Л.А.Белов
устройства формирования
свч-сигналов
и их компоненты
Рекомендовано
Учебно-методическим объединением вузов Российской Федерации
по образованию в области радиотехники, электроники,
биомедицинской техники и автоматизации
в качестве учебного пособия
для студентов высших учебных заведений,
обучающихся по направлению 210300 «Радиотехника»
Москва Издательский дом МЭИ 2010

УДК 621 396 011
ББК 32 84
Б 435
Рецензенты О.А. Челноков, доктортехн наук, профессор, ведущий научный
сотрудник ОАО «Российские космические системы»,
Ю.Е. Лавренко, канд техн наук, доцент Санкт-Петербургского
государственного электротехнического университета «ЛЭТИ»
им В И Ульянова (Ленина)
Белов Л.А.
Б 435 Устройства формирования СВЧ-сигналов и их компоненты
учеб пособ /Л А Белов —М Издательский дом МЭИ, 2010 —
320 с
ISBN 978-5-383-00497-5
Представлены схемы формирования радиосигналов дециметрового, сантимет-
рового, миллиметрового и оптического диапазонов, способы стабилизации частоты
и модуляции параметров, характеристики серийных компонентов СВЧ-устройств
Анализируются параметры тактовых генераторов, источников стабильных по час-
тоте колебаний на основе кварцевых и диэлектрических резонаторов, генераторов с
использованием поверхностных акустических волн и оптоэлектронных линий
задержки, стандартов частоты и времени, твердотельных и вакуумных усилителей
СВЧ различной мощности, умножителей и делителей частоты, смесителей, быстро-
действующих фазовых модуляторов, синтезаторов частот и тд Приведены примеры
структурных схем устройств, выполненных на таких компонентах Дана обширная
справочная база по производителям компонентов, узлов и устройств СВЧ-диапазона
Для студентов старших курсов высших учебных заведений радиотехнических
специальностей и слушателей курсов повышения квалификации Может быть
полезной разработчикам современной электронной аппаратуры СВЧ-диапазона
УДК 621.396.011
ББК 32.84
Учебное издание
Белов Леонид Алексеевич
УСТРОЙСТВА ФОРМИРОВАНИЯ СВЧ-СИГНАЛОВ И ИХ КОМПОНЕНТЫ
Учебное пособие для вузов
Редактор МП Соколова
Технический редактор ТА Дворецкова
Корректоры Е П Севастьянова, В В Сомова
Компьютерная верстка В В Пак
Подписано в печать с оригинал-макета 15 04 10 Формат 60x90/16
Бумага офсетная Гарнитура Тайме Печать офсетная
Уел печ л 20,0 Уел кр -отт 21,0 Уч -изд л 21,0
Тираж 500 экз Заказ С-004
ЗАО «Издательский дом МЭИ», 111250, Москва, Красноказарменная, д 14
тел/факс (495) 361-1681, адрес в Интернет http //www mpei-publishers ru,
электронная почта publish@mpei ru, publish@mpei-publishers ru
Отпечатано в ППП «Типография «Наука», 121099, Москва, Шубинский пер, д 6
©Л А Белов, 2010
ISBN 978-5-383-00497-5 © ЗАО «Издательский дом МЭИ», 2010

ОГЛАВЛЕНИЕ
Список обозначений 5
Список сокращений 7
Предисловие 11
Глава первая. Устройства формирования сигналов СВЧ-диапазона 15
11 Общие сведения о радиосигналах 15
1 2 Технические требования к устройствам
формирования СВЧ-сигналов 20
1 3 Формирование опорных колебаний 22
1 4 Формирование сигналов СВЧ с модуляцией фазы и амплитуды 28
1 5 Формирование сигналов с модуляцией частоты 37
1 6 Формирование многочастотных сигналов 43
Контрольные вопросы к гл 1 47
Глава вторая. Компоненты устройств СВЧ 48
2 1 Компонентная база 48
2 2 Источники колебаний СВЧ-диапазона 49
2 2 1 Параметры и классификация источников колебаний 49
2 2 2 Стабилизация частоты с помощью кварцевых
и ПАВ-резонаторов 53
2 2 3 Генераторы с диэлектрическими резонаторами 60
2 2 4 Тактовые генераторы 71
2 2 5 Генераторы с повышенной стабильностью частоты 76
2 2 6 Генераторы, управляемые напряжением 81
2 2 7 Генераторы с оптоэлектроэлектронной линией задержки 95
2 2 8 Стандарты частоты и времени 96
2 3 Усилители сигналов СВЧ 107
23 1 Малошумящие усилители 113
2 3 2 Твердотельные усилители средней и высокой мощности 122
2 3 3 Широкополосные твердотельные усилители 129
2 3 4 Усилители с расширенными функциональными
возможностями 132
2 3 5 Вакуумные усилители мощности 136
2 3 6 Нелинейные искажения СВЧ-сигналов
в усилителях мощности 142
2 4 Умножители и делители частоты 145
24 1 Умножители частоты 145
242 Делители частоты 152
2 5 Смесители и модуляторы 157
2 5 1 Смесители 157
2 5 2 Модуляторы фазы (задержки) и амплитуды СВЧ-сигналов 170

2 6 Пассивные компоненты СВЧ-трактов 191
Введение 191
2 6 1 Чип-резисторы, чип-конденсаторы,
чип-индуктивные катушки, цепи блокировки 192
2 62 Частотные фильтры 197
2 6 3 Коммутаторы цепей 215
2 6 4 Ослабители, разветвители, согласованные нагрузки 226
2 6 5 Коаксиальные и волноводные соединители 231
Контрольные вопросы к гл 2 239
Глава третья. Синтезаторы стабильных частот 242
3 1 Общие положения 242
3 2 Прямые цифровые вычислительные синтезаторы 244
3 3 Синтезаторы частот с системой фазовой синхронизации 250
3 4 Комбинированные синтезаторы частот и сигналов 265
Контрольные вопросы к гл 3 267
Глава четвертая. Примеры построения устройств формирования
и обработки сигналов СВЧ 268
4 1 Автомобильный радиолокационный датчик доплеровского
смещения частоты 268
4 2 Модем телевизионного вещания и IP-телефонии
на частотах диапазона 5—2150 МГц 270
4 3 Приемопередающее устройство фиксированной беспроводной
связи с диапазоном 2—6 ГГц 273
4 4 Симплексное приемопередающее устройство
с диапазоном 55—64 ГГц 276
4 5 Дуплексное высокоскоростное приемопередающее устройство
с диапазоном 72—82 ГГц 278
4 6 Приемопередающее устройство для базовой станции
сотовой связи 279
4 7 Устройство радиочастотной идентификации объектов 281
4 8 Приемопередающее устройство сигналов стандартов TD-SCDMA 282
4 9 Селективный ретранслятор сигналов дециметрового диапазона 282
4 10 Оконечное устройство волоконно-оптической линии
передачи данных 285
4 11 Приемопередающее устройство сантиметрового диапазона 287
4 12 Коммутируемый двунаправленный ретранслятор
сигналов стандартов CDMA/GSM/G3 288
4 13 Двухчастотный многоканальный приемник базовой станции
сотовой связи 289
4 14 Приемопередающее устройство базовой станции
стандарта WiBro 290
4 15 Радиопередающее устройство диапазона дециметровых волн (ДМВ) 291
Контрольные вопросы к гл 4 295
Приложение. Интернет-адреса, наименования и область
компетентности фирм — производителей компонентов
электронных узлов и устройств 297
Список литературы 315
Предметный указатель 318
4

СПИСОК ОБОЗНАЧЕНИЙ
S(f) — комплексный спектр
6(/) — сопряженный по Гильберту
сигнал
X — длина волны колебания
т — период следования битов
манипуляции
А — девиация фазы
а — дисперсия гауссовского
фильтра
\S(f)\ — амплитудный спектр
v(/) — вариация частоты
со(0 — мгновенная круговая частота
5(0 — импульсная функция
Ау — шаг по частоте
А, — отклонение фронта сигнала
от заданного значения
ФЛ — начальная фаза на к-м
интервале
тд — интервал дискретизации
ти — период следования
информационных символов
dk — значение бита на к-м
интервале
e(t) — сигнал
F — отстройка от несущей
частоты
f0 — несущая частота,
резонансная частота ДР
FB, FH — верхняя и нижняя граничные
значения полосы частот
/л — частота дискретизации
FH — частота следования
информационных символов
FMoa — полоса пропускания по цепи
модуляции
fn — частота повторения сигнала
fCT — частота стандарта
G0 — малосигнальный
коэффициент усиления
/(0 — синфазная составляющая
модулирующего сигнала
к — номер отсчета, постоянная
Больцмана
Кг — код частоты
кР — пик-фактор мощности
L — длина диэлектрического
резонатора
п — номер гармоники
yv0 — фактор шума (Noise Factor)
NF — коэффициент шума (Noise
Floor)
Fmax — максимальная мощность
Рср — средняя мощность
Q — добротность резонатора
Q(t) — квадратурная составляющая
модулирующего сигнала
R — объем накопителя фазы в
ЦВС
S (F) — спектральная плотность
мощности фазового шума
SAF) — спектральная плотность
мощности частотного шума
SP(f) — спектральная плотность
мощности
/ — текущее время
Т — абсолютная температура
в Кельвинах
Тн — время наблюдения
u(t) — высокочастотный
радиосигнал
U(t) — амплитуда сигнала
U0 — опорная амплитуда
u0(t) — модулирующий сигнал
yH(t) — нечетные биты (дибиты)
y4(t) — четные биты (дибиты)
е(0 — вариация фазы
ц(0 — вариация амплитуды
v — индекс модуляции частоты
ф(0 — текущая фаза
5

cpw — начальная фаза и-й
гармоники
Aq — постоянная составляющая
Ап — амплитуда и-й гармоники
В — скорость манипуляции
Вс — база сигнала
Е — энергия сигнала
Е — напряжение управления
частотой
Пс — занимаемая сигналом полоса
частот
Рвх ( дБ — мощность входного сигнала,
при которой коэффициент
передачи уменьшается
на 1 дБ относительно
малосигнального значения
"вх/РЗ— мощность двухчастотного
входного сигнала, при
которой уровни
составляющих 3-го порядка
равны уровню основных
Рвых /рз — МОЩНОСТЬ ВЫХОДНОГО
сигнала, при которой уровни
составляющих 3-го порядка
равны уровню основных
Рвх нас — входная мощность, при
которой наступает режим
насыщения
Тп — период повторения сигнала
Тс — длительность сигнала
ФЛ(/) — ступенчатая кодирующая
функция изменения фазы

СПИСОК СОКРАЩЕНИЙ
Сокращение
АБГШ
АМ/АМ
АМ/ФМ
АРУ
АЦП
АЧХ
МОП БД
БПФ
БТ
ВМС
воле
ГВЗ
ГУН
гчм
дмв
ДР
жиг
Наименование
Аддитивный белый
гауссовский шум
Преобразование входной
амплитудной модуляции
в выходную
Преобразование
амплитудной модуляции
в фазовую
Автоматическая
регулировка усиления
Аналого-цифровой
преобразователь
Амплитудно-частотная
характеристика
Металл—оксид—
полупроводниковая
структура с боковой
диффузией
Быстрое преобразование
Фурье
Биполярный транзистор
с гетероструктурой
Внеполосный
манипуляционный спектр
Волоконно-оптическая
линия связи
Групповое время
запаздывания
Генератор, управляемый
напряжением
Гауссовская частотная
манипуляция
Дециметровые волны
Диэлектрический
резонатор
Железоиттриевый гранат
Англоязычный
эквивалент
AWGN
АМ/АМ
АМ-РМ
AGC
ADC
AFC
LDMOS
FFT
НВТ
OBPS
LFO
GD
VCO
GMSK
DMW
DR
YIG
Англоязычное
наименование
Additive White
Gaussian Noise
Amplitide-Amplitide
Conversion
Amplitide-Phase
Conversion
Automatic Gain
Control
Analog-to-Digital
Converter
Amplitide Frequency
Characteristic
Laterally Diffised
Metal-Oxid-Silicon
Fast Fourier Transform
Heterostructure
Bipolar Transistor
Out-of-Band Power
Spectrum
Line Fiber Optic
Group Delay
Voltage Controlled
Oscillator
Gaussian Minimal
Shift Key
Deci Metric Waves
Dielectrical Resonator
Yttrium Iron Garnet
7

Продолжение списка сокращений
Сокращение
~ЙМЙ
ИТ
КАМ
КвГ
КвФМн
КВЧ
Клистрод
КМОП
кпд
КСВН
ЛБВ
ЛЧМ
МДКР
МДЧР
МККР
ммв
МОП
мпл
М-ФМн
мчм
Наименование
Интермодуляционные
искажения
Интернет-телефония
Квадратурная амплитудная
модуляция
Кварцевый генератор
Квадратурная фазовая
манипуляция
Крайне высокие частоты
Комбинация пролетного
клистрона и тетрода
Комплементарная
структура металл—
оксид—полупроводник
Коэффициент полезного
действия
Коэффициент стоячей
волны по напряжению
Лампа бегущей волны
Линейная частотная
модуляция
Множественный доступ с
кодовым разделением
каналов
Ортогональное уплотнение
с частотным разделением
Международный
консультативный комитет
по радиосвязи
Миллиметровые волны
Полевой транзистор
на структуре металл —
оксид—полупроводник
Микрополосковая линия
М-позиционная фазовая
манипуляция
Минимальная частотная
манипуляция
Англоязычный
эквивалент
Imd
VoIP
QAM
ХО
QPSK
EHF
ЮТ
CMOS
РАЕ
VSWR
TWT
LFM
CDMA
OFDM
CCIR
WMM
MOSFET
MSL
MPSK
MSK
Англоязычное
наименование
InterModulation
Distortion
Voice over Internet
Protocol
Quadrature Amplitude
Modulation
Crystal Oscillator
Quadrature Phase Shift
Keying
Extremely High
Frequency
Inductive Output Tube
Complementaire
Structure Metal-Oxid-
Semiconductor
Power Added
Efficiency
Voltage Standing
Wave Ratio
Traveling-Wave Tube
Linear Frequency
Modulation (Chirp,
Sweep)
Code-Division
Multiple Access
Orthogonal Frequency
Division Multiplexing
Сотки Consultatif
International des
Radiocommunications
Waves Milli-Metricals
Metal-Oxid-
Semiconductor Field-
Effect Transistor
Micro-Stripe Line
Multiple Phase-Shift
Keying
Minimal Shift Keying
8

Продолжение списка сокращений
Сокращение
МШУ
мэмс
нвдп
ОАВ
ог
оэг
ПАВ
ПЗФ
пм
ППФ
пес
ПФМ
пч
РЧ
РЧИД
СВЧ
ско
емв
СМИ
СПМФШ
сч
сшп
Наименование
Малошумящий усилитель
Микроэлектромеханиче-
ская система
Низковольтовая
дифференциальная
передача сигналов
Объемная акустическая
волна
Опорный генератор
Оптоэлектронный
генератор
Поверхностные
акустические волны
Полосно-заграждающий
фильтр
Поверхностный монтаж
Полосно-пропускающий
фильтр
Побочные спектральные
составляющие
Пик-фактор мощности
Промежуточная частота
Радиочастотный
Радиочастотная
идентификация
Сверхвысокие частоты
Среднее квадратическое
отклонение
Сантиметровые волны
Сигнал со многими
ортогональными несущими
частотами
Спектральная плотность
мощности фазового шума
Синтезатор частот
Сверхширокополосный
Англоязычный
эквивалент
"ЕЖ
MEMS
LVDS
BAW
LO
ОЕО
SAW
BRF
SMT
BPF
PAPR
IF
RF
RFID
SHF
—
SHF
OFDM
PSDPN
FS
UWB
Англоязычное
наименование
Low Noise Amplifier
Micro-Electro-
Mechanical System
Low Voltage
Differential Signaling
Bulk Acoustic Wave
Local Oscillator
Opto-Elecronic
Oscillator
Surface Acoustic
Waves
Band Reject Filter
Surface Mount
Technology
Band Pass Filter
Spurious
Power Average Peak
Ratio
Intermediate
Frequency
Radio Frequency
Radio Frequency
Identification
Super High Frequency
Average
Super High Frequency
Ortogonal Frequency
Division Multiplexing
Power Spectral
Densitie Phase Noise
Frequency Synthesizer
Ultra Wide Band
9

Окончание списка сокращений
Сокращение
Ткч
ТТЛ
УВЧ
ФАПЧ
ФВЧ
ФД
ФМ
ФМн
ФНЧ
ЦАП
ЦВС
ЧМ
ЧМНФ
ЧФД
шпс
эмс
2ФМ
4ФМ
4ФМС
8ФМ
Наименование
Температурный
коэффициент отклонения
частоты
Транзисторно-связанная
логика
Ультравысокие частоты
Фазовая автоподстройка
частоты
Фильтр верхних частот
Фазовый детектор
Фазовая модуляция
Фазовая манипуляция
Фильтр нижних частот
Цифроаналоговый
преобразователь
Цифровой
вычислительный
синтезатор
Частотно-модулированный
Частотно-
манипулированный
с непрерывной фазой
Частотно-фазовый
детектор
Широкополосный сигнал
Электромагнитная
совместимость
Двухпозиционная фазовая
манипуляция
Четырехпозиционная
фазовая манипуляция
Квадратурная модуляция
со сдвигом
Восьмипозиционная
фазовая манипуляция
Англоязычный
эквивалент
тш
TTL
UHF
PLL
HPF
PD
РМ
PSK
LPF
DAC
DDS
FM
PCF MSK
FPD
WBS
ЕМС
BPSK
QPSK
OQPSK
8PSK
Англоязычное
наименование
Drift Rate with
Temperature
Transistor-Transistor
Logic
Ultra High Frequency
Phase Locked Loop
High Pass Filter
Phase Detector
Phase Modulation
Phase Shift Keying
Low Pass Filter
Digital-to-Analog
Converter
Direct Digital
Synthesizer
Frequency Modulation
Phase Continuous
Frequency Shift
Keying
Frequency-Phase
Detector
Wide Band Signal
ElectroMagnetic
Compatibility
Binary Phase Shift
Keying
Quaternary Phase Shift
Keying
Offset Quaternary
Phase Shift Keying
8-Phase Shift Keying

