radioelectronicsИзвестия высших учебных заведений России. РадиоэлектроникаJournal of the Russian Universities. Radioelectronics1993-89852658-4794Saint Petersburg Electrotechnical University10.32603/1993-8985-2022-25-3-6-21radioelectronics-634Research ArticleЭЛЕКТРОДИНАМИКА, МИКРОВОЛНОВАЯ ТЕХНИКА, АНТЕННЫELECTRODYNAMICS, MICROWAVE ENGINEERING, ANTENNASАвтогенераторы на поверхностных акустических волнах (обзор)Self-Oscillators Based on Surface Acoustic Waves (A Review)ЛойкоВ. А.LoikoV. A.

Лойко Виталий Анатольевич – инженер по специальности "Радиотехника" СГТУ им. Гагарина Ю. А., 2013; аспирант кафедры формирования и обработки радиосигналов НИУ МЭИ, начальник отдела в ООО "Радиокомп".

пр. Волгоградский, д. 42, Москва, 109316.

Vitaliy A. Loiko - engineer, specialty "Radio Engineering", Saratov State Technical University n. a. Yu.A. Gagarin, 2013; postgraduate student of the Department of Formation and Processing of Radio Signals (FORS) of the NRU MPEI, head of the department of Radiocomp LLC.

42, Volgogradsky Ave., Moscow 109548.

Lvitalika@yandex.ruДобровольскийА. А.DobrovolskyA. A.

Добровольский Александр Александрович – инженер по специальности "Полупроводники и диэлектрики", Ленинградский ордена Ленина политехнический институт им. М. И. Калинина, 1976; инженер-разработчик ООО "Радиокомп".

пр. Волгоградский, д. 42, Москва, 109316.

Alexander A. Dobrovolsky - engineer, specialty "Semiconductors and dielectrics", Leningrad Polytechnic Institute n. a. M.I. Kalinin, 1976; development engineer of LLC Radiocomp.

42, Volgogradsky Ave., Moscow 109548.

dobr.burdin@gmail.comКочемасовВ. Н.KochemasovV. N.

Кочемасов Виктор Неофидович – кандидат технических наук по специальности "Радиотехника, в том числе системы и устройства телевидения", МЭИ, 1976; генеральный директор ООО "Радиокомп".

пр. Волгоградский, д. 42, Москва, 109316.

Victor N. Kochemasov - Cand. Sci. (Eng.) in the specialty "Radio engineering including television systems and devices" (1976); General Director of Radiocomp LLC.

42, Volgogradsky Ave., Moscow 109548.

kochemasovdv@gmail.comhttps://orcid.org/0000-0001-6507-6573СафинА. Р.SafinA. R.

Сафин Ансар Ризаевич – кандидат технических наук по специальности "Радиотехника, в том числе системы и устройства телевидения" (2014); доцент, заведующий кафедрой формирования и обработки радиосигналов НИУ МЭИ; старший научный сотрудник ИРЭ им. В.А. Котельникова РАН, начальник отдела в ООО "Радиокомп".

пр. Волгоградский, д. 42, Москва, 109316.

Ansar R. Safin - Cand. Sci. (Eng.) in the specialty "Radio engineering including television systems and devices" (2014), head of the department of radio signal generation and processing, NRU MPEI; senior researcher at the Institute of Radio Technologies and Electronics of the Russian Academy of Science Named after V.A. Kotelnikov, head of the department of Radiocomp LLC.

42, Volgogradsky Ave., Moscow 109548.

arsafin@gmail.comООО "Радиокомп"; Национальный исследовательский университет "МЭИ"РоссияRadiocomp; National Research University "MPEI"Russian FederationООО "Радиокомп"РоссияRadiocompRussian FederationООО "Радиокомп"; Национальный исследовательский университет "МЭИ"; Институт радиотехники и электроники им. В.А. Котельникова РАНРоссияRadiocomp; National Research University "MPEI"; Kotel'nikov Institute of Radioengineering and Electronics RASRussian Federation202227062022253621Copyright © Лойко В.А., Добровольский А.А., Кочемасов В.Н., Сафин А.Р., 20222022Лойко В.А., Добровольский А.А., Кочемасов В.Н., Сафин А.Р.Loiko V.A., Dobrovolsky A.A., Kochemasov V.N., Safin A.R.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://re.eltech.ru/jour/article/view/634Введение

Введение. Современные прецизионные радиотехнические системы предъявляют жесткие требования к качеству используемых источников опорных сигналов. Существует несколько различных способов построения источников опорных сигналов СВЧ-диапазона – СВЧ-автогенераторов (АГ). Одно из перспективных направлений развития таких автогенераторов – АГ с частотозадающими элементами на поверхностных акустических волнах.

