БЫСТРОДЕЙСТВУЮЩИЙ ОКТАВНЫЙ СИНТЕЗАТОР СВЧДИАПАЗОНА С МАЛЫМ ШАГОМ ПЕРЕСТРОЙКИ ЧАСТОТЫ

July 6, 2012 by admin Комментировать »

Бабковский А. П., Селезнев Н. Е. ФГУП НИИ Измерительных Систем им. Ю. Е. Седакова ГСП-486, Н. Новгород 603950, Россия тел.: 8312-666202, доб.295, e-mail: babkovsky@niiis.nnov.ru

Аннотация Рассматриваются вопросы проектирования СВЧ-синтезаторов частоты на основе микросхем с ФАПЧ-синтезаторов с дробным переменным коэффициентом деления.

I.  Введение

Для отработки и проверки радиолокационных устройств используются контрольно-моделирующие комплексы на основе или стандартной измерительной аппаратуры при простых видах радиолокационного сигнала, или наборы специализированных функциональных блоков имитации поверхности, задержки сигнала, ослабления и формирования доплеровского сдвига частоты в случае тестирования и проверки устройств ближней радиолокации со сложными видами модуляции [1].

Рис. 2 Fig. 2

Рис. 1 Fig. 1

Структурная схема блока формирования доплеровского сдвига частот изображена на рисунке 1. В состав блока входят два СВЧ-генератора, позволяющие вводить в исследуемый сигнал доплеровский сдвиг частоты. При этом необходимо обеспечить когерентность обоих СВЧ-генераторов, что достигается применением единого опорного генератора частоты.

В настоящее время наиболее распространенными СВЧ-генераторами являются генераторы на базе цифровых синтезаторов частоты.

При разработке СВЧ-генераторов частоты для проверки устройств ближней радиолокации возникает проблема реализации малого шага перестройки частоты (сотни Гц) на частотах СВЧ-диапазона.

Реализация синтезаторов частоты с малым шагом перестройки частоты возможна различными способами:

1) цифровые синтезаторы прямого синтеза (DDS) практически позволяют реализовать шаг единицы микрогерц при перестройке частоты, но в настоящее время верхний диапазон частот, формируемый ими, не превышает 500 МГц;

2)  возможно использование гибридных синтезаторов [2], представляющих собой комбинацию синтезаторов с фазовой автоподстройкой частоты (ФАПЧ) и цифровых синтезаторов прямого синтеза (DDS). Однако такая схема построения приводит к значительному усложнению конструкции СВЧгенераторов;

Наиболее оптимальным вариантом построения СВЧ-генераторов в диапазоне от 1 до 6 ГГц при решении проблемы является использование дробных (Fractional-N PLL) ФАПЧ-синтезаторов.

В связи с общей тенденцией автоматизации измерений, управление синтезаторами частоты, входящими в состав контрольно-моделирующего комплекса, должно осуществляться с помощью локальных микропроцессоров, связанных по общей шине с управляющей вычислительной системой на основе персональной ЭВМ. Режимы моделирования, обработки результатов и их документирования задаются программным обеспечением ЭВМ.

II.  Основная часть

Здесь рассматривается результат проектирования и исследования синтезатора частоты на диапазон от 970 до 2150 МГц. Блок-схема этого синтезатора приведена на рисунке 2.

Синтезатор содержит следующие функциональные узлы:

1. Опорный кварцевый генератор (ОГ);

2.  Микросхему ФАПЧ-синтезатора;

3. Фильтр нижних частот;

4.  Масштабирующий операционный усилитель

5.  Генератор, управляемый напряжением

6.  Резистивный делитель мощности;

7. Аттенюатор;

8.  СВЧ-усилитель.

В качестве генератора, управляемого напряжением, используется широкополосный ГУН ROS-2150WV компании Mini-Circuits [3] на диапазон рабочих частот от 970 МГц до 2150 МГц.

Для усиления сигнала ошибки на выходе фазового детектора включен быстродействующий операционный усилитель компании Analog Devices OP-37.

Для развязки выхода ГУНа с выходом устройства и усиления сигнала применен пассивный аттенюатор типа РАТ-5 с ослаблением 5 дБ и СВЧ-усилитель

GALI-3 компании Mini-Circuits. Они обеспечивает развязку не менее 25 дБ.

В синтезаторе используется ИМС ФАПЧ СХ72300-11 [4] с дробным переменным коэффициентом деления.

Работа синтезаторов с дробным коэффициентом деления в цепи обратной связи подробно рассмотрена в работе [5].

Рассмотрим особенности и основные характеристики микросхемы ФАПЧ синтезатора СХ72300-11.

■      максимальная выходная частота основного канала 2,1 ГГц;

■    вспомогательного 500 МГц;

■      предельная рабочая частота фазового детектора -25 МГц;

■      минимальный шаг перестройки по частоте менее 100 Гц;

■      гарантированное время переключения частоты менее 100 мкс;

■      скорость программирования по последовательному интерфейсу-до 100Мбит/с;

■    допускается возможность цифровой модуляции.

