СХЕМОТЕХНИЧЕСКИЕ И КОНСТРУКТИВНО-ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ АСПЕКТЫ ПОСТРОЕНИЯ СИНТЕЗАТОРОВ ЧАСТОТ ДЛЯ СОВРЕМЕННЫХ РАДИОЛОКАЦИОННЫХ СИСТЕМ

August 5, 2012 by admin Комментировать »

Хитровский В. А. Г/7 НИИ «Орион», 03057, Киев, Украина Тел/факс: (044) 456-84-59, e-mail: orion@email.kiev.ua

Аннотация Представлены различные аспекты и результаты разработок многофункциональных синтезаторов частот для когерентных бортовых РЛС с высокими характеристиками обнаружения. Даны практические рекомендации по выбору схем построения данных синтезаторов, их элементной базы, конструкций и технологий производства.

I.  Введение

Одним из важных отличительных признаков современной радиолокационной системы (РЛС) является ее когерентность, поскольку именно когерентная обработка принятых сигналов на нынешнем этапе развития радиолокационной техники позволяет достигать необходимых характеристик обнаружения. Ключевым звеном продвинутой когерентной РЛС является многофункциональный синтезатор частот (СЧ), формирующий следующую номенклатуру взаимокогерентных сигналов:

–      синхронно переключаемые сетки частот первого гетеродина и зондирующего сигнала, при этом сетка частот первого гетеродина f\ п смещена относительно сетки частот зондирующего сигнала fc на величину первой промежуточной частоты fa’. f\c = f\ п + fa’,

–      частоту второго гетеродина fa,

–      вторую промежуточною частоту fa,

–      первую промежуточною частоту fa = fa + fa (используется для формирования fo);

–      опорную и тактовую частоты fori и Ь.

Введение различного рода модуляций сформированных сигналов, как правило, осуществляется по первой промежуточной частоте fa (амплитудная и фазо-кодовая манипуляции) и по второму (или первому) гетеродину (частотные «окраски») [1].

Основными параметрами синтезатора, в решающей степени определяющими характеристики обнаружения РЛС и ее помехозащищенность, являются:

–      уровень фазовых £(F) и амплитудных S(F) шумов синтезированных сигналов, требуемые значения £(1кГц)< -(90… 140)д Бн/Г ц, S(1 кГц) <

(110… 150)дБн/Гц;

–      возможность быстрого (в идеале в пределах зондирующего импульса) переключения произвольных комбинаций рабочих частот (желательно без потери их начальных фаз) требуемое время переключения 10…0,05 мкс;

–      ширина полосы рабочих частот -(5…50)% и более;

–      относительная нестабильность формируемых частот Af/f < (10′5… 10′11);

–      чистота спектров формируемых сигналов относительный уровень побочных колебаний апар ^ (70…90) дБн.

Учитывая тенденцию к опережающему развитию бортовых РЛС, не менее важны эксплуатационные характеристики синтезатора:

–      устойчивость к воздействию внешних факторов (вибрация, удары, акустический шум, температура, влажность и т.п.);

–      надежность функционирования в течение срока

службы;

–      габариты, масса и энергопотребление.

Таким образом, СЧ для современных РЛС являются одним из наиболее высокотехнологичных продуктов и аккумулируют в себе лучшие достижения из многих областей знаний от элементной базы и соответствующей схемотехники до материалов, технологий и конструкций

II.  Основная часть

Достижение приведенных выше предельных характеристик СЧ, особенно в реальных условиях эксплуатации в составе бортовой РЛС, требует коренного пересмотра традиционно сложившейся идеологии их построения, а также поиска новых принципов синтеза. Однако уже сегодня, с учетом как собственного опыта разработок, так и анализа тенденций развития схемотехники СЧ [2,3], можно обозначить некоторые из направлений работ для достижения радикального улучшения характеристик СЧ.

