СИНТЕЗАТОР ЧАСТОТЫ 8-мм ДИАПАЗОНА ДЛИН ВОЛН

May 6, 2012 by admin Комментировать »

Ворошень А. В., Гусинский А. В. Белорусский государственный университет информатики и радиоэлектроники Минск – 220013, Беларусь Тел.: +3 (7517) 239-8496, e-mail: gusinski@gw.bsuir.unibel.by; http://www.mwmlab.com

Аннотация – Приведены результаты разработки высокостабильного синтезатора качающейся частоты для диапазона 25,86-37,5 ГГц. Изложен принцип работы синтезатора, приведены результаты измерений.

I.  Введение

В процессе проектирования, изготовления и эксплуатации СВЧ систем и узлов существует необходимость в генерации высокостабильных опорных сигналов в различных диапазонах длин волн. Используемые в настоящее время ГКЧ не обладают удовлетворительными характеристиками (ГКЧ, выпускавшиеся на территории бывшего СССР) или ценой (ГКЧ выпускаемые известными производителями, такими как Hewlett-Packard, Rohde&Shwarz). Данная работа описывает разработанный в испытательной лаборатории аппаратуры и устройств СВЧ в БГУИР высокостабильный синтезатор качающейся частоты (ВСКЧ), его схему, характеристики, алгоритм функционирования, достоинства, недостатки и возможности улучшения характеристик ВСКЧ.

II.  Основная часть

ВСКЧ построен по схеме, объединяющей достоинства двух схем построения: прямой генерации частоты и умножения ВЧ.

Схема прямой генерация частоты обладает низкими спектральными шумами (насколько это позволяет сделать генерирующий элемент), простыми схемой управления и СВЧ трактом. Недостатки: низкая стабильность (особенно долговременная), низкая точность установки частоты.

Схемы, построенные на основе умножения частоты, позволяют добиваться очень высокой стабильности и точности установки частоты, но являются очень сложными и дорогостоящими. Кроме того, спектральный шум в таких схемах значительно выше.

Предлагаемая схема объединяет преимущества этих двух вариантов построения и в то же время отличается простыми схемой управления и СВЧ трактом. Она может быть использована для синтезаторов на диапазоны вплоть до 57 ГГц и выше (верхняя граница определяется используемым умножителем частоты).

Схема ГКЧ приведена на рис. 1. ЖИГ генератор вырабатывает СВЧ сигнал, ферритовые вентили обеспечивают согласование и развязку между элементами тракта. Шестидецибельный направленный ответвитель направляет часть сигнала (мощностью более 1 мВт) на предварительный делитель частоты 1/8, на выходе которого появляется сигнал с частотой 1-1,6 ГГц. Частота этого сигнала делится дальше до частоты сравнения (в данном случае 66,6 кГц). Термокомпенсированный кварцевый генератор формирует сигнал опорной частоты, который после деления подается на фазовый дискриминатор. Полученный сигнал сравнения фильтруется, а затем подается на схему управления генератором ЖИГ. Таким образом, генератор работает в кольце ФАПЧ. В СВЧ тракте находится модулятор, который обеспечивает амплитудно-импульсную модуляцию сигналу. Сформированный сигнал в 3-см диапазоне длин

волн подвергается усилению, затем с помощью умножителя из него выделяется 3-я гармоника, которая усиливается в диапазоне 25-38 ГГц.

Рис. 1 Структурная схема синтезаторного блока ГКЧ. Fig. 1. Block diagram ofFSO synthesizer unit

Экспериментально полученные результаты:

1.    Кратковременная нестабильность частоты (за 15 минутный интервал): < ±1Ю’7 от Fmax;

2.    Долговременная нестабильность частоты (за 1 год): < ±510′6 от Fmax;

3.    Глубина модуляции не менее 35 дБ;

4.    КСВН выхода синтезатора не более 1,3;

5.    Выходная мощность не менее 40 мВт.

На рис. 2 изображена выходная мощность синтезатора (в дБм) в зависимости от синтезируемой частоты (в ГГц). Измерения были проведены при помощи измерителя мощности Я2М-66 и частотомера 43-66.