Цель работы

Цель работы. Обзор мировых достижений в области разработки частотозадающих элементов на поверхностных акустических волнах (ПАВ) и АГ на их базе.

Материалы и методы

Материалы и методы. Отбор материала для анализа и обобщения проводился по доступным публикациям в  общеизвестных  технических  журналах,  рекламным  проспектам  и  сайтам  фирм  –  производителей устройств на ПАВ за последние 30 лет методом сравнения. Критериями отбора материала для обзора являлись: низкие значения спектральной плотности мощности частотных флуктуаций формируемого сигнала, наличие виброзащиты, наличие термостата, миниатюрность, оригинальность конструкции.

Результаты

Результаты. В статье проведен анализ особенностей различных способов построения АГ СВЧ-диапазона. Показано, что достижение наилучших значений спектральной плотности мощности частотных флуктуаций в АГ с частотозадающими элементами на ПАВ возможно только при применении двухпортовых резонаторов. Проведен анализ основных технических характеристик термостатированных виброустойчивых АГ.

Заключение

Заключение. Несмотря на большое количество различных фирм-производителей (более двадцати) на мировом рынке и многообразие различных моделей АГ с частотозадающими элементами на ПАВ (более ста различных моделей), всего две фирмы выпускают автогенераторы, стойкие к воздействию внешних вибраций и акустических шумов.

Introduction

Introduction. Modern precision radio systems impose stringent requirements on the quality of the reference signal sources used. Various approaches are used to create sources of reference signals in the microwave range – micro-wave self-oscillators (SO). A promising direction in the development of such SO is SO with frequency-setting elements based on surface acoustic waves (SAW).

Aim

Aim. A review of international achievements in the development of frequency-setting elements based on SAW and respective SO.

Materials and methods

Materials and methods. The selection of materials for a comparative analysis and generalization was carried out using available sources published over the past 30 years in well-known engineering journals, advertising brochures and websites of the manufacturers of devices based on SAW. The selection criteria included low values of the power spectral density of the frequency fluctuations of the generated signal, the presence of vibration protection, the presence of a thermostat, as well as the miniaturization and originality of the design.

Results

Results. Specific features of various methods used for constructing microwave oscillators were analyzed. It is shown that the achievement of the best values of the power spectral density of frequency fluctuations in SO with frequency-setting elements on SAW is possible only with the use of two-port resonators. An analysis of the main technical characteristics of temperature-controlled vibration-resistant SO was carried out.

Conclusion

Conclusion. Despite the large number of different manufacturers on the world market (more than 20 companies) and the variety of different models of oscillators with frequency-setting elements on SAW (more than a 100 different models), only two companies produce oscillators resistant to external vibrations and acoustic noise.