Важнейшей из характеристик СЧ является уровень его фазовых шумов. По некоторым оценкам уверенное обнаружение малоразмерных целей класса «stealth» возможно при £(1кГц) = -(135…140) дВн/Гц [4]. В тоже время традиционно используемые, вплоть до настоящего времени, методы синтеза частот от кварцевого задающего генератора (ЗКГ), определяющего уровень шумов синтезированных сигналов, обеспечивают их уровень в Х-диапазоне в наилучшем случае £(1кГц) « -110дБн/Гц. Причем, в условиях вибрации и акустического шума реальная величина £(F) будет гораздо хуже вследствие того, что кварцевый резонатор принципиально подвержен влиянию вибрации. Вопросы защиты ЗКГ для сохранения достигнутых шумов представляют отдельную серьезную проблему.

Следует отметить, что основные проблемы, возникающие при использовании задающего кварцевого генератора, связаны с необходимостью последовательного многократного умножения его частоты в различных комбинациях. При этом шумы и побочные составляющие исходных колебаний возрастают на 20lgN [дБ], где N кратность умножения. При исходных шумах лучших кварцевых генераторов частотой 100 МГц£(1кГц) = -155дБн/Гц и £(100кГц) = -170дБн/Гц теоретические шумовые пределы в X диапазоне составят соответственно —115дБн/Гц и -130дБн/Гц. Реально они будут хуже на 5…10дБ за счет шумов умножителей, смесителей, усилителей и т.п.

Таким образом, решение данных проблем возможно при снижении кратности умножения частоты, т.е. при использовании высокодобротных (Q > 10000) колебательных систем непосредственно в СВЧ диапазоне. Объемные металлические резонаторы не вполне подходят для этих целей вследствие их высокой восприимчивости к условиям окружающей среды, больших габаритов и массе. В качестве приемлемои альтернативы можно назвать появившиеся в середине 70-х годов компоненты на поверхностных акустических волнах (ПАВ), которые при соизмеримых с кварцем добротностях могут работать на гораздо более высоких частотах (вплоть до 2ГГц) и отличаются повышенной устойчивостью к вибрации и акустическому шуму.

Однако, следуя логике развития, гораздо лучших результатов следует ожидать от использования компонентов из высокодобротной керамики, в частности, диэлектрических резонаторов (ДР). Использование ДР позволяет реализовать технические решения, ранее выполненные на ПАВ-компонентах в дециметровом диапазоне, непосредственно на СВЧ (вплоть до частот 18…20 ГГц). Так в 90-е годы специалистами ГП НИИ «Орион» были разработаны серийнопригодные сверхмалошумящие задающие генераторы на ДР с собственной добротностью в Х-диапазоне Q « 12000 с уровнем фазовых шумов £(1кГц) = 115дБн/Гц и £(100 кГц) = -155 дБн/Гц, что значительно превосходит соответствующие результаты при использовании как кварцевых генераторов, так и генераторов на ПАВ. В тот же период были разработаны быстродействующие многоканальные переключатели, а также узкополосные и сверхузкополосные полоснопропускающие фильтры на высокодобротных ДР с характеристиками заграждения близкими к характеристикам фильтров на ПАВ, но имеющих более высокие рабочие частоты, значительно меньшие потери пропускания, и ничтожно малую задержку прохождения сигнала.

Рис. 1. Структурная схема синтезатора Fig. 1. The FS block diagram

К середине 90-х годов стало очевидно, что реализация обозначенной выше совокупности требуемых предельных характеристик СЧ возможна только средствами прямого аналогового синтеза непосредственно в диапазоне СВЧ с использованием современной элементной базы (высокодобротных ДР, биполярных СВЧ транзисторов SIEGET технологии [5], малошумящих СВЧ прескалеров и т.д.). При этом достигаются следующие важные преимущества:

1)  Появляется возможность изменения направления преобразования частоты ЗГ, т.е. вместо умножения частоты используется операция ее деления для получения всей номенклатуры служебных и выходных частот метрового и дециметрового диапазонов. Это обеспечивает наивысшую спектральную чистоту синтезированных сигналов, включая шумы.

2)  Использование компактных конструкций на принципиально вибро-акустоустойчивых керамических компонентах и работающих к тому же непосредственно в диапазоне СВЧ позволяет, с одной стороны, резко снизить их восприимчивость к условиям окружающей среды, а, с другой стороны, сравнительно просто осуществить защиту ЗГ от вибрации и акустического шума, тем самым обеспечить виброустойчивость синтезатора в целом.