Рис. 2. Выходная мощность синтезатора частоты (в дБм) в зависимости от частоты (в ГГц).

Fig. 2. Relation of synthesizer output power (dBm) vs. frequency

СКЧ обеспечивает высокий уровень выходной мощности (от 40 до 120 мВт). С помощью внешней системы АРМ можно установить постоянную мощность по всему диапазону на уровне 40 мВт.

Синтезатор построен с использованием процессорного блока управления, разработанного в лаборатории, с использованием которого проектируются и изготавливаются генераторы в диапазонах длин волн вплоть до 178 ГГц. Процессорный блок обеспечивает управление частотой, как с помощью двух встроенных высокоточных цифро-аналоговых преобразователей, так и подключая дополнительные устройства, такие как синтезаторы ФАПЧ. При этом обеспечиваются следующие функции ГКЧ:

•      управление устройством с клавиатуры, по интерфейсам RS-232, КОП (IEEE-488.1) и USB 1.1;

•      качание частоты с периодами от 50 мс до 40 с;

•      стандартное количество точек качания 256 и 401 (кроме того, можно задавать произвольно от 128 до 512 точек);

•      функции самодиагностики (контроль напряжений питания, генерируемой частоты, исправности компонентов и целостности данных);

•      два языка интерфейса: английский и русский;

•      присутствуют все сигналы, необходимые для работы данного генератора в составе векторного анализатора цепей и измерителей панорамного типов Р2 и Р4;

•      управление с помощью ЦАП производится с использованием индивидуальных таблиц для линеаризации характеристик частоты и выходной мощности. При всех достоинствах данный синтезатор обладает и некоторыми недостатками, которые ограничивают область применения данной схемы:

•      низкая скорость автоматической перестройки частоты по всему диапазону (период равен 1 с, т.к. индуктивность управляющей катушки ЖИГ генератора велика и составляет порядка 100 мГн);

•      высокий уровень (до -20дБ) второй и четвёртой гармоники после умножителя частоты;

•      в данной версии не реализованы другие виды модуляции;

•      сложность реализации частотной модуляции;

•      использование термокомпенсированного кварцевого генератор опорной частоты не позволяет достичь максимальной стабильности и точности. Часть этих недостатков будет устранена при

разработке следующих версий синтезатора. В качестве опорного кварцевого генератора будет использован термостатированный генератор, который позволит увеличить стабильность и точность установки частоты как минимум на порядок. Использование других умножителей (с выходными усилителями) позволит, без изменения схемы, изменять частотный диапазон синтезатора.

III.  Заключение

В работе приведены результаты разработки высокостабильного синтезатора качающейся частоты, имеющего характеристики, которые соответствующие современным требованиям к измерительной аппаратуре СВЧ диапазона.

8-mm WAVELENGTH SYNTHESIZED SWEEP GENERATOR

Voroshen A. V., Gusinskiy A. V.

Belarusian State University of Informatics and Radioelectronics Minsk – 220013, Belarus Tel.: +3 (7517) 239-8496 E-mail: gusin@cit.org.by; http://www.mwmlab.com

Abstract – The high-stable synthesised sweep generator in the frequency range of 25.86-37.5 GHz, the synthesiser functioning principle and the experimental results are presented.

I.  Introduction

Principally new ways and new possibilities of construction and developing of the different type systems, due to the achievements in the field of microwave theory and microwave technique are appeared. During developing and usage of such microwave systems, it is needed to generate frequency with high metrology characteristics. This article is devoted to the high stable sweeping synthesizer based on the hybrid scheme working in the three centimeter wavelength range YIG generator. The generator is developed and produced by the verification and testing measuring laboratory of microwave frequency equipment (MWMlab) of the Belarusian State University of Informatics and Radioelectronics.

II.  Main part

The sweeping generator (SG) is based on scheme which includes the best features from two schemes: direct generation and frequency multiplication. This generator has simple scheme, high- long and short-term stability, and frequency set-on accuracy.

