Стабильный малошумящий кварцевый генератор для СВЧ и трансвертеров. Энциклопедия радиоэлектроники и электротехники

Энциклопедия радиоэлектроники и электротехники / Узлы радиолюбительской техники. Генераторы, гетеродины

 Комментарии к статье

В связи с использованием радиолюбителями узкополосных видов модуляции CW, SSB, NBFM вплоть до 411 ГГц, особо актуально обеспечение высокой стабильности частоты гетеродинов в СВЧ трансвертерах. Менее известной проблемой является фазовый шум, и большинство радиолюбительских конструкций гетеродинов обладают чрезмерным уровнем шума, что снижает динамический диапазон трансвертеров. Эти проблемы раскрыты, а способы их решения предложены в 5 основных разделах статьи. В разделе, объясняющем проблему фазового шума, отмечается, что задающие генераторы трансвертерных гетеродинов миллиметровых волн обычно работают на частотах около 100 МГц и уровень их фазового шума весьма критичный параметр, т.к. ступень дальнейшего удвоения увеличивает уровень шума в сигнале на 6 дБ. Так, например, последовательное удвоение кварцованной частоты 100 МГцдо 10 ГГц увеличит шум на выходе почти на 40 дБ, а до 250 ГГц - на 68 дБ и более.

Распространенные схемы кварцевых генераторов обеспечивают уровень фазовых шумов не хуже -155 дБ/Гц относительно уровня несущей (по мощности). Умножение до 245 ГГц ухудшит этот параметр в выходном сигнале до -87 дБ/Гц. При использовании NBFM, например, уровень шума в полосе 16 кГц будет составлять (-87+42) дБ, т.е. только на 45 дБ ниже несущей. При этом динамический диапазон приемника составит всего 45 дБ, а в режиме передачи излучаемый широкополосный шум будет на 45 дБ меньше уровня основного сигнала.

В разделе "Улучшение стабильности" показано, что кварцевые резонаторы имеют температурную нестабильность ±10 ppm (10^-5) от 0°С до +70°С. Это соответствует ±100 кГц на 10 ГГц, при умножении 100-мегагерцового сигнала. Температурной компенсацией можно добиться нестабильности не хуже 0,3 ppm (3*10^-7) или ±3 кГц на 10 ГГц, или ±7 кГц на 24 ГГц, или ±75 кГц на 250 ГГц. Обеспечить "каменную" нестабильность гетеродина поможет система ФАПЧ с опорным генератором, соответствующим рубидиевому частотному стандарту.

Такие генераторы применялись в устаревших радионавигационных приборах и их можно найти в американских магазинах неликвидов. Они имеют температурную нестабильность ±10-9 или 0,001 ppm и позволили автору добиться долговременной нестабильности ±250 Гц после умножения на любительском диапазоне 241...250 ГГц. В разделе "Уменьшение фазового шума" на примере схемы традиционного кварцевого генератора Батлера на биполярном транзисторе показано (рис.1), что уровень шума в выходном сигнале определяет в основном шум входа транзистора, к которому подводится сигнал с кварцевого резонатора и заметно снижается после увеличения сопротивления этого входа.

Рис.1

Для схемы на рис.45 уровень шума -155 дБ/Гц, а после замены биполярного 2N5179 на полевой транзистор J310 с общим затвором, автор получил уровень фазового шума -172 дБ/ Гц. В разделе "Схема ГУН" представлена схема генератора управляемого напряжением (рис.2) - основного узла малошумящего кварцевого генератора с ФАПЧ (low-noise phase-locked crystal oscillator - LNPLXO) разработанного автором.

