ОПОРНЫЙ ГЕНЕРАТОР ДЛЯ СИСТЕМ СВЯЗИ Ка-ДИАПАЗОНА

May 16, 2012 by admin Комментировать »

Косов А. С., Зотов В. А., Скулачев Д. П.

Институт Космических Исследований Российской Академии Наук (ИКИ РАН) Профсоюзная ул., д.84/32, Москва – 117997, Россия Тел.: +7(095) 3332267; e-mail: akosov@ieee.org Вальд-Перлов В. М.

ГУП НПП "Пульсар", ГСП-5, Москва – 105187, Россия Тел.: (095) 3665677

Аннотация – Рассмотрен формирователь частоты диапазона 36-37 ГГц, использующий малошумящий управляемый напряжением генератор в диапазоне 12-12,5 ГГц и утроитель частоты на монолитной бескорпусной микросхеме.

I.  Введение

Для современных систем связи необходимы опорные генераторы с высокой стабильностью частоты, малыми фазовыми шумами и с возможностью перестройки частоты с заданным шагом в определенном диапазоне частот. Создание опорных генераторов с требуемыми характеристиками в миллиметровом диапазоне длин волн является непростой задачей и требует применения последних достижений полупроводниковой СВЧ электроники. Для получения необходимой стабильности частоты и шага перестройки был создан задающий генератор в диапазоне 12-12,5 ГГц, стабилизированной по частоте схемой ФАПЧ. С целью уменьшения фазовых шумов задающего генератора был использован диэлектрический резонатор и малошумящий транзистор фирмы SiGe (LPT30), выполненный по технологии HBT на материале SiGe. Схема ФАПЧ выполнялась на синтезатор ADF4113 и управлялась микроконтроллером AT90S2313. В качестве утроителя частоты был применен усилитель типа АММС5040, производства Agilent, работающий в режиме генерации 3-ей гармоники. В результате выполненной работы был создан опорный генератор в диапазоне 36-37,5 ГГц с шагом перестройки 3,5 МГц и уровнем фазового шума -105 dBc/Hz @ 100 kHz. В докладе приводятся схема построения и результаты исследования опорного генератора для систем связи Ка-диапазона.

II.  Основная часть

Блок-схема опорного генератора приведена на Рис.1.

Рис. 1. Блок-схема опорного генератора Fig. 1. Reference generator flow chart

Основой опорного генератора является ГУН, выполненный на SiGe HBT типа LPT16ED, который имеет малый уровень шумового источника на малых частотах, что позволяет получить малый уровень фазового шума генератора [1]. Опорный генератор строился по схеме с параллельной обратной связью через диэлектрический резонатор (ДР) [2]. Собственная добротность ДР равняется около 104. Управление частотой генератора осуществлялось варакто- ром, который с связывался с полем ДР отрезком микрополосковой линии [3]. Буферный каскад на микросхеме NBB-310 увеличивал мощность до уровня около 20 мВт и развязывал ГУН от нагрузки. Диапазон электронной перестройки генератора составлял около 1%.

Основная часть мощности буферного каскада поступала на утроитель частоты, выполненный на микросхеме типа АММС5040, производства Agilent. При определенной величине смещения данная микросхема может эффективно генерировать третью гармонику входного сигнала. Уровень выходной мощности в диапазоне 36-37,5 ГГц составлял около 20 мВт, диапазон перестройки около 350 МГц. Для перекрытия полного диапазона 26-37,5 ГГц требуется четыре литеры.

Часть выходной мощности буферного каскада ответвлялась на делитель частоты, в качестве которого использовался делитель на 4 типа НММС3104. Поделенная частота в диапазоне 3-3,1 ГГц поступала на микросхему синтезатора частоты ADF4113. В качестве опорного источника синтезатора применялся кварцевый генератор на частоте 7 МГц. Коэффициент деления кварцевого генератора устанавливался равным 24, что определяло шаг перестройки частоты равным 3,5 МГц на выходной частоте опорного генератора. Синтезатор управлялся микроконтроллером AT90S2313. В момент включения питания микроконтроллер вводит необходимые данные в синтезатор, которые определяют выходную частоту опорного генератора.

На Рис. 2. представлена фотография ГУН, на которой можно также увидеть буферный каскад и делитель частоты.

Для режекции второй гармоники ГУН, находящейся в диапазоне 24-25 ГГц, выходной волновод опорного генератора выполнялся сечением 5,2 х 2,6 мм, являющимся запредельным для частоты второй гармоники.

Уровень фазового шума составляет -105 dBc/Hz @ 100 kHz и -75 dBc/Hz @ 10 kHz. Интеграл от фазовых шумов дает фазовую ошибку, вызванную шумами опорного генератора. Если вычесть фазовые шумы опорного кварцевого генератора, то эта величина составляет не более 6 градусов.

Спектр выходного сигнала опорного генератора на частоте 36120 МГц представлен на Рис. 3.

III.  Заключение

Рис. 2. Фотография ГУН, буферного каскада и делителя частоты.

Таким образом, разработан и исследован опорный генератор диапазона 36-37,5 ГГц с шагом перестройки частоты 3,5 МГц, предназначенный для систем связи /Са-диапазона. Генератор построен по схеме синтезатора частоты, и стабильность частоты определяется кварцевым опорным генератором на частоте 7 МГц. Фазовая ошибка, обусловленная шумами генератора (интеграл от спектра фазовых шумов) составляет около 6 градусов, что позволяет использовать данный генератор в системах с многопозиционной фазовой модуляцией.

Выходная мощность генератора около 20 мВт, диапазон 36-37,5 ГГц перекрывается четырьмя литерами.

