CC BY
7ИНТЕГРАЛЬНЫЕ РАДИОЭЛЕКТРОННЫЕ УСТРОЙСТВА INTEGRATED RADIOELECTRONIC DEVICES
Научная статья УДК 621.373
doi:10.24151/1561-5405-2024-29-2-203-209 EDN: KVCOQW
Исследование характеристик управляемого генератора 10-см диапазона
А. Н. Зикий, А. С. Кочубей
АО «Таганрогский научно-исследовательский институт связи», г. Таганрог, Россия
Аннотация. Важной составной частью широкодиапазонной измерительной аппаратуры являются управляемые генераторы. Генератор 10-см диапазона (2,1-3,7 ГГц) входит в состав анализатора цепей Х1-55. Однако данные о выявлении паразитных параметров выходного сигнала - нелинейности перестройки, выбега частоты, зависимости частоты от напряжения питания, уровней гармоник - в техническом описании измерительного прибора Х1-55 отсутствуют. В работе рассмотрены экспериментальные характеристики генератора 10-см диапазона, в том числе модуляционная характеристика, зависимость частоты от напряжения питания, выбег частоты, спектр выходного сигнала в ближней и дальней зонах. Приведены принципиальная схема задающей части генератора и описание ее конструкции. Получены следующие результаты: диапазон рабочих частот 2,1-3,7 ГГц; выходная мощность (15,8 ± 0,44) дБм; управляющее напряжение от 2 до 36 В; средняя крутизна модуляционной характеристики 0,45 МГц/В; напряжение питания положительное (+12 В); напряжение питания отрицательное (-6 В); подавление второй гармоники 31,7 дБ; подавление третьей гармоники 33,7 дБ; ток потребления по цепи +12 В составил 110 мА. Сравнение заданных и полученных основных значений параметров генератора показало, что основные требования, предъявляемые к таким устройствам, обеспечиваются.
Ключевые слова: управляемый генератор, модуляционная характеристика, выбег частоты, спектр выходного сигнала
Для цитирования: Зикий А. Н., Кочубей А. С. Исследование характеристик управляемого генератора 10-см диапазона // Изв. вузов. Электроника. 2024. Т. 29. № 2. С. 203-209. https://doi.org/10.24151/1561-5405-2024-29-2-203-209. -EDN: KVCOQW.
© А. Н. Зикий, А. С. Кочубей, 2024
Original article
Research of the characteristics of a controlled 10-cm range generator
А. N. Zikiy, A. S. Kochubey
JSC "Taganrog Research Institute of Communications ", Taganrog, Russia
Abstract. Controlled generators are an important component of wide-range measuring equipment. A 10-cm range (2.1-3.7 GHz) wave generator is a part of the X1-55 circuit analyzer. However, there is no data on detecting parasitic parameters of the output signal - tuning nonlinearity, frequency run-out, frequency dependence on the supply voltage, harmonic levels - in technical description of the X1-55 measuring instrument. In this work, experimental characteristics of a 10-cm range wave generator are considered, including modulation characteristic, frequency dependence on the supply voltage, frequency run-out, and output signal spectrum in the near and far zones. The functional diagram of driving part of the generator and the design description are given. The following results were obtained: operating frequency range is 2.1-3.7 GHz; power output is (15.8 ± 0.44) dBm; control voltage is from 2 to 36 V; average gain slope of modulation characteristic is 0.45 MHz/V; positive supply voltage (+12 V); negative supply voltage (-6 V); second harmonic suppression is 31.7 dB; third harmonic suppression is 33.7 dB. The current consumption in the +12 V circuit was 110 mA. Comparison of predetermined and obtained basic values of generator parameters has demonstrated the compliance with basic requirements specified for these devices.
Keywords: controlled generator, modulation characteristic, frequency run-out, output signal spectrum
For citation: Zikiy А. N., Kochubey A. S. Research of the characteristics of a controlled 10-cm range generator. Proc. Univ. Electronics, 2024, vol. 29, no. 2, pp. 203-209. https://doi.org/10.24151/1561-5405-2024-29-2-203-209. - EDN: KVCOQW.