автогенераторповерхностные акустические волныспектральная плотность мощности частотных флуктуацийG-чувствительностьself-oscillatorsurface acoustic wavespower spectral density of frequency fluctuationsG-sensitivityГрант РФФИ № 19-29-03015.RFBR grant no. 19-29-03015.ReferencesХарактеристики долговременной нестабильности водородных стандартов частоты и времени нового поколения / С. И. Донченко, И. Ю. Блинов, И. Б. Норец, Ю. Ф. Смирнов, А. А. Беляев, Н. А. Демидов, Б. А. Сахаров, В. Г. Воронцов // Измерительная техника. 2020. № 1. С. 35–38. doi: 10.32446/0368-1025it.2020-1-35-38Donchenko S. I., Blinov I. Y., Norets I. B., Smirnov Y. F., Belyaev A. A., Demidov N. A., Sakharov B. A., Vorontsov V. G. The Long-Term Instability of the New Generation Hydrogen Masers. Izmeritel’naya tekhnika [Measurement Techniques]. 2020, no. 1, pp. 35–38. doi: 10.32446/0368-1025it.2020-1-35-38 (In Russ.)Рубидиевый стандарт частоты с импульсной лазерной накачкой: состояние и перспективы / С. А. Волков, Г. В. Герасимов, Н. О. Майкапар, Д. С. Сидоренков // Тр. Ин-та прикладной астрономии РАН. 2019. № 49. С. 17–22. doi: 10.32876/ApplAstron.49.17-22Volkov S. A., Gerasimov G. V., Maikapar N. O., Sidorenkov D. S. Rubidium Clock with Pulsed Laser Pumping: State and Prospects. Transactions of the Institute of Applied Astronomy RAS. 2019, no. 49, pp. 17–22. doi: 10.32876/ApplAstron.49.17-22 (In Russ.)Васильев В. И. Повышение точности, стабильности и надежности квантового дискриминатора пассивного водородного стандарта частоты: автореф. дис. … канд. техн. наук / ННИПИ "Кварц". Н. Новгород, 2011. 26 с. URL: https://viewer.rusneb.ru/ru/000199_000009_004852758?page=1&rotate=0&theme=white (дата обращения 13.05.2022)Vasil'ev V. I. Improving the Accuracy, Stability and Reliability of the Quantum Discriminator of the Passive Hydrogen Frequency Standard. Available at: https://viewer.rusneb.ru/ru/000199_000009_004852758?page=1&rotate=0&theme=white (accessed 13.05.2022)Столяров И. И. Направления развития устройств синтеза сигнала резонатора в квантовых стандартах частоты с лазерной накачкой и детектированием // Радионавигация и время: тр. СЗРЦ концерна ВКО "Алмаз-Антей". 2021. № 7(15). С. 98–104.Stolyarov I. I. The Development Ways of Resonator Signal Synthesis Devices in Quantum Frequency Standards with Laser Pumping and Detecting. Radio Navigation and Time. 2021, no. 7(15), pp. 98–104. (In Russ.)Петров А. А. Методы улучшения метрологических характеристик квантовых стандартов частоты: дис. … канд. физ.-мат. наук / АО РИРВ. СПб., 2021. 145 с. URL: http://iairas.ru/synopsises/petrovaa_disser.pdf (дата обращения 06.05.2022)Petrov A. A. Methods for Improving the Metrological Characteristics of Quantum Frequency Standards. Available at: http://iairas.ru/synopsises/petrovaa_disser.pdf (accessed 06.05.2022)Ferrite-Based Microwave Oscillators / V. M. Gevorkyan, V. N. Kochemasov, A. R. Safin, A. V. Chenakin / 2021 Systems of Signal Synchronization, Generating and Processing in Telecom-munications (SYNCHROINFO). Kaliningrad, 30 June–2 July 2021. Piscataway: IEEE, 2021. doi: 10.1109/SYNCHROINFO51390.2021.9488394Gevorkyan V. M., Kochemasov V. N., Safin A. R., Chenakin A. V. Ferrite-Based Microwave Oscillators. 2021 Systems of Signal Synchronization, Generating and Processing in Telecommunications (SYNCHROINFO). 30 June–2 July 2021, Kaliningrad. Piscataway, IEEE, 2021. doi: 10.1109/SYNCHROINFO51390.2021.9488394Горевой А. В. Маломощные источники непрерывных сигналов СВЧ для измерительной техники: дис. … канд. техн. наук / ТУСУР. Томск, 2017. 