ПРЕДИСЛОВИЕ
Памяти моей дочери
Юлии Леонидовны Роговой
Автор
Настоящая книга написана как учебное пособие для студентов,
обучающихся по направлению подготовки 210300 «Радиотехника» и
выполняющих курсовое и дипломное проектирование по тематике
«Формирование и обработка радиосигналов СВЧ» Она является раз-
витием учебного пособия [1], рекомендованного Учебно-методиче-
ским объединением высших учебных заведений России по этому
направлению в соответствии с действующим Государственным обра-
зовательным стандартом для специальностей, входящих в направле-
ние 210300 «Радиотехника» Устройства генерирования колебаний и
формирования сигналов изучаются студентами всех специальностей
этого направления, выполнение курсовых проектов предусмотрено
по этой или ряду смежных дисциплин, затрагивающих устройства
формирования и обработки радиосигналов СВЧ- и оптического диапа-
зона, тракты их передачи и усиления, радиосистемы на основе сигна-
лов с цифровыми видами модуляции. Начальные представления, раз-
вивающие материал, изложенный в [1] по вопросам построения
устройств формирования сигналов СВЧ и оптического диапазонов,
могут быть получены из учебного пособия [2], а также из другой спе-
циальной литературы В то же время систематическое изложение
современного состояния этой техники и разнообразных узлов и суб-
систем, являющихся компонентами устройств СВЧ, в учебной лите-
ратуре отсутствует
Современный этап развития радиоэлектроники характеризуется
разветвленной системой международного разделения труда в разра-
ботке и выпуске материалов, компонентов и субсистем электронных
устройств СВЧ и оптического диапазона, быстрым обновлением про-
дуктового ряда в связи с жестокой конкуренцией разработчиков и
производителей в этой области и информационной революцией в
отношении доступа к сведениям об основных параметрах и характе-
ристиках серийных изделий на мировом рынке Расширяется зона
радиотехнических применений микроэлектромеханических систем
(МЭМС) и нанотехнологии выращивания многофункциональных
твердотельных структур; осваиваются коротковолновая часть санти-
11

метрового и миллиметровый диапазоны длин волн; повышается про-
пускная способность волоконно-оптических линий передачи данных;
заметны революционные достижения в направлении повышения
энергетической эффективности и линейности усилителей мощности,
стабильности частотно-временных параметров источников опорных
колебаний и др. Миграция научно-технических кадров и развитие
новых технологий приводят к углублению различия в уровнях дости-
жений и возможностей между передовыми разработчиками и произ-
водителями, с одной стороны, и рядовыми предприятиями, с другой
В силу отмеченных выше особенностей высшее профессиональ-
ное образование по радиотехническому направлению сталкивается с
исключительными трудностями в связи с обилием вариантов компо-
нентов аппаратуры формирования и обработки СВЧ-сигналов на
мировом рынке, быстрым внедрением новых сложных видов радио-
сигналов с цифровыми видами модуляции и обновлением достижи-
мых значений технических параметров.
Большие проблемы возникают при выполнении курсового и дип-
ломного проектирования из-за отсутствия единого методического под-
хода к сравнению вариантов создания устройств, использующих раз-
нообразную компонентную базу серийных элементов, недостаточного
понимания обучающимися деталей англоязычных технических описа-
ний компонентов и необходимости комплексного подхода к проекти-
рованию СВЧ-устройства. Процесс обучения молодых специалистов
серьезно отстает от потребностей отечественных научно-исследова-
тельских и промышленных предприятий. Специалистам в области
радиотехники становится все труднее следить за развитием науки,
понимать новые технические решения. Пособия и материалы,
доступные для студентов при выполнении курсового и дипломного
проектирования по дисциплинам формирования радиосигналов, в
значительной мере устарели и не отражают современного состояния
техники
Цель данного пособия — облегчить адаптацию обучающихся к
быстро меняющемуся миру радиосигналов с цифровыми видами
модуляции и к открытому мировому рынку электронных компонен-
тов, чтобы сгладить указанные противоречия
Данное пособие явилось результатом многолетней деятельности
автора и его коллег по Институту радиотехники и электроники
им. В А Котельникова Московского энергетического института (тех-
нического университета) в сотрудничестве с рядом предприятий
электронной и радиотехнической отрасли по подготовке специали-
стов в направлении устройств формирования радиосигналов СВЧ- и
оптического диапазонов с высокими требованиями к погрешностям
12

Расположение материала в книге в известной мере условно Автор
старался дать, с одной стороны, введение в многообразный мир совре-
менных сигналов и электронных СВЧ-компонентов с неизбежными
техническими погрешностями, привести определения их основных
параметров, а с другой стороны, показать более широкий взгляд на
различные аспекты характеристик и свойств сигналов, цепей, узлов и
подсистем современной электроники СВЧ, сравнить известные на
мировом рынке продукты, обладающие разными сочетаниями важ-
ных свойств Материал пособия призван не дать полный набор сведе-
ний для проектирования таких устройств, а стимулировать и облег-
чить самостоятельную работу обучающихся при освоении мировых
достижений в области радиотехники и электроники СВЧ
Книга содержит четыре главы и приложение. В главе 1 рассмот-
рены общие сведения о современных сигналах цифровых систем раз-
ного назначения и изложены структурные схемы устройств формиро-
вания высокостабильных опорных колебаний и манипулированных
по фазе, частоте и/или амплитуде сигналов Обширная глава 2 содер-
жит анализ конкретных типов компонентов и узлов устройств фор-
мирования и обработки сигналов радиочастотного, микроволнового
и оптического диапазонов Оставляя в стороне вопросы выбора
радиотехнических материалов и технологии монтажа, оказалось
необходимым охватить не только активные электронные узлы в их
линейных и нелинейных режимах, но и так называемые пассивные
(частотные фильтры, аттенюаторы, блокировочные и подстроечные
элементы, соединители и др.), которые в диапазоне СВЧ оказывают
существенное влияние на характеристики устройства в целом Для
каждого класса компонентов приведены корректные определения
технических параметров, которыми характеризуется их качество
Глава 3 содержит минимальные сведения об интегральных микросхе-
мах, представляющих собой субсистемы синтеза стабильных по час-
тоте колебаний, в ряде случаев с модуляцией параметров. В главе 4
даны примеры структурных схем ряда устройства формирования и
обработки СВЧ-сигналов на основе имеющейся на мировом рынке
компонентной базы
Каждая глава заканчивается контрольными вопросами, которые
могут служить для самопроверки обучающимися понимания изло-
женного материала В приложении даны подборка электронных адре-
сов и области интересов основных фирм — производителей рассмот-
ренных в книге компонентов.
Автор выражает глубокую благодарность Г.П. Беловой и безвре-
менно ушедшей Ю.Л. Роговой за поддержку, бесконечное терпение и
помощь; искреннюю признательность В Н. Кочемасову за содействие
13

в выборе направления работы и базы данных электронных компо-
нент; О А. Челнокову и В И. Гусевскому за помощь в разработке
практически значимых задач электроники, устройств формирования
и обработки сигналов. Автор с большой благодарностью и призна-
тельностью отмечает вклад в создание книги своего учителя
М В Капранова и коллег по Институту радиотехники и электроники
им. В.А Котельникова МЭИ (ТУ), а также коллектива кафедры фор-
мирования колебаний и сигналов.
Пособие предназначено для студентов старших курсов радиотех-
нических специальностей, слушателей курсов повышения квалифи-
кации и разработчиков современной электронной аппаратуры СВЧ-
диапазона.
Профессор!!А Белов

Глава первая
УСТРОЙСТВА ФОРМИРОВАНИЯ СИГНАЛОВ
СВЧ-ДИАПАЗОНА
1.1. Общие сведения о радиосигналах
Под сообщением понимается [1] совокупность сведений, подлежа-
щих передаче Содержанием сообщения является информация, т е. те
сведения, которые неизвестны получателю до приема сообщения.
Средством передачи сообщения служит сигнал — физический про-
цесс (явление), несущий информацию или предназначенный для ее
передачи. В сигнале присутствуют несколько компонентов: физиче-
ский носитель, форма выражения, интерпретация, правила припи-
сывания смысла. Физическим носителем сигналов могут быть,
например, электрические колебания в цепях, электромагнитные или
акустические волны в той или иной среде, механические изменения
и т.д. В радиотехнических системах передачи информации [2—5]
сигналом выступает обычно функция времени e(t) Колебанием назы-
вают в таких системах выходное напряжение опорного источника
радиочастоты, задающего шкалу времени.
Различают непрерывные и дискретные, те. квантованные по
уровню или по времени, аналоговые сигналы. Сигналы, дискретизо-
ванные одновременно по уровню и по времени, называют цифро-
выми; они могут быть представлены в виде последовательности
чисел с конечным числом разрядов
Непрерывный детерминированный сигнал e(t) характеризуется
[6,7] основными параметрами: длительностью и занимаемой
полосой частот Длительностью Тс сигнала называют отрезок
времени /, в котором сосредоточена определенная (по умолчанию
оо
95 %) часть энергии сигнала Е = \e2{t) At, а занимаемой полосой
О
частот Y\C = FB-FH — полосу частот между верхним FB и нижним FH
граничными значениями, в которой сосредоточена определенная (по
умолчанию 95 %) часть энергии сигнала Е Функция e(t) известна на
конечном интервале времени наблюдения 0 < / < Тн, но часто условно
ее продолжают на бесконечный непрерывный интервал -оо< / < оо.
15

Произведение Вс = ГСПС называют базой сигнала. Численное зна-
чение Вс > 1 отражает информационную избыточность сложного
сигнала по отношению к простому, для которого база примерно
равна единице
Наряду с функцией времени e(t), сигнал характеризуют комплекс-
ной спектральной плотностью прямого преобразования Фурье (далее,
по умолчанию, спектром)-
оо
S(f)= je(t)exp(-j2nft)dt. (1.1)
-ОО
Спектр (1.1) определен для положительных и отрицательных зна-
чений частоты Часто область отрицательных частот отображается на
область положительных частот, численные значения суммируются с
учетом знака ординаты. В таком случае говорят об одностороннем
преобразовании Фурье.
Модуль комплексного спектра \S(f)\ называется амплитудным
спектром сигнала, так как он дает представление о распределении
амплитуд преобразования Фурье по частоте Для сигналов СВЧ-
диапазона используется, как правило, односторонняя спектральная
плотность мощности (СПМ) сигнала Sp(f) = \S(f)\ — средняя
квадратическая мощность, развиваемая на сопротивлении в 1 Ом в
полосе частот шириной 1 Гц.
Если сигнал e{i) периодический с периодом ТП = 1 //п, где /п —
частота повторения, то он может быть представлен в виде тригоно-
метрического ряда
оо
e(t) = (A0/2)+ ^^„С08(2тгА7/1/ + ф/7), (1.2)
п=\
где А0 — постоянная составляющая; Ап — амплитуды первой (для
п = 1) и высших (для п = 2, 3, . ., оо) гармоник с частотами w/j; (р„ —
начальные фазы гармоник Излученный антенной радиосигнал не
содержит постоянной составляющей. Без учета технических
погрешностей реализации (нестабильностей амплитуды и фазы во
времени) спектр периодического сигнала является дискретным (или
линейчатым)
Наряду с тригонометрической формой (1 2) описания сигнала
используется комплексная форма
оо
e{t)= £ с||ехр(2тс/1/1/), (1.3)
п = - оо
16

772
где сп = — \ e{t) exp {-jlnnf^t) At — комплексная амплитуда я-й
-Т/2
гармоники
По комплексной спектральной плотности сигнала S(f), опреде-
ленной для всех частот, можно восстановить исходный сигнал с
помощью обратного преобразования Фурье-
оо
e(t)= J S(f) exp (J271/0 d/ (1.4)
-ОО
Принято отличать сигнал общего вида e(t), который, как правило,
имеет широкую занимаемую полосу частот, от высокочастотного
радиосигнала u(t), который имеет более узкую полосу излучаемых
частот и не имеет постоянной составляющей При этом сигнал e(t)
может играть роль модулирующего для несущего колебания u0(t) при
изменении параметров радиосигнала u(t) по тому или иному закону
Техника передачи данных с помощью сверхширокополосных (в том
числе хаотических) несущих колебаний интенсивно развивается
[8,9]
Сигнал u(t), передаваемый по радиоканалу с узкой полосой в
окрестности несущей частоты^, имеет почти гармоническую форму
с модуляцией параметров и может быть представлен в виде
и(0 =U0[\+ \i(t)]cos[2nf0t + Фо + 8(0], (1.5)
где U0 — амплитуда; \x(t) — нормированная к U0 вариация
амплитуды; ф0 — значение фазы несущего колебания в момент
времени / = 0; s(0 — выраженная в радианах вариация текущей фазы
ф(/) Между вариацией текущей фазы е(0 и вариацией текущей
частоты v(0 имеется взаимно однозначная связь
s(0= (l/2rc)Jv(0d/; v(0 = 2тг ds(t)/dt, (1.6)
поэтому способы фазовой и частотной модуляции имеют общее
наименование- угловая модуляция
В современных радиотехнических устройствах для снижения тех-
нических погрешностей используют дискретизацию модулируемого
параметра по времени, так что значения фазы или частоты прини-
мают дискретные значения. Соответствующий сигнал может быть
фазоманипулированным (ФМн), частотно-манипулированным (ЧМн)
или иметь кодоамплитудную модуляцию (КАМ), когда от одного
информационного символа к другому изменяются одновременно
амплитуда и фаза Используются также более сложные сигнальные
конструкции
17

Для однозначного представления сложного сигнала в квазигармо-
нической форме (1 5) необходимо, чтобы амплитуда и фаза изменя-
лись медленно по сравнению с периодом несущего колебания Тп, что
соответствует условиям
|dji(/)/df|«l; |v(0//0l«l (1.7)
В спектральном представлении условие (1.7) означает, что полоса
частот, занимаемая спектром функций ц(/) и e(f), должна быть
значительно меньше, чем несущая частота^.
При скачкообразном изменении параметров (амплитуды, фазы
или частоты) вместо условия (1 7) необходимо, чтобы длительность
фронта изменения соответствующего параметра Хф была значительно
меньше, чем длительность информационного символа ти. В спект-
ральном представлении этому соответствует условие* полоса частот,
занимаемых модулирующим сигналом, должна быть значительно
(например, в 10 — 50 раз) больше, чем частота следования информа-
ционных символов FH = 1 /хи
Если условие квазистационарности модуляции (1.7) не выполня-
ется, то иногда используют понятие аналитического сигнала [9],
который определяется как
z(t) = u(t)+ju(0, (1.8)
оо
где u(t) = (-1/7С) J ^^ dx — сопряженный по Гильберту с u(t)
-ОО
сигнал Для комплексного аналитического сигнала z(t) однозначно
определяются его модуль огибающей (амплитуда) и аргумент фазы
\z(t)\ = Ju2(t) + P(t) ; q>z(/) = arctg [u{t)lu{t)] (1.9)
Если условие (1.7) выполняется, то аналитический сигнал (1.8)
совпадает с квазигармоническим сигналом (1.5). В противном случае
сигнал (1.8) следует относить к сверхширокополосным (СШП)
сигналам, для которых занимаемая полоса сравнима со средней
частотой Для СШП-сигналов применение преобразования Гильберта
и комплексной формы (1.8) может открыть определенные
возможности их анализа, формирования и обработки В частности,
это позволяет для не вполне узкополосных сигналов применить
хорошо разработанный аппарат квадратурной обработки, а также
использовать для них понятие мгновенной круговой частоты со(/) =
= 2*/(/) = d(pz(0/d/.
Одной из характеристик сигнала несинусоидальной формы
является пик-фактор мощности kp = Pmax/Pcp (в англоязычной
18

литературе Power Average Peak Ratio — PAPR, или Crest Factor =
= VPAPR ), который характеризует отношение его наибольшей мощ-
2 'г о
ности Pmax = max [е (/)] к средней мощности Рср = (\/t)\e(t)z dt
О
Непрерывный аналоговый сигнал e(t) может быть представлен
выборочными значениями, взятыми через заданный интервал дис-
кретизации по времени тд (как правило, постоянный):
оо
e(t)= £ е(*тд)5(/-*тд), (1 10)
к = -оо
где 5(0 — импульсная функция, равная нулю всюду, кроме точки / = 0,
и имеющая площадь, равную единице; к — номер отсчета Если
отсчеты сигнала дискретизованы по уровню, то сигнал можно
представить массивом цифровых отсчетов {ек}. Использование
цифрового представления сигналов требует правильного выбора
частоты дискретизации сигнала по времени/д = 1 /хд по отношению к
его длительности Тс В соответствии с теоремой В.А Котельникова
[6] отношение длительности сигнала Тс к периоду дискретизации тд
должно быть более двух*
Гс/тд>2 (111)
Для того чтобы погрешность от дискретизации сигнала по вре-
мени не превосходила погрешности от дискретизации его по уровню,
предъявляется дополнительное требование, чтобы суммарная мощ-
ность спектральных компонент сигнала за пределами половины от
частоты дискретизации не превышала младшего разряда цифрового
представления его ординат Результатом этого требования является
необходимость либо значительного превышения отношения Гс/тд над
числом 2, либо использования частотных фильтров с высокой прямо-
угольностью амплитудно-частотной характеристики (АЧХ) на входе
узлов аналого-цифрового преобразования [10].
При выполнении условия (1.11) спектр, полученный с помощью
цифрового преобразования Фурье, близок к спектру исходного анало-
гового сигнала только на интервале частот от нуля до/д/2. На после-
дующих интервалах частот возникают ложные (в том числе зеркаль-
ные) спектры (в англоязычной литературе — aliasing). На
использовании таких частотных полос основана возможность расши-
рения области применимости некоторых аналого-цифровых узлов
обработки СВЧ-сигналов (см. далее, § 2 10).
19

1.2. Технические требования к устройствам
формирования СВЧ-сигналов
В литературе используют различные наименования диапазона
сверхвысоких частот (СВЧ). В соответствии с международной
метрической системой [11] различают диапазоны: 0,03 — 0,3 ГГц —
очень высокие частоты (ОВЧ); 0,3 — 3 ГГц — ультравысокие частоты
(УВЧ) — Ultra High Frequency — UHF или дециметровые волны
(ДМВ); 3 — 30 ГГц — сверхвысокие частоты (СВЧ) — Super High
Frequency — SHF или сантиметровые волны (СМВ); 30—300 МГц —
крайне высокие частоты (КВЧ) — Extremely High Frequency — EHF
или миллиметровые волны (ММВ) В соответствии со стандартом
IEEE Std.521—2002 применяют буквенные обозначения полос (Band)
частот: L — 1*2 ГГц; S — 2*4 ГГц; С — 4*8 ГГц; X — 8* 12 ГГц;
Ки — 12*18 ГГц; К — 18*26,5 ГГц; Ка— 26,5*40 ГГц; Q —
30*50 ГГц; U — 40^60 ГГц; V — 50*75 ГГц; Е — 60*90 ГГц; W —
75*110 ГГц; F — 90*140 ГГц; D— 110*170 ГГц (рис 1 1)
Обширный диапазон СВЧ разделяется на ряд участков с
относительной шириной по частоте менее октавы В пределах таких
участков параметры эквивалентных электрических схем можно
считать неизменными и использовать однотипные принципы
конструирования компонентов и технологию их монтажа
Иногда употребляют термин микроволны (microwave), относя к ним
в широком смысле электромагнитные колебания с частотами
1 ГГц — 3 ТГц, в более узком — с частотами 1—40 ГГц. В
дальнейшем будем использовать наименование СВЧ в этом
последнем смысле, понимая его так, что для технической реализации
узлов и цепей в этом интервале частот необходимо применять
базовые электронные компоненты, имеющие эквивалентные схемы с
сосредоточенными параметрами, которые соединяются между
узлами с распределенными в пространстве параметрами (линиями
передачи, резонаторами, объемными структурами)
овч увч свч квч
1 h
MB
VHF
Радио
ДМВ
UHF L
шастоты
—h-
s
С
Микровол
СМВ
Х 1 К» i
ны
К
Н 1
ММВ
Ка , U , Е , F,
i i i
Q V W
0,1 0,3 13 10 30 100
Частота, Г Гц
Рис. 1.1. Соответствие обозначений диапазонов частот и длин волн (а), полос СВЧ (б)
и интервалов частот (в)
20