Введение. Управляемые по частоте генераторы применяются в приемно-передающих устройствах и измерительной технике, поэтому их исследованию уделяется большое внимание [1-9]. Управляемый генератор 10-см диапазона (2,1-3,7 ГГц) входит в состав измерительного прибора Х1-55 [10, 11]. Следует отметить, что в техническом описании [10, 11] сведения о паразитных параметрах выходного сигнала генератора - нелинейности перестройки, выбега частоты, зависимости частоты от напряжения питания, уровней второй и третьей гармоник - не приводятся.
К управляемому генератору предъявляются следующие требования: диапазон рабочих частот F от 2100 до 3700 МГц; выходная мощность PEbix не менее 14 дБм; управляющее напряжение Цупр от 2 до 50 В; напряжение питания Цпит = + 12 и - 6 В; генератор должен иметь два выхода; сопротивление нагрузки 50 Ом.
Схема и конструкция управляемого генератора. Задающий генератор диапазона 2,1-3,7 ГГц вырабатывает перестраиваемый СВЧ-сигнал в диапазоне 2110-3685 МГц. Перестройка частоты генератора осуществляется напряжением, изменяющимся от -2 В (и более) до +50 В (и менее). Он собран на транзисторе VT1 (2Т642А-2) [12] по схеме с общим коллектором (по постоянному току с общей базой). Для перестройки частоты генератора используются два варикапа VD1, VD2 (2А611Б), встречно-включенные в цепь база - коллектор (корпус). СВЧ-сигнал задающего генератора снимается регулируемыми петлями связи и через согласующие аттенюаторы поступает на выходы. Схема и внешний вид управляемого генератора диапазона 2,1-3,7 ГГц показаны на рис. 1.
а б
Рис. 1. Принципиальная схема (а) и внешний вид (б) управляемого генератора диапазона 2,1-3,7 ГГц Fig. 1. Schematic diagram (a) and appearance (b) of the controlled 2.1-3.7 GHz range generator
Задающий генератор размещен в корпусе чашечного типа из алюминиевого сплава и имеет внешние размеры 73 х 47 х 24 мм. В качестве подложки используется керамика 22ХС. Выходы и управление выполнены в виде гнезд типа IX согласно ГОСТ 13317-89 [13]. Питание подается через помехоподавляющие конденсаторы типа Б23. На нижней поверхности корпуса имеется оребрение для улучшения рассеивания избыточного тепла.
Эксперимент. Эксперимент проводили на установке, структурная схема которой приведена на рис. 2.
Источник питания Автогенератор Анализатор спектра
GPS-73060D 0-31 В PXAN9030A
Рис. 2. Структурная схема измерительной установки Fig. 2. Block diagram of the measuring unit
В процессе эксперимента измеряли следующие параметры управляемого генератора диапазона 2,1-3,7 ГГц: модуляционную характеристику; зависимость частоты от напряжения питания; выбег частоты. Результаты измерений показаны на рис. 3-5. Выбег частоты, согласно рис. 5, составил 0,323 МГц.
Рис. 3. Модуляционная характеристика управляемого генератора диапазона 2,1-3,7 ГГц Fig. 3. Modulation characteristic of the controlled 2.1-3.7 GHz range generator
10,0 10,2 10,4 10,6 10,8 11,0 11,2 11,4 11,6 11,8 Unm, В
Рис. 4. Зависимость частоты от напряжения питания Fig. 4. Frequency dependence on supply voltage
F, МГц 2920,70 2920,65 2920,60 2920,55 2920,50 2920,45 2920,40
0 5 10 15 20 25 t, мин
Рис. 5. Выбег частоты за 30 мин после включения при U^ = 7 В Fig. 5. Frequency run-out 30 min after switching on at U^ = 7 V
На рис. 6 показаны спектры выходного сигнала управляемого генератора диапазона 2,1-3,7 ГГц в ближней и дальней зонах. Из рис. 6, а видно, что ширина спектральной линии не превышает 100 кГц на уровне -20 дБ от максимума. Рис. 6, б позволяет сделать вывод об уровне гармоник основной частоты: вторая гармоника подавлена на 31,7 дБ, а третья гармоника - на 34,6 дБ по отношению к полезному сигналу. Установлено, что ширина спектральной линии и стабильность несущей частоты существенно зависят от пульсаций источника управляющего напряжения и его стабильности.
