CC BY
77
4. Балюк В.С., Тузов Д.М., Дзюба В.П., и др. Опыт разработки приборов СВЧ энергии народнохозяйственного назначения // Микроволновые технологии в народном хозяйстве/ Под ред. Калинина Л. Г. - Одесса: из-во ОКФА, 1996. - С. 46-52.
5. Кураев А. А. Мощные приборы СВЧ. - М.: Радио и связь, 1986. - 208 с.
6. Гейвандов Л.Н., Барит Н.С., Батущенко В. Н. и др. К вопросу о метрологическом обеспечении трактовых методов определения уровней побочных колебаний ЭВП СВЧ // Н-т. сб. "Методы и средства измерений в области электромагнитной совместимости". - 1991. - Т. 2. - С. 120-122.
7. Беляев А.В., Карпов В.Н. Подавление колебаний на гармониках магнетрона микроволновой печи "Электроника'' композиционным гиромагнитным материалом // Н-т. сб. "Методы и средства измерений в области электромагнитной совместимости". - 1991. - Т. 2. - С. 209-211.
8. Левдикова Т.Л. Трансформирующие цепи на запредельных волноводах // Тр. Сиб. Физ.-техн. ин-та. - 1974. - Вып. 54. - С. 112-117.
9. Павлов О.И., Репа Ф.М. Частотные характеристики трехштыревых систем на основе запредельного волновода // Вестник Киевского политехнического института. Радиотехника. - 1992. - № 29. - С. 36-39.
10. Колесник С.Н., Репа Ф.М. Синтез запредельных резонаторов со штырем прямоугольной формы//Вестник Киев. полите хн. ин-та. Радиотехника. 1988. № 29. С. 33-36.
11. Репа Ф.М. Прямоугольный поперечный штырь в отрезке запредельного волновода // Радиоэлектроника. - 1988. - Т.31. - №8. - С.78-80 (Изв. высш. учебн. заведений).
12. Кабаков Л.Т., Репа Ф.М. Диафрагмы в запредельном волноводе // Радиоэлек-
троника. - 1978. - Т. 21.- № 8. - С. 81 -87 (Изв. высш. учебн. заведений).
Гребеньков И.Н., Репа Ф.М. Улучшение електрических параметров микроволновой печи Проведено исследование внетрактових излучений генератора бытовой микроволновой печи. Использование фильтра на запредельных волноводах позволило улучшить электрические характеристики печи и удовлетворить требованиям ЭМС. Grebenkov I.N., Repa F.M. Improvement electrical characteristics of the microwave oven The research of band-off emitting of magnetron generator of microwave oven was carried out. Applying of cutoff waveguide abled to satisfy the requirements of manufacturer and norms of EMC.
УДК 621.373.12: 621.396.61: 621.396.62 МАЛОШУМЛЯЧИЙ СИНТЕЗАТОР ЧАСТОТИ САНТИМЕТРОВОГО
Д1АПАЗОНУ ДОВЖИН ХВИЛЬ
Цвелих 1.С., Омеляненко М.Ю., Коцержинський Б. О.
Представлено високостабыьний малошумлячий синтезатор частоти 10.7 ГГц для приймально-передавального модулярадюрелейног лшг зв 'язку на основi стабшзованого дiелектричним резонатором генератора 5.35 ГГц 13 електричним перестроюванням частоти i транзисторного подвоювача частоти.
Вступ. Постановка задачi
Сучасш системи безпроводового зв'язку висувають жорстк вимоги до рiвня фазових шумiв задаючих генераторiв приймально-передавальних траклв. Як правило, забезпечення заданих стабшьност частоти, рiвня шу-мiв та перестроювання частоти досягаеться методом синтезу частоти [1] на основi схеми з фазовим автошдстроюванням частоти (ФАПЧ). Представлений синтезатор з низьким рiвнем шуму побудовано на основi двопетле-
во! схеми з ФАПЧ, що забезпечуе ефективне керування частотою НВЧ генератора, високу стабшьшсть i покращення шумових властивостей вихщ-ного генератора при малих вiдстроюваннях вiд номшального значення час-тоти вихiдного коливання.
Теоретичш викладки
Для визначення критерив для побудови малошумлячого НВЧ генератор, розглянемо фактори, що впливають на його шум. Достовiрну оцiнку фазового шуму керованого напругою генератора можна отримати на mдставi вщомих положень лiнiйного аналiзу: рiвень спектрально! щшьносп поту-жностi фазового шуму генератора при частой вiдстроювання Лп вiд номь нально! частоти генераци Л0 у смузi в 1 Гц, виражений в децибелах по вщ-ношенню до потужностi коливання на частой Л0 визначаеться як
L( Л) = 1018-
1 + -
Ло
(2 Л Я, )2
1+Л Лп
¥кТ 2кТЯКп
п у
2Р„
(1)
де Лс - частота кута флжер-шуму активного елемента; QL - навантажена
добротшсть резонансно! системи генератора; ^ - коефiцiент шуму актив-
21
ного елемента; кТ - 4.1-10- Дж при 300 К; Р5АУ - середня потужшсть на виходi генератора; Я - е^валентний шумовий опiр дiода, що перестроюе; К0 - коефiцiент перестроювання генератора.