К техническим устройствам формирования и обработки сигналов
СВЧ предъявляются требования выполнения заданного закона функ-
ционирования с малыми погрешностями. Выбор допустимых значе-
ний погрешностей существенно зависит от назначения системы Реа-
лизация устройства, характеризуемого совокупностью основных
параметров с учетом погрешностей, является компромиссной инже-
нерной задачей, решение которой неоднозначно и определяется воз-
можностями текущего состояния рынка электронных компонентов и
доступной технологией их соединения, создания конструкции уст-
ройства заданного назначения.
Устройства формирования и обработки аналоговых сигналов СВЧ
характеризуются [12—15] следующими основными параметрами*
формой входных и выходных сигналов (или близкой к синусои-
дальной, или близкой к двухуровневой — трапецеидальной либо про-
извольной);
полосой частот входных (модулирующих, опорных радиочастот-
ных) и выходных (модулированных радиочастотных, детектирован-
ных, пропорциональных вариациям параметров) сигналов;
мощностью входных и выходных сигналов на определенной
нагрузке (по умолчанию — на активной нагрузке сопротивлением
50 Ом) или значением уровней тока (напряжения) на определенной
нагрузке;
полным сопротивлением входных и выходных цепей, допустимым
значением коэффициента отражения для них;
допустимым уровнем паразитных параметров выходных сигналов
[сосредоточенных спектральных компонент, высших гармоник,
шумовых составляющих при определенных отстройках, неравномер-
ности спектральной плотности мощности (СПМ), мешающей моду-
ляции и др ];
интервалом допустимых внешних климатических (температуры,
давления, влажности, проникающей радиации с учетом циклич-
ности) и механических (вибраций, ударов с учетом направления) воз-
действий;
присоединительными характеристиками (видом соединителей,
разъемов);
характеристиками коммутации режимов функционирования
(механическое, электрическое аналоговое, цифровое переключение,
вид интерфейса, быстродействие по цепям управления);
массогабаритными показателями, характеристиками энергопо-
требления, надежностью, сроком службы и т.д
Ввиду большого разнообразия сочетаний параметров важнейшие
из них будут рассматриваться при анализе характеристик отдельных
компонентов.
21

1.3. Формирование опорных колебаний
Для правильного функционирования любого электронного сред-
ства необходим источник опорных периодических колебаний с
достаточно высокой стабильностью частоты повторения, предназна-
ченный для синхронизации процессов, для модуляции сигналов по
закону передаваемого сообщения или для выделения полезной
информации.
Сигнал на выходе автономного опорного генератора можно запи-
сать в виде
и(0 = U{t) cos [2nf0t + £(/)], (112)
где U(i) — амплитуда; /0 — несущая частота; е(/) — случайные
отклонения фазы от линейного во времени закона 2я/^/
Опорные сигналы для цифровых схем часто имеют несинусо-
идальную, например трапецеидальную, форму изменения во вре-
мени. В этом случае вместо непрерывной случайной функции е(7)
рассматривается последовательность {А,} отклонений моментов вре-
мени перехода сигнала через установленное граничное значение
между верхним и нижним уровнями. Случайный процесс А, называют
дрожанием фронта (Jitter), его среднее квадратическое значение
измеряется в пикосекундах. После нормирования к периоду повторе-
ния сигнала Тп = 1 //п и перехода к радианной мере величина 2tc/qA/
имеет смысл последовательности значений отклонения вариации
фазы s(/) в моменты нулевых значений сигнала u(t)
Радиочастотная СПМ опорного сигнала Sp(f) по отношению к
мощности несущего колебания в полосе 1 Гц измеряется в децибелах
на герц (дБ/Гц). Основная часть мощности сосредоточена в окрест-
ности несущей частоты f0 (рис 1.2). Форма несущего колебания
опорного источника всегда не вполне синусоидальна, а для цифро-
вых схем используют источники колебаний двухуровневой (трапеце-
идальной) формы. Поэтому зависимость SP(f) в широкой полосе
частот имеет заметные гармоники вблизи удвоенной 2f0 и утроенной
3f0 несущей частоты, а также вблизи ее гармоник более высокой
кратности
В радиотехнических системах с угловой модуляцией исключают
влияние амплитудных нестабильностей и в качестве основной харак-
теристики высокостабильного генератора опорных колебаний
используют характеристику СПМ фазового шума S'(F) — зависи-
мости среднего квадрата отклонения фазы от ее номинального значе-
ния, приходящегося на полосу в 1 Гц, под действием шумов при
22

Sp(f), дБ/Гц
1
J |||
]ШШТ!Ш
600 700 800 900 1000 1100 1200 1300 1400/, кГц
Рис. 1.2. Примерный вид СПМ радиочастотного колебания вблизи несущей частоты
отстройке частоты F от несущей Ее ординаты имеют единицу изме-
2
рения радиан в квадрате на герц (рад /Гц) Поскольку S (F) вызыва-
ется действием шумовых полос по обе стороны от несущей, разли-
чают двустороннюю (Double Site Bande — DSB) и одностороннюю
(Single Site Bande — SSB) СПМ фазового шума. Ординаты SSB в
предположении о симметрии формы Sy(F) в 2 раза (на 3 дБ) выше,
чем DSB. Зависимость Sy(F) характеризует шумовые процессы в
источнике колебаний Уровень и частотная граница той зоны этой
характеристики, в которой фазовый шум не зависит от отстройки,
определяет белый фазовый шум, вызванный аддитивными источни-
ками, находящимися вне кольца обратной связи автогенератора Гра-
ницы и уровни зоны, в которой значение SJF) убывает примерно
пропорционально \/F, характеризуют фазовый фликкер-шум, обус-
ловленный, главным образом, шумами усилителей и умножителей
23

частоты в составе тракта сигнала опорного генератора Границы и
уровни зоны, в которой значение S(F) убывает примерно пропорци-
2
онально 1/F , характеризуют белый частотный шум, вызванный
источниками аддитивного шума на входе управляемого по частоте
генератора Различают также зону частотного фликкер-шума и зону
шума случайных блужданий, в которых показатель степени зависи-
мости S'(F) имеет более высокие значения Наряду с СПМ S (F) или
вместо нее используют следующие характеристики: СПМ часто-
2 2
тного шума (Гц /Гц) SAF) = F ^(F); СПМ относительных откло-
нений частоты (1 /Гц) Sy(F) = (F/f^S^F)
Требования к относительной нестабильности частоты источника
опорных колебаний существенно различаются в зависимости от вре-
мени наблюдения и характерной для каждой радиосистемы скорости
передачи информации: от значений порядка 5 • 10~ за 1 с для линий
сотовой мобильной связи до 5* 10" и выше для радионавигации,
линий дальней космической связи, стандартов частоты и времени В
качестве единиц измерения относительной нестабильности частоты
опорных генераторов используют тысячные (промилле — %о), мил-
лионные (пропромилле — ррт, млн- ), биллионные (миллиардные —
ppb, млрд- ) доли
Повышение стабильности частоты источников опорных колеба-
ний требует применения дополнительных технических решений,
которые усложняют тракт опорных колебаний и возможны не в
любом частотном диапазоне Кроме того, в каждой радиотехнической
системе возникает необходимость в использовании нескольких перио-
дических колебаний разных частот и диапазонов, связанных между
собой условием когерентности* изменения их разности фаз, приве-
денной к высшей частоте, не должны неограниченно накапливаться с
увеличением времени наблюдения. Поэтому в состав радиотехниче-
ской системы обычно входит хронизатор — устройство формирования
ансамбля когерентных между собой опорных колебаний различных
частот (например, от долей герца до десятков гигагерц), относитель-
ная нестабильность частоты каждого из которых не превосходит
заданного значения На рис 1 3 показан пример структурной схемы
хронизатора опорных частот Частота /0 колебаний от эталонного
генератора (ЭГ) подвергается умножению в N раз и делению в Мраз,
где N и М— целые числа Возможны варианты структурных схем, в
которых используется синтезатор частот (СЧ), частота выходных коле-
баний которого в установившемся режиме связана дробно-рациональ-
ным соотношением (отношением целых чисел) с опорной частотой и
24

1%
/о f
м
Делитель
частоты
Эталонный
r=i генератор
/о
Умножитель
частоты
t
JL
Синтезатор
частот
it
u к
Рис. 1.3. Структурная схема хронизатора опорных частот
определяется кодом к В ряде конструкций эталонных генераторов
предусматривается возможность механической или электронной кор-
рекции погрешностей установки и изменения частоты^ во времени
по сигналам от внешнего стандарта с частотой^..
Умножение и деление частоты, синтезирование ее номинала в СЧ
сопровождаются ухудшением спектральной чистоты выходного
сигнала* изменяется относительный уровень мощности высших гар-
моник; появляются сосредоточенные по частоте побочные (паразит-
ные) спектральные составляющие (ПСС) на частотах субгармоник
(их частота в целое число раз ниже выходной), на комбинационных
частотах, которые обусловлены нелинейными взаимодействиями и
недостаточной фильтрацией мешающих составляющих в электрон-
ных узлах хронизатора; изменяются уровни и границы характерных
зон характеристики SJF) выходного колебания по сравнению с
исходным
Для общей оценки уровня паразитных спектральных составляю-
щих, наряду с относительным уровнем второй и третьей гармоник,
используют значение свободного от ПСС динамического диапазона
колебаний (Spurious-Free Dynamic Range — SFDR). Оно измеряется в
децибелах отношения мощности наибольшей мешающей спектраль-
ной составляющей к мощности несущей
Каскады усиления и преобразования частоты вносят дополнитель-
ное ухудшение в шумовые характеристики опорного источника из-за
случайных или регулярных вариаций фазового сдвига, поскольку
мгновенная вариация частоты выходного сигнала пропорциональна
скорости изменения фазового сдвига в промежуточном каскаде. Осо-
бенно опасными в этом плане являются изменения фазового сдвига,
вызванные случайными вариациями внешних дестабилизирующих
факторов — температуры, давления, влажности, уровня радиации,
механических воздействий. Поэтому влияние промежуточных каска-
дов на результирующую стабильность частоты существенно зависит
от конструктивно-технологических решений
25

Шумовые компоненты зависимости S (F) эталонного колебания
на частоте^ без учета собственного шума каскадов преобразования
частоты пересчитываются к выходной частоте /j умножением значе-
ний границ соответствующих зон (белого фазового шума, фликкер-
ных составляющих фазового и частотного шума, белого частотного
шума) на отношение частот f\lf§. Кроме того, каждый каскад схемы
переноса стабильности частоты в другой диапазон может вносить
собственные шумовые и дискретные составляющие, ухудшающие в
определенной мере основную характеристику качества опорного сиг-
нала — чистоту его спектра Поэтому выбор структурной схемы хро-
низатора, вида и параметров эталонного генератора, компонентной
базы и параметров электронных узлов является многокритериальной
задачей, которая решается исходя из совокупности требований к кон-
кретной радиосистеме, характеристик доступной компонентной базы
и технико-экономических показателей
Источники опорных колебаний [12—14] включают в себя: автоко-
лебательную схему, построенную на том или ином активном эле-
менте; схему обеспечения заданной фазовой стабильности; схему
коррекции частоты или фазы для фазовой синхронизации по колеба-
ниям внешнего источника с более высокой стабильностью, принима-
емого в качестве стандарта частоты и времени
В качестве активного элемента автогенераторов применяют элек-
тровакуумные приборы СВЧ-диапазона (триоды, тетроды, отража-
тельные клистроны, магнетроны, митроны, лампы обратной волны и
др.), биполярные и полевые транзисторы, диоды Ганна, туннельные
или лавинно-пролетные диоды, широкополосные усилительные и
логические микросхемы В квантовых генераторах используются
автоколебательные конструкции, основанные на создании инверсной
населенности энергетических уровней в определенных материалах и
когерентного перехода квантовых частиц на нижний энергетический
уровень, сопровождающегося когерентным излучением в оптическом
или радиодиапазоне.
Кратковременная нестабильность частоты автоколебаний при-
мерно обратно пропорциональна квадрату добротности колебатель-
ной системы автогенератора Так, типовая схема транзисторного
автогенератора с колебательной системой в виде LC-контура с экви-
валентной добротностью около 20 имеет кратковременную неста-
бильность частоты около 5-Ю-3. Для создания на его базе источника
опорных колебаний с относительной нестабильностью частоты
порядка 1 млн- применяют дополнительные высокодобротные резо-
наторы, связанные с основной колебательной системой [15, 16]
26

Наиболее экономически и технически эффективными оказались ком-
поненты на основе пьезоэффекта в кварце — кварцевые резонаторы.
В зависимости от их размеров, формы кристалла и моды распределе-
ния механических деформаций в процессе генерирования используют
кварцевые генераторы с выходной частотой f0 от 1 кГц до 50 МГц,
имеющие кратковременную относительную нестабильность частоты
от 5-КГ3 до 1 -Ю-8
Использование высокодобротных диэлектрических резонаторов
из металлизированных керамических материалов позволяет увели-
чить рабочую частоту опорных автогенераторов до 2—6 ГГц при
относительной нестабильности частоты не более 5 • 1(Г
Известны резонаторы СВЧ-диапазона из сапфира, имеющие экви-
валентную добротность в несколько миллионов на частотах диапа-
зона сантиметровых волн, а также объемные резонаторы с использо-
ванием металлов в состоянии сверхпроводимости Однако помимо
технико-экономических и конструктивных затруднений их массо-
вому применению препятствуют проблемы обеспечения заданного
номинала рабочей частоты, коррекции частоты автоколебаний и др.
Квантово-механические системы используются либо в составе
автогенераторов с прецизионно малыми отклонениями частоты от уста-
новленного значения, либо в качестве дискриминатора отклонений
частоты генерации другого, например подстраиваемого, кварцевого
автогенератора от частоты атомного перехода. В них обеспечивается
предельно малая кратковременная относительная нестабильность
-12 -15
частоты порядка 10 —10 . Стандарты частоты и времени выпол-
няются на основе именно таких устройств Однако значения частоты
используемых атомных переходов нескольких известных материалов
строго фиксированы, а их допустимая высокочастотная мощность не
превышает единиц микроватт. Поэтому квантовые генераторы и дис-
криминаторы необходимо дополнять такими схемами переноса ста-
бильности частоты в другие диапазоны, функционирование которых
не должно приводить к значительному ухудшению результирующей
стабильности частоты источника колебаний.
Узлы переноса стабильности частоты в диапазон СВЧ выполня-
ются на основе систем фазовой синхронизации в виде микросхем сис-
темы фазовой автоподстройки частоты (ФАПЧ) транзисторного авто-
генератора этого диапазона по высокостабильному опорному
сигналу с гораздо более низкой рабочей частотой
Таким образом, при создании схем хронизаторов необходимо
использовать ряд функциональных узлов, выполняющих вычисли-
27

тельные операции над частотой, принимая меры к тому, чтобы
дополнительные шумовые нестабильности и появляющиеся сосредо-
точенные спектральные составляющие не нарушали требований к
создаваемой радиосистеме
1.4. Формирование сигналов СВЧ с модуляцией фазы
и амплитуды
Сигналы с фазовой модуляцией (ФМ) по определенному закону
хорошо известны в радиотехнике [6] Перспективные системы пере-
дачи информации [2—5] используют модуляцию с дискретными зна-
чениями изменяемых параметров, которую иногда называют манипу-
ляцией.
Идеализированный манипулированный по фазе сигнал (ФМн)
представляет собой последовательность прямоугольных радиоим-
пульсов (элементарных посылок) с одинаковыми амплитудой U0 и
частотой заполнения^, начальные фазы которых меняются скачком
от одного импульса к другому Такой сигнал описывается выраже-
нием
м(0 = U0cos[2nf0t + Фя(/) + 8(/)], 0 < / < Nxt (1.13)
где Ф„(0 — ступенчатая кодирующая функция изменения фазы;
е(0 — погрешность технической реализации заданного закона фазо-
вой манипуляции; п — номер посылки; N — количество радиоим-
пульсов кодированного сигнала; т — тактовый интервал следования
кодированных радиоимпульсов Дискретные значения фазы Ф„(0
обычно равномерно распределены на интервале 2к радиан (360°)
Ф„(0 = 2ппШ, (1.14)
а их количество М кратно целой степени числа 2. При М= 2 модуля-
ция называется двоичной (2ФМ, Binary Phase-Shift Keying — BPSK),
при М = 4 — четырехпозиционной (4ФМ, Quaternary Phase Shift
Keying — QPSK), при M = 8 — восьмипозиционной 8ФМ (8PSK), в
общем случае — М-позиционной фазовой манипуляцией (Multiple
Phase-Shift Keying — MPSK).
Одной из основных характеристик ФМн-сигнала является ско-
рость передачи В = 1/т, под которой понимается количество двоич-
ных информационных бит (посылок, радиоимпульсов), проходящих
через систему в единицу времени.
Простейшая манипуляция фазы по двоичному (бинарному) закону
2ФМ может быть произведена переключением прямого и инвертиро-
ванного колебаний несущей радиочастоты/0 с помощью быстродей-
28

ствующего СВЧ-ключа Основные причины появления технических
погрешностей реализации такого модулятора следующие:
разбаланс установившихся значений амплитуды радиосигнала для
символов «нуль» и «единица»;
отличие установившихся значений фазы от заданных значений;
затягивание фронта переключения фазы и немонотонность закона
ее изменения на фронте;
преобразование манипуляции фазы сигнала в вариации ампли-
туды выходного сигнала.
Синхронизация положения фронтов манипуляции фазы с опреде-
ленными значениями фазы радиочастотного несущего колебания не
обязательна, если в радиоприемном устройстве устойчиво функцио-
нирует тактовая синхронизация, а демодуляция производится коге-
рентным способом Вместе с тем указанная синхронизация жела-
тельна для снижения уровня технических погрешностей реализации,
вызванных неопределенностью текущего значения фазы несущего
радиочастотного колебания в момент манипуляции, что может приво-
дить к нежелательным переходным процессам и снижению помехо-
устойчивости системы передачи информации Такая синхронизация,
в свою очередь, требует кратности несущей частоты и частоты следо-
вания информационных бит, т е. усложнения структуры хронизатора
опорных частот.
Фазовые модуляторы [17, 18] могут выполняться на основе различ-
ных управляющих элементов В аналоговых схемах модуляторов часто
используется варикап в качестве управляемой реактивности, меняю-
щей фазовый сдвиг в резонансном каскаде Значение девиации фазы
при допустимом уровне паразитной амплитудной модуляции может
быть установлено от нуля до значений порядка 30°; умножение час-
тоты в последующих каскадах тракта увеличит девиацию фазы до
нужных значений. Однако в таких схемах неизбежная погрешность
установки исходного значения девиации фазы умножается на выходе
тракта в число раз, равное коэффициенту умножения частоты
Сигнал с многоуровневой манипуляцией фазы может быть сфор-
мирован в квадратурном модуляторе по схеме, показанной на
рис 1.4 Здесь ОГ — опорный генератор колебаний несущей частоты
f0; КвР — квадратурный разветвитель, создающий из гармонического
колебания несущей частоты две компоненты, сдвинутые по фазе
между собой на 90°; См — аналоговые перемножители (смесители);
Сум — сумматор радиочастотных напряжений На модуляционные
входы модулятора [на смесители (См)] поступают синфазный /(/) и
квадратурный Q(i) потоки символов. Эти потоки, в свою очередь,
формируются из двоичного потока информационных бит с тактовым
интервалом т
29

