Синтез блоков электронной перестройки частоты для узкополосных сверхмалошумящих генераторов с резонаторами на поверхностных акустических волнах

Введение. Современные радиотехнические системы предъявляют жесткие требования к стабильности частоты источников СВЧ-колебаний (СВЧ-генераторов), входящих в их состав. Однако СВЧ-генераторы (на диэлектрических резонаторах или резонаторах на поверхностных акустических волнах), несмотря на низкие уровни спектральной плотности мощности частотных флуктуаций формируемых сигналов, не обладают необходимой стабильностью частоты, требуемой для большинства прецизионных применений (измерители фазового шума, авиационные радиолокаторы, сверхмалошумящие синтезаторы частоты). Повысить стабильность частоты таких генераторов возможно, например, посредством системы фазовой автоматической подстройки частоты, однако для ее реализации, как правило, в состав СВЧ-генератора должен входить блок электронной перестройки частоты. Введение в состав СВЧ-генератора такого блока может приводить к ухудшению других его электрических характеристик, например спектральной плотности мощности частотных флуктуаций формируемых сигналов.

Цель работы. Разработка методики синтеза блоков электронной перестройки частоты с требуемым диапазоном изменения вносимого фазового сдвига и минимальными собственными потерями мощности для узкополосных СВЧ-генераторов с резонаторами на поверхностных акустических волнах.

Материалы и методы. Синтез блоков электронной перестройки частоты проводится численно-аналитическим методом с применением системы математических расчетов MATLAB (лицензия № 906991). Критический анализ полученных результатов проводится сравнительным методом.

Результаты. В статье представлена методика синтеза блоков электронной перестройки частоты с требуемым диапазоном изменения вносимого фазового сдвига при сохранении минимальных вносимых потерь, позволяющая учесть собственные паразитные параметры варикапа. Даны рекомендации по правильному выбору варикапов. Проведен сравнительный анализ расчетных и практических результатов. Практическая реализация блока электронной перестройки частоты проведена на базе ООО "Радиокомп" в 2023 г.

Заключение. Представленная методика синтеза блоков электронной перестройки частоты является универсальной и может быть использована не только для синтеза блоков электронной перестройки частоты различных узкополосных СВЧ-генераторов, использующих в качестве частотозадающего элемента двухпортовые резонаторы, но и для синтеза узкополосных СВЧ-фазовращателей.

1. Автогенераторы на поверхностных акустических волнах (обзор) / В. А. Лойко, А. А. Добровольский, В. Н. Кочемасов, А. Р. Сафин // Изв. вузов России. Радиоэлектроника. 2022. Т. 25, № 3. С. 6– 21. doi: 10.32603/1993-8985-2022-25-3-6-21

2. Tatopoulos X. Compact Ultra-low Noise SAW Oscillator with reduced g-sensitivity for Radar applications // Intern. Radar Conf. Lille, France, 13–17 Oct. 2014. Piscataway: IEEE, 2014. P. 1–3. doi: 10.1109/RADAR.2014.7060383

3. Everard J. A Review of Low Noise Oscillator. Theory and Design // Proc. of Intern. Frequency Control Symp. Piscataway: IEEE, 1997. P. 909–918. doi: 10.1109/FREQ.1997.639208

4. Driscoll M. Low noise, microwave signal generation using bulk and surface acoustic wave resonators // IEEE Transactions on Ultrasonics, Ferroelectrics and Frequency Control. 1988. Vol. 35, № 3. P. 426–434. doi: 10.1109/FREQ.1988.27627

5. Parker T. E., Montress G. K. Precision SurfaceAcoustic-Wave (SAW) Oscillators // IEEE Transactions on Ultrasonics, Ferroelectrics, and Frequency Control. 1988. Vol. 35, № 3. P. 342–364. doi: 10.1109/58.20455

6. Parker T. E., Andres D. K. Designing smaller SAW oscillators for low vibration sensitivity // Proc. of IEEE 48th Annual Symp. on Frequency Control. Boston, MA, USA, June 1994. IEEE, 1994. P. 352–358. doi: 10.1109/FREQ.1994.398312

7. Bipin Kumar Das, Prakash Kumar. Tailoring of specifications for random vibration testing of military airborne equipment’s from measurement // IJRET: Intern. J. of Research in Engineering and Technology. 2015. Vol. 4, iss. 12. P. 293–299.

8. Leeson D. B. A Simple Model of Feedback Oscillator Noise Spectrum // IEEE Proc. 1966. Vol. 54, № 2. P. 329–332. doi: 10.1109/PROC.1966.4682

9. Parzen B. Clarification and a Generalized Restatement of Leeson’s Oscillator Noise Model // Proc. of the 42nd Annual Frequency Control Symp., Baltimore, USA, 01–03 June 1988. IEEE, 1998. P. 348–351. doi: 10.1109/FREQ.1988.27623

10. Quendo C., Rius E., Person C. Narrow bandpass filters using dual-behavior resonators based on stepped-impedance stubs and different length stubs // IEEE Transactions on Microwave Theory and Techniques. 2004. Vol. 52, iss. 3. P. 1034–1044. doi: 10.1109/TMTT.2004.823582

11. Самуилов А. А., Черкашин М. В., Бабак Л. И. Методика "визуального" проектирования цепей на сосредоточенных элементах для широкополосного согласования двух комплексных нагрузок // Докл. Томского гос. университета систем управления и радиоэлектроники. 2013. № 2 (28). С. 30–39.

12. Montress G. K., Parker T. E., Andres D. Review of SAW Oscillator Performance // Proc. of IEEE Ultrasonics Symp. 1994. Vol. 1. P. 43–54. doi: 10.1109/ULTSYM.1994.401550

13. Chomiki M. SAW Oscillators Fly on Airborne Ra- dars // Microwaves and RF. 2010. Vol. 49, № 6. P. 23–25.

14. Perfect Matching of Reactive Loads Through Complex Frequencies: from Circuital Analysis to Experiments / A. V. Marini, D. Ramaccia, A. Toscano, F. Bilotti // IEEE Transactions on Antennas and Propagation. 2022. Vol. 70, iss. 10. P. 9641–9651. doi: 10.1109/TAP.2022.3177571

15. Galantai A. The theory of Newton’s method // J. of Computational and Applied Mathematics. 2000. Vol. 125. P. 25–44. doi: 10.1016/S0377-0427(00)00435-0

16. Модель варикапа для разработки сверхширокополосных перестраиваемых генераторов СВЧ / В. М. Малышев, Ю. А. Матвеев, А. Б. Никитин, А. В. Худяков // Науч.-техн. ведомости СанктПетербургского государственного политехнического университета. Информатика. Телекоммуникации. Управление. 2014. № 2 (193). С. 55–60.

17. Skyworks Solutions, Inc. URL: https://www.skyworksinc.com/-/media/SkyWorks/Documents/Products/101-200/SMV1405_1430_Series_200068W.pdf (дата обращения 10.05.2023)