Автогенераторы на поверхностных акустических волнах (обзор)

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

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. 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. 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.

1. Характеристики 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.2020-1-35-38

2. 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.49.17-22

3. 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)

4. 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.

5. 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)

6. 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/SYNCHROINFO51390.2021.9488394

7. Горевой 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)

8. Геворкян В. М., Кочемасов В. Н. Объемные диэлектрические резонаторы – основные типы, характеристики, производители. Ч. 1 // Электроника: наука, технология, бизнес. 2016. № 4. С. 62–76.

9. 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)

10. 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.

11. 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.2006.1663988

12. An 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.2015.2397890

13. OEwaves, Inc. URL: https://www.oewaves.com/ultra-wideband (дата обращения 13.05.2022)

14. Белкин М., Лопарев А. Оптоэлектронный генератор – первое практическое устройство СВЧ-оптоэлектроники // Электроника: наука, технология, бизнес. 2010. № 6. С. 62–70.

15. Ultra low noise VHF crystal oscillators / Pascall Electronics. URL: http://pascall.ru/pdfs/OCXOF.pdf (дата обращения 30.01.2022)

16. 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.1994.401550

17. Bernardo R. P. SAW Voltage-controlled Oscillators // Microwave J. 2002. Vol. 45, iss. 9. P. 166–177.

18. 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.2014.7060383

19. Chomiki M. SAW Oscillators fly on Airborne Radars // Microwaves and RF. 2010. Vol. 49, № 6. P. 23–25.

20. 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.

21. 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)

22. Дворников А. А., Огурцов В. И., Уткин Г. М. Стабильные генераторы с фильтрами на поверхностных акустических волнах. М.: Радио и связь, 1983. 136 с.

23. Кочемасов В. Н. Генерация и синтез частот с применением приборов на поверхностных акустических волнах // Зарубежная радиоэлектроника. 1979, № 1. С. 96–132.

24. 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.1990.177540

25. Кревский 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)

26. 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.

27. Rakon. URL: https://www.rakon.com (дата обращения 30.01.2022)

28. Teledyne e2v. URL: https://www.teledyne-e2v.com (дата обращения 30.01.2022)

29. Synergy Microwave Corporation. URL: https://www.synergymwave.com (дата обращения 30.01.2022)

30. 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.2011.5977780

31. Vectron International. URL: https://www.vectron.com/products/vcso.aspx (дата обращения 17.02.2022)

32. Nihon Dempa Kogyo. URL: https://www.ndk.com/en/products/index.html (дата обращения 30.01.2022)

33. TAI-SAW Technology Co. Ltd. URL: https://www.taisaw.com/en/product.php (дата обращения 30.01.2022)

34. EPSON TOYOCOM. URL: https://www5.epsondevice.com/en/information/technical_info/pdfsawres_sawosc.pdf (дата обращения 30.01.2022)

35. MIL-STD-202G URL: https://nepp.nasa.gov/DocUploads/1F6AB74B-4517-4AD0-A34813268E75B8EB/ MIL-STD-202.pdf (дата обращения 13.05.2022)

36. НИИ "ЭЛПА". URL: https://www.elpapiezo.ru/Datasheets/GK261-C-PV.pdf (дата обращения 30.01.2022)