Q(t)>-
'-^uWu
Сум
sin(2jc/0/)
cos(2jc/0/)
/(»>
Рис. 1.4. Схема квадратурного модулятора
Рис. 1.5. Осциллограммы:
а — двоичного сообщения e(t), б — модулирующей составляющей /(/), в — модулирующей
составляющей Q(t), г — высокочастотного 4ФМ-сигнала u(t)
Тактовый интервал манипуляции в каналах квадратурного моду-
лятора сигнала 4ФМ в 2 раза больше, чем в исходной последователь-
ности передаваемого сообщения, что позволяет увеличить скорость
передачи при тех же ограничениях на быстродействие электронных
узлов — формирователя модулирующих сигналов, перемножителей
и сумматора сигналов
На рис 1 5 в качестве примера для сигнала 4ФМ показаны осцил-
лограммы исходного двоичного сообщения e(t), модулирующих сиг-
30

налов /(/) и Q(t), выходного радиочастотного сигнала u(t). На рис 1.6
для того же сигнала представлен его спектр мощности Sp(f).
Недостатком сигнала с модуляцией 4ФМ по произвольному псев-
дослучайному закону является наличие среди переходов фазы от пре-
дыдущей посылки к последующей не только значений ±90°, но и зна-
чений ±180° Изменение фазы сигнала на 180° вызывает на выходе
резонансного усилителя мощности переходный процесс, при котором
амплитуда кратковременно снижается до нуля, что иллюстрирует
рис 1 7 При этом резко падает энергетическая эффективность
(КПД) усилителя мощности, а также снижается помехоустойчивость
системы передачи информации.
Возможность скачков фазы на 180° исключается при использова-
нии квадратурной модуляции со сдвигом (Offset Quaternary Phase
Shift Keying — OQPSK) по схеме, показанной на рис. 1.8 По этой схеме
из двоичного потока передаваемых бит s(t) нечетные биты x(t) обра-
зуют модулирующие символы /(/), а смещенные по времени на интервал
т четные биты y{i) образуют модулирующие символы Q(t - х). Благо-
даря такому смещению исключается возможность одновременной
манипуляции по двум каналам, так что в излучаемом сигнале отсут-
ствуют скачки фазы на 180° На рис 1.9 показан вид диаграммы
фазовых переходов (Constellation Diagram) для вариантов модуляции
QPSK и OQPSK
26 /, ГГц
Рис. 1.6. Спектральная плотность мощности 4ФМ-сигнала с несущей частотой
20 ГГц и скоростью передачи 5 Мбит/с
Рис. 1.7. Осциллограмма 4ФМ-сигнала на выходе резонансного усилителя

Рис. 1.8. Схема квадратурного модулятора сигнала OQPSK
0(0
4
0,707
0,707/(/) -0,707
0,707/(/)
-0,707 -0,707
а) б)
Рис. 1.9. Диаграммы фазовых переходов для модуляции QPSK (а) и OQPSK (б)
Использование М-уровневой фазовой манипуляции MPSK позво-
ляет передавать за каждый символьный интервал к = log2Mбитов, те.
в к раз повышает скорость передачи информации при той же полосе
радиочастот, выделенной для радиоканала Например, применение
модуляции 8ФМ увеличивает скорость передачи в 3 раза по сравне-
нию с 2ФМ или позволяет в это же число раз сузить необходимую
полосу частот при той же скорости передачи
Диаграмма фазовых переходов сигнала 8ФМ при длинной псев-
дослучайной модулирующей последовательности показана на
рис 1 10. Из этого рисунка видно, что среди различных сочетаний
переходов между фазовыми состояниями переходы на 45° сопровож-
даются наименьшим кратковременным изменением амплитуды сиг-
нала, а скачки фазы на 180° приводят к кратковременному снижению
амплитуды до нуля.
32

,!(?(')
Рис. 1.10. Диаграмма фазовых переходов при 8ФМ-сигнале
Известны патентованные технические решения для многоуровне-
вых фазовых модуляторов, в которых вместо перемножителей квад-
ратурных составляющих используются фазовращатели, обеспечива-
ющие процесс переходов между фазовыми состояниями без
заметного падения амплитуды. Однако в таких схемах недопустимо
возрастают технические погрешности при увеличении скорости
передачи символов.
Модулятор сигналов 8ФМ может быть выполнен на основе квад-
ратурных каналов с трехразрядными цифроаналоговыми преобразо-
вателями (ЦАП) по схеме, показанной на рис 1.11 По этой схеме
каждые 8 бит входного двоичного потока передаваемых бит s(t) с так-
товым интервалом т в кодере (К) преобразуются в трехразрядные
коды символов квадратурных каналов, следующие с тактовым интер-
валом Зх, которые поступают на канальные ЦАП. Их выходные сиг-
налы 1(f) и Q(t) имеют относительные уровни ±1, ±0,707, 0 и согласо-
ваны между собой так, что амплитуда суммарного вектора постоянна
2 2
I + Q = const, а его фазовые состояния принимают значения 0,
±45°, ±90°, ±135° и 180° Фильтры нижних частот (Ф) осуществляют
весовую обработку сигналов ЦАП для снижения уровня внеполос-
ных манипуляционных составляющих сигнала 8ФМ Модулятор сиг-
нала 8ФМ может быть выполнен также по схеме с коммутацией
выходных сигналов двух модуляторов 4ФМ, в одном из которых фаза
33

s(t)
к
ЦАП i
/(/)
or
w
КвР
O»
L2*
0(0
^-x^
0°
4
+90°
~[
| sin(2ji/0/)
~3
ХЯ
Xa^
_l
Сум
z1
Выход
сигнала
О /
L> \
Рис. 1.11. Схема модулятора сигнала 8ФМ
К(/)| Сум
Рис. 1.12. Схема модулятора сигнала 8ФМ с коммутацией отводов линии передачи
колебания несущей частоты сдвинута на 45° относительно фазы в
другом модуляторе.
При значениях несущей частоты в диапазоне сантиметровых волн
находит применение (рис. 1.12) быстродействующий модулятор сиг-
налов 8ФМ на основе коммутации отводов линии передачи несущего
колебания с согласованной на конце нагрузкой (СН) В соответствии
со схемой на рис 1 12 на отводах линии передачи — линии задержки
(ЛЗ) формируются четыре колебания с одинаковыми амплитудами,
фаза которых принимает значения 0, 45°, 90° и 135° Эти колебания
поступают на первые входы перемножителей (П), ко вторым входам
которых подключены согласованные между собой двухполярные
управляющие сигналы I(t), U(t), Q(f) и V(t), образующие последова-
тельность 8-позиционных символов передаваемого сообщения.
Для дальнейшего повышения спектральной эффективности линии
связи используют [5] одновременную амплитудную и фазовую мани-
пуляцию — квадратурную амплитудную манипуляцию — КАМ
(Quadrature Amplitude Modulation — QAM). В настоящее время
34

используют КАМ — сигналы с числом позиций в сигнальном созвез-
дии до 512 Модуляторы сигналов КАМ называются векторными.
Сигнальные позиции при КАМ удобнее характеризовать не значени-
ями амплитуды и фазы, а парами значений проекций вектора на орто-
гональные оси / и Q (рис 1 13). Помехоустойчивость системы пере-
дачи информации с сигналами КАМ может быть выше, чем с
сигналами многоуровневой ФМн, так как нормированное расстояние
между позициями в сигнальном созвездии больше
Векторные модуляторы строят, как правило, по квадратурной
схеме Например, может быть использована структурная схема на
рис 111с канальными ЦАП, если в цифровом блоке К формируются
коды позиций с заданными значениями проекций вектора на ортого-
нальные оси / и Q (с определенными значениями фаз и амплитуд)
Снижения погрешностей технической реализации векторного моду-
лятора, связанных с неидеальностью перемножителей, можно
добиться в схеме с одинаковыми модуляторами 4ФМ и аттенюато-
ром. Структурная схема такого модулятора показана на рис. 1.14
Здесь в кодере К входная последовательность s(i) разделяется на сим-
вольные блоки по 2 =16 бит. В каждом из них два старших разряда
номера бита х и у поступают на верхний по схеме модулятор 4ФМ
Рис. 1.13. Диаграмма фазовых состояний для сигнала 16КАМ
35

s2lf
14
J40 ^
*\*\y\>
xyi)
lJ
or
-Q^
KbP
+45°
/
-4
-45°
МодФМ4
Sin(27t/Q/)
cos(27t/0/)
7ГЛ
w(t)
■
Мод4ФМ
Атт- |_
6 дБ Г
Сум
Выход
сигнала
-е-<
Рис. 1.14. Структурная схема векторного модулятора сигнала 16КАМ
(Мод4ФМ), а два младших z и w — на нижний, выходной сигнал
которого ослабляется в 2 раза по напряжению в фазостабильном
аттенюаторе (Атт-6 дБ) В случае КАМ-сигналов с большим количе-
ством состояний такая схема дополняется модуляторами, а ослабле-
ние в фазостабильных аттенюаторах делается управляемым от К с
помощью кода.
Серьезной проблемой при использовании сигналов с фазовой и
амплитудной манипуляцией является недостаточное снижение
уровня внеполосных манипуляционных излучений по мере удаления
от выделенной полосы радиочастот, что нарушает требования элек-
тромагнитной совместимости (ЭМС) радиоэлектронных средств в
эфире. Так, например, при 2ФМ уровень СПМ максимумов ближай-
ших к центральному лепестков манипуляционного спектра снижа-
ется лишь на 13,2 дБ при удалении от середины полосы частот на ее
тройную полуширину. Для сигнала 4ФМ лишь третий боковой лепес-
ток манипуляционного спектра оказывается ниже - 17 дБ по сравне-
нию с уровнем основного лепестка СПМ. Асимптотически (при
больших отстройках от середины полосы) оказывается, что в
результате регулярных скачков фазы в сигнале 2ФМ максимумы
лепестков энергетического спектра убывают очень медленно (- 6 дБ
на интервал 1 IB). В то же время международные стандарты требова-
ний ЭМС для радиосвязи составляют примерно -40 дБ при
отстройке на 1,5 ширины выделенной полосы частот.
Для увеличения скорости спадания внеполосного манипуляцион-
ного спектра при фазовой манипуляции используют сглаживание
фронтов изменения фазы Однако заметное снижение уровня внепо-
лосного манипуляционного спектра (ВМС) при этом достигается
только для дальних лепестков (при больших отстройках от границ
выделенной полосы частот), а такое техническое решение усложняет
модулятор и снижает помехоустойчивость канала связи.
36

Для выполнения нормативов ЭМС протоколы стандартных систем
радиосвязи рекомендуют применять в радиопередающем устройстве
частотный полосно-пропускающий фильтр (ППФ) высокого порядка
в виде маски [19] на выходе последнего каскада радиопередающего
тракта. Однако такое техническое решение заметно снижает общий
энергетический КПД мощного выходного каскада, а также приводит
к преобразованию фазовой модуляции в амплитудную вблизи фронта
манипуляции из-за переходных процессов в фильтре, что, в свою оче-
редь, ухудшает помехоустойчивость канала связи.
При формировании сигналов с М-уровневой ФМн и КАМ пер-
спективны цифровые векторные модуляторы В таких схемах модули-
рующие и несущие колебания представлены в виде сигналов цифро-
вых многоразрядных шин, перемножители реализуются как
матричные цифровые узлы, кодер заменяется цифровым логическим
автоматом, а аналоговые сигналы формируются ЦАП квадратурных
каналов и сумматорами Для формирования сигналов с такими видами
модуляции удобны цифровые вычислительные синтезаторы — ЦВС
(Direct Digital Synthesizer — DDS) Основное ограничение области их
применимости определяется предельным значением несущей частоты,
которая должна быть не менее чем в 2 раза ниже частоты тактирования
вычислительных узлов, а также повышенным уровнем сосредоточен-
ных спектральных компонент вблизи несущей частоты
1.5. Формирование сигналов с модуляцией частоты
Модуляция частоты используется для передачи цифровой инфор-
мации с пониженным уровнем внеполосных излучений, повышения
помехозащищенности линий связи, защиты радиоканала скрытной
связи от обнаружения [5], организации помехоустойчивых широко-
полосных радиоканалов с большой информационной избыточностью
[3, 4] и др.
При выборе структурной схемы устройства формирования сигна-
лов с частотной модуляцией решается принципиальная задача разре-
шения противоречия между стабильностью и управляемостью: необ-
ходимо обеспечивать допустимые значения погрешностей установки
не только средней частоты, но и параметров угловой модуляции
Одним из перспективных решений при формировании частотной
модуляции (ЧМ) сигналов является использование ЦВС Однако
чисто цифровые способы формирования модулированных по частоте
колебаний со стабильными параметрами модуляции имеют заметные
ограничения по верхней частоте сигнала и по полосе модулирующих
частот. Для некоторых наиболее употребительных законов ЧМ
(например, для линейного, экспоненциального) разработаны схемы
37

специализированных синтезаторов сигналов [20] со стабильными
параметрами.
Сигнал с модуляцией частоты по ступенчатому закону можно
записать в следующем виде:
u(t) = cos [2n(f0t + dk/4z)t + (pk)], kz<t<(k+\)x, (1.15)
где 7^ = (^2+/i)/2 — средняя частота между частотами/2 и/j пере-
дачи битов сообщения; dk = ±1 — значение передаваемого символа на
к-м тактовом интервале; ук — начальное значение фазы для к-го так-
тового интервала
При использовании ступенчатого закона манипуляции частоты
для снижения уровня внеполосных манипуляционных составляющих
спектра и учета требований ЭМС целесообразно принять меры, обес-
печивающие отсутствие скачков текущей фазы колебаний в моменты
скачков частоты, т.е использовать частотно-манипулированные сиг-
налы с непрерывной фазой (ЧМНФ) Основными параметрами эле-
ментарной посылки сигнала ЧМНФ является индекс модуляции vM =
= хА, равный произведению длительности т информационного бита
на девиацию А фазы за это время и количество периодов средней час-
тоты за длительность посылки п = т/0. На рис 1.15 представлены
осциллограммы сигнала s(t), модулирующего частоту, и радиочастот-
ного сигнала u(t) для vM = 0,5.
Значение индекса модуляции vM существенным образом влияет на
эффективность использования спектра при ЧМНФ На рис 1.16
показаны варианты спектрограмм такого сигнала при модуляции длин-
ной псевдослучайной последовательностью для некоторых значений
vM. Если значение индекса модуляции vM > 1, то ординаты СПМ-коле-
бания, манипулированного длинной псевдослучайной последова-
тельностью e(t), уменьшаются в окрестности средней частоты, что
говорит об излишнем разносе манипулируемых частот и недоста-
точно эффективном использовании выделенной полосы частот. При
s(t),u(t) s(t) u{t)
тшт
Рис. 1.15. Осциллограммы фрагмента модулирующего s(t) и высокочастотного u(t)
сигналов ЧМНФ при vM = 0,5 и п = 25/8
38

Sp(f), дБ.
-50
-60
-70
-80
1 2
J
ж Ш^к 1
■л АЛ
3
Г
о)
л
А
J
4
:V
5
\А
/, п
UL
б)
/, ГГц
Рис. 1.16. Спектральная плотность мощности двухуровневого сигнала ЧМНФ при
средней частоте 3 ГГц, скорости передачи 1 Гбит/с и значениях индекса модуляции
vM = 1 (а) и vM = 0,5 (б)
vM = 1 спектр сигнала оказывается более компактным (рис 1.16, а),
и для такого сигнала легко реализуется некогерентный демодулятор
в приемном устройстве Минимальное значение индекса модуляции,
при котором возможна эффективная демодуляция сигнала с двух-
уровневой ЧМ, составляет vM = 0,5 (рис 1.16, б).
При значении индекса модуляции vM = 0,5 сигнал имеет мини-
мальную частотную манипуляцию — МЧМ (Minimal Shift Key —
MSK). Ее называют также манипуляцией с минимальным сдвигом час-
тоты (ММС) [2] Спектр МЧМ-сигнала наиболее компактен [3 — 5]
по сравнению с другими сигналами в виде последовательно передавае-
мых элементарных радиоимпульсов с различной амплитудой, фазой
и частотой При этом передаче символа «нуль» соответствует частота
/l =f0 - В/4, а передаче символа «единица» — частота/2 =f0 + В14.
Интервал частот составляет 2А = f2 -/] = В/2, а линейно изменяю-
щийся во времени сдвиг фазы за длительность одной посылки
составляет к/2 Передаваемые способом МЧМ элементарные радио-
импульсные посылки длительностью х с разнесенными на 1 /(2т)
частотами оказываются ортогональными, т е. для любой пары посы-
лок интеграл от их произведения равен нулю:
Je.(0e/0d' = 0, /*/,
(1.16)
39

что обеспечивает низкий уровень межсимвольных искажений при
учете ограниченной полосы частот канала
При использовании сигнала МЧМ моменты манипуляции должны
совпадать поочередно с максимумами и с нулями высокочастотного
несущего колебания Другими словами, необходимо применять син-
хронизацию частоты следования информационных битов 1/т и значе-
ний манипулируемых частот/j uf2 в соответствии с соотношениями
Я=1/т = 4Д; /,=(4я-1)Л; /2 = (4/?+1)Д, (1.17)
где п — количество целых периодов в каждой посылке; А — отклоне-
ние манипулируемых частот /j и/2 от средней частоты^ = 4пА.
Энергетический спектр для сигнала МЧМ при случайном законе
передаваемого сообщения определяется [4] соотношением
Sp(f) ={\+ cos [4я(/-/0)т)]}/[1 - 16(/-/0)2т2]2 (1.18)
График функции Sp(f) по (1.18) построен на рис. 1.17 Из него
следует, что двойная ширина занимаемой полосы частот по уровню
-3 дБ для МЧМ-сигнала составляет 1,28/т, что заметно меньше, чем
для сигнала 2ФМ (аналогичный параметр составляет 2 / т)
Для дополнительного снижения уровня внеполосных манипуля-
ционных излучений и выполнения нормативов ЭМС производят
сглаживание модулирующего частоту двухуровневого сигнала с
помощью фильтра с гауссовской АЧХ. Полученный сигнал называ-
ется GMSK, он используется в ряде стандартов наземной сотовой и
спутниковой цифровой связи. При спутниковой связи требования
ЭМС наиболее жесткие. Поэтому в соответствии с международными
Sp{f), дБ/Гц
/
\1
1
\\
л
\\
г
1
м
i
\
\\
А
А
\\[
\
\г
-2-1 0 1 (/-/о)*
Рис. 1.17. Спектральная плотность мощности МЧМ-сигнала
40