IV. Список литературы

[1]  Bart Van Haaren, Myrianne Regis, Olivier Llopis, Laurent Escotte, Andreas Gruhle, Claus Mahner, Robert Plana, and Jacques Graffeuil, “Low-Frequency Noise Properties of SiGe HBT’s and Application to Ultra-Low Phase-Noise Oscillators”, IEEE Trans. Microwave Theory Tech., vol. 46,

pp. 647-652, May 1998.

[2]  M. Regis, O. Llopis, and J. Graffeuil, “Nonlinear Modeling and Design of Bipolar Transistors Ultra-Low Phase-Noise Dielectric-Resonator Oscillators”, IEEE Trans. Microwave Theory Tech., vol. 46, pp. 1589-1593, Oct 1998.

[3]  Kenneth V. Buer and E1-Badawy El-Sharawy, “A Novel Technique for Tuning Dielectric Resonators”, IEEE Trans. Microwave Theory Tech., vol. 43, pp. 36-40, Jan 1995.

MASTER OSCILLATOR FOR KA-BAND COMMUNICATION SYSTEMS

KosovA. S., Zotov V. A., Skulachev D. P.

Fig. 2. VCO, buffer stage and scaler

Space Research Institute Russian Academy of Sciences, IKI, 84/32, Profsouznaya и I., Moscow-117997, Russia phone: (095) 3332267, e-mail: akosov@ieee.org Vald-Perlov V. M.

Рис. 3. Спектр сигнала опорного генератора на частоте 36120 МГц.

Fig. 3. Spectrum of reference generator signal at 36120 MHz

Science & Production Enterprise “Pulsar”

GSP-5, Moscow-105187, Russia, Phone: (095) 3665677

Abstract – Ka-band PLL master oscillator for communication systems was considered. It consists of 12-12.5 GHz frequency synthesizer and multiplier, based on monolithic IC AMMC5040.

I.  Introduction

The modern mm wave length communication systems need high performance, low phase noise master oscillators.

The PLL DR low noise oscillator was developed at frequency band 12-12.5 GHz. High quality (Q~104) DR and SiGe HBT (LPT30) were used to lower the phase noise of the VCO. The PLL circuit was based on ADF4113 synthesizer and AT90S2313 microcontroller. In order to multiply the VCO frequency at 3 IC, AMMC5040 was used. As the result the master oscillator at 36-

37.5   GHz frequency band was developed. The frequency step was 3.5 MHz, the phase noise was -105 dBc/Hz @ 100 kHz.

The report contains the detail information about the master oscillator circuit and performance.

II.  Main part

The basic part of the oscillator is SiGe HBT DR VCO, developed on LPT16ED HBT and high quality (Q~104) DR, allowing to obtain low phase noise oscillator [1]. The parallel feedback and special microstrip for DR tuning by varactor [2-3] were used to design the VCO. The amplifier on NBB-310 IC was used to isolate the VCO and to increase the output power up to about 20 mW. The VCO frequency tuning range was about 1%.

The main part of the output power was used for frequency tripler, based on AMMC5040 monolithic IC. Special basing of the IC was used to optimize third harmonic contains in the output signal of the IC. The output [power at frequency band 36-

37.5   GHz was about 20 mW, the tuning range was about 350 MHz with step 3.5 MHz. So, it needs four options of the oscillator to cover the whole frequency band 36-37.5 GHz.

Part of the VCO output power was used for PLL circuit, based on ADF4113 synthesizer. As reference low noise 7 MHz quartz oscillator was used. For synthesizer control the AT90S2313 microcontroller was used.

III.  Conclusion

The low noise Ka-band master oscillator for communication systems was developed. Four options of the oscillator covered 36-37.5 GHz frequency band with 3.5 MHz step. The phase noises were -105 dBc/Hz @ 100 kHz and -75 dBc/Hz @ 10 kHz. The total phase error, excluding phase error from the reference oscillator at 7 MHz, was no more than 6 degrees, which is compatible with complex phase modulation systems requirements.

Аннотация – Представлены исследования сверхвысокочастотного автогенератора на основе транзисторных структур типа НЕМТ, которые показали возможность как оптической, так и электрической регулировки частоты генерации.

I.  Введение

Разработка и промышленное освоение технологии получения многослойных транзисторных гетероструктур позволило значительно увеличить мощность выходного сигнала и продвинуться в область сверхвысоких частот [1]. Использование динамического отрицательного сопротивления и реактивных свойств транзисторных гетероструктур типа НЕМТ позволяет значительно упростить схемы автогенераторов и улучшить перестройку частоты генерации. В работе представлены исследования зависимости частоты генерации от оптического управления автогенератора на основе НЕМТ-транзисторов.

II.   Математическая модель

На рис.1 представлена схема автогенератора. Колебательный контур образован емкостной составляющей полного сопротивления на электродах сток транзистора VT1 и исток транзистора VT2 и индуктивности L1. Цепочка R2C1 создает дополнительную положительную обратную связь, что увеличивает динамическое отрицательное сопротивление. Воздействие оптического излучения на p-i-n фотодиод VD1 приводит к изменению емкостной составляющей полного сопротивления на электродах сток-исток транзисторов VT1 и VT2, что обеспечивает изменение частоты генерации. Сопротивления R1, R3 и R4 и источник постоянного напряжения U1 обеспечивают выбор рабочей точки на спадающем участке вольтамперной характеристики устройства.

Источник: Материалы Международной Крымской конференции «СВЧ-техника и телекоммуникационные технологии»

Оставить комментарий

микросхемы мощности Устройство импульсов питания пример приемника провода витков генератора выходе напряжение напряжения нагрузки радоэлектроника работы сигнал сигнала сигналов управления сопротивление усилитель усилителя усиления устройства схема теория транзистора транзисторов частоты