ВЛИЯНИЕ АМПЛИТУДНЫХ ХАРАКТЕРИСТИК ЭЛЕМЕНТОВ В ЦЕПИ ОБРАТНОЙ СВЯЗИ НА УРОВЕНЬ ФАЗОВЫХ ШУМОВ В ГЕНЕРАТОРАХ НА МАГНИТОСТАТИЧЕСКИХ ВОЛНАХ

January 16, 2013 by admin Комментировать »

Рудый Ю. Б., Губарев В. Ф., Галдецкий А. В. ФГУП НПП «ИСТОК» ул. Вокзальная, д.2., г. Фрязино, Московская обл., 191120, Россия тел. (095) 465 -88 -87, (095) 465 -86 -96, e-mail: rudyy@mail.ru

Аннотация – В данной работе рассмотрены вопросы зависимости фазовых шумов и выходной мощности генераторов на магнитостатических волнах (МСВ) от амплитудных характеристик элементов в цепи обратной связи данных генераторов.

I.                                       Введение

Исследование вопросов минимизации фазовых шумов генераторов на МСВ позволили установить, в частности, довольно резкую зависимость уровня этих шумов от величины входной мощности на фильтр МСВ (узкополосную линию задержки) в цепи обратной связи данных генераторов. В работах [1, 2] экспериментально проведена оценка величины пороговой мощности возбуждения (Р„ор= Ю’\..1 мВт), при превышении которой шумы генератора могут ухудшиться на 20…25 дБ. Поэтому выбор режимов и параметров элементов генератора на МСВ, в этой связи, является актуальной задачей, решение которой представлено в настоящей работе.

II.                              Основная часть

Схема содержит усилитель с коэффициентом усиления G, направленный ответвитель с коэффициентом ответвления мощности Д линию связи с суммарным затуханием а и МСВ – фильтр с затуханием L. В режиме установившихся колебаний выполняются условия баланса амплитуд

G*L*fi*a=1                                                                               (1)

Известно, что для работы генератора принципиально необходим усилитель с нелинейным коэффициентом усиления, т. е. в рабочем режиме он должен находиться на нелинейном участке зависимости выходной мощности от входной мощности. Вид этой зависимости представлен, например, в [2]. Статисти

Рис. 3. Аппроксимация зависимости коэффициента усиления от входной мощности.

Fig. 3. Approximation of dependence of factor of strengthening from Input power

Структурная схема, рассматриваемого МСВ – генератора, представлена на Рис.1.

Рис. 1. Структурная схема МСВ – генератора.

1 – усилитель, 2 – направленный ответвитель,

3 -линия связи с регулируемым аттенюатором,

4 – МСВ – фильтр (узкополосная линия задержки).

Fig. 1. Block diagram МСВ – the generator 1 – the amplifier 2 – directed coupler 3 -communication line with adjustable attenuator 4 – MSW-filter (a narrowband delay line)

ческая обработка амплитудных характеристик усилителей позволяет с погрешностью не более 20 % аппроксимировать эту характеристику к виду представленному на Рис. 2.

Рис. 2. Аппроксимация зависимости выходной мощности Рвых усилителя от входной мощности Рвх..

Fig. 2. Approximation of dependence of target capacity Рвых of the amplifier from input power Рвх

В аналитической форме амплитудная усредненная характеристика усилителей может быть представлена в виде:

где К -коэффициент усиления малого сигнала;

Ρι – уровень выходной мощности при коэффициенте компрессии усилителя 1дБ; Р„ас. – мощность насыщения усилителя.

Выразим через Piv\K амплитудную характеристику усилителя. Это удобно сделать, потому, что данные величины наиболее часто являются справочными.

Из (2) получим выражение для аппроксимации

коэффициента усиления G = Рвых/Рвх.’·

Графическое отображение выражения (3) представлено на Рис. 3

Из выражения для баланса амплитуд (1) следует: G = 1/as      (4)

где «2·= L*β* а

Из выражения (4) следует, что устойчивая работа генератора возможна только на нелинейном участке амплитудной характеристики усилителя, т. е. при Рвх > Ρι/Κ, Рис. 4.

Рис. 4. Условие устойчивости работы генератора

на МСВ от коэффициента усиления и входной мощности усилителя.

Fig. 4. А condition of stability of work of the oscillator on MSW from factor of strengthening and input power of the amplifier

Здесь Рвх p – установившаяся мощность в кольце генератора на входе усилителя, ее значение можно определить из (4)

)

Значение выходной мощности усилителя в установившемся режиме Рвых р, определяется следующим выражением:

Поскольку K*aj; > 1, то Рвх р > Ρΐ / К, а Рвых р > ΡιΊ. е. рабочим опять становится нелинейный участок амплитудной характеристики.

Выбор Рвх р и Рвых р, в данном случае, осуществляется подбором соответствующего значения а^. С точки зрения уменьшения фазовых шумов, как показано выше, желательно уменьшать Рвхр, однако следует иметь ввиду, что при перестройке генератора и воздействии дестабилизирующих факторов как а^·, так и К могут меняться. Следовательно, входная и выходная мощности усилителя будут меняться, как это показано на Рис.4. Поэтому при выборе рабочего режима необходимо ориентироваться на область от (1 / aj min β,ο (1 / aj) max И установить некоторый коэффициент надежности γ„, определяющий превышение К над (1 /aj max.

Тогда из (5) и (6) получаем критерии для определения минимальных входной и выходной мощностей усилителя

Например, если /„= 0,8, то [Рвхmin /(Ρι/К)] = 1,3, а Рвых min / Ρΐ = 1, 05.

Для обеспечения низкого уровня фазовых шумов необходимо, чтобы величина мощности на входе МСВ – фильтра была ниже некоторого порогового значения Р„ор.