соглашениями [11] в таких системах применяют сглаживание моду-
лирующих сигналов гауссовским фильтром 6-го порядка и дополни-
тельную частотную фильтрацию по специальной маске SFCG-21-2.
Гауссовская огибающая закона манипуляции и частотная фильтрация
по заданной маске могут производиться на выходе усилителя мощ-
ности; однако в таких узкополосных фильтрах недопустимо возрас-
тают погрешности установки заданных параметров и энергетические
потери мощности из-за высокого порядка фильтра В связи с этим,
как правило, применяют цифровую частотную фильтрацию сигнала
на входе модулятора. На рис. 1 18 показан вид СПМ-сигнала на
выходе радиопередающего устройства с выходным транзисторным
(твердотельным) усилителем мощности (Solid State Power Amplifier —
SSPA) с насыщением.
Для формирования сигналов с манипуляцией частоты и гауссов-
ским сглаживанием GMSK в соответствии с [12] применяют либо
прямой модулятор частоты (рис 1 19), либо косвенный на основе
квадратурного фазового модулятора.
Квадратурный фазовый модулятор МЧМ-сигналов функциони-
рует на основе эквивалентного (1.15) соотношения
u{t) = akcos (я//2x)cos (nf0t) - bks'm (7i//2x)sin (nf0t), (1.19)
kz<t<(k+ \)t,
где ak = cos yk = ±1; bk = akcos q>k = ±1.
5р(Л, дБ/Гц
/
/
/
/
/
/
/
'/
//
/1
л
1 к
1 Я
i Ц
i и
ft \
\\ v
1
\
\
\
\ \
\\2
4\
\
\
\
-5-4-3-2-10 1 2 3 4 А/В
Рис. 1.18. Спектральная плотность мощности сигнала на выходе радиопередающего
устройства спутниковой связи с маской SFCG-21-2 (/) при vM = 0,5 (2) и vM = 1 (5)
41

Гауссовский
фильтр
нижних частот
Входной поток
данных
К радиочастотному
усилителю
Рис. 1.19. Функциональная схема модулятора частоты с гауссовским сглаживанием
символов
ГФ
s~*s
Инт
ФП
cos ф.
ф/
sin ф.
Г
J
1
or
КвР
L2*
L
ЦАП
-45°
<
+45°
ЦАП
cos (2л/0/)
sin (2тс/0/)
ГО)
J-
X
У
1т-
QU)
п
>1
yi
■"п
У
Выход
-оч
Рис. 1.20. Структурная схема квадратурного модулятора GMSK-сигнала
На рис 1.20 показана структурная схема квадратурного модуля-
тора GMSK-сигналов на основе соотношения (1 19) По схеме на
рис 1 20 поток данных s(t), имеющих значения ±1, с тактовым интер-
валом поступает на вход цифрового гауссовского фильтра (ГФ) с
0 5 2 2 2
импульсным откликом /?(/) = 1/(2лат) ' ехр [-/ /(2а т )], где а =
2
= (In 2) /nv — дисперсия гауссовского фильтра. Последовательность
выходных кодов этого блока, представляющая собой сглаженные
фильтром битовые посылки, поступает на цифровой интегратор (Инт)
(накопительный сумматор кодов), ординаты выходных кодов которого ф7
пропорциональны вариации фазы МЧМ-сигнала (р; = л/,/2т. В блоке
функционального преобразователя (ФП) формируются коды квадра-
турных компонент модулирующего сигнала cos (л/,/2т) и sin (7г^/2т),
которые в канальных ЦАП преобразуются в модулирующие квадра-
турные составляющие /(/) и Q{t) Далее в соответствии с (1.19) в
перемножителях (П) и сумматоре (Сум) формируется радиочастот-
ный сигнал GMSK u(t) со средней частотой/0 В системах с наиболь-
шим быстродействием находят применение аналоговые версии алго-
ритма, представленного схемой на рис. 1 20
Разработан [9] модулятор МЧМ-сигнала с прямой коммутацией
колебаний, имеющих частоты /j и f2, при соблюдении требований
42

л
*
s(t)
л
*
-о
кп
СЧ2
/т-1
А-*\
СЧ1
и2(0
| ~М0
Tpl
Тр2
«,('>
1 -«
,(/)
Кл1
КлЗ
t
Кл2
u(t)
Выход
сигнала
Рис. 1.21. Структурная схема модулятора МЧМ-сигнала с коммутацией сигналов от
синтезаторов частот
непрерывности фазы в моменты коммутации и дополнительного
фазового сдвига ±тс/2 за длительность бита информации. На рис 1.21
показана его структурная схема. В соответствии с этой схемой синте-
заторы стабильных частот (СЧ1) и (СЧ2), тактируемые от одного эта-
лонного генератора с частотой /т, генерируют непрерывные колеба-
ния с частотами/, и/2, задаваемые кодами к,х и к,2 соответственно.
Тактовый интервал т связан со значениями частот условием ортого-
нальности (1.16) в виде соотношения/2 -/j = 1 /2т. С помощью триг-
геров (Tpl) и (Тр2) и быстродействующих ключей (Кл1), (Кл2) и
(КлЗ) коммутируются выходы с частотами/j или 7^ в моменты вре-
мени, когда соответствующие напряжения м,(/) или u2(t) принимают
максимальные либо нулевые значения, что обеспечивает непрерыв-
ность фазы. В качестве синтезаторов СЧ1 и СЧ2 могут быть исполь-
зованы одинаковые цифровые вычислительные синтезаторы или син-
тезаторы фиксированных стабильных частот с системой фазовой
автоподстройки частоты (ФАПЧ).
1.6. Формирование многочастотных сигналов
В каналах связи с ограниченной полосой пропускания, где суще-
ственно проявляются межсимвольные искажения и помехи (например,
при использовании линий силового электроснабжения для передачи
высокоскоростных цифровых сообщений, при передаче информации
в среде со значительной дисперсией, в условиях больших импульс-
43

ных помех, при жестких ограничениях на полосу частот несущих
колебаний и др.), находит применение система сигналов со многими
ортогональными несущими частотами (СМН) (Orthogonal Frequency
Division Multiplexing — OFDM)
Сообщение при СМН передается последовательными пакетами
(символами) длительностью х, каждый из которых представляет
собой аддитивную сумму нескольких элементарных радиоимпульсов
с определенными начальными фазами и амплитудами, частоты кото-
рых кратны значению 1/х, те. удовлетворяют условию ортогональ-
ности (1 16) Каждое из парциальных несущих колебаний может
переносить цифровую информацию, например, фазовой манипуля-
цией вида 2ФМ. Благодаря ортогональному размещению частот в
приемном устройстве производится демодуляция каждого передан-
ного символа с минимальными межканальными искажениями На
рис 1 22 показаны фрагменты осциллограммы сигнала 2ФМ в одном
из каналов и суммарный сигнал СМН с восемью ортогональными
несущими частотами, каждая из которых манипулирована по фазе
способом 2ФМ независимыми последовательностями с одинаковым
тактовым интервалом т.
Характерной особенностью многочастотного СМН-сигнала явля-
ется (см. рис. 1.22, б) несинусоидальная форма суммарного колеба-
L
ния uL{t) = ^ u^t) на интервале длительностью т, что характеризу-
/=1
ется увеличенным значением пик-фактора Значение пик-фактора
*/,(/), В
Рис. 1.22. Осциллограммы канального и,(/) (а) и суммарного и (t) 8-канального (б)
сигналов СМН с манипуляцией 2ФМ в каждой из составляющих и нулевыми
начальными фазами при/j = 3200 МГц, В = 100 Мбит/с, шаг по частоте 100 МГц
44

мощности М-частотного сигнала зависит от частот и начальных фаз
каждой из канальных составляющих. При нулевых начальных фазах
всех составляющих сигнала пик-фактор кр имеет максимальное зна-
чение М.
При усреднении по М= 64 каналам амплитуды суммарного сигнала
распределены по закону, представленному на рис 1 23 Максимум рас-
пределения вероятности появления амплитуд на рис 1 23 соответ-
ствует 7 % максимальной амплитуды колебаний, а с вероятностью
95 % суммарная амплитуда не превосходит 10 % максимальной. При
усреднении по 32 каналам максимум функции распределения соот-
ветствует 9,7 % максимальной амплитуды, а суммарная амплитуда не
превосходит 15 % максимальной с вероятностью 95 % Это дает воз-
можность облегчить требования к линейности усилителей СМН-сиг-
нала в тракте радиопередающего и радиоприемного устройств
Использование графика распределения вероятности вида рис. 1 23
позволяет рассчитать эффективность применения мер по снижению
пик-фактора в целях повышения помехоустойчивости при ограни-
ченном диапазоне линейности усилителя мощности: использования
режима ограничения сигнала сверху, кодирования для исключения
комбинаций бит в символе, дающих максимальные значения пик-
фактора, введения избыточного канального кодирования, корректи-
рующего ошибочное распознавание символов с наибольшими ампли-
тудами
При одновременной передаче множества цифровых каналов с
модуляцией СМН наиболее эффективно используется выделенная
полоса радиочастот, а ортогональность ансамбля частот обеспечи-
вает возможность демодуляции сообщения в каждом канале с мини-
мальными межканальными искажениями, причем внеполосный
манипуляционный спектр более резко убывает за пределами выде-
ленной полосы частот по сравнению с ФМн-сигналами (рис. 1 24)
Формирование сигнала СМН при большом числе каналов в символе
w(x
100
80
60
10
20
0
),%
Рис. 1.23. Кривая распределения амплитуд 32-канального сигнала СМН с
манипуляцией 2ФМ в каждом канале (лг= £/сум/£/,)
45

Sp(f), дБ/Гц
7 /, ГГц
Рис. 1.24. Спектральная плотность мощности 64-канального сигнала СМН с нижней
несущей частотой 800 МГц, шагом по несущим частотам 100 МГц и псевдослучайной
фазовой манипуляцией 2ФМ в каждом канале со скоростью 100 Мбит/с
производят с помощью цифрового модема, в котором вычисляются
коды отсчетов ординат канальных модулированных колебаний, а их
сумма поступает на выходной ЦАП Техническое ограничение при
этом связано с предельным быстродействием вычислительных опе-
раций. Находит применение вариант с суммированием сигналов от
нескольких источников аналоговых модулированных колебаний.
Дополнительные погрешности формирования сигналов СМН возни-
кают из-за интермодуляционных искажений в усилителях СВЧ-мощ-
ности, поскольку пик-фактор такого сигнала заметно превышает еди-
ницу, а в таких усилителях существенно проявляется эффект
преобразования амплитудной модуляции в фазовую (АМ/ФМ-конвер-
сия). Выбор мощности СМН-сигнала при его усилении оказывается
компромиссным из-за противоречивых требований к линейности и
энергетической эффективности усилителя мощности.
В протоколе обработки сигнала СМН может быть заложен прин-
цип адаптации к состоянию канала связи При установке соединения
отдельно тестируется каждый частотный подканал, определяется
возможность его использования, а также модуляционная скорость
подканала и число позиций модуляции Если во время сеанса связи
при изменении помеховой обстановки параметры подканалов меня-
ются, то некоторые подканалы могут отключаться. Сигналы с такой
модуляцией и количеством каналов до нескольких тысяч находят
применение, в частности, в сверхширокополосных системах пере-
дачи цифровой информации по проводным линиям
46

Контрольные вопросы к гл. 1
1 В чем общность и различия спектра полного немодулированного радио-
частотного сигнала и спектров его амплитудных, фазовых и частотных неста-
бильностей9
2 Какие значения частоты охватываются понятием СВЧ9
3 Какие функции выполняет хронизатор опорных частот в радиотехниче-
ском устройстве9
4 Перечислите основные технические требования к сигналам с многопози-
ционной фазовой манипуляцией
5 Как оценивается компактность спектра внеполосных излучений сигнала с
многопозиционной фазовой манипуляцией9
6 Для решения каких задач используются сигналы 8ФМ и 16КАМ9
7 Перечислите основные технические требования к сигналам с манипуля-
цией частоты
8 Для решения каких задач применяется частотная маска сигнала на выходе
радиопередающего устройства9
9 Какими параметрами характеризуется сигнал с многими ортогональными
несущими частотами9

Глава вторая
КОМПОНЕНТЫ УСТРОЙСТВ СВЧ
2.1. Компонентная база
Компоненты, которые входят в состав устройств СВЧ-диапазона,
весьма разнообразны [21—25] Это обусловлено тем, что для частот
300 МГц и выше длина волны колебаний в электрических цепях оказы-
вается сравнимой с физическими размерами соединительных проводни-
ков, выводов и внутрикорпусных соединений, так что необходимо учи-
тывать при конструировании паразитные емкости, индуктивности
выводов, параметры корпуса компонента, взаимодействие высоко-
частотных электромагнитных полей в конструкции Для любого эле-
мента таких цепей, который на первый взгляд кажется сосредоточен-
ным, необходимо учитывать его распределенные параметры, и только
в эквивалентных схемах в определенных пределах по частоте можно
считать параметры известными и не зависящими от частоты Кроме
того, время движения носителей заряда в активных элементах СВЧ-
цепей оказывается сравнимым с периодом колебаний, что приводит к
изменению характера процессов и в ряде случаев к переходу на прин-
ципы построения таких элементов, основанные на инерции носите-
лей Фактические характеристики функциональных узлов диапазона
СВЧ существенным образом зависят от внутреннего устройства,
формы и размеров выводов, технологии монтажа и настройки схемы,
параметров компонентов, подключающих источники электропита-
ния, и параметров блокировочных элементов Необходимо учитывать
динамику отвода рассеиваемого тепла, вариации электрофизических
параметров СВЧ-цепей в диапазоне температур и другие дестабили-
зирующие воздействия с учетом нестабильностей источников элек-
тропитания. Высокотехнологичные технические решения по миниа-
тюризации компонентов, использованию сложных балансных,
компенсационных и адаптивных технических решений существенно
изменили области применимости многих функциональных узлов.
Необходимо учитывать также значительное разнообразие требо-
ваний к радиотехническим устройствам СВЧ На мировом рынке
электронных компонентов цепей СВЧ можно найти множество одно-
типных узлов устройств разных производителей, параметры которых
определяются не всегда одинаковым образом В ряде случаев предла-
гаемым на этом рынке изделиям можно создать собственные альтер-
48

нативные технические решения аналогичного функционального
назначения из элементов более низкой степени интеграции. С другой
стороны, в условиях специализированных высокотехнологичных
производств могут быть достигнуты такие сочетания основных и
вспомогательных параметров изделий, которые представляются недо-
стижимыми средствами собственной разработки Разработчики и
специалисты по использованию радиоэлектронной аппаратуры СВЧ-
диапазона зачастую оказываются в затруднительной ситуации из-за
невозможности сделать обоснованный выбор технического решения
или производителя из-за обилия предложений [25] с различными
сочетаниями критериев качества и динамичного обновления номенк-
латуры изделий
В данной главе приведены параметры и характеристики серийных
изделий, представленных на мировом рынке электронных компонен-
тов устройств СВЧ-диапазона и дана оценка перспектив их развития.
2.2. Источники колебаний СВЧ-диапазона
2.2.1. Параметры и классификация
источников колебаний
Для правильного функционирования любого электронного сред-
ства необходим источник периодических колебаний с достаточно
малой нестабильностью частоты, предназначенный для использова-
ния в качестве опорного колебания, синхронизации процессов, моду-
ляции параметров сигналов в соответствии с передаваемым сообще-
нием, преобразования полосы частот сигнала Кроме того, основные
электрические параметры сигналов такого источника должны соот-
ветствовать национальному или мировому стандарту с допустимой
погрешностью для того, чтобы была возможна дешифрация передан-
ного сообщения в удаленном приемном устройстве При выборе типа
и модели источника колебаний приходится находить компромисс
между рядом требований, зачастую противоречивых. Достижение
компромисса между основными параметрами генераторов опорных
колебаний в интервале дестабилизирующих факторов и при ограни-
чениях на массогабаритные показатели и на энергопотребление
характеризует искусство инженера-разработчика, требует использо-
вания новых научно-технических достижений и высокой технологи-
ческой культуры
Важнейшими характеристиками источника колебаний СВЧ-диапа-
зона являются:
частота^;
погрешности установки заданного значения частоты Ауст и вос-
произведения частоты от одного включения к другому Авоспр;
49

распределение спектральной плотности мощности фазового шума
(СПМ ФШ) SJF) в определенном интервале отстроек (отклонений)
F от средней частоты;
нестабильность частоты 5/ в заданных интервалах времени при
изменениях температуры, давления, влажности, уровня проникаю-
щей радиации, комплексного сопротивления нагрузки по модулю и
фазе, механических воздействий в виде вибрации и ударов в опреде-
ленных направлениях и др ;
уровень мощности и расположение по частоте сосредоточенных
побочных спектральных составляющих (ПСС);
относительный уровень высших гармоник или изменение пара-
метров формы сигнала;
энергетическая эффективность генератора (коэффициент полез-
ного действия КПД) — отношение полезной высокочастотной мощ-
ности к мощности потребления от источника электропитания;
конструктивные и массогабаритные показатели;
возможность коррекции частоты и фазы колебания по внешнему
эталону;
стоимость, условия и срок поставки изделия
Уровень нестабильности частоты {паразитное отклонение час-
тоты — ПОЧ), который можно оценить по зависимости СПМ часто-
тного шума SAF) от отстройки в заданном интервале, определяется
интегральным средним квадратическим отклонением (СКО)
АЛжо= J2\Sf(F)dF, (2.1)
где FH и FB — граничные частоты (нижняя и верхняя). По умолчанию
для систем передачи звуковой информации принимают FH = 50 Гц,
FB = 3 кГц
Оценочная кратковременная относительная нестабильность
частоты оУкр//0 соответствует корню квадратному из средней квад-
ратической дисперсии отсчетов частоты за время усреднения
порядка 1, 10, 100 или 1000 с, отнесенному к частоте^. Для источни-
ков эталонных колебаний используют также оценки долговременной
относительной нестабильности частоты (дрейф частоты), усред-
няя такие вариации частоты за сутки, первый год, второй и последу-
ющие годы, за 10 лет. Зарубежными производителями источников
высокостабильных колебаний относительная нестабильность час-
тоты источника опорных колебаний чаще всего количественно оце-
нивается средним квадратическим двухточечным отклонением ряда
50

