнала 8 ГГц и Рвх=1 мВт.
Наименование параметра, размерность Без ФНЧ С ФНЧ
Уровень 1-й гармоники полезного сигнала, дБм (?=250 МГц) -3,47 -3,75
Уровень 2-й гармоники полезного сигнала, дБм (Г=500 МГц) -59 -54
Уровень 3-й гармоники полезного сигнала, дБм (Г=750 МГц) -13 -24
Уровень 4-й гармоники полезного сигнала, дБм (Г=1000 МГц) -51 -76
Уровень 5-й гармоники полезного сигнала, дБм (Г=1250 МГц) -18 <-80
Уровень 6-й гармоники полезного сигнала, дБм (Г=1500 МГц) -62 <-80
Уровень 7-й гармоники полезного сигнала, дБм (Г=1750 МГц) -21 <-80
В связи с таким выводом опишем подробнее фильтр нижних частот.
Макет ФНЧ размещен на печатной плате из стеклотекстолита размером 30х35х1,5 мм с соединителями типа БМЛ [6]. Фото макета показано на рисунке 6. АЧХ ФНЧ было получено с помощью измерителя комплексных коэффициентов передачи типа "Обзор 103". АЧХ ФНЧ показано на рисунке 7.
Из рисунка 7 видно, что фильтр имеет потери 3 дБ на частоте 655 МГц, потери 40 дБ на частоте 1125 МГц и потери 50 дБ на частоте 1200 МГц.
Рис. 6. - Фото макета фильтра нижних частот 8ЛЬЕ-580
:,о 655,00 МГц =97« дБ
■20,0
■40,0
■60,0
■80,0
■100,0
200,0 400,0 600,0 800,0 1000,0 1200,0
Рис. 7. - АЧХ ФНЧ в полосе 0,3-1300 МГц
Выводы
1. Разработан, изготовлен и испытан делитель частоты на 32, с верхней рабочей частотой 18 ГГц.
2. Делитель имеет хорошие ограничительные свойства, и это нужно и можно использовать в частотноизмерительной аппаратуре [7].
3. Наличие или отсутствие фильтра нижних частот существенно влияет на уровень побочных составляющих в спектре выходного сигнала. Например, при частоте входного сигнала 8 ГГц пятая гармоника на выходе подавляется в ФНЧ более чем на 60 дБ [8].
4. Результаты данного исследования могут найти применение в приемниках СВЧ [9, 10].
Литература
1. Гончарова Т.О., Зикий А.Н., Калиушко В.В. Делители частоты для синтезаторов СВЧ. Сборник статей международной научной конференции "Приоритетные научные исследования и разработки". Саратов, МЦИИ "Омега Сайнс", 13 февраля 2016, с. 37-41.
2. Зикий А.Н., Пустовит А.А., Сальный И.А. Делитель частоты сантиметрового диапазона // Инженерный вестник Дона, 2016, №3 URL: ivdon.ru/ru/magazine/archive/n3y2016/3691.
3. Белов Л. А. Устройства формирования СВЧ сигналов и их компоненты. М.; Издательский дом МЭИ, 2010, 320 с.
4. Додаев С.Э., Зикий А.Н., Помазанов А.В., Румянцев К.Е. Имитатор ЧМ сигналов со встроенным дивиометром. Авиакосмическое приборостроение. 2005, №6, с.16-19.
5. Зикий А.Н., Помазанов А.В Шипулин М.В. Делитель частоты на 20. В сб. «Информационное противодействии угрозам терроризма», 2011 №17, с.122-125.
6. Джуринский К.Б. Миниатюрные коаксиальные радиокомпоненты для микроэлектроники СВЧ М.: Техносфера, 2006, 216с.
7. Шурховецкий А.Н. Многоканальная частотно-избирательная система СВЧ диапазона на основе направленных фильтров бегущей волны // Инженерный вестник Дона, 2010, №4 URL: ivdon.ru/ru/magazine/archive/n4y2010/292.
8. Адрианов А.В., Гончарова Т.О., Зикий А.Н., Зламан П.Н. Моделирование и экспериментальное исследование микрополоскового ФНЧ. Сборник материалов IX МНПК "Научные исследования и разработки 2016". М.: 29 февраля 2016 г., с. 73-76
9. TSUI J.B.Y. Microwave Receivers with Electronic Warfare Applications. Wiley-Interscience Publication, 1986, 460 p.
10. Skolnic. Radar Handbook. N.Y. McGrow-Hill Companies. 2008. 1351 p.
References
1. Goncharova T.O., Zikij A.N., Kaliushko V.V. Deliteli chastoty dlja sintezatorov SVCh. Sbornik statej mezhdunarodnoj nauchnoj konferencii "Prioritetnye nauchnye issledovanija i razrabotki" Saratov, MCII "Omega Sajns", 13 fevralja 2016, p. 37-41.
2. Zikij A.N., Pustovit A.A., Sal'nyj I.A. Inzenernyj vestnik Dona (Rus), 2016, №3. URL: ivdon.ru/ru/magazine/archive/n3y2016/3691.
3. Belov L.A. Ustrojstva formirovanija SVCh signalov i ih komponenty
[Devices for forming microwave signals of their components]. M.; Izdatel'skij dom MJeI, 2010, 320 p.
4. Dodaev S.Je., Zikij A.N., Pomazanov A.V., Rumjancev K.E. Imitator ChM signalov so vstroennym diviometrom. Aviakosmicheskoe priborostroenie. 2005, №6, p.16-19.
5. Zikij A.N., Pomazanov A.V Shipulin M.V. Delitel' chastoty na 20. V sb. «Informacionnoe protivodejstvii ugrozam terrorizma», 2011 №17, p.122-125.
6. Dzhurinskj K.B. Miniatjurnye koaksial'nye radiokomponenty dlja mikrojelektroniki SVCh [Miniature coaxial radio components for microwave microelectronics] M.: Tehnosfera, 2006, 216 p.
7. Shurhoveckij A.N. Inzenernyj vestnik Dona (Rus), 2010, №4 URL: ivdon.ru/ru/magazine/archive/n4y2010/292.
8. Adrianov A.V., Goncharova T.O., Zikij A.N., Zlaman P.N. Modelirovanie i jeksperimental'noe issledovanie mikropoloskovogo FNCh. Sbornik materialov IX MNPK "Nauchnye issledovanija i razrabotki 2016". M.: 29 fevralja 2016 g., p. 73-76
9. TSUI J.B.Y. Microwave Receivers with Electronic Warfare Applications. Wiley-Interscience Publication, 1986, 460 p.
10. Skolnic. Radar Handbook. N.Y. McGrow-Hill Companies. 2008. 1351 p.