Из выражения (10), с учетом (9), можно получить параметр Р? усилителя, т. е. выбрать необходимый усилитель, соответствующий требованию:

Например, если в кольце обратной связи используется направленный ответвитель с ослаблением

6   дБ, потери в линии передачи равны 2дБ, а Р„ор =

0,    5 мВт, то Pi = 3 мВт.

Таким образом, если имеется усилитель, у которого Pi больше требуемого, то в этом случае необходимо увеличивать суммарное затухание в линии связи а, чтобы достигнуть на входе МСВ – фильтра пороговой мощности Рпор. Однако, при этом естественно необходим усилитель с большим коэффициентом усиления, перекрывающим суммарные потери.

При этом надо иметь в виду [3], что при увеличении потерь шумы генератора ухудшаются, поэтому предпочтительнее подобрать усилитель с требуемой Pi, чем увеличивать затухание а для уменьшения этой мощности. Тем не менее, если величина Pi фактически больше, чем требуется, то определить «можно из уравнения (12)

I

тогда, например, если Р„оо= 0,5 мВт, Ρι = 10 мВт,

При этом из (7) следует, что К =105 (я^20 дБ).

III.                                 Заключение

в данной работе установлена количественная связь с параметров генератора на МСВ с требованиями к элементам: усилителям, МСВ – фильтру (узкополосной линии задержки), линии связи в кольце обратной связи. Полученные результаты позволяют значительно упростить проектирование МСВ – генераторов с низким уровнем фазовых шумов и необходимой выходной мощностью во всем диапазоне рабочих частот.

IV.                           Список литературы

[1] р. Н. Дунаев, Ю. К. Фетисов и др. «Экспериментальное исследование фазовых шумов генераторов на магнитостатических волнах» Радиотехника и электроника, 1992г, вып. 7, СС.1274 – 1280.

[2] А. С. Сокольский, А. И. Афанасьев, Ю. Б. Рудый «Исследование шумовых характеристик генератора на МСВ» Электронная техника, Сер.1, Электроника СВЧ, 1990, вып. 1(425), сс.67-69.

[3] И/. Ishak, Е. Neese, et. al « Tunable magnetostatic wave oscillators using pure and doped YAG films» IEEE Transaction on Magnetic, 1984, vol. Mag -20, No. 5, pp. 1229 – 1231.

INFLUENCE OF PEAK CHARACTERISTICS OF ELEMENTS IN THE CIRCUIT OF THE FEEDBACK ON THE LEVEL OF PHASE NOISE IN OSCILLATOR ON MAGNETOSTATIC WAVES

Rudyi Yu. B., Gubarev V. F., GaldetskiyA. V.

Federal State Unitary Enterprise «Research and Production Corporation «ISTOK»

(FSUE «RPC»ISTOK»)

2a Vokzalnaya Str, Fryazino, 191120, Russia Ph.: (095) 465-88-87, (095) 465-86-96 e-mail: rudyy@mail.ru

Abstract-Problems of dependence of phase noise and target power of oscillators on magnetostatic waves (MSW) from peak characteristics of elements in a feedback circuit of the given oscillators are considered in this work.

I.                                         Introduction

Research of minimization problems of phase noise of oscillators on MSW have allowed to establish, in particular, rather sharp dependence of these noise levels on size of input power on filter on MSW (a narrow-band delay line) in a feedback circuit of the given oscillators. In works [1, 2] the estimation of size of threshold power of excitation {pnop = 10’V.. 1 mW) at which excess noise of the oscillators can worsen on 20 … 25 dB is experimentally obtained. Therefore the choice of modes and parameters of elements of the oscillators on MSW, in this connection, is an actual task which decision is presented in the present work.

II.                                        Main Part

The block diagram of the considered oscillator is presented on Fig.1. The peak characteristic of the amplifier approximation expression (2),

where К – factor of strengthening of low level,

Р,- a level of target capacity at a compression factor of the amplifier 1dB,

P„ao. – capacity of saturation of the amplifier.

From a condition of balance of amplitudes [1 ], in view of (2) it is possible to define the minimal entrance and target capacities of the amplifier (8), (9).

For a low level of phase noises it is necessary to provide input MSW capacity value of the filter below a value of threshold level P„op.

It is possible to receive criterion for a choice of the amplifier

(11).

For example, if it is used directed coupler with easing 6 dB in a ring of a feedback, losses are equal a line of transfer 2dB, and P„ap = 0.5 mW, P, = 3 mW.

Thus, if there is an amplifier, at which p,more demanded, in this case it is necessary to increase total attenuation in the communication line a to reach on the input MSW-filter of threshold capacity P„op. However, thus the amplifier with the greater factor of strengthening overlapping total losses is required.

Thus it is necessary to mean [3], that at increase in losses noise of the oscillator worsen and the amplifier with demanded P,, therefore it is more preferable to pick up, than to increase attenuation a for reduction of this capacity. Nevertheless, if size P,is actually bigger than it is required to define a, it is possible to get from the equation (12), then, for example, ifP^^ = 0.5 mW, P, = 10 mW, (1/β) = 4(6 dBj and Гн = 0.8,а = 0.19 (7 dBj.

Thus, it follows from (7), that К = 105 (-20 dBj.

III.                                       Conclusion

Quantitative connection with parameters of the oscillator on MSW with requirements to elements is established in the present work for amplifiers, filter on MSW (a narrow-band delay line), the communication line in a feedback ring. The received results allow simplifying considerably designing oscillator on MSW with a low level of phase noise and necessary target power in all ranges of working frequencies.

Источник: Материалы Международной Крымской конференции «СВЧ-техника и телекоммуникационные технологии», 2006г. 

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