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:

Атомный секрет вечного блеска золота 20.06.2026

Золото издавна считается символом вечности и благородства не только из-за своей редкости, но и благодаря удивительной химической стойкости. В отличие от большинства металлов, оно не окисляется на воздухе, не тускнеет и не покрывается ржавчиной даже спустя тысячелетия. Эта уникальная инертность позволила золотым артефактам сохранять первозданный блеск с древних времен. Однако точный механизм такой защиты долго оставался загадкой для ученых. Недавнее исследование американских химиков-вычислителей раскрыло, что дело не просто в слабом взаимодействии с кислородом, а в особой атомной структуре поверхности металла. Сотрудники Тулейнского университета Санту Бисвас и Мэтью М. Монтемор провели детальное компьютерное моделирование, чтобы понять, как молекулы кислорода взаимодействуют с поверхностью золота. Ученые сравнили два основных типа атомных структур: "реконструированные" и "нереконструированные" поверхности. Было доказано, что природная способность золота к перестройке атомов играет кл ...>>

Смарфон Realme 16T 5G 20.06.2026

В сегменте доступных смартфонов с акцентом на длительную работу без подзарядки компания Realme представила интересную новинку - модель Realme 16T 5G. Главным преимуществом устройства стала по-настоящему впечатляющая батарея емкостью 8000 мАч, которая способна обеспечить до трех дней автономной работы при умеренном использовании. При этом инженерам удалось сохранить относительно компактный корпус толщиной менее 9 мм и вес всего 224 грамма, что делает смартфон удобным для повседневного ношения несмотря на внушительный аккумулятор. Смартфон оснащен большим 6,8-дюймовым LCD-дисплеем с высокой частотой обновления 144 Гц и пиковой яркостью до 1200 нит. Такое сочетание обеспечивает плавную картинку в динамичных сценах и комфортное восприятие контента даже под прямыми солнечными лучами. За производительность отвечает энергоэффективный процессор MediaTek Dimensity 6300, дополненный оперативной памятью LPDDR4X и накопителем UFS 2.2. Для эффективного отвода тепла во время продолжительных нагру ...>>

Проблема набора веса после 40 19.06.2026

С возрастом многие люди замечают, что поддерживать привычный вес становится все сложнее, даже если рацион и уровень активности существенно не меняются. Ученые из Каролинского института в Швеции раскрыли одну из ключевых биологических причин этого явления. Они показали, что с годами в жировой ткани замедляется процесс обновления липидов, из-за чего организм постепенно накапливает жир. Это естественное возрастное изменение объясняет, почему после 40 лет тело начинает "работать" иначе, способствуя набору веса. В долгосрочном исследовании специалисты наблюдали за жировой тканью 54 мужчин и женщин на протяжении в среднем 13 лет. Независимо от того, набирали участники вес или, наоборот, худели, у всех без исключения скорость липидного обмена в жировых клетках заметно снижалась. Жир в клетках обновляется все медленнее, и этот процесс происходит автоматически с течением времени. Те, кто не компенсировал замедление уменьшением калорийности питания, в среднем набирали около 20% от исходного в ...>>

Случайная новость из Архива Оригами помогает вырабатывать электричество 28.04.2017 Чжун Линь Ван (Zhong Lin Wang), Ченго Ху (Chenguo Hu) из Пекинского института наноэнергетики и наносистем, Китайская Академия наук, в составе американо-китайской группы ученых, разработали легкое бумажное устройство, вдохновленное китайским и японским искусством резки бумаги, которое может собирать и хранить энергию от движений тела. О своем изобретении ученые рассказали в статье, опубликованной в журнале ACS Nano. Несмотря на множество достижений в области портативных электронных устройств, одна вещь остается неизменной: рано или поздно необходимо подключить их к розетке для зарядки. между тем, аппараты вроде часов, мониторов сердца и слуховых аппаратов часто требуют лишь небольшой энергии. Как правило, они получают эту энергию от обычных перезаряжаемых батарей. Но ученые решили посмотреть, смогут ли они отделить наши небольшие энергетические потребности от розетки и получать энергию от движений тела пользователя. В последние годы Ван и другие работали над этим подходом, создавая трибоэлектрические наногенераторы (TENG), которые могут использовать механическую энергию вокруг нас, - например, нашей ходьбы, - а затем использовать ее для питания портативной электроники. Проблема в том, что большинству устройств TENG нужно несколько часов, чтобы зарядить небольшой прибор, например, датчик, и они сделаны из акрила, который весит немало. Поэтому исследователи обратились к сверхлегкой ромбической бумажной обрезке длиной несколько дюймов и покрыли ее различными материалами, чтобы превратить ее в силовой агрегат. Четыре внешние стороны, выполненные из песочной бумаги с золотым и графитовым покрытием, содержали элемент суперконденсатора для хранения энергии. Внутренние поверхности, изготовленные из бумаги и покрытые золотом и фторированной этилен-пропиленовой пленкой, содержали комбайн TENG. Достаточно нажимать на него в течение всего нескольких минут, что прибор зарядился до 1 вольта, чего достаточно для питания пульта дистанционного управления, датчика температуры или часов.

Другие интересные новости:

▪ Ручной электрогенератор подзарядит мобильный телефон

▪ TransferJet - конкурент NFC от Toshiba

▪ Миниатюрные спутники для отслеживания глобальных штормов

▪ Селекция пшеницы привела к снижению ее устойчивости

▪ Возобновляемые источники энергии станут популярнее природного газа

Лента новостей науки и техники, новинок электроники

Интересные материалы Бесплатной технической библиотеки:

▪ раздел сайта Регуляторы мощности, термометры, термостабилизаторы. Подборка статей

▪ статья Косит нож. Чертеж, описание

▪ статья Кто такие долгоносики? Подробный ответ

▪ статья Тростник обыкновенный. Легенды, выращивание, способы применения

▪ статья Высококачественный усилитель класса B. Энциклопедия радиоэлектроники и электротехники

▪ статья Распределительные устройства и подстанции напряжением выше 1 кB. Комплектные, столбовые, мачтовые трансформаторные подстанции и сетевые секционирующие пункты. Энциклопедия радиоэлектроники и электротехники

Оставьте свой комментарий к этой статье:

www.diagram.com.ua
2000-2026