10 dB/div Log
Ref 30.00 dBm
Mkr1 3.053 5 GHz 15.81 dBm
11
Center 3.0531 GHz #Res BW 8.2 kHz
#VBW 3.3 kHz
Span 200.0 MHz Sweep 6.379 s (1001 pts)
10 dB/div Ref 30.00 dBm Log
Mkr5 15.28 GHz -27.63 dBm
j ■ I 1 roquoncy (GH/) dUm
1 304 16 38
/
T 6 12 -15.33
T 9 16 -17.31
T 12 20 -27.10
** T 1528 -27.63
r
< I
f >5
0 * * "гП ШШ »
Щ0Ш w ЩК*
□
200 100 000 •100 ■J00 •300 400 •600 -600
Center 10.00 GHz
#Res BW 1.3 MHZ #VBW 3.3 kHz
Span 20.00 GHz Sweep 3.635 s (1001 pts)
Рис. 6. Спектры сигнала на выходе управляемого генератора диапазона 2,1-3,7 ГГц: а - в ближней зоне; б - в дальней зоне (5 гармоник) Fig. 6. The spectra of the signal at the output of the controlled 2.1-3.7 GHz range generator: a - in the near zone; b - in the far zone (5 harmonics)
Результаты измерений основных параметров управляемого генератора диапазона 2,1-3,7 ГГц приведены в таблице.
Значения основных параметров управляемого генератора диапазона 2,1-3,7 ГГц The values of the main parameters of the controlled 2.1-3.7 GHz range generator
Параметр Значение
заданное измеренное
Диапазон рабочих частот, МГц 2100-3700 2460-3632
Выходная мощность, дБм, не менее >14 15,8 ± 0,44
Выбег частоты за 30 мин после включения, МГц - 0,323
Ширина спектральной линии на уровне -20 дБ 100
от максимума, кГц
Управляющее напряжение, В 2-50 2-36
Средняя крутизна модуляционной характеристики, МГц/В - 0,45
Напряжение питания положительное, В +12 +12
Напряжение питания отрицательное, В -6 -6
Подавление второй гармоники, дБ - 31,7
Подавление третьей гармоники, дБ - 33,7
Ток потребления по цепи +12 В, мА - 110
Заключение. Проведенные исследования показали, что основные требования к управляемому генератору диапазона 2,1-3,7 ГГц обеспечиваются (см. таблицу). Генератор может быть использован в качестве гетеродина приемника и в измерительной аппаратуре.
Литература
1. Баранов А. В., Кревский М. А. Транзисторные автогенераторы гармонических СВЧ-колебаний. М.: Горячая линия - Телеком, 2021. 276 с.
2. Ченакин А. В., Горевой А. В. Практическое построение синтезаторов частот СВЧ-диапазона. М.: Горячая линия - Телеком, 2022. 280 с.
3. Верещагин Е. М., Волошин А. П., Никитенко Ю. Г. Транзисторно-варакторные генераторы. Киев: Техшка, 1979. 175 с.
4. Белов Л. А. Устройства формирования СВЧ-сигналов и их компоненты: учеб. пособие. М.: Изд. дом МЭИ, 2010. 320 с.
5. Зикий А. Н., Помазанов А. В. Передатчики помех современным средствам связи: учеб. пособие. Ростов н/Д; Таганрог: Изд-во ЮФУ, 2020. 176 с.
6. Андрианов А. В., Зикий А. Н., Давтян А. Д. Генератор частотно-модулированных сигналов // Инженерный вестник Дона: электрон. журн. 2019. № 2. EDN: LHROMD. URL: http://www.ivdon.ru/ ru/magazine/archive/n2y2019/5722 (дата обращения: 17.01.2023).
7. Губарев Д. Е., Зикий А. Н., Кочубей А. С. Генератор с варикапной настройкой и микрополоско-вым резонатором // Вестник связи. 2022. № 7. С. 4-7. EDN: HVRYXJ.
8. Горевой А. В. Маломощные источники непрерывных сигналов СВЧ для измерительной техники: дис. ... канд. техн. наук. Томск, 2017. 118 с.
9. А. с. 1020967 СССР. Частотный модулятор / Г. В. Никонов, Ю. К. Худяков, А. Б. Янкевич; заявл. 06.07.1981; опубл. 30.05.1983, Бюл. № 20.
10. Прибор для исследования амплитудно-частотных характеристик Х1-55: техническое описание и инструкция по эксплуатации, 1.400.293Т0. М.: Внешторгиздат, 2006. 196 с.