Таких характеристик удалось достичь благодаря

применению в микросхеме синтезатора сигма-дельта модулятора со степенью дробности 218 или 262144 (в основном канале). Вспомогательный синтезатор микросхемы имеет коэффициент дробности 210 или 1024 (в данной конструкции не используется). Для реализации шага перестройки по частоте кратного 125 Гц необходимо применить опорный кварцевый

генератор с частотой 125-218 = 32,768МГц . Однако максимальная частота сравнения частотно-фазового детектора не должна превышать 25 МГц. Отечественные малошумящие опорные кварцевые генераторы выпускаются на частоты от 5 до 16 МГц. Поэтому в качестве опорного генератора использован ГК62ТС [6] ОАО «Морион» на частоту 8,192 МГц. При этом шаг перестройки частоты синтезатора частоты

составляет

Рис.1. Образец разработанного конвертера Fig. 1. Transmitting converter

Конструктивно конверторы выполнены в герметичном металлическом корпусе, заполненном осушенным инертным газом. В конверторах применены СВЧ и НЧ печатные платы на стеклотекстолите, полосовые фильтры, изготовленные на поликоре по тонкопленочной и толстопленочной технологиям. Используется элементная база как зарубежного, так и отечественного производства. Опорный сигнал синхронизации частоты гетеродина (10 МГц) напряжение питания (+12 В) и информационный сигнал Lдиапазона подаются на конвертор от модемного оборудования, размещаемого в помещении, по общему коаксиальному кабелю.

Структурная схема приемного конвертора, изображенная на рисунке 2 состоит из следующих основных функциональных элементов:

малошумящего усилителя, состоящего из 2-х усилительных микросхем и включенных между ними схемы коррекции АЧХ и полосового фильтра;

–      двойного балансного смесителя;

–      тракта промежуточной частоты, содержащего 2 усилительные микросхемы и ФНЧ на сосредоточенных элементах;

гетеродина, состоящего из генератора с ФАПЧ, синхронизированного опорным сигналом 10 МГц, а так же из удвоителя частоты и полосового фильтра, включенных между 2-мя усилительными микросхемами;

–      стабилизатора напряжений питания.

Рис. 2. Структурная схема приемного конвертера Fig. 2. Block diagram of receiving converter

Структурная схема передающего конвертора, изображенная на рисунке 3 состоит из следующих основных функциональных элементов:

–      тракта промежуточной частоты, содержащего ФНЧ на сосредоточенных элементах, и аттенюатор, управляемый напряжением;

–      двойного балансного смесителя;

выходного усилительного тракта содержащего 3 усилительные микросхемы, разделённые полосовым фильтром, ГИС балансный усилительный каскад, собранный на кристаллах арсенидгаллиевых полевых транзисторов ЗП612А-5 (изготовитель ФГУП «НПП «Исток», г.Фрязино) и выходной полосовой фильтр;

Тракт гетеродина и стабилизаторы напряжений питания аналогичны с применяемыми в приемном конверторе.

III.Экспериментальные результаты

Реализованные электрические характеристики приёмного конвертора:

–      коэффициент передачи 40 дБ;

–      выходная мощность в насыщении 25-30 мВт;

–      неравномерность АЧХ в полосе 300 МГц менее 2 дБ;

изменение коэффициента передачи в рабочем диапазоне температур не более + 2дБ;

Рис. 3. Структурная схема передающего конвертера

Fig. 3. Block diagram of transmitting converter

–      допустимая входная мощность не более 10 мВт. Реализованные электрические характеристики

передающего конвертора:

коэффициент передачи 25 дБ; выходная мощность в насыщении 150-200 мВт; неравномерность АЧХ в полосе 300МГц менее 2 ДБ;

неравномерность АЧХ в любой полосе 50МГц менее 1 дБ;

изменение коэффициента передачи в рабочем диапазоне температур (с использованием термокомпенсации) не более + 2дБ;

-допустимая входная мощность не более 10 мВт.

Разработаны образцы приемного и передающего конверторов диапазона 5.35 5.65 ГГц, обладающие малой неравномерностью коэффициентов преобразования и хорошей стабильностью параметров в температурном диапазоне, характерном для эксплуатации вне помещений. Конверторы прошли испытания в составе системы связи со скоростью передачи данных от до 55 Мбит/с.

–      неравномерность АЧХ в любой полосе 50 МГц менее 1 дБ;

OUTDOOR CONVERTERS FOR 5.5GHz WLAN

Krylov В. V., Kishchinskiy A. A., Zimin R. A., Danilov A. V., Syomochkin I. A.

Federal State-Owned Unitary Enterprise ‘Central Research Institute of Radio Engineering’

20 Novaya Basmannaya Str., Moscow, Russia, 105066 phone +7 (95) 2639724; e-mail: amplifiers@mail.ru

Abstract The report presents the results of developing

5.5   GHz outdoor converters for WLAN base and subscriber stations with the data transmission rate of up to 55 Mbps.


Источник: Материалы Международной Крымской конференции «СВЧ-техника и телекоммуникационные технологии», 2003г.

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