Preview

Известия высших учебных заведений России. Радиоэлектроника

Расширенный поиск

Динамические характеристики бигармонического автогенератора

https://doi.org/10.32603/1993-8985-2020-23-4-6-14

Полный текст:

Аннотация

Введение. Современные методы стабилизации частоты автоколебаний базируются на улучшении стабильности реактивных параметров схемы автогенератора и повышении добротности колебательной системы. Существует также возможность улучшения стабилизации частоты, основанная на явлении взаимной синхронизации мод автогенератора при использовании многоконтурной колебательной системы. Ранее был описан метод снижения фазового шума с синхронизацией двух мод в бигармоническом автогенераторе с кратными частотами, разработанный в предположении безынерционности активного элемента. Идея метода синхронизации основного колебания с его второй гармоникой с помощью дополнительного контура основана на соображении, что внутренние флуктуационные процессы в активном элементе синфазно модулируют все гармоники тока. Это позволяет использовать "естественную" взаимную корреляцию шумовых процессов с целью нейтрализации их влияния.

Цель работы. Построение и анализ математической модели бигармонического автогенератора с целью анализа режимов его работы и уменьшения фазового шума выходного колебания.

Материалы и методы. Математическая модель получена методом медленно меняющихся амплитуд, а анализ выполнен методами численного интегрирования и дифференцирования.

Результаты. В статье проведен анализ динамических режимов бигармонического трехточечного автогенератора, работающего в режиме фазовой синхронизации двух мод. Показано, что с ростом инерционности активного элемента синхронный режим сохраняется. Получены укороченные дифференциальные уравнения системы для медленно меняющихся амплитуд и фаз колебательных мод. Исследование нелинейной динамики и стационарного синхронного режима системы проведено методом фазового пространства в координатах "амплитуды мод – разность фаз".

Заключение. Натурный эксперимент и теоретические исследования позволяют сделать вывод о возможности уменьшения фазового шума в стационарном синхронном двухмодовом режиме, что может быть использовано для стабилизации частоты автогенераторов различной физической природы. Механизм преобразования фазовых и амплитудных колебаний в режиме синхронизации представляет значительный интерес с фундаментальной точки зрения не только для анализа флуктуаций, но и для преобразования модулированных колебаний в нелинейных избирательных устройствах.

Об авторах

Д. А. Фролов
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Национальный исследовательский университет "МЭИ"
Россия
Фролов Даниил Андреевич – магистр наук по специальности "Радиотехника, в том числе системы и устройства телевидения" (2015), аспирант кафедры формирования и обработки радиосигналов (ФОРС), ул. Красноказарменная, д. 14, Москва, 111250, Россия


А. Р. Сафин
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Национальный исследовательский университет "МЭИ"; Институт радиотехники и электроники им. В. А. Котельникова Российской академии наук
Россия
Сафин Ансар Ризаевич – кандидат технических наук по специальности "Радиотехника, в том числе системы и устройства телевидения" (2014), доцент (2020), заведующий кафедрой ФОРС; старший научный сотрудник, ул. Красноказарменная, д. 14, Москва, 111250, Россия


Н. Н. Удалов
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Национальный исследовательский университет "МЭИ"
Россия
Удалов Николай Николаевич – доктор технических наук по специальности "Радиотехника"(1995), профессор (1996) кафедры ФОРС, ул. Красноказарменная, д. 14, Москва, 111250, Россия


В. А. Сотсков
Федеральное государственное бюджетное учреждение науки "Институт общей физики им. А. М. Прохорова" Российской академии наук
Россия
Сотсков Валерий Анатольевич – инженер по специальности "Радиотехника" (Московский институт радиотехники, электроники и автоматики, 1986); научный сотрудник, ул. Вавилова, д. 38, Москва, 119991, Россия


Список литературы

1. Nosal Z. M. Design of GaAs MMIC Transistors for the Low-Power Low Noise Applications // IEEE MTT-S Intern. Microwave Symp., Boston, USA, 11–16 June 2000. Digest. Piscataway: IEEE, 2000. doi: 10.1109/MWSYM.2000.860872

2. Low Frequency Noise Temperature Measurements in SiGe:CHeterojunction Bipolar Transistors / M. Seif, F. Pascal, B. Sagnes, A. Hoffmann, S. Haendler, P. Chevalier, D. Gloria // Intern. Conf. on Noise and Fluctuations, Xian, China, 2–6 June 2015. Piscataway: IEEE, 2000. doi: 10.1109/ICNF.2015.7288603

3. Ustinov A. B., Nikitin A. A., Kalinikos B. A. Magnetically Tunable Microwave Spin-Wave Photonic Oscillator // IEEE Magnetics Lett. 2015. Vol. 6. Art. 3500704. doi: 10.1109/LMAG.2015.2487238