11. Прибор для исследования амплитудно-частотных характеристик Х1-55: альбом схем, 1.400.293Т01. М.: Внешторгиздат, 2006. 134 с.
12. Петухов В. М. Биполярные транзисторы средней и большой мощности сверхвысокочастотные и их зарубежные аналоги: справочник. Т. 4. М.: КУбК-а, 1997. 544 с.
13. ГОСТ 13317-89. Элементы соединения СВЧ трактов радиоизмерительных приборов. Присоединительные размеры. М.: Изд-во стандартов, 1989. 44 с.
Статья поступила в редакцию 21.06.2023 г.; одобрена после рецензирования 26.06.2023 г.;
принята к публикации 12.02.2024 г.
Информация об авторах
Кочубей Алексей Сергеевич - инженер-конструктор АО «Таганрогский научно-исследовательский институт связи» (Россия, 347900, г. Таганрог, ул. Седова, 3), [email protected]
Зикий Анатолий Николаевич - кандидат технических наук, старший научный сотрудник АО «Таганрогский научно-исследовательский институт связи» (Россия, 347900, г. Таганрог, ул. Седова, 3), [email protected]
References
1. Baranov A. V., Krevskiy M. A. Transistor self-excited generators of harmonic microwave oscillations. Moscow, Goryachaya liniya - Telekom Publ., 2021. 276 p. (In Russian).
2. Chenakin A. V., Gorevoy A. V. Practical construction of microwave band frequency synthesizers. Moscow, Goryachaya liniya - Telekom Publ., 2022. 280 p. (In Russian).
3. Vereshchagin E. M., Voloshin A. P., Nikitenko Yu. G. Transistor-varactor generators. Kyiv, Tekhnika Publ., 1979. 175 p. (In Russian).
4. Belov L. A. Microwave signal generation devices and their components, study guide. Moscow, MPEI Publ. house, 2010. 320 p. (In Russian).
5. Zikiy A. N., Pomazanov A. V. Modern communication equipment jammers, study guide. Rostov-on-Don, Taganrog, SFedU Publ., 2020. 176 p. (In Russian).
6. Andrianov A. V., Zikiy A. N., Davtyan A. D. Frequency modulated signal generator. Inzhenernyy vestnik Dona = Engineering Journal of Don, 2019, no. 2. (In Russian). EDN: LHROMD. Available at: http://www.ivdon.ru/ru/magazine/archive/n2y2019/5722 (accessed: 17.01.2023).
7. Gubarev D. E., Zikiy A. N., Kochubey A. S. Generator with varicap tuning and microstrip resonator. Vestnik svyazi = Vestnik Communications, 2022, no. 7, pp. 4-7. (In Russian). EDN: HVRYXJ.
8. Gorevoy A. V. Low-power sources of continuous microwave signals for measuring equipment, diss. for the Cand. Sci. (Eng.). Tomsk, 2017. 118 p. (In Russian).
9. Nikonov G. V., Khudyakov Yu. K., Yankevich A. B. Frequency modulator. Inventor's certificate 1020967 USSR, publ. 30.05.1983, Bul. no. 20. (In Russian).
10. Instrument for frequency response analysis X1-55, technical description and operating instructions, 1.400.293T0. Moscow, Vneshtorgizdat Publ., 2006. 196 p. (In Russian).
11. Instrument for frequency response analysis X1-55, diagram manual, 1.400.293T01. Moscow, Vneshtorgizdat, 2006. 134 p. (In Russian).
12. Petukhov V. M. Bipolar microwave transistors of medium and high power and their foreign analogues, reference book. Vol. 4. Moscow, KUbK-a Publ., 1997. 544 p. (In Russian).
13. GOST 13317-89. Connectors of microwave channels of radiomeasuring apparatus. Connecting dimensions. Moscow, Izd-vo standartov Publ., 1989. 44 p. (In Russian).
The article was submitted 21.06.2023; approved after reviewing 26.06.2023;
accepted for publication 12.02.2024.
Information about the authors
Alexey S. Kochubey - Design Engineer, JSC "Taganrog Scientific Research Institute of Communication" (Russia, 347900, Taganrog, Sedov st., 3), [email protected]
Anatoly N. Zikiy - Cand. Sci. (Eng.), Senior Scientific Researcher, JSC "Taganrog Scientific Research Institute of Communication" (Russia, 347900, Taganrog, Sedov st., 3), [email protected]