Аналiз спiввiдношення (1) показуе, що серед параметрiв, якi визнача-ються конструктором, навантажена добротнiсть резонансно! системи впли-вае на шумовi властивостi генератора найбiльше. У сантиметровому дiапа-зонi в якостi малогабаритно! високодобротно! резонансно! системи для генератора в штегральному виконаннi широко застосовуеться цилшдричний дiелектричний резонатор (ДР). Розмiри ДР в сантиметровому дiапазонi ви-являються малими, внаслiдок чого його можна штегрувати до складу генератора. Недолжами ДР вважаеться пов'язане з !хшм використанням пору-шення планарностi конструкцi!, а також неможливють повного усунення етапу ладнання генератора.
Розроблений генератор побудовано за схемою зi зворотшм зв'язком, причому навантаження шдключаеться до вiльного електроду (емiтера) транзистора, чим забезпечуеться значна розв'язка коливально! системи вiд навантаження (рис. 1). Така тополопя значно зменшуе нестабiльнiсть часто-ти, що обумовлена впливом наванта-ження. Перевагами тако! схеми е малi габарити, достатньо проста реалiзацiя електричного перестроювання частоти генераци, мала кшьюсть елеменпв, що знижуе затрати часу та вартють етапу ладнання, якого неможливо уникнути при використаннi ДР. В якост активного
Ь
Ч
УБ
чм—
V
ДР(
Рис. 1
елемента використано бшолярний транзистор ^Т-41511 (Hewlett-Paсkard),
виконаний в пластмасовому корпус^ який мае в необхщному дiапазонi частот коефщент шуму ^ш<3 дБ та достатнш коефiцiент пiдсилення на робо-чiй частотi 5,35 ГГц. Схема мютить двi лшй передачi, тдключеш до коле-кторного та базового кш транзисторного пiдсилювача, зв'язаних одне з одним за допомогою ДР. Варактор змiнюе електричну довжину лшй /2 у колi колектора i здiйснюе перестроювання частоти генерацй. З рис. 1 видно, що кожен iз виводiв транзистора пiдключений до окремого кола, так що схема його включення не е схемою з виводом, спшьним для входу й виходу, що унеможливлюе зведення схеми до тако!, яка е вiдомим з'еднан-ням чотириполюсникiв транзистора та пасивних кш. Для побудови лшшно! теоретично! моделi генератора транзистор слiд представити як шестипо-люсник, визначивши його парамет-ри розсiювання, спираючись на до-вiдковi данi щодо параметрiв мат-рицi розсiювання транзистора, включеного за схемою зi спiльним емггером (останнi надаються шд-приемством-виробником). Розраху-нкова модель генератора наведена на рис. 2, де ||5|| - матриця розсiю-вання транзистора як шестиполюс-
ника,
5
др
- матриця розсшвання дiелектричного резонатора з каскадно
шдключеними лiнiями передачi /1, 12. Довжина / розiмкнутих шлейфiв лшй передачi (рис. 1) дорiвнюе чвертi довжини хвилi, так що зв'язок iз ДР мак-симальний. Генератор розраховувався шляхом анашзу коефiцiента вщбит-тя Г 3-3 вiд площини 3-3 (рис. 2), тобто з боку ем^ера транзистора:
Г - 5 + 5
± 3-3 <->3 3 т <->31
д'
- 5,
522 -
5
л
22 др
+ 532 -
32 Д '
- 5 ^
511 -
д
511 др
+ 5 2
др
Л (
+ 51
512 +
5
21 др
др
5 21 +
д
512 др
(2)
др
г
де д' -
5„ -
5,
V
11 др
др У
522 "
5-
Л г
22др
др у
521 +-
£
V
12 др
др У
5>2 +-
5
Л
21др
др У
Д — 5 5 - 5 5
^ 1 1 Л»! ^ ПП ^П^П1^
*др
11др 22 др
12др 21др
5-
11
533 - елементи матрицi ||5||, 511др ... 522др - елементи матриц
5
др
Змiнюючи розмiри /1 та /2, слщ досягти значень |Г 3-3|, якi суттево переви-
щують одиницю на резонанснiй частотi ДР. Якщо при вiдсутностi зв'язку з резонатором |Г 3-3| виявляеться меншим за одиницю, генератор може бути
реашзований при вiдповiдному виборi Гг вихiдного трансформатора опору, вимоги до якого визначаються вiдомим стввщношенням Г 3-3 Гг — 1.
