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:

Лабораторная модель прогнозирования землетрясений 30.11.2025

Предсказание землетрясений остается одной из самых сложных задач геофизики. Несмотря на развитие сейсмологии, ученые все еще не могут точно определить момент начала разрушительного движения разломов. Недавние эксперименты американских исследователей открывают новые горизонты: впервые удалось наблюдать микроскопические изменения в контактной зоне разломов, которые предшествуют землетрясению. Группа под руководством Сильвена Барбота обнаружила, что "реальная площадь контакта" - участки, где поверхности разлома действительно соприкасаются - изменяется за миллисекунды до высвобождения накопленной энергии. "Мы открыли окно в сердце механики землетрясений", - отмечает Барбот. Эти изменения позволяют фиксировать этапы зарождения сейсмического события еще до появления традиционных сейсмических волн. Для наблюдений ученые использовали прозрачные акриловые материалы, через которые можно было отслеживать световые изменения в зоне контакта. В ходе искусственного моделирования примерно 30% ко ...>>

Музыка как естественный анальгетик 30.11.2025

Ученые все активнее исследуют немедикаментозные способы облегчения боли. Одним из перспективных направлений становится использование музыки, которая способна воздействовать на эмоциональное состояние и когнитивное восприятие боли. Новое исследование международной группы специалистов демонстрирует, что даже кратковременное прослушивание любимых композиций может значительно снижать болевые ощущения у пациентов с острой болью в спине. В эксперименте участвовали пациенты, обратившиеся за помощью в отделение неотложной помощи с выраженной болью в спине. Им предлагалось на протяжении десяти минут слушать свои любимые музыкальные треки. Уже после этой короткой сессии врачи фиксировали заметное уменьшение интенсивности боли как в состоянии покоя, так и при движениях. Авторы исследования подчеркивают, что музыка не устраняет саму причину боли. Тем не менее, она воздействует на эмоциональный фон пациента, снижает уровень тревожности и отвлекает внимание, что в сумме приводит к субъективном ...>>

Алкоголь может привести к слобоумию 29.11.2025

Проблема влияния алкоголя на стареющий мозг давно вызывает интерес как у врачей, так и у исследователей когнитивного старения. В последние годы стало очевидно, что границы "безопасного" употребления спиртного размываются, и новое крупное исследование, проведенное международной группой ученых, вновь указывает на это. Работы Оксфордского университета, выполненные совместно с исследователями из Йельского и Кембриджского университетов, показывают: даже небольшие дозы алкоголя способны ускорять когнитивный спад. Команда проанализировала данные более чем 500 тысяч участников из британского биобанка и американской Программы миллионов ветеранов. Дополнительно был выполнен метаанализ сорока пяти исследований, в общей сложности включавших сведения о 2,4 миллиона человек. Такой масштаб позволил оценить не только прямую связь между употреблением спиртного и развитием деменции, но и влияние генетической предрасположенности. Один из наиболее тревожных результатов касается людей с повышенным ге ...>>

Случайная новость из Архива Планшеты Dell Venue 7 и Venue 8 на базе Android 03.06.2014 1 июля компания Dell начнет продажи новых планшетов Venue 7 и Venue 8, анонс которых состоялся на выставке Computex 2014. Оба устройства выполнены на аппаратной платформе Intel Merrifield. В модели Venue 7 используется двухъядерный 64-битный процессор Atom Z3460 с тактовой частотой 1,6 ГГц. Этот чип оснащен 1 Мбайт кеш-памяти второго уровня и графикой PowerVR G6400 с частотой 533 МГц. Второй планшет, Venue 8, наделен процессором Atom Z3480 с двумя ядрами с частотой до 2,13 ГГц. Прочие характеристики чипа идентичны младшей версии. Мини-компьютер Venue 7 оснащен 7-дюймовым дисплеем на матрице IPS с разрешением WXGA (1280x800 точек). Есть 5-мегапиксельная основная и 1-мегапиксельная фронтальная камеры. Объем оперативной памяти составляет 1 Гбайт, емкость встроенного флеш-модуля - 16 Гбайт. Устройство весит 290 г, его габариты - 193x118x8,95 мм. Планшет Venue 8 получит 8-дюймовый IPS-экран с разрешением 1920х1080 точек (формат Full HD). Гаджет также укомплектован 1 Гбайт ОЗУ и флеш-модулем вместимостью 16 Гбайт. Разрешение тыльной камеры - 5 млн пикселей, фронтальной - 2 млн. Размеры устройства равны 216x130x8,95 мм, вес - 338 г. Оба гаджета оборудованы модулями Wi-Fi и Bluetooth, слотами microSIM и microSD, а также портом microUSB. На планшеты инсталлирована операционная система Android 4.4 KitKat. Цена Venue 7 и Venue 8 составит 160 и 200 долларов США соответственно.

Другие интересные новости:

▪ Умные автомобили Nokia

▪ Время хранения данных в SSD увеличено в тысячи раз

▪ Евроколибри - ранние пташки

▪ Смартфон iQOO U5e

▪ Энергонезависимую память можно сделать с помощью вируса

Лента новостей науки и техники, новинок электроники

Интересные материалы Бесплатной технической библиотеки:

▪ раздел сайта Индикаторы, датчики, детекторы. Подборка статей

▪ статья Мы не можем ждать милостей от природы, взять их у нее - наша задача. Крылатое выражение

▪ статья Кто написал первую оперу? Подробный ответ

▪ статья Кипрей узколистный. Легенды, выращивание, способы применения

▪ статья Генератор импульсов с независимой регулировкой фазы. Энциклопедия радиоэлектроники и электротехники

▪ статья Шарик в лунке. Секрет фокуса

Оставьте свой комментарий к этой статье:

www.diagram.com.ua
2000-2025