Рис.2

Усилительный каскад с общим затвором на Q1 обеспечивает высокий импеданс входа для сигнала с кварцевого резонатора Y1, а эмиттерный повторитель Q2 - низкое выходное сопротивление ГУН и, соответственно, малое сопротивление цепи возбуждения резонатора. Y1 возбуждается на пятой гармонике последовательного резонанса, имеет АТ-срез и С0=30 пФ, R0<60 Ом. Контур L1C1C2 выделяет необходимую гармонику. R14 шунтирует его для улучшения линейности и устанавливает необходимый коэффициент передачи цепи ПОС генератора. Цепь D2C9R2R3 ограничивает амплитуду неискаженного выходного сигнала. В точке соединения R2R3 установлено 1,6 В. Когда пиковое значение ВЧ сигнала на стоке Q1 достигнет -2 В, D2 откроется и ограничит дальнейший рост амплитуды выходного сигнала без изменения рабочей точки Q1, что положительно сказывается на линейности и шумовых характеристиках генератора. С помощью R2 можно подобрать уровень выходного сигнала так, чтобы на Y1 рассеивалось не более 1 мВт. Для обеспечения минимального влияния нагрузки на ГУН, выходной сигнал снимается с коллектора Q2 с помощью трансформатора Т1 9:1. Система ФАПЧ для LNPLXO (рис.3) выполнена по стандартной схеме.

Рис.3

Ее основа U1 (МС145158), включающая делитель частоты R сигнала высокостабильного рубидиевого опорного генератора(вход 1/U1); ДПКД для, предварительно поделенной микросхемой U2 на 20/21 (МС12019) или 32/33 (МС12015), частоты ГУН (вход 8/U1); фазовый детектор - выход 5/U1. Сигнал с фазового детектора подается на ФНЧ R19C13, параметры которого не совсем соответствуют рекомендациям фирмы Motorola и были подобраны экспериментально с учетом высокой добротности кварца в ГУН (рис.46). Работой системы ФАПЧ управляет микроконтроллер PIC16F83 (U4), управляющую программу для которого (файл STEP1199.ZIP) можно взять на  arrl.org/files/qex/. Для трансвертера на 24,192 ГГц автор использует смеситель на встречно-параллельных диодах, при этом гетродин должен работать на вдвое меньшей частоте, равной 11,448 ГГц при ПЧ 1296 МГц. Чтобы из сигнала LNPLXO (рис.46, 47) частотой 95,4 МГц получить 11,448 ГГц, необходим умножитель на 120. Это решено последовательным умножением на 2, 3,4 и 5.

Автор: Джон Стефенсен (KD6OZH); Публикация: Н. Большаков, rf.atnn.ru

Смотрите другие статьи раздела Узлы радиолюбительской техники. Генераторы, гетеродины.

Читайте и пишите полезные комментарии к этой статье.

<< Назад

Последние новости науки и техники, новинки электроники:

Питомцы как стимулятор разума 06.10.2025

Помимо эмоциональной поддержки, домашние питомцы могут оказывать заметное воздействие на когнитивные процессы, особенно у пожилых людей. Новое масштабное исследование показало, что общение с кошками и собаками не просто улучшает настроение - оно действительно способствует замедлению возрастного снижения умственных способностей. Работа проводилась в рамках проекта Survey of Health, Ageing and Retirement in Europe (SHARE), охватывающего период с 2004 по 2022 год. В исследовании приняли участие тысячи европейцев старше 50 лет. Анализ показал, что владельцы домашних животных демонстрируют более устойчивые когнитивные функции по сравнению с теми, кто не держит питомцев. Особенно выражен эффект оказался у владельцев кошек и собак. Согласно данным ученых, владельцы собак дольше сохраняют хорошую память, в то время как хозяева кошек медленнее теряют способность к быстрому речевому взаимодействию. Исследователи связывают это с тем, что ежедневное взаимодействие с животными требует внимани ...>>