118 с. URL: https://postgraduate.tusur.ru/system/file_copies/files/000/000/384/original/Диссертация.pdf (дата обращения 13.05.2022)Gorevoy A. V. Low-Power Sources of Continuous Microwave Signals for Measuring Equipment. Available at: https://postgraduate.tusur.ru/system/file_copies/files/000/000/384/original/Диссертация.pdf (accessed 13.05.2022)Геворкян В. М., Кочемасов В. Н. Объемные диэлектрические резонаторы – основные типы, характеристики, производители. Ч. 1 // Электроника: наука, технология, бизнес. 2016. № 4. С. 62–76.Gevorkyan V., Kochemasov V. Cavity Dielectric Resonators – Basic Types, Characteristics, Manufacturers. Part 1. Electronics: STB. 2016, no. 4, pp. 62–76. (In Russ.)Борцов А. А. Лазерные оптоэлектронные генераторы с накачкой кванторазмерными лазерными диодами: автореф. дис. … д-ра техн. наук / НИУ МЭИ. Москва, 2022. 40 с. URL: https://mpei.ru/diss/Lists/FilesAbstracts/538-Автореферат.pdf (дата обращения 13.05.2022)Bortsov A. A. Laser Optoelectronic Oscillators Pumped by Quantum-Well Laser Diodes. Available at: https://mpei.ru/diss/Lists/FilesAbstracts/538-Автореферат.pdf (accessed 13.05.2022)Перестраиваемый спин-волновой оптоэлектронный CBЧ-генератор монохроматического сигнала / А. Б. Устинов, А. А. Никитин, B. B. Витько, Б. А. Калиникос // Электроника и микроэлектроника CBЧ. 2016. Т. 1, № 1. C. 338–342.Ustinov A. B., Nikitin A. A., Vit'ko B. B., Kalinikos B. A. Tunable Spin-Wave Optoelectronic SHF Monochromatic Signal Generator. Electronics and Microelectronics SHF. 2016, vol. 1, no. 1, pp. 338–342. (In Russ.)Improving thermal stability of optoelectronic oscillators / M. Kaba, H.-W. Li, A. S. Daryoush, J.-P. Vilcot, D. Decoster, J. Chazelas, G. Bouwmans, Y. Quiquempois, F. Deborgies // IEEE Microwave Magazine. 2006. Vol. 7, iss. 4. P. 38–47. doi: 10.1109/MMW.2006.1663988Kaba M., Li H-W., Daryoush A. S., Vilcot J-P., Decoster D., Chazelas J., Bouwmans G., Quiquempois Y., Deborgies F. Improving Thermal Stability of OptoElectronic Oscillators. IEEE Microwave Magazine. 2006, vol. 7, iss. 4, pp. 38–47. doi: 10.1109/MMW.2006.1663988An Ultra-Low Phase-Noise 20-GHz PLL Utilizing an Optoelectronic Voltage-Controlled Oscillator / A. Bluestone, D. T. Spencer, S. Srinivasan, D. Guerra, J. E. Bowers, L. S. Theogarajan // IEEE Trans. on Microwave Theory and Techniques. 2015. Vol. MTT-63, iss. 3. P. 1046–1052. doi: 10.1109/TMTT.2015.2397890Bluestone A., Spencer D. T., Srinivasan S., Guerra D., Bowers J. E., Theogarajan L. S. An Ultra-Low Phase-Noise 20-GHz PLL Utilizing an Optoelectronic Voltage-Controlled Oscillator. IEEE Trans. on Microwave Theory and Techniques. 2015, vol. MTT-63, iss. 3, pp. 1046–1052. doi: 10.1109/TMTT.2015.2397890OEwaves, Inc. URL: https://www.oewaves.com/ultra-wideband (дата обращения 13.05.2022)OEwaves, Inc. Available at: https://www.oewaves.com/ultra-wideband (accessed 13.05.2022)Белкин М., Лопарев А. Оптоэлектронный генератор – первое практическое устройство СВЧ-оптоэлектроники // Электроника: наука, технология, бизнес. 2010. № 6. С. 62–70.Belkin M., Loparev A. Optoelectronic Generator. Practically the First Microwave Optoelectronic Device. Electronics: STB. 2010, no. 6, pp. 62–70. (In Russ.)Ultra low noise VHF crystal oscillators / Pascall Electronics. URL: http://pascall.ru/pdfs/OCXOF.pdf (дата обращения 30.01.2022)Ultra low noise VHF crystal oscillators. Pascall Electronics. Available at: http://pascall.ru/pdfs/OCXOF.pdf (accessed 30.01.2022)Montress G. K., Parker T. E., Andres D. Review of SAW Oscillator Performance // 1994 Proc. of IEEE Ultrasonics Symp., Cannes, France, 31 Oct.