3)  Архитектура таких СЧ позволяет использовать в качестве ЗГ еще более совершенных генераторов с лейкосапфировыми резонаторами с добротностью Q = 2-105 при комнатной температуре [4]. Это позволит снизить шумы СЧ до требуемых значений £(1кГц) = -(130…140) дБн/Гц.

4)  Обеспечивается наивысшая скорость переключения рабочих частот, которая определяется, главным образом, быстродействием многоканальных переключателей, а время переключения (без потери фаз колебаний) может составлять несколько десятков наносекунд.

Структурная схема такого СЧ представлена на рис. 1.

На рис. 2. представлены спектры фазовых шумов быстропереключаемой (т »2мкс) сетки первого гетеродина реального СЧ в нормальных условиях и при вибрации, которые подтверждают изложенные доводы. Действительные значения шумов на ЗдБ лучше, т.к. в измерении участвовали 2 идентичных синхронизированных в узкой полосе синтезатора (AF < 60Гц).

Puc. 2. Спектры фазовых шумов первого гетеродина в нормальных условиях (нижняя кривая) и при случайной шумовой вибрации

с суммарным ускорением 3,2 g (верхняя кривая)

Fig. 2. Synthesizer phase noises: no vibration bottom curve; under the 3.2g vibration top curve

При разработке конструкции СЧ важно руководствоваться следующими принципами:

1)  Оптимальное деление конструкции СЧ на функционально и конструктивно законченные узлы и блоки производится по критерию обеспечения наилучшей электромагнитной совместимости при минимальном количестве связей между ними.

2)  Первичные генерирующие устройства (ЗГ, эталонный кварцевый генератор и т.п.) компонуются в отдельный блок с соответствующей виброакустозащитой.

grange function) and in electrical engineering when we state: “current runs over the least losses path”.

But the state of the art with sciences concerned with the alive was much worse. The absence of the registered long-range action carriers has thrown a number of biological sciences’ trends back to marginality domain, at best, and even were prohibited, persecuted, ostracized. This is true regarding clairvoyance, telepathy, telekinesis, astrology, alchemy, exrasensorics, searching with a rod, acupuncture (during some hundreds of years), etc.

Hypothetical possibility of origination of a living organism in the absolute emptiness of the universe exceptionally as a result of chemical reagents interactions of two genital cells, gave birth to atheistic orgy, illusion of superpermission, the consequences of which we encounter not only in the former USSR (“men-screws”; heredity negation), but even now, regarding unworthy boom connected with cloning. How can one seriously discuss artificial (in essence) cultivation of human beings in vitro with the desired faculties and traits of character, create artificial intelligence, etc. in a situation when it is known that not a single person has ever managed (and will not be able) to reproduce a human individual outside the mother’s womb (in the language of quantum physics

–  outside her electromagnetic framework).

It should be recognized that nowadays we have no direct experimental confirmations of existence of the universal nature coherence which can be associated, as we believe, with God. The following indirect evidence testifies in favour of such point of view:

1.  Availability of nonequilibrium mm-range radiation component was registered not only in a human but also in certain specific objects of inanimate nature, specific in the sense that they are included in a megastructure of human vital activity. Among them are precious stones, precious metals, marble at the temperature and humidity of Rome thermae, certain sorts of wooden building materials at the definite humidity and temperature, the mammals’ bones, etc. Our radiometric system cannot as yet register the differential spectra of a human’s characteristic eigenfrequencies. However, forms and amplitudes of the integral spectra remaining within measurement range of (50-^70) GHz prove to be different for abovesaid different objects, the same as they are different for various people and undergo changes depending on their physiological state [5].

2.   Experiments on study of division of single unicell organisms placed in electromagnetic screen testify to the existence of long-range communication, electromagnetic in its nature, among the individuals of one species kind, determining its most important peculiarities and species differentiation [6]. One of the main outwardly observable species characteristics of unicell organisms is, as a rule, their division period. Thus, it turned out that an insolated cell loses this information: it either does not get divided at all, or its division periods vary so much that the statistical mean value, so well-known for the concrete celltype, cannot be registered.