4. A Tunable Spin Wave Photonic Generator with Improved Phase Noise Characteristics / A. B. Ustinov, A. V. Kondrashov, A. A. Nikitin, V. V. Lebedev, A. N. Petrov, A. V. Shamrai, B. A. Kalinikos // J. of Phys.: Conf. Ser. 2019. Vol. 1326. Art. 012015. doi: 10.1088/1742-6596/1326/1/012015

5. Recent Investigations on BAW Resonators at Cryogenic Temperatures / M. Goryachev, S. Galliou, J. Imbaud, R. Bourquin, B. Dulmet, P. Abbé // Joint Conf. of the IEEE Intern. Frequency Control and the European Frequency and Time Forum (FCS) Proc. San Francisco, USA, 2–5 May 2011. Piscataway: IEEE, 2000. doi: 10.1109/FCS.2011.5977293

6. Tsarapkin D. P., Chichvarin M. I., Isakov I. A. Experimental Verification of Compensation Phenomena in Oscillators with Two Multiple Modes // Proc. of the IEEE/EIA Intern. Frequency Control Symp. and Exhibition, Kansas City, USA, 7–9 June 2000. P. 463–470. doi: 10.1109/FREQ.2000.887401

7. Уткин Г. М. Автоколебательные системы и волновые усилители. М.: Сов. радио, 1978. 272 с.

8. Карачев А. А., Левченков О. И., Царапкин Д. П. Экспериментальное исследование двухчастотного режима генератора Ганна // Тр. МЭИ. Вып. 317. Радиопередающие и радиоприемные устройства. М.: Изд-во МЭИ, 1977. С. 36–38.

9. Theory of Spin Torque Nano-Oscillator-Based Phase-Locked Loop / A. A. Mitrofanov, A. R. Safin, N. N. Udalov, M. V. Kapranov // J. of applied physics. 2017. Vol. 122, iss. 12. Art. 123903. doi: 10.1063/1.5004117

10. Митрофанов А. А., Сафин А. Р., Удалов Н. Н. Амплитудные и фазовые шумы спин-трансферного наноосциллятора, синхронизированного системой фазовой автоподстройки частоты // Письма в ЖТФ. 2015. Т. 41, вып.16. С. 29–35.

11. Царапкин Д. П., Фролов Д. А. К анализу характеристик транзисторного автогенератора с двумя синхронными модами // Двадцать четвертая междунар. науч.-техн. конф. студентов и аспирантов, Москва, 15–16 марта 2018.: тез. докл. М.: ООО "Центр полиграфических услуг "Радуга", 2018. С. 19.

12. http://www.nxp.com (дата обращения 06.08.2020)

13. Rohde U., Poddar A., Bock G. The Design of Modern Microwave Oscillators for Wireless Applications. Theory and Optimization. New York: John Wiley & Sons, 2005. 543 p. doi: 10.1002/0471727172.fmatter

14. Grebennikov A. RF and Microwave Transistor Oscillator Design. New York: John Wiley & Sons, 2007. 458 p. doi: 10.1002/9780470512098

15. Капранов М. В., Томашевский А. И. Анализ фазовых траекторий в окрестностях особых точек 2-D и 3-D нелинейных динамических систем: учеб. пособие. М.: Изд-во МЭИ, 2003. 80 с.

16. Алексеев Е. Р., Чеснокова О. В. Введение в Octave для инженеров и математиков. М.: ALT Linux, 2012. 368 с. (Библ. ALTLinux).

17. Алексеев Е. Р., Чеснокова О. В., Рудченко Е. А. Scilab: Решение инженерных и математических задач. М.: ALTLinux; БИНОМ. Лаборатория знаний, 2008. 260 с. (Библ. ALTLinux).


Для цитирования:


Фролов Д.А., Сафин А.Р., Удалов Н.Н., Сотсков В.А. Динамические характеристики бигармонического автогенератора. Известия высших учебных заведений России. Радиоэлектроника. 2020;23(4):6-14. https://doi.org/10.32603/1993-8985-2020-23-4-6-14

For citation:


Frolov D.A., Safin A.R., Udalov N.N., Sotskov V.A. Dynamic Characteristics of a Biharmonic Self-Oscillator. Journal of the Russian Universities. Radioelectronics. 2020;23(4):6-14. (In Russ.) https://doi.org/10.32603/1993-8985-2020-23-4-6-14

Просмотров: 37


Creative Commons License
Контент доступен под лицензией Creative Commons Attribution 4.0 License.


ISSN 1993-8985 (Print)
ISSN 2658-4794 (Online)