– 3 Nov. 1994. Piscataway: IEEE, 1994. P. 43–54. doi: 10.1109/ULTSYM.1994.401550Montress G. K., Parker T. E., Andres D. Review of SAW Oscillator Performance. 1994 Proc. of IEEE Ultrasonics Symp., 31 Oct.–3 Nov. 1994, Cannes, France. Piscataway, IEEE, 1994, pp. 43–54. doi: 10.1109/ULTSYM.1994.401550Bernardo R. P. SAW Voltage-controlled Oscillators // Microwave J. 2002. Vol. 45, iss. 9. P. 166–177.Bernardo R. P. SAW Voltage-controlled Oscillators. Microwave Journal. 2002, vol. 45, iss. 9, pp. 166–177.Tatopoulos X. Compact Ultra-low Noise SAW Oscillator with reduced g-sensitivity for Radar applications // 2014 Intern. Radar Conf. Lille, France, 13–17 Oct. 2014. Piscataway: IEEE, 2014. P. 1–3. doi: 10.1109/RADAR.2014.7060383Tatopoulos X. Compact Ultra-low Noise SAW Oscillator with reduced g-sensitivity for Radar applications. 2014 Intern. Radar Conf. 13–17 Oct. 2014, Lille, France. Piscataway, IEEE, 2014, 3 p. doi: 10.1109/RADAR.2014.7060383Chomiki M. SAW Oscillators fly on Airborne Radars // Microwaves and RF. 2010. Vol. 49, № 6. P. 23–25.Chomiki M. SAW Oscillators fly on Airborne Radars. Microwaves and RF. 2010, vol. 49, no. 6, pp. 23–25.Добровольский А. А., Лойко В. А. Сверхмалошумящий ПАВ-генератор СВЧ-диапазона на отечественной элементной базе для жестких условий эксплуатации // СВЧ-электроника. 2019. № 3. С. 14–18.Dobrovol'skii A. A., Loiko V. A. Ultra-Low-Noise Microwave SAW Generator Based On Domestic Element Base For Harsh Operating Conditions. Microwave Electronics. 2019, no. 3, pp. 14–18. (In Russ.)Lam C. S. Integration of SAW and BAW Technologies for Oscillator Applications // Intern. Workshop on SiP/Soc Integration of MEMS and Passive Components with RF ICs. Chiba, Japan, 2 March 2004. 39 p. URL: http://www.txccorp.com/download/tech_paper/2004-IWSIMPCRFIC-1-English.pdf (дата обращения 06.05.2022)Lam C. S. Integration of SAW and BAW Technologies for Oscillator Applications. Available at: http://www.txccorp.com/download/tech_paper/2004-IWSIMPCRFIC-1-English.pdf (accessed 06.05.2022)Дворников А. А., Огурцов В. И., Уткин Г. М. Стабильные генераторы с фильтрами на поверхностных акустических волнах. М.: Радио и связь, 1983. 136 с.Dvornikov A. A., Ogurtsov V. I., Utkin G. M. Stabil'nye generatory s fil'trami na poverkh-nostnykh akusticheskikh volnakh [Stable Generators with Filters on Surface Acoustic Waves]. Moscow, Radio i svyaz', 1983, 136 p. (In Russ.)Кочемасов В. Н. Генерация и синтез частот с применением приборов на поверхностных акустических волнах // Зарубежная радиоэлектроника. 1979, № 1. С. 96–132.Kochemasov V. N. Generation and Synthesis of Frequencies Using Devices Based on Surface Acoustic Waves. Foreign Radio Electronics. 1979, no. 1, pp. 96–132. (In Russ.)Montress G. K., Parker T. E. Design Techniques for Achieving State-of-the-art Oscillator Performance // 44th Annual Symp. on Frequency Control. Baltimore, USA, 23–25 May 1990. Piscataway: IEEE, 1990. P. 522–535. doi: 10.1109/FREQ.1990.177540Montress G. K., Parker T. E. Design Techniques for Achieving State-of-the-art Oscillator Performance. 44th Annual Symp. on Frequency Control. 