измерений частоты за время усреднения х, которое называют вариа-
цией Аллана а (х) (Allan Deviation)-
где М— количество измерений за время х; yi = (8/)//)) — усреднен-
ное отклонение частоты 6/} от ее значения/в начале интервала, нор-
мированное к этому значению В отличие от кратковременной неста-
бильности частоты 5/кр//0 за фиксированное время, вариация Аллана
а (х) учитывает для каждой пары соседних измерений скорость
изменения частоты, дрейф ее значения в начале каждого интервала и
зависимость этой величины от продолжительности измерений х
Стабильность частоты опорного или эталонного источника при
вариациях температуры характеризуется температурным коэффици-
ентом уходов частоты (ТКЧ), который обычно измеряется в миллион-
ных долях на 1 °С (ррт/°С) Термокомпенсированные генераторы
могут иметь низкий ТКЧ в одном интервале температур и проявлять
существенный рост вариаций частоты в более широком интервале.
Чистота спектра характеризуется уровнем и положением ближай-
ших к несущей дискретных спектральных компонент спектра пол-
ного колебания или интегральной оценкой свободного от ПСС дина-
мического диапазона (SFDR) Кроме того, указывается уровень
мощности второй и третьей гармоник выходной частоты в выходном
колебании источника
Для источников с однополярным выходным сигналом (рис 2.1),
напряжение которого должно находиться в зоне верхнего (логическая
единица) или нижнего (логический нуль) логического уровня, форма
несущего колебания близка к трапецеидальной Для таких источни-
Рис. 2.1. К определению параметра симметрии периодического однополярного двух-
уровневого сигнала (Е0 — напряжение питания)
51

ков нормируют симметрию выходного колебания относительно
заданных логических уровней. Параметр Duty Cycle (SYM) =
= 100(ГВ / Тп )• 100(ГН / Тп) указывает, %, отношение времени Гв, в тече-
ние которого сигнал имеет верхний уровень, к длительности полу-
периода Тп и отношение времени Гн, в течение которого сигнал
имеет нижний уровень, также к длительности полупериода Тп.
Например, Duty Cycle = 40/60% означает, что при длительности
периода 1 мкс выходной сигнал с логическими уровнями типа КМОП
(CMOS) в течение 400 не имеет уровень свыше 2,4 В и в течение
600 мкс — менее 0,5 В. Источники колебаний с очень высокой симмет-
рией характеризуются, например, значением Duty Cycle = 48/52 %
Нормируемым параметром стабильности частоты повторения сиг-
нала такой формы является среднее квадратическое отклонение
(СКО) моментов перехода напряжения через середину между логи-
ческими уровнями (дрожание фазы — Jitter). Некоторые производи-
тели указывают значение этого параметра при нескольких значениях
отстройки F.
В новых разработках источников опорных сигналов широко
используется дифференциальный метод передачи с использованием
пары низковольтных сигналов LVDS (Low-Voltage Differential
Signaling). Для характеристики уровня технических погрешностей их
реализации также используются параметры Duty Cycle и Jitter
2
Выходная мощность источника сигнала Рвых = U0/2RH задается
на согласованной нагрузке RH (по умолчанию RH = 50 Ом) при номи-
нальной температуре окружающей среды (по умолчанию +25 °С) и
измеряется либо в системных единицах (ваттах), либо в децибелах
относительно определенной мощности, например, дБмВт — деци-
белы относительно мощности в 1 мВт
Уровень несинусоидальности выходного сигнала источника коле-
баний характеризуется обычно содержанием мощности второй А2,
третьей А3 и последующих гармоник в спектре выходного сигнала по
отношению к мощности колебания первой гармоники.
Непосредственно после включения питающего напряжения воз-
никает процесс установления амплитуды и частоты, обусловленный
прогревом колебательной системы и конструкции генератора За
большое время наблюдения может происходить дрейф средней час-
тоты, связанный со старением стабилизирующего резонатора или
ухудшением вакуума в колбах с атомными частицами
При использовании стабильных по частоте опорных генераторов
со стабилизирующим резонатором необходимо учитывать ограниче-
ние на выходную мощность. Превышение допустимых ее значений
приводит к росту температуры стабилизирующего частоту резонатора,
52

что увеличивает вариации частоты. Кроме того, рост потребляемого
тока и мощности активного элемента увеличивают уровень естествен-
ных (дробовых и тепловых) шумов, определяющих флуктуации час-
тоты.
В качестве параметров источников колебаний используют также
температурный коэффициент изменения частоты — ТКЧ (DRT —
Drift Rate with Temperature) ST = Af/AT; коэффициент влияния на
частоту вариаций напряжения питания Е0 (Pushing) S0 = Af/AE0;
чувствительность к изменению фазы нагрузки (Pulling, коэффициент
затягивания частоты) А/ . Значение Af определяется как раз-
ность между максимальным и минимальным значениями частоты
(Peak-to-Peak) для всех значений фазы коэффициента отражения при
подключенном непосредственно к выходу генератора, управляемого
напряжением (ГУН), согласованном ослабителе на 6 дБ или при
фиксированном коэффициенте стоячей волны напряжения (КСВН),
равном 2.
2.2.2. Стабилизация частоты с помощью кварцевых
и ПАВ-резонаторов
Наиболее распространенным и экономически выгодным способом
стабилизации частоты колебаний радиодиапазона является использо-
вание кварцевых резонаторов с объемными колебаниями по толщине
[9, 16]. Множество фирм разрабатывают и выпускают кварцевые
резонаторы и автогенераторы (генераторы) со стабилизирующими
кварцевыми резонаторами на их основе. Отметим электронные
адреса сайтов основных фирм (см. приложение)-
www accubeat com, www.conwin com, www ctscorp.com,
www ecliptek.com, www foxonline.com, www ilsiamerica com,
www lucix com, www mercury-crystal com,
www mfelectronics com, www valpeyfisher com,
www morion.com.ru, www mti-milliren com,
www morganelectronics.com, www.mtron.com, www q-tech com,
www quartzcom com, www.quartzlock com, www.spectratime.com,
www tekelec-temex.com, www.thinkSRS.com, www.vectron com
Номинал резонансной частоты кварцевого резонатора определя-
ется толщиной вырезанной пластины. Частота основного резонанса
простых кварцевых резонаторов обычно составляет 25— 50 МГц,
что обусловлено технологическими возможностями закрепления
сверхтонких пластин пьезокварца. В дорогих моделях кварцевых
резонаторов с особыми углом среза и формой резонатора основная
частота достигает 135 МГц.
В кварцевых резонаторах с закрепленными краями могут возни-
кать колебания по толщине на механических гармониках с нечетной
53

по отношению к частоте основного колебания кратностью Исполь-
зуя третью, пятую или седьмую механическую гармонику кварцевого
резонатора, добиваются повышения частоты генерации Однако
использование механических гармоник снижает эквивалентную доб-
ротность кварцевого резонатора, что увеличивает частотную неста-
бильность. Кроме того, принципиальную схему автогенератора на
механической гармонике кварцевого резонатора надо усложнять для
исключения возможности самовозбуждения на основной частоте или
на гармонике более низкой кратности [8]
Кварцевые резонаторы, как отдельные элементы, выпускаются
[16] в металлическом или керамическом корпусе в широком ассорти-
менте типоразмеров толщиной от 13 до 0,7 мм. Имеются модели с
повышенной стойкостью к механическим и радиационным воздей-
ствиям, а также высокотемпературные резонаторы в корпусе, защи-
щающем их от воздействия агрессивной окружающей среды.
Специфической особенностью кварцевых резонаторов является
эффект старения. Наибольший дрейф частоты 5 наблюдается за
первый год, в последующие годы это значение снижается в 3—5 раз
Базовые кварцевые резонаторы с объемными волнами по толщине
различаются по частоте /0 собственного последовательного резо-
нанса на основной механической моде и по расположению граней
резонаторной пластины относительно кристаллографических осей
(срезы AT, SC, IT, FC и др.) Стандартные модели кварцевых резона-
торов имеют рабочие частоты в диапазоне от 2,5 до 300 МГц (частота
выше 40 МГц соответствует работе резонатора на высших механи-
ческих гармониках).
Семейства резонаторов со срезами SC и IT отличаются тем, что
зависимость изменений частоты от температуры имеет два перегиба
в рабочем интервале температур, что позволяет уменьшить измене-
ния частоты в определенном температурном интервале (рис 2 2)
Кварцевые резонаторы на основе SC-среза имеют особые преиму-
щества: пониженные значения параметра старения; быстрое установ-
ление частоты после включения; более высокие значения доброт-
ности резонатора и, в результате, пониженный уровень фазового
шума генератора вблизи опорной частоты; повышенные значения
оптимальной температуры стабилизации, что снижает требования к
термостату; пониженная чувствительность к внешним вибрацион-
ным возмущениям.
Значения основной частоты и добротности резонатора зависят от
его формы и способа закрепления. Фирма «Vectron International» [17],
например, разработала технологию создания резонаторов (High
Fundamental Frequency Inverted Mesa Crystals — HFF), в соответствии
с которой вырезанный кристалл имеет форму диска с круглой мемб-
раной, совершающей колебания по толщине (рис. 2 3). Частота
54

Температура, °С
Рис. 2.2. Зависимость резонансной частоты от температуры для кварцевых резонато-
ров с различным типом среза
Рис. 2.3. Кварцевый резонатор со сверхвысокой добротностью по технологии инверс-
ных меза-кристаллов HFF:
/ — кварцевая пластина, 2 — керамическая подложка, 3 — петля, 4 — электрод, 5 — про-
водящая смола
основного резонанса такого резонатора может находиться в интер-
вале 50—250 МГц
Высокотемпературные кварцевые резонаторы, способные функцио-
нировать в диапазоне температур от -55 до +250 °С, используют
объемные колебания на моде поперечных, плоских, горизонтальных
акустических волн [Shear Horisontal — Acoustic Plate Mode (SH-APM)]
По сравнению с традиционными кварцевыми резонаторами они
имеют более высокую резонансную частоту, а ее зависимость от тем-
пературы близка к линейной. Такие резонаторы применяются при
создании специализированных автогенераторных датчиков
55

На основе материала с пьезоэффектом (например, из титаната
бария) с использованием поверхностных акустических волн (ПАВ)
(Surface Acoustic Waves — SAW) выполняются линии задержки. В них
замедленная поверхностная акустическая волна распространяется
между двумя преобразователями акустической волны в электриче-
скую, выполненными в виде полосок металлизации на поверхности
материала. Такая линия задержки, включенная в цепи обратной связи
усилителя, образует автоколебательную систему СВЧ-диапазона с
частотой генерации от 100 до 800 МГц и эквивалентной добротно-
стью Q свыше 3000 Технология изготовления и принципы построе-
ния автоколебательных схем кварцевых и ПАВ-генераторов близки,
поэтому многие производители включают в номенклатуру своих
изделий, наряду с кварцевыми, также ПАВ-генераторы (SAW-
Oscillator-SO). Технология изготовления узлов на ПАВ позволяет
упростить выполнение частотных фильтров с высокой фильтрующей
способностью, поэтому находят применение комбинированные гене-
раторы с умножением частоты, где ПАВ-фильтры обеспечивают
необходимую чистоту спектра выходного колебания повышенной
частоты Вакуумирование кварцевого резонатора повышает его
устойчивость к вариациям температуры и снижает фазовые шумы.
Классификация автогенераторов с кварцевыми и ПАВ-резонато-
рами представлена на рис 2.4 Наряду со стандартными кварцевыми
генераторами (Crystal Oscillators — ХО) выделяют следующие кате-
гории* вакуумированные (Evacuated Miniature Crystal Oscillators —
EMXO); с однократным (Oven Controlled Crystal Oscillators —
OCXO) или двойным (Double Oven Controlled Crystal Oscillators —
DOCXO) термостатированием; с микропроцессорной компенсацией
(Microcomputers Controlled Crystal Oscillators — MCXO); термоком-
пенсированные (ТСХО); управляемые по частоте (СХО) напряже-
нием (Voltage Controlled Crystal Oscillators — VCXO) или дискретно
(Digital Controlled Crystal Oscillators — DCXO); функциональные
модули (FCXO) — синхронизированные по фазе на гармонике частоты
генерации. Программируемыми (РХО) называют кварцевые гене-
раторы с заказными значениями параметров. Различия этих групп
весьма существенны как по характеристикам стабильности и управле-
1
Вакуумированные
(ЕМХО)
КВАРЦЕВЫЕ ГЕНЕРАТОРЫ (ХО)
1
С микропроцессорной
компенсацией (МСХО)
J
ермостатмгюванные
J 1
1
термостатом (DOCXO)
мод>ли (ГСХО)
,
|Тсрмокомпсиснрооанные
| (ТСХО)
1
1
Программируемые
(РХО)
1
Управляемые по частоте
(СХО)
1
напряжением
(VCXO)
\
дискретно
(DCXO)
Рис. 2.4. Классификация автогенераторов с кварцевыми резонаторами
56

ния, так и по стоимости изделий. Например, температурная относи-
тельная нестабильность частоты для категорий ХО и VCXO состав-
ляет (100-Н0)1(Г6; для категории ТСХО — (10-5-0,28)10-6; для
категории ОСХО — (280-г 1)10"9; для категории DOCXO —
(1-г0,1)10-9.
Продолжительность установления теплового режима кварцевого
резонатора и генератора в целом после включения является одним из
важных параметров высокостабильного узла; она уменьшается в
моделях с предварительным прогревом и с внутренним термостати-
рованием, которое может вводиться для автоматической регулировки
температуры кристалла.
В табл 2.1 представлены значения параметров для автогенерато-
ров с кварцевой и ПАВ-стабилизацией частоты ведущих производи-
телей. На рис. 2.5 показан внешний вид некоторых моделей.
Большинство моделей кварцевых генераторов функционируют в
диапазоне температур от -40 до +85 °С, некоторые до +125 °С Для
формирования низких частот (менее 10 кГц) используются встроен-
ные делители частоты; для более высоких частот (до 800 МГц) при-
меняются возбуждение резонатора на механических гармониках
кварца, ПАВ-фильтры и встроенные умножители частоты Модель
VS-705 фирмы «Vectron International» отличается тем, что в ней
Рис. 2.5. Внешний вид кварцевых и ПАВ-генераторов ХО, РХО и SO производства
фирмы «Vectron International»
57

Особен-
ность
Размеры, мм
Тип
сигнала
Напряжение
питания,В
Температурная неста-
бильность, млн-
Частота,
МГц
Модель
Категория
Сайт
2
С
5x7
X
2
27x36
ел
X
3,3 или 5
±.5
1—170
1605
VCXO
Е
с
С
с
и
а
Е
1
±о,.
1—150
1405
ОСХО
3
>
1
5x7
2
Л
1,8, или 2,5,
или 3,3
±25
150—1400
МЗЮх
VCXO
www.mtron com
ННП
3,2x2,5
L,C
*Ч
±25
2 50
ЕВ17Е2
О
X
1
5x7
X
3,3
±0,4
6,4—13
ЕВ52Е9
ТСХО
Е
с
с
с
1
13x21x8
H,L, S
3,3 или 5
+0,1
10—80
EX380
ЕМХО
3
>
u
)
)
1
5x7x4
ПАВ
9x14x3,7
ел
Си
ПАВ,
Комп
5x7,5x2
си
3,3
+i
50—1000
TX702
ТСХО
+50
500 1350
SO-502
±50, ±100
150—1000
SO-720
О
ел
www.vectron com
Комп
20,3x12,7x10,3
си
Зет
14,4x9,6x5,5
н
DC
3,3 или 5
+20, +50
15—250
ХО-400
+20
10—52
VCD2-203
О
X
1
20x13x2
ел
5—18
in
+1
1—85
QT941S
VCXO
Е
с
с
-Г
с
а.
с
3
1
80x44x18
S,T
in
+0,03
10, 1 Гц
QT2001
МСХО
3
)
)
г
2
25x25x10
Ё!
20x20x10
ел
5 или 12
+0,1
48 120
ГК212-ТС
ТСХО
и~>
(N
+1
80—170
ГК217-УН
VCXO
www.morion com ru
« ^ -
f С 2
si-
2 E *
§■1 я
•©■= s.
»! I «
Я <U H
X О X
-о о. <u
§ s e
^0Q §
if-*
1 Sg
J.Se
| с 1
ЧЁ £
(й 2 s
о § g.
2 ? >>
I s 5
I <u r;
ш as
cu = o. c
i g. g ц
f- E = *
т й Я
s e-g g
2s 5 ? X
Z U <U X
>> 1 5
58

(рис 2.6) автоколебательная система с линией задержки на ПАВ
выполнена на более высокой частоте, а выходные сигналы формиру-
ются на выходе делителя частоты автоколебаний.
Генератор сигналов SO-720 той же фирмы может быть изготовлен
на одну из 40 дискретных частот между 150 и 800 МГц; два выход-
ных сигнала инвертированы один по отношению к другому и имеют
уровни LVPECL или LVDS с длительностью фронтов не более 500 пс;
нестабильность частоты не более 1 • 10~ в интервале температур от
- 40 до +85 °С; старение не более 10*10" за 10 лет. Эта модель отли-
чается сверхмалым уровнем дрожания фронта — 0,1 пс в полосе час-
тот 12 кГц—20 МГц; спектральная плотность мощности (СПМ)
фазового шума составляет -130 дБ/Гц при отстройке 10 кГц Электро-
питание производится от источника с напряжением 3,3 В и током
55 мА, корпус имеет размеры 5 х 7,5 х 2 мм.
Высокие значения выходной частоты в генераторах категории ХО
достигаются в схеме (рис 2.7) выделения гармоники высокой крат-
ности из колебаний генератора на ПАВ или на кварцевом резонаторе.
Е±
Буфер
^
Установка jV
Рис. 2.6. Схема генератора на ПАВ модели VS-705 со встроенным делителем частоты
-N (Е0 — напряжение питания)
те?сн#1
-►и(/)
622 МГц
ПАВ-фильтр
Рис. 2.7. Схема синхронизации по 8-й гармонике частоты управляемого напряжением
кварцевого генератора в модели VC-720 фирмы «Vectron International»
59