Анатз (2) показуе, що |Г 3-31 досягае максимуму на резонанснiй частотi ДР при певнш довжинi лшй /1 в тш колектора, причому залежнiсть опти-
мального значення /1 вщ коефщенту зв'язку практично вiдсутня, що дае можливють спростити ладнання генератора. Одночасна малють значень /1 i /2 обумовлюе малi габарити генератора та дозволяе розробити конструкщю генератора, виходячи лише з вимог до екранування ДР. На рис. 3 зобра-жеш експериментальш залежностi частоти й потужност генераци вiд керуючо! напруги на варактор^ включеному у базове коло генератора каскадно з лтею /2. Видно, що перестроювання частоти сягае майже 200 МГц при змш вихщно! потуж-ностi в межах 1 дБ.
5400
5350
5300
5250
5200
Рис. 3
На рис. 4 зображена структурна схема розробленого синтезатора частоти. НВЧ тракт синтезатора мютить стабшзований дiелектрич-ним резонатором транзис-торний генератор 02 з ва-ракторним перестроюван-ням частоти, шдсилювач потужност П, напрямлений вiдгалуджувач НВ (10 дБ), помножувач частоти на два "х2" та фiльтр високо! частота ФВЧ, що вщсжае сигнал з частотою //2=5.35 ГГц вихiдного сигналу генератора 02. Синтезатор мютить два кiльця ФАПЧ. Перше (високочастотне) кiльце ФАПЧ побудо-вано на основi синтезатора частоти Синт., який порiвнюе вiдповiдно подь ленi частоти сигналiв генераторiв 02 i 01. Сигнал помилки через фшьтр Ф1 надходить до варактору генератора 02. Друге кшьце ФАПЧ охоплюе керований напругою генератор 01 на кварцовому резонаторг Частота ви-хiдного сигналу 01 становить /оп1= 121,5 МГц. Сигнал помилки, який керуе частотою генератора 01, виробляеться фазовим детектором ФД i через фшьтр Ф2 надходить до варакторного кола 01. Опорним сигналом у другому колi ФАПЧ слугуе сигнал термокомпенсованого генератора на кварцовому резонаторi з частотою /оп2= 13,5 МГц. Шсля помножувача частоти на дев'ять ("х9") та полосно-пропускаючого фшьтра ППФ сигнал з частотою /оп2х9=121.5 МГц поступае на ФД. Подшьник потужностi ДП призна-чений для розподiлу потужностi сигналу генератора 01 мiж першим та другим кшьцями ФАПЧ. Вiдносна нестабшьшсть частоти вихiдного сигналу синтезатора з частотою /о=10.7 ГГц визначаеться нестабшьшстю коли-
вання опорного термокомпенсованого генератора з частотою /оП2= 13,5 МГц, який розмщуеться у розташованому в примщенш блощ радюрелей-но! станцп. Результати вимiрювань фазового шуму синтезатора наведено на рис. 5. Одержат значення наближаються до результат, отриманих з використанням бшьш складних схем побудови синтезаторiв [1].
вщстроювання частоти, Гц
Рис. 5
Висновки
Запропонована схема синтезатора частоти забезпечуе високу стабшь-шсть частоти та низький piBeHb фазових шумiв при вiдстроюваннях частоти в межах смуги пропускання петш ФАПЧ. Фазовий шум у боковш смузi сигналу синтезатора складае -95, -115 та -130 дБн/Гц при вщстроюванш частоти на 10 кГц, 100 кГц i 1 МГц, вщповщно. Середньоквадратична фа-зова помилка сигналу становить 0,7°, що дозволяе використовувати його в складi перетворювачiв частоти для передачi сигналiв з модулящею 32-PSK.
Л1тература
1. Gravel J.F. On the conception and analysis of a 12-GHz push-push phase-locked DRO//IEEE Trans. on MTT, vol. 54, jan. 2006, pp. 153-159.
Цвелих И.С., Омеляненко М.Ю., Коцержинский Б. А.
Малошумящий синтезатор частоты сантиметрового диапазона длин волн
Представлен стабильный малошумящий синтезатор частоты 10.7 ГГц для приемопередатчика радиорелейной линии связи на основе стабилизированного диэлектрическим резонатором генератора 5.35 ГГц с электрической перестройкой частоты и транзисторного удвоителя частоты.
Tsvelikh I.S., Omelyanenko M.Ju. Kotserjinskyi B.A.
Low noise frequency synthesizer of a centimeter range wave.
A highly stable, low noise 10.7 GHz frequency synthesizer for radio-relay link transceiver is presented. The basic elements of synthesizer are electrically tuned 5.35 GHz dielectric ring oscillator and transistor frequency doubler.
10000
100000
1000000