23–25 May 1990, Baltimore, USA. Piscataway, IEEE, 1990, pp. 522–535. doi: 10.1109/FREQ.1990.177540Кревский М. А., Коробков Г. М., Свешников Б. В. Анализ фазовых шумов опорных источников высокостабильных сигналов на основе ПАВ-резонаторов // Материалы XVII координационного семинара по СВЧ-технике, Н. Новгород, 6–8 сент. 2011. С. 72. URL: https://docplayer.com/26272166-Materialy-xvii-koordinacionnogo-nauchno-tehnicheskogo-seminara-po-svch-tehnike.html (дата обращения 13.05.2022)Krevskiy M. A., Korobkov G. M., Sveshnikov B. V. Phase Noise Analysis of Reference Sources of Highly Stable Signals Based on SAW Resonators. Available at: https://docplayer.com/26272166-Materialy-xvii-koordinacionnogo-nauchno-tehnicheskogo-seminara-po-svch-tehnike.html (accessed 13.05.2022)Малогабаритные малошумящие СВЧ-генераторы на основе резонаторов на поверхностных акустических волнах / И. Г. Анцев, Г. А. Сапожников, А. П. Алексеенко, Д. Н. Кербников // Электронная техника. Сер. 1: СВЧ-техника. 2013. № 3. С. 98–100.Antsev I. G., Sapozhnikov G. A., Alekseenko A. P., Kerbnikov D. N. Small-sized Low-Noise Microwave Generators Based on Surface Acoustic Wave Resonators. Electronic Equipment. Series 1: Microwave Technology. 2013, no. 3, pp. 98–100. (In Russ.)Rakon. URL: https://www.rakon.com (дата обращения 30.01.2022)Rakon. Available at: https://www.rakon.com (accessed 30.01.2022)Teledyne e2v. URL: https://www.teledyne-e2v.com (дата обращения 30.01.2022)Teledyne-e2v. Available at: https://www.teledyne-e2v.com (accessed 30.01.2022)Synergy Microwave Corporation. URL: https://www.synergymwave.com (дата обращения 30.01.2022)Synergy Microwave Corporation. Available at: https://www.synergymwave.com (accessed 30.01.2022)Poddar A. K., Rohde U. L. Adaptive mode-coupled harmonically tuned ultra low phase noise VCSO circuits // 2011 Joint Conf. of the IEEE Intern. Frequency Control and the European Frequency and Time Forum (FCS). San Francisco, USA, 2–5 May 2011. Proc. Piscataway: IEEE, 2011. doi: 10.1109/FCS.2011.5977780Poddar A. K., Rohde U. L. Adaptive mode-coupled harmonically tuned ultra low phase noise VCSO circuits. 2011 Joint Conf. of the IEEE Intern. Frequency Control and the European Frequency and Time Forum (FCS). 2–5 May 2011, San Francisco, USA. Proc. Piscataway, IEEE, 2011. doi: 10.1109/FCS.2011.5977780Vectron International. URL: https://www.vectron.com/products/vcso.aspx (дата обращения 17.02.2022)Vectron International. Available at: https://www.vectron.com/products/vcso.aspx (accessed 17.02.2022)Nihon Dempa Kogyo. URL: https://www.ndk.com/en/products/index.html (дата обращения 30.01.2022)Nihon Dempa Kogyo. Available at: https://www.ndk.com/en/products/index.html (accessed 30.01.2022)TAI-SAW Technology Co. Ltd. URL: https://www.taisaw.com/en/product.php (дата обращения 30.01.2022)TAI-SAW Technology Co. Ltd. Available at: https://www.taisaw.com/en/product.php (accessed 30.01.2022)EPSON TOYOCOM. URL: https://www5.epsondevice.com/en/information/technical_info/pdfsawres_sawosc.pdf (дата обращения 30.01.2022)EPSON TOYOCOM. Available at: https://www5.epsondevice.com/en/information/technical_info/pdfsawres_sawosc.pdf (accessed 30.01.2022)MIL-STD-202G URL: https://nepp.nasa.gov/DocUploads/1F6AB74B-4517-4AD0-A34813268E75B8EB/ MIL-STD-202.pdf (дата обращения 13.05.2022)MIL-STD-202G Available at: https://nepp.nasa.gov/DocUploads/1F6AB74B-4517-4AD0-A34813268E75B8EB/MIL-STD-202.pdf (accessed 13.05.2022)НИИ "ЭЛПА". URL: https://www.elpapiezo.ru/Datasheets/GK261-C-PV.pdf (дата обращения 30.01.2022)ELPA. Available at: https://www.elpapiezo.ru/Datasheets/GK261-C-PV.pdf (accessed 30.01.2022)

The authors declare that there are no conflicts of interest present.