The generator is based on YIG-generator, which generates the frequencies in 3-cm range (see Fig. 1). The isolators stop the reflected waves and pass the direct waves. After the direct coupling, the generated power passes trough the modulator. Divided power goes into the UHF prescaler 1/8. Then we have the frequency range from 1 till 1.6 GHz. Main divider continues to divide the frequency (in this case down to 66.6 KHz). Simultaneously, the reference frequency, divided down to the equal frequency, is compared on the phase detector, and output signal controls the YIG. 3-cm power amplifier produces power for multiplier (x3). Output power is gained by 8-mm wavelength amplifier.

Fig. 1. Block diagram of FSO synthesizer unit

The sweeping generator provides next parameters:

1.    Short time frequency stability (15 min): ±1 i O’7 from Fmax;

2.    Long time frequency stability (1 year): ±5i O’6 from Fmax;

3.    Minimal modulation depth: 35 dB;

4.    Minimal output power: 40 mW.

The output power (dBm) from frequency is shown on Fig. 2. The synthesizer has universal MCU, which is used by our laboratory for development of wide range of generators. It allows controlling the frequency by using two high-accuracy DAC’s with linearization tables. It has self-testing functions, and can be controlled through the RS232, IEEE-488.1 and USB buses, and it allows using it in the Vector and Scalar Network analyzer systems.

The sweeping generator could be improved using the thermostatic quartz generators (we used thermocompensated generator) and adding new types of modulation (now we have only amplitude pulse modulation).

III.  Conclusion

Thus, the development of the 8-mm wavelength range high stable synthesized sweep generator, which has performances corresponding to modern requirements to generating devices of microwave frequency range, is presented in this work.

Аннотация – В работе рассмотрены принципы построения радиоизмерительных устройств реализующих гомодин- ные методы измерения фазы и амплитуды сигналов. Рассмотрены области применения гомодинных методов в на- учно-исследовательской и производственной деятельности.

I.  Введение

В последнее время проявляется повышенный интерес к внедрению радиоволновых методов измерения в сферы производственной и научной деятельности. Это объясняется их бесспорным преимуществом перед контактными методами, во-первых, тем, что отсутствует механическая связь с объектом измерений, что позволяет существенно снизить вносимые погрешности, а во-вторых, радиоволновые методы отличаются малой инерционностью и широким классом измеряемых параметров.

В данной работе рассматриваются гомодинные радиоволновые методы измерений [1-4], как одни из самых прогрессивных на сегодняшний день радиоволновых методов. Гомодинные методы позволяют измерять не только амплитуду, но, что самое существенное, еще и разность фаз сигналов, поскольку начальная фаза исходных СВЧ сигналов взаимно вычитается.

Более того, гомодинные методы находят свое применение при использовании любых видах излучений, в том числе акустических.

Цель данной работы – показать, что гомодинные радиоволновые методы измерения разности фаз и амплитуды достаточно просты в реализации, их универсальность и точность, по сравнению с другими радиоволновыми методами, позволяет решать большое количество задач в области радиоволновых измерений, что в итоге делает их достаточно привлекательными при практическом применении.

II.  Основная часть

В основу всех гомодинных методов заложен принцип использования исходных генерируемых колебаний в качестве сигнала гетеродина для тех же колебаний, но прошедших через исследуемый канал связи, которые несут информацию о параметрах последнего.

Принцип построения и работу гомодинных радиоволновых методов кратко рассмотрим на примере структурной схемы установки, реализующей гомодинный метод исследования амплитуднофазовых характеристик канала связи, в качестве которого так же может быть любой другой исследуемый объект. Структурная схема установки представлена на рисунке 1.

Генератор Формирует высокочастотные колебания

распространения до ретранслятора сигнал приобретает некоторый набег фазы Ф .

где L – обобщенный коэффициент, учитывающий коэффициент передачи всех звеньев установки и затухание в канале; срр/; – начальная фаза низкочастотного сигнала управления фазовращателем.

Сигнал, вновь пройдя через канал, получая при этом еще раз дополнительный набег фазы равный Ф, принимается антенной, и через циркулятор попадает на смеситель, где перемножается с исходным сигналом (1). В результате преобразования на выходе смесителя получается низкочастотный сигнал

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