These observations submit indirect confirmation of a hypothesis about existence of the coherent fields hierarchy ensuring the field-based unity of the world.

3.   In 1985, I visited Khabarovsk (east end of the former USSR) and got acquainted there with impressive results obtained in Khabarovsk by Chinese researcher Tsian-Kan-Chzhen in the study of the plants and animals morphosis induced by other plants and animals species in the situation of selective electromagnetic screening[5].

III.  Conclusion

Hypothesis that the global world unity is realized through the hierarchy of coherent electromagnetic fields in different frequency ranges opens the possibility of including such phenomena as clairvoyance, extrasensorics, prediction of the future, etc. in the orbit of scientific interests, because within coherence volume, as it is known, the uncertainty relation is fulfilled when for an observer who uses for reading the reference coherent beam with the definite characteristics, the notions of time, energy, space lose their meanings habitual for classical views.

We believe that the development of the animate and inanimate nature changes these coherent fields, enrich-

brief annotation of the application for discovery (1974) “Biosuperhighfrequency communication between organisms and tissues” and several letters-solicitations sent by him to the scientific centers of the former USSR (and, firstly, to the Far East scientific centre of Academy of Sciences of the USSR). That is why, stating the results of the scientific work of the Chinese colleague we cannot point out the respective reference and have to describe them from the standpoint of our own view. To some extent, this is justified, since after the first acquaintance in September, 1985, I (S.P.S.) often discussed with Mr. TsianKan-Chzhen his results and solicited in the scientific and administrative structures of the Far East region for allowing him the necessary conditions for work. And even more than that, specially for this theme, there was organized the Khabarovsk branch of our Kiev temporary scientific collective, within the scientific program “Otklik”, with which Mr. Tsian-Kan-Chzhen has collaborated (in the late 80s) but not for a long time.

Superficially, the Tsian-Kan-Chzhen’s scheme of experiments was as follows. Two voluminous resonators, whose dimensions are sufficiently large for the purpose of the prolonged accommodating there of the animals (goats, rabbits, ducks, hens) in rather normal conditions, or germinating of the plants (wheat, maize), are scattered at the distance 10-15 m and connected by hollow box waveguide with the boundary wavelength about 20 cm. In this way, inside the system, there is provided not only screening from the external electromagnetic fields (EMF), but also a certain frequency selection is realized for the EMF sources, placed in resonators. Tsian-Kan-Chzhen had at his disposal a lot of interesting results for various pairs of plants and animals, placed in resonators. I’ll give an example of only two experiments: their photos and even some samples were kindly presented to me by the Chinese colleague.

Experiment №1. An adult she-goat, being in the period of genital maturity, was placed into one of the resonators. The second resonator gave shelter to a pregnant rabbit in the first hours after impregnation. In such “co-habitation” this pair have stayed during the whole time of the rabbits bearing. As a result, little rabbits were born with morphogenetical features of a goat, the morphoses with the horns growing from the mouth.

Experiment №2. In one resonator there is wheat in the period of forming ears, in another one sprouting maize seeds planted into the earth. In the result, the maize has arisen, whose corn-cobs had the wheat awns.

Morphosis of the rabbit was preserved in alcohol, and several corn-cobs of maize-wheat were just given to me (S. P. S.) as a present.

The fantastic, at the first sight, results find qualitative explication in the notions of physics of the Alive taking into account the hypothesis about the coherent fields hierarchy, providing the unity and entirety of the world.