Колебания кварцевого генератора поступают на каскад формирова-
ния (КФ), в котором их форма нормализуется; далее каскад с линией
задержки (ЛЗ) и логическим элементом (ЛЭ) формирует короткий
прямоугольный импульс, из линейчатого спектра которого узкопо-
лосный фильтр на ПАВ выделяет нужную гармонику высокой крат-
ности, сохраняя низкий уровень дрожания фронта, присущий исход-
ным колебаниям; выходной ограничивающий усилитель (Ус) или
логический элемент окончательно формирует выходные двухуровне-
вые колебания
Анализ динамики появления новых моделей указывает на тенден-
цию снижения напряжения источника питания для активных элемен-
тов, характерную для всех производителей; фирма «Ecliptek» [18]
предлагает серийные модели с напряжением питания 1,2 В.
Фирма «Mtron PTI» [19] выпускает модели, имеющие малый уро-
вень старения и дрейфа частоты с гарантией на 20 лет функциониро-
вания, например модель М5004
В модели VCD2-203 от фирмы «Vectron International» [17] гаран-
тирована относительная нестабильность частоты не более ±20 • 10~
в диапазоне температур от -40 до +85 °С за 10 лет при допустимых
вариациях всех параметров; она потребляет ток 50 мА; время дрейфа
частоты после включения 10 мс; дрожание фронта 10 пс Генератор
ХО-400 той же фирмы обеспечивает температурную нестабильность
частоты не более ±20 • 10~ в интервале температуры от 0 до +70 °С и
уровень дрожания фронта менее 0,5 пс В модели SO-502 гарантиру-
ются значения уровней дрожания фронта 0,035 пс и СПМ фазового
шума -160 дБ/Гц при отстройке 1 МГц. Эта микросхема имеет диффе-
ренциальные выходы и допускает переключение формы выходного
сигнала между синусоидальной (выходная мощность до 10 дБмВт)
и LVPECL. Повышенная до 1330 МГц наибольшая выходная частота
обеспечена встроенной схемой умножения частоты
Фирмы «Ecliptek» [18], «Vectron International» [17] и некоторые дру-
гие выпускают серийно, наряду с кварцевыми, высокотехнологичные
генераторы с микроэлектромеханическими (МЭМС) резонаторами,
которые не уступают простым кварцевым по стабильности частоты, но
имеют меньшие размеры и стоимость Подробнее характеристики
таких генераторов рассмотрены в подпараграфе 2 2 5
2.2.3. Генераторы с диэлектрическими резонаторами
В научно-технической литературе нет однозначного определения
диэлектрического резонатора (ДР) В общем случае диэлектриче-
скими называют [15] высокодобротные резонаторы, выполненные из
диэлектрического материала с металлизированной поверхностью в
60

форме диска, цилиндра или параллелепипеда, часто с внутренним
отверстием. Резонаторы с внутренним отверстием называют коакси-
альными (рис. 2 8) даже в тех случаях, когда их наружная форма
представляет собой параллелепипед. Некоторые производители обо-
значают их аббревиатурой CR (Coaxial Resonator) Ряд фирм исполь-
зуют такую же аббревиатуру CR для обозначения керамических резо-
наторов (Ceramic Resonator) с сосредоточенными параметрами L и С,
рассчитанных на пониженные частоты 0,2—1 ГГц.
Наряду с металлизированными ДР, в СВЧ-диапазоне используют
высокодобротные СВЧ-резонаторы в виде дисков из лейкосапфира с
объемными азимутальными волнами высокого порядка (они называ-
ются резонаторами типа «шепчущей галереи» — Whispering Gallery
Mode — WGM), а также сферические ферромагнитные резонаторы
из железоиттриевого граната (ЖИГ), размещаемые в управляющем
магнитном поле
Диэлектрические резонаторы диапазона СВЧ работают в режимах
электрических колебаний без пьезоэффекта Они имеют преимуще-
ства перед кварцевыми и ПАВ-резонаторами благодаря возможности
повышения частоты основного резонанса и практическому отсут-
ствию эффекта старения, обеспечивают лучшие технико-экономиче-
ские показатели в условиях серийного производства В генераторах
с ДР на частоте 4 ГГц достигнуто значение СПМ фазового шума S
вблизи несущей частоты (10 кГц) около -143 дБ/Гц, что на 10—15 дБ
ниже, чем у кварцевого генератора с высококачественным умножите-
лем частоты до указанных значений.
Рис. 2.8. Внешний вид коаксиальных диэлектрических резонаторов

Основные параметры ДР — резонансная частота^ и эквивалент-
ная добротность Q в окрестности этой частоты. Кроме того, при
выборе резонатора учитываются его геометрические размеры
(наибольший наружный размер ДР в зависимости от частоты/0 изме-
няется в пределах 3—18 мм), относительная диэлектрическая прони-
цаемость г используемого материала, температурный коэффициент
изменения частоты (ТКЧ), электрическая длина ДР в долях длины
волны (А/4 или А/2), волновое сопротивление w в месте подключения.
Некоторые фирмы — поставщики ДР указывают также метод нанесе-
ния покрытия из олова, серебра или золота на выводы, тепловое
сопротивление материала, его удельную плотность, массу, гигроско-
пичность, чувствительность к изменению атмосферного давления и
механическим воздействиям; чистоту обработки поверхности резо-
натора
Значения основной (наиболее низкой) резонансной частоты ДР
составляют 0,15—16 ГГц. Наиболее высокие значения добротности
Q достижимы при умеренных значениях диэлектрической проницае-
мости 8 (например, добротность резонатора в форме диска, выпол-
ненного из материала с 8 = 30 на частоте 2 ГГц может достигать
50 000) Поскольку потери в диэлектрике возрастают пропорционально
частоте, качество резонатора оценивается значением произведения
добротности Q на частоту^, при которой этот параметр измеряется
Значения произведения Qf0 лежат в интервале (4^-100)10 ГГц, и для
конкретного материала это произведение постоянно Значение добро-
тности Q существенно уменьшается с изменением температуры в
диапазоне от -50 до 100 °С Входное сопротивление ДР с повыше-
нием частоты проявляет резонансные свойства на высших модах
колебаний
Высококачественные диэлектрические резонаторы СВЧ-диапазона
производят многие фирмы. Отметим электронные адреса сайтов
некоторых фирм (см. приложение):
www ctscorp.com, www ecliptek.com, www.foxonline com,
www herotek.com, www.jsbservice com, www lucix com,
www valpeyfisher com, www.mti-milliren com, www mtron com,
www q-tech com, www quartzcom.com, www.resotechinc.com,
www temex com, www.vcol com, www zcomm.com,
www vectron.com .
В табл 2 2 приведены основные параметры диэлектрических
резонаторов ведущих производителей.
62

Таблица 2 2 Параметры резонаторов СВЧ-диапазона
Тип
резонатора
Керамический
LC-фильтр
Диск из
лейкосапфира
Диск из керамики
с объемными
акустическими
волнами
Фильтр на ПАВ
Ферритовый
Микрополосковый
На оптоэлектронной
линии задержки
Коаксиальный
керамический
Диапазон
частот, ГГц
0,01—3
2—10
1—20
0,1—2
1—10
1—50
1—100
1,5 — 50
Добротность Q
(для частоты 3 ГГц)
80—300
105
(1-6)103
(3-6) 102
(1-3) 103
(1-2)102
(3-5) 102
(0,3-5)103
Особенность
Отсутствие паразитных
резонансов,
компактность
Сверхвысокая
стабильность, высокая
стоимость
Повышенная
добротность
Компактность
Широкое управление
частотой за счет
изменения магнитного
поля
Конструктивная
простота
Высокая стабильность,
сложность конструкции
Компактность, высокая
стабильность, низкая
стоимость
Для изготовления ДР применяются диэлектрические материалы
со значениями проницаемости от 9 ± 0,5 до 98 ± 1. Температурный
коэффициент чувствительности частоты (ТКЧ) может принимать
положительные или отрицательные значения в ориентировочных
пределах (-4 -s-+8) 10~ /°С, что открывает широкие возможности для
компенсации вариаций частоты автоколебаний при изменении темпе-
ратуры
Типовая модель диэлектрического СВЧ-резонатора — отрезок
однородной линии передачи с потерями, короткозамкнутый на одном
конце и нагруженный на емкость связи с автоколебательной схемой
на другом конце
Преимуществами ДР перед кварцевыми резонаторами, кроме воз-
можности достижения значительно более высоких частот основного
резонанса, являются отсутствие эффекта старения и гораздо меньшая
чувствительность резонансной частоты к повышению мощности
63

колебаний в резонаторе. Это объясняется отсутствием кристалличе-
ской структуры и пьезоэффекта в материале ДР К недостаткам
высокодобротных ДР относится увеличение постоянной времени
колебательной системы, в результате чего длительность переходного
процесса при электронной перестройке частоты возрастает до десят-
ков микросекунд, что, в принципе, несущественно для источников
опорных колебаний с фиксированной частотой.
Для управления значением резонансных частот в небольших пре-
делах (до 3 %) применяются механические регуляторы в виде метал-
лизированных или диэлектрических настроечных винтов, размещае-
мые вблизи ДР, электронные управляющие элементы (варикапы)
связаны с ДР общей линией передачи.
В качестве активного элемента генератора с ДР могут приме-
няться кремниевые биполярные гетеротранзисторы (НВТ), полевые
транзисторы с высокой подвижностью электронов (НЕМТ, РНЕМТ),
диоды Ганна или лавинно-пролетные диоды (ЛПД). Для повышения
энергетического КПД и снижения уровня паразитных составляющих
удвоенной частоты в качестве активных элементов применяются
двухтактные автоколебательные схемы (Push-Push).
Генераторы колебаний СВЧ-диапазона с ДР (Dielectric Resonator
Oscillator — DRO) различаются способами стабилизации частоты и
управления частотой, конструктивным исполнением, активным эле-
ментом (рис 2.9)
Генераторы с диэлектрическим резонатором (DRO)
,
Вид
стабилизации
Автономные
(FR)
С фазовой
синхронизацией
(FL)
С внутренним ОГ
(IR)
С внешним ОГ
(ER)
,
Способ
управления
С фиксированной
настройкой
(FT)
С механической
настройкой
(МТ)
С цифровым
управлением
(DT)
Управляемые
напряжением
(VC)
,
Конструктивное
выполнение
Интегральное
исполнение
Поверхностный
монтаж
Монтаж
на плате
Блок
с соединителями
,
Активный
элемент
Транзистор
Диод Ганна
(ЛПД)
Двухтактные
схемы
Рис. 2.9. Классификация генераторов с диэлектрическими резонаторами
64

Автономные генераторы (Free Running — FR) формируют ста-
бильные по частоте колебания с неопределенной начальной фазой.
Генераторы с фазовой синхронизацией частоты (Frequency Locked —
FL) включают в себя генератор, управляемый напряжением (ГУН), с
ДР и встроенную систему фазовой автоподстройки частоты с внут-
ренним (Internal Reference — IR) или внешним (External Reference —
ER) опорным генератором (ОГ) при фиксированных значениях коэф-
фициентов деления и частоты сравнения. В генераторах с фиксиро-
ванной настройкой (Fixed Tunable — FT) частота автоколебаний
определяется резонансной частотой ДР/0 с учетом полного сопро-
тивления колебательной системы В генераторах с цифровым управ-
лением (Digital Tunable — DT) предусмотрена возможность уста-
новки частоты и коррекции ее изменения в широком интервале
температур С этой целью в состав схемы ГУН с ДР включают датчик
температуры, цифроаналоговый преобразователь (ЦАП) и систему
авторегулирования.
Считают [9], что в линейном приближении зависящая от частоты
составляющая фазового шума автоколебаний Sy(F) обратно пропор-
циональна квадрату эквивалентной добротности QL колебательной
системы:
где N0 — фактор шума активного элемента; к — постоянная Больц-
мана; Т— абсолютная температура; Рг — мощность генератора. Увели-
чение добротности приводит к возрастанию потерь в резонаторе Зна-
чение QL уменьшается при увеличении связи генератора с ДР, поэтому
снижение шумов возможно лишь для маломощных генераторов с
достаточно малой исходной нестабильностью частоты
На рис 2 10 показан вариант принципиальной схемы микрополос-
кового генератора с ДР [15] Активный элемент автогенератора с ДР
может быть любой, на схеме рис. 2 10 показан полевой транзистор
(ПТ) Связь ДР с генератором обеспечивает микрополосковая линия
(МПЛ), вблизи одного конца которой располагается ДР, а к другому
концу присоединен согласованный резистор Z0 Расстояние h между
ДР и МПЛ определяет степень связи генератора с резонатором, длина
d задает параметры преобразования комплексного сопротивления ДР
в сопротивление Z Винт механической подстройки (МП), размеща-
емый на расстоянии s от ДР, служит для механической подстройки
частоты^ Элементы Ls и Rs с межэлектродными емкостями поле-
65

Рис. 2.10. Принципиальная электрическая схема автогенератора сантиметрового диа-
пазона на полевом транзисторе с микрополосковой линией, стабилизацией частоты
диэлектрическим резонатором и механической подстройкой его частоты
вого транзистора образуют цепь обратной связи Элементы Lj, R] и
блокировочный конденсатор Сбл служат для присоединения источ-
ника питания с напряжением Е0; нагрузка RH подключается через
конденсатор связи Ссв. Изменяя волновое сопротивление МПЛ на
участке от ДР до ПТ, можно преобразовывать реактивную часть
сопротивления, вносимого диэлектрическим резонатором, так, чтобы
уровень СПМ фазового шума снижался на 10—15 дБ при тех же зна-
чениях частоты и параметров генератора
По сравнению с традиционным генератором на базе LC-контура
применение ДР в генераторах позволяет на 10—20 дБ снизить уро-
вень приведенного к одинаковой частоте фазового шума В генерато-
рах с ДР на частоте 4 ГГц достигнуто значение фазового шума 5ф
(10 кГц) около -143 дБ/Гц, что на 10—15 дБ ниже, чем у кварцевого
генератора с высококачественным умножителем частоты Опублико-
ваны результаты измерения уникально низкого уровня фазового
шума при использовании охлаждаемого сапфирового ДР типа WGM
Многие фирмы производят генераторы СВЧ-диапазона с ДР В
табл 2 3 представлены основные характеристики ряда серийных
моделей таких генераторов, на рис. 2 11 показан внешний вид неко-
торых моделей.
Фирма MITEQ [20] выпускает несколько серий фазосинхронизи-
рованных генераторов с ДР. Для генераторов серии LPLM с коакси-
альными резонаторами на частоте 15 ГГц гарантируется уровень
5ф (1 кГц) = -95 дБ/Гц, а 5ф (1 МГц) = -120 дБ/Гц; на частоте 4 ГГц
66

1й
8 °
о х
еры,
s
итание
Г
* <
м
gffl
О. g
СПМ 1
фазового
(100 кГц),
дБ/Гц,
на частоте
6 ГГц
*1
X О - Н
Ч О *0Э
9 £ ш 2
-о О Ч
CQ S
li
(О -»
О. X
(О и
С S
ев*
i- 1—
Серия
Сайт
.и
22
чо
г^
>л
о
со
CN
о
CN
|
со
CN
cn
■sl-
1
1
о'
1
2
<
£
о
3
о.
1
£'
*
а
s
Оч
X
1Г>
о
со
in
ir>
о
со
1
со
<Ч
о"
■<*•
т
1
о"
a:
a
<
of
U
<
E
о
В
с
£
>
X
3
DQ
•*!
■<*-*
о
о
о
о
о
1
■t
со^
о"
fS_
о"
°\
ы
&
О
0_
u.
и
£
о
1
£
*
1
1
ЧО
X
о
со
X
<п
<л
«л
<л
rN
1
■^г
<Ч
о"
(N
00
т
со
О
с*
Q
£
о
£
*
|
1
о
CN
*П
со
г~
>л
о
о
CN
CN
ЧО
CN
|
CN
|
чо
CN
1
1
о*
О
а:
а
2
S
о
•С
В
£
о
£'
*
2
°я
о"
<Ч
cn"
о
оо
rN
О
о
1
ЧО
|
00
т
о
ГО
о
ел
о
£
о
1
£
е
^
*
с
2
ЧО
г-Г
о
(N
О
in
in
in
о
1
^
о"
~~„
о
Tt
аГ
ш
в
о>
6
оС
Q
1
1
—
U-)
rN
*п
CN
о
<Л
00
о
1
*п
со
~
<^
J.
ш
чО
о
оо
ЧО
о
6
ОС
Q
£
о
и
Е
^
£
'
э
2
1
1
■sl-
о
in
>п
со
1
<Л
rN
о'
■sl-
t
т
02
><
X
X
><
6
и
£
о
5
1
1
1Г>
in
in
X
1Г>
1Г>
о
о
CN
CN
о
(N
1
со
1
со
1
Q
о
a.
£
о
В
1
_3
£
>
U5
^
in
CN
ЧО
44
О
о
w^
w^
CN
I
со
CN
ЧО
CN
1
CN
8
о
6
at.
Q
£
о
1
с
&>
I
£
£
^
КГ,Умн,
ПФ
со
со
X
о
X
со
*п
о
*п
CN
CN
О
CN
I
со
|
CN
>п
т
00
8
о
i
Си
-J
£
о
а-
В
£
&'
>
з-
Ч
^f
CN
X
ЧО
*п
X
чО
*п
о
со
<п
CN
1
со
1
о
[
>п
о
а:
Q
j
Си
67

и
8 °
о х
s
S
о.
s
Си
тан
С
11
1
sffl
Q.U
w я
спм 1
фазового
шума5ф
(100 кГц),
дБ/Гц,
на частоте
6 ГГц
^
ыходна
ощност
р
' ВЫХ'
дБмВт
005
стройка
электр ,
%
с s
1^
OU-
ST
ерия
и
3S
и
1
1
■sl-
"x
о
<N
X
О
■<fr
>n
>П
О
О
■ч-
J.
+i
00
1
1
чО
X
X
X
X
X
6
X
z |
a
s
ЧО
°i
ri
(N
ri
О
(N
U-)
(N
<N
1
1
1
«o^
o"
vO
О
Q
2
и
a.
£
о
i
£
с
£
1
1
4~>
in
w>
w>
in
о
О
(N
О
(N
О
^
о"
+1
m
1
|
""l
о"
СЛ
О
X
Z
£
о
с
<о
с
5
1
1
чо
(N
1Г>
X
(N
in
in
(N
О
1Г>
1
О
J,
о"
+1
in
1
1
т
m"
О
С*
Q
-J
a.
cu
CQ
3
о
i
*
*
i
i
*n
(N
V)
■sl-
*n
^t
*n
*n
*n
m
(N
m
1
o"
1
4
■<*
UJ
6
с*
a
at.
£
о
•2
■3
£
*
1
1
>n
X
00
</->
X
*n
*n
>n
(N
u-1
7
■si-
J.
■<fr
1
1
4fr
X
X
X
X
6
ai
Q
£
о
с
о
*
*
Э
2
oo
m
X
(N
U4
^
^f
in
(N
"fr
7
О
^
+i
7
|
v^
(N"
8
ГЧ
Q
2
£
о
>
t
1
£
*
1 4-кан
1
1
о
in
ir>
r*1
m
©"
~™
7
|
s
и
СЛ
О
£
о
9
*
1
1
1
1
о
*n
(N
m
7
сч
|
m
1
ЧО
1
1
00
Q
u.
О
£
о
с
>
ев
5
1
1
(N
*n
u->
о r~
(N О
Л °
О ч
1
о
1
4.
*п
о"
+1
1
1
7
~
<
X
X
о
ОС
и
£
о
£
£
о
Z
*
g S I ?
Я s О о
В- "=: я о.
СО Ю (N
JS « -* 5
= I (_ «
М I I я
1 :>, - Р
«"IS я
u&S °
у г; т «
3 5 S £
I 15 g.
I i ч о
to «^
1 §£ з
U о. и я
2 111
э^° =
>s Q н х
з S. 8 21
il|s
« - I 8.
i ?т ?
7 s ^ 11
I У Ч ' X
3 ^ 11 s
S J> I T Я
я g 7 3
я S « « Я
я о о 2 я
s 3^ 111
i I i *s
Q. = 8 ^ СЗ
8 g g £