Мини-ПК ExpertCenter PN54-S1 06.10.2025

Компания ASUSTeK Computer презентовала новый мини-компьютер ASUS ExpertCenter PN54-S1. Устройство ориентировано на пользователей, которым важно сочетание производительности, энергоэффективности и универсальности - от офисных задач до мультимедийных проектов. В основе ExpertCenter PN54-S1 лежит современная аппаратная платформа AMD Hawk Point, использующая архитектуру Zen 4. Это поколение чипов отличается улучшенным управлением энергопотреблением и повышенной вычислительной мощностью. Новинка доступна в конфигурациях с процессорами Ryzen 7260, Ryzen 5220 и Ryzen 5210, представленных AMD в начале 2025 года. Таким образом, устройство охватывает широкий диапазон задач - от базовых офисных до ресурсоемких вычислений. Корпус мини-ПК выполнен из прочного алюминия и имеет размеры 130&#215;130&#215;34 мм, что делает его практически незаметным на рабочем столе или за монитором. Несмотря на компактность, внутренняя компоновка позволяет установить два модуля оперативной памяти SO-DIMM ...>>

Глазные капли, возвращающие молодость зрению 05.10.2025

С возрастом человеческий глаз постепенно теряет способность четко видеть на близком расстоянии - развивается пресбиопия, или возрастная дальнозоркость. Этот естественный процесс связан с утратой эластичности хрусталика и ослаблением цилиарной мышцы, отвечающей за фокусировку. Миллионы людей по всему миру сталкиваются с необходимостью носить очки для чтения или прибегают к хирургическим методам коррекции. Однако исследователи из Центра передовых исследований пресбиопии в Буэнос-Айресе представили решение, которое может стать удобной и неинвазивной альтернативой - специальные глазные капли, способные улучшать зрение на длительный срок. Разработку возглавила Джованна Беноцци, директор Центра. По ее словам, цель исследования состояла в том, чтобы предоставить пациентам с пресбиопией эффективный и безопасный способ коррекции зрения без хирургического вмешательства. Новые капли, созданные на основе пилокарпина и диклофенака, показали убедительные результаты: уже через час после первого пр ...>>

Случайная новость из Архива Самовосстанавливающийся пластик 18.09.2015 Ученые из Университета штата Пенсильвания (США) разработали пластик, который способен размягчаться в воде и твердеть при высыхании. При создании нового материала ученые вдохновлялись особенностями строения зубов у разных видов кальмаров. У этих головоногих моллюсков расположенные по кругу зубы могут становиться как твердыми, так и пластичными в зависимости от наличия воды. Исследовав различные образцы, ученым удалось выделить формулу белков, которые позволяют зубам кальмаров восстанавливаться после повреждений. Чтобы синтезировать искусственный белок с аналогичными свойствами в лабораторных условиях, были использованы специальные бактерии. Полученный белок затем преобразовали в пластик, смешав его с растворителем. Чтобы проверить свойства нового материала, ученые разрезали образец пополам, а затем соединили его обратно с помощью всего лишь капли воды. Что важно, после подобной регенерации характеристики образца не изменились, а наиболее оптимальной для самовосстановления пластика является температура воды около 45 °C.

Другие интересные новости:

▪ Прозрачный бетон

▪ Микроконтроллеры STM32 Value Line

▪ Эффективная установка для хранению энергии в сжатом воздухе

▪ Приставка виртуальной ходьбы

▪ Германия отказывается от автомобилей с ДВС

Лента новостей науки и техники, новинок электроники

Интересные материалы Бесплатной технической библиотеки:

▪ раздел сайта Цветомузыкальные установки. Подборка статей

▪ статья Надо возделывать свой сад. Крылатое выражение

▪ статья Сколько времени цыпленок может прожить без головы? Подробный ответ

▪ статья Персонал гинекологических кабинетов. Типовая инструкция по охране труда

▪ статья Эластичный каучуковый лак. Простые рецепты и советы

▪ статья Заземление и защитные меры электробезопасности. Меры защиты от прямого прикосновения. Энциклопедия радиоэлектроники и электротехники

Оставьте свой комментарий к этой статье:

www.diagram.com.ua
2000-2025