Really so, the waveguide-resonator complex distorts the coherent species fields ensuring, in a common situation, the stability of the rabbit and the maize species, and the information from the other species, transferred by a waveguide, being superimposed, may form a false quasicoherent species field. As a result, the characteristic eigenfrequencies of the rabbits being born, and the sprouting maize, will be distorted. But, as it was already elucidated, it is just characteristic eigenfrequencies that determine the morphological peculiarities of an organism.

ing them with new polarization and phase-frequency information. In this way, the Lord does not give people the test tasks but develops together with Nature, and, in the first turn, with development of mankind. Each man, having been born, receives the information about this world from a multimode coherent world field by way of resonance in accordance with his characteristic eigenfrequencies. The life (acquiring of knowledge, skills, experience, passions, emotions) enriches the spectrum of characteristic eigenfrequencies of a concrete human and herewith the spectrum of the general world field, i.e. the Lord. It is just in this sense that the Biblical expression “A man is created in the image and likeness of God” should be interpreted, as we see it. The development of God together with the development of the world and the mankind, in the first turn, is obviously demonstrated by the history of Christian teaching: God of the New Testament differs radically from God of the Old Testament, and the nations whose religion does not recognize this dynamics seem nowadays as barbarians though the civilized…

It is considered that in the process of living a man conceives three Wonders: Wonder of Conception, Wonder of Birth and Wonder of Death. It is not in vain that the three mentioned mysteries are subconsciously guarded against curious glances capable of disturbing them, the same as it is enough to “throw a glance” at one of the coherent beams and the interferential picture is destroyed.

From the standpoint of physics of the Alive each of the Wonders is treated as the respective noneqilibrium phase transition.

At the moment of conception due to emotional outburst the temporary joining of electromagnetic frameworks of a man and a woman takes place followed by formation of the special point in zygote around which the various trajectories of electromagnetic framework can be twined in a phase space of an organism’s parameters. In accordance with Poincare’s classification of nonlinear differential equations solutions, these trajectories are called the limit cycle, knot, focus, saddle. Only one of these solutions

–   the closed limit cycle corresponds to the life. The limit cycles are mathematical formalization of the meridians (channels) the closed trajectories of the running coherent electromagnetic waves in the structure of a human’s electromagnetic framework. The full-value sexual act accompanying conception is envisaged by Nature for joining of the electromagnetic frameworks of the partners and its substitutional replacement by a test-tube in an attempt to observe Wonder may cost a very high price for the subsequent generations.

At the moment of birth nonequilibrium phase transition is stipulated by the start of independent functioning of a child’s electromagnetic framework, its separation from electromagnetic framework of the mother. Transition from branchial to pulmonary respiration is connected with it.

At the moment of death there cease to exist the electromagnetic framework, the meridian system and, consequently, the limit cycles system. At the phase surface, these solutions are substituted by divergent focus (the spiral of the Archimedean screw type). It is interesting to note that with the real electrodynamic parameters of organic structures it is possible to estimate the relative time of untwining of successive revolutions of this spiral: 9:40:(365+ 10). It is evident that this corresponds to Christean tradition of bidding farewell to the deceased.

It would be naive to think that adoption of coherentquantum paradigm in biology in itself solves all the problems connected with the life phenomenon. However, we believe that the fundamental biology problems acquire

the new colouring in the light of the ideas of modern natural sciences, Physics of the Alive, in the first place.

IV. References

1.    S. P. Sit’ko, L. N. Mkrtchian, “Introduction to Quantum Medicine”. Kiev, Pattern, 1994. 126 pp.

2.    S. P. Sit’ko, “The method of microwave resonance therapy” by S. P. Sit’ko , Patent of Ukraine № 2615 of 15.03.1994;

(in Ukrainian); S. P. Sit’ko, “The method of S. P. Sit’ko microwave resonance therapy” Patent of Russian Federation № 2053757 of 10.02.1996; (in Russian); S. P. Sit’ko, “Microwave Resonance Therapy” US Patent № 5.507.791,

Apr. 16, 1996.

3.    Physics of the Alive, 1998, v. 6, No 1. Whole issue.

4.    H. Frohlich (Ed), «Biological Coherence and Response to External Stimuli», Springer-Verlag, 1988, p. 268.

5.    S. P. Sit’ko, Yu. A. Skripnik, A. F. Yanenko, “The hardware of the modern quantum medicine technologies”, Kiev, “FADA, Ltd.”, 1999. 200 pp. (in Russian).

6.    A. V. Yakunov, “Peculiarities of solitary yeast cells reproduction under conditions of electromagnetic isolation”. Physics of the Alive, 1997, v.5, No 1, pp. 55-59. (in Russian).

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