а) б)
Рис. 2.11. Внешний вид генераторов с ДР:
а — DRO9400-04E фирмы JSB на частоту 9,4 ГГц, б — защищенный от вибраций и клима-
тических воздействий генератор DS-013-02 фирмы «Jersey Microwave» на частоту 13 ГГц
SV(F), дБ/Гц
-70
-80
-90
-100
-ПО
-120
-130
-140
1 10 50 100 500 Л кГц
Рис. 2.12. Типичная зависимость СПМ фазового шума от отстройки для фазосинхро-
низированных генераторов серии PLDRO фирмы MITEQ
эти значения 5ф на 13—20 дБ ниже. На рис 2.12 показана зависи-
мость уровня фазового шума от отстройки Sy(F) для фазосинхрони-
зированных генераторов с ДР типа PLDRO.
В генераторах серии DRO-1000 фирмы «Microwave Dynamics»
[21] для снижения чувствительности к изменениям нагрузки и повы-
шения выходной мощности использован двухкаскадный усилитель
мощности, а для улучшения температурной стабильности применена
термокомпенсация изменения частоты Характеристики фазового
шума для этой серии представлены на рис 2 13.
Корпорация «Synergy Microwave» [22] производит управляемые
напряжением по частоте генераторы с различными типами стабили-
69
"^^^
4ГГц^
"\
"\^

S9(F), дБ/Гц
10 Гц 1 кГц 100 кГц 10 МГц F
Рис. 2.13. СПМ фазового шума вблизи несущей для генераторов с ДР серии DRO-1000
фирмы «Microwave Dynamics»
зирующих ДР. Модели генераторов с ДР и электронной перестройкой
в пределах 0,2—2 % и механической перестройкой в пределах 3 —
4 % выпускает фирма «Resotech» [23] Корпорация «Lucix» [24]
выпускает целую гамму генераторов с ДР для частот от 1 до 44 ГГц, в
том числе автономные генераторы серии FRDRO, а также фазосин-
хронизированные генераторы с внутренним и внешним опорными
источниками Модели FRDRO перестраиваются напряжением в пре-
делах 1—4 %.
Большое число моделей генераторов с ДР выпускает фирма «JSB
Service Company» [25] Микросхемы этой фирмы допускают механи-
ческую перестройку частоты в полосе ±10 МГц для частоты 2 ГГц, а
генераторы серии VCO/DRO — электронную перестройку частоты в
тех же пределах Фирма «Jersey Microwave» [26] предлагает автоном-
ные и фазосинхронизированные генераторы с ДР на фиксированные
частоты диапазона 1—18 ГГц с высокой степенью защиты от акусти-
ческих и электрических помех и с повышенной выходной мощно-
стью Ряд высококачественных моделей генераторов типа FRDRO,
отличающихся пониженным до -90 дБ уровнем побочных спектраль-
ных компонент, широким диапазоном рабочих температур, герметич-
ным исполнением, разработаны компанией «Narda Microwave» [27]
Они перестраиваются напряжением в пределах ±10 МГц на частоте
3 ГГц при неизменном уровне S (10 кГц) < -90 дБ/Гц
Корпорация «Spectrum Microwave» [27] предлагает более 350 моде-
лей, в том числе стабилизированные автономные генераторы с ДР
с механической перестройкой на ±20 МГц, с электронной пере-
стройкой на ±10 МГц при средней частоте 2,5—21 ГГц. Корпорация
«Comtech PST» [28] производит высококачественные FR-генераторы
с ДР диапазонов 3—18 ГГц со встроенной защитой по питанию,
70

а также модели серии VTDRO-40 на фиксированную частоту
39,812 ГГц по стандарту SONET OC-768 Генератор CFPDRO-41
семейства С-МАС имеет следующие технические характеристики*
рабочая частота 21,3 ГГц; питание от источника с напряжением 10 В
и током 90 мА; два дифференциальных выхода мощностью до 4 дБ;
собственная нестабильность частоты не более 5 МГц; управление час-
тотой в пределах ±50 МГц напряжением от 1 до 10 В с крутизной
12 МГц/В и полосой пропускания по цепи управления 10 МГц; раз-
меры микросхемы 17x11x4 мм.
2.2.4. Тактовые генераторы
Тактовые генераторы (Clock Oscillators) представляют собой авто-
номные узлы, которые используются для синхронизации процессов
вычислений, управления режимами, формирования управляющих
воздействий и сигналов в микропроцессорных устройствах управле-
ния, компьютерах, вычислительных системах. К таким генераторам в
составе цифровых вычислительных синтезаторов (ЦВС) предъявля-
ются повышенные требования к стабильности фазы опорного коле-
бания. Основные технические требования к тактовым генераторам*
рабочая частота от единиц до нескольких сотен мегагерц, совмести-
мость уровней выходного сигнала генератора с использованными в
цифровых микросхемах, поверхностный монтаж, трапецеидальная
или трехуровневая форма выходного сигнала, экономичность, малый
уровень дрожания фазы
Среди множества фирм, предлагающих серийные тактовые гене-
раторы, можно выделить фирмы со следующими электронными адре-
сами (см. приложение):
www amrf со uk; www cmac.com; www ctscorp.com;
www ilsiamerica.com; www.cti-inc.com;
www freqelec com; www.morion.com.ru; www mtron com;
www mercury-crystal.com; www mfelectronics.com;
www microlambdawireless.com; www.microwave-dynamics com;
www miteq com; www.mti-milliren.com; www pericom com;
www q-tech com; www.quartzlock com; www.quinstar.com;
www silabs com; www.temex com; www.conwin com;
www vectron.com; www.vishay.com; www siliconix com;
www SiTime.com; www ecliptek.com
Основой технических решений для тактовых генераторов в
вычислительных устройствах является применение автономного
генератора на логических узлах со стабилизацией частоты по кварце-
вому резонатору (Crystal Oscillator — ХО) При повышении требова-
ний к фазовой стабильности в качестве тактовых могут применяться
высокотехнологичные узлы с термокомпенсацией, термостатирова-
нием и иными средствами обеспечения спектральной чистоты Так-
71

товыми являются кварцевые генераторы со встроенными схемами
умножения частоты (FCXO), генераторы с диэлектрическими резона-
торами (ДР), а также развивающаяся категория сверхминиатюрных
МЭМС-генераторов, выполняемых по нанотехнологии.
В табл. 2 4 приведены характеристики тактовых генераторов раз-
ных фирм Серийные тактовые генераторы большинством произво-
дителей выпускаются в виде миниатюрных интегральных микро-
схем в керамическом корпусе для поверхностного монтажа (ПМ) на
частоту от 750 кГц до 50 МГц, задаваемую потребителем с пятью или
шестью десятичными значащими разрядами. В них используется квар-
цевый резонатор на основном колебании или на третьей механиче-
ской гармонике, который обеспечивает кратковременную нестабиль-
ность частоты обычно не более ±100 млн- Модели генераторов
различаются по уровням логических выходных сигналов (HCMOS,
PECL, LVDS и др.), напряжению источника питания (от 1,8 до 5 В),
стойкости по отношению к дестабилизирующим факторам.
Генератор серии 632 (см. табл 2.4) имеет следующие технические
характеристики* керамический корпус размером 3,2x2,5 мм; уровни
выходного сигнала HCMOS/TTL; выходная частота 1—75 МГц зада-
ется с пятью десятичными значащими разрядами; кратковременная
нестабильность частоты ±50 млн- (стандартно), ±25 млн- (опцио-
нально); напряжение питания по выбору +1,8; +2,5; +2,8 или 3,3 В
с током от 6 до 15 мА; диапазон рабочих температур от -10 до 70 °С
(стандартно), от -40 до 85 °С (опционально); уровень дрожания
фазы не более 2 пс в полосе 12 кГц — 20 МГц; SYM = 45/55 %; дли-
тельность фронта 10 не; время выхода на режим после включения
питания 10 мс; старение номинала не более 3 млн- /год; ток нагрузки
2—8 мА; емкость выходного контакта на землю 15 пФ; потребляе-
мый ток в ждущем режиме не более 10 мкА; ударостойкость 1500g.
В состав микросхемы серии 658 входят диодный умножитель час-
тоты (Умн), частотный фильтр и усилитель выходного сигнала СВЧ
В моделях 1525 и ГК176-ТК применена параметрическая термоком-
пенсация задающих частоту элементов схемы кварцевого генератора
(ТСХО), что позволило заметно повысить стабильность частоты. В
модели ГК176-ТК выходной сигнал имеет синусоидальную форму
Модель М210х отличается тем, что в ее состав входят включенные
последовательно усилитель входного сигнала, диодный умножитель
частоты высокой кратности, частотный фильтр и управляемый двух-
каскадный усилитель выходного сигнала. В состав модели С0231
включена система фазовой синхронизации генератора СВЧ-сигналов
с дифференциальными выходными сигналами LVDS по базовому
кварцевому генератору на заданной частоте.
72

Для снижения пиковых значений побочных спектральных состав-
ляющих (ПСС) в сигнале тактового генератора ряд моделей разных
фирм снабжается встроенной системой расширения спектра (СРС) за
счет периодической частотной модуляции (Spread Spectrum). Это
позволяет улучшить характеристики электромагнитной совмести-
мости вычислительных устройств На рис. 2 14 поясняется принцип
действия этой системы. Спектральная плотность мощности обыч-
ного тактового генератора сосредоточена вблизи средней частоты^ и
ее гармоник. В побочном высокочастотном излучении компьютера,
микропроцессора, монитора или иного тактируемого устройства
содержатся пиковые спектральные и временнь'ю компоненты, нару-
шающие нормы электромагнитной совместимости (ЭМС) и позволя-
ющие получить несанкционированный доступ к обрабатываемой
информации. В тактовых генераторах с СРС введены средства внут-
ренней частотной модуляции по треугольному закону во времени с
периодом 1 /FM и девиацией частоты А/ Благодаря этому удается рас-
пределить энергию сигнала тактового генератора по полосе частот в
пределах 0,5 — 3 %f0 и тем самым снизить пиковые значения СПМ,
нарушающие требования ЭМС Так, в генераторах VSS4 при средней
частоте 12—165 МГц можно установить режим качания средней час-
тоты с девиацией от 0,5 до 4 % несущей частоты и с частотой повто-
рения FM от 18 до 58 кГц. За счет этого пиковые значения СПМ
побочных спектральных составляющих снижаются на 12—16 дБ
Расширенный спектр можно располагать симметрично по отноше-
нию к исходному спектру или смещать относительно него Допуска-
ется выбор параметров закона модуляции частоты Изготовители так-
товых генераторов с функцией СРС выпускают модели для замены
установленных ранее генераторов, не имеющих такой функции
Тактовый генератор категории фазосинхронизированных (FCXO), по
существу, представляет собой оформленный в виде микромодуля
непрямой синтезатор частоты Рассмотрим в качестве примера
модель FX-730 фирмы «Vectron International» [17]: на рис. 2.15 пока-
Расширенный
спектр
а) б)
Рис. 2.14. Периодическая модуляция частоты тактового генератора для расширения
спектра:
а — спектр мощности, б — зависимость частоты от времени
74

Б
I U(t)
ТГ
Рис. 2.15. Структурная схема фазосинхронизированного тактового генератора FX-730:
-Д|, -Д2, -Дз — делители частоты, ЧФД — частотно-фазовый детектор, СПЗ — схема
подкачки, БУ — буферный усилитель, ТГ — внешний тактовый генератор, Кл — ключ
зана ее структурная схема, на рис 2.16 —
внешний вид. Эта микросхема формирует
два инвертированных выходных колебания
u(t) и u{t) с логическими уровнями напря-
жения LVPECL или LVDS и с дискретными
значениями частоты повторения от 125 до
850 МГц, которые синхронизированы по
фазе с внешними опорными колебаниями
уровней LVCMOS или LVPECL, частота
которых может находиться в пределах от
19,44 до 850 МГц Внешние опорные колеба-
ния с частотой ниже 19,44 МГц могут быть
подключены на вход ТГ, ключ (Кл) в этом случае переводится в ниж-
нее положение, а выход u(t) соединяется с входом опорного генера-
тора (ОГ). Подстраиваемый генератор VCSO с линией задержки на
ПАВ отличается сверхнизким уровнем собственного дрожания
фронта (0,21 пс в полосе 12 кГц — 20 МГц и 0,12 пс в полосе
50 кГц — 80 МГц); максимальная длительность фронта выходного сиг-
нала 400 пс; несимметрия Duty Cycle = 45/55%; диапазон рабочих тем-
ператур от -40 до +85 °С. Микросхема потребляет ток 100 мА от
источника с напряжением +3,3 В и размещена в герметичном корпусе
с размерами 5 х 7,5 х 2,5 мм.
Тактовые генераторы выполняются в различном конструктивном
оформлении Миниатюрные модели в керамическом корпусе предназ-
начены для поверхностного монтажа. Они могут иметь высокую
прочность по отношению к линейным ускорениям (до 5000g). Име-
Рис. 2.16. Внешний вид так-
тового генератора FX-730
75

ются модели для печатных плат с отверстиями для 4—8 выводов.
Модели с повышенной стабильностью частоты или с расширенными
функциональными возможностями могут выполняться в виде моду-
лей с коаксиальными соединителями
Процесс совершенствования тактовых генераторов развивается в
направлении миниатюризации изделий и повышения их стойкости по
отношению к внешним дестабилизирующим факторам В частности,
фирмы «SiTime», «Ecliptek», «Vectron International» освоили серий-
ное производство тактовых генераторов по МЭМС-технологии.
Электрические и массогабаритные параметры таких компонентов
(частота 10—220 МГц; дрожание фронта менее 1 пс; нестабильность
частоты 25 млн- ; выходные сигналы типа CML, PECL, LVDS; диапа-
зон температур от -40 до +85 °С) близки к достигнутым в моделях,
выполненных по традиционным технологиям монтажа В то же
время ударостойкость, например, трехчастотной модели SiT9103LF
фирмы «SiTime» составляет 50 000g
2.2.5. Генераторы с повышенной стабильностью частоты
Для снижения на один или два порядка значения нестабильности
частоты автоколебаний кварцевых генераторов в диапазоне рабочих
температур применяют дополнительные меры по повышению доброт-
ности, термокомпенсации и вакуумированию стабилизирующего
резонатора, термостатированию всей колебательной системы. В
табл 2 5 представлены характеристики кварцевых генераторов с преци-
зионной стабильностью частоты, выпускаемых некоторыми фирмами.
В состав термокомпенсированных кварцевых генераторов
(Temperature Controlled Crystal Oscillators — TCXO) введены датчик
внешней температуры и варикап, автоматически корректирующий
частоту колебаний при изменении температуры внешней среды. В
свою очередь, температура корпуса контролируется простым элемен-
том типа термистора.
Выбор угла среза кварца определяет диапазон изменения его резо-
нансной частоты в выбранном температурном диапазоне с двумя точ-
ками экстремума Результирующая нестабильность частоты не пре-
вышает ±1 млн- в интервале температур от -20 до +70 °С при
опорной температуре +25 °С Для снижения эффекта старения кварца
до уровня ±1 млн- /год и ±10 млрд- /сут используют специальные
углы среза кварца, вакуумирование корпуса и/или встроенный стаби-
лизатор напряжения питания. Во многих моделях реализована воз-
можность механической и/или электрической коррекции изменения
частоты
Ряд моделей термокомпенсированных кварцевых опорных генера-
торов категории ТСХО выпускается для сложных условий эксплуата-
ции Например, серия ТС-210 (Z5) производства фирмы «Vectron
76

Питание
яхэоннэдоэо
yw 'мох
д 'эинэж^ивн
Размеры,
мм
В1ГВНЛИЭ UHX
HHW ' *-± 1ЯХОХЭВЬ
кинэ1гаонв!Э/( Bwadg
СПМ фазового шума
S^F), ДБ/Гц, при
отстройке F
Нестабиль-
ность
частоты
100 кГц
1 кГц
10 Гц
tfOJ ВС H1TW
'dtrg BBHHawadaojiroir
э | вс trdirw
'dMg KBHHawadaoMXBdM
xgwgtr
'х"я</ яхэонтои BBHtroxrag
Час-
тота,
МГц
Модель или
серия
Сайт
ПМ,
ЭУ-1
300
'
30x25,4x12,5
X
сл'
-
о
-135
l
0,3
0,05
-
10, 12
ASOV5S3E
www.conwm com
О
CQ(j
О
200
'
76x38x38
СЛ
fN
-145
-135
-95
о
о'
0,03
'
5—25
FE-405A,
FE-2260A
www freqelec com
о'
D
о
£
о
о
СЛ
ас
*»
-160
о
-85
0,5
0,005
+
8—200
205
ЭУ-500
150
<N
36x27x19
<
Х~
о
-155
-155
-140
0,01
ЮО'О
+
0,004-
30
270
www.mti-
milhren com
РадСт
100
+
1
СЛ
сч
-155
-150
о
0,05
0,005
+
о
229-0101
ОСХО
350
(N
51x51x19
СЛ
<п
-176
-162
-130
0,01
0,05
2
1 ®
<п
осхо
www.pascall со uk
2
С
о
«п
+"
8x4x3
H'S
=
-140
-137
-100
о
о'
0,005
+
is
FTS 9300
www.symmetncom
com

Питание
чюоннэдооо
yw 'мох
д 'эинэж!к1ивн
Размеры,
мм
В1ГВНЛИЭ ЦИХ
НИМ ' L£ 1ЧХ0ХЭВИ
кинэ1гяонвхэХ Bwadg
СПМ фазового шума
SV(F), дБ/Гц, при
отстройке F
Нестабиль-
ность
частоты
100 кГц
1 кГц
ЮГц
ffOJ BE H1TW
'dtrg KBHHawadaojiroC
э i be vdun
' g KBHHawadaoMiBdM
igwgtr
'*'чя</ чюонтпои квняохгад
Час-
тота,
МГц
Модель или
серия
Сайт
ЭУ-10,
ОСХО,
Косм
130
"+
50x40x16
СЛ
■п
-175
-164
-106
±0,5
150
"+
is
оо
ULN HFB
£
|
Г, Косм,
50 Ом,
ЭУ-0,2
400
5
50x50x30
СЛ
W-1
-155
-135
-100
0,01
0,002
о
+
10—40
Space
ОСХО Plus
ПМ,
Косм
=
3,3
29x25x10
н:сл
-
-155
-145
о
«
-
о
0,5—
160
Z5(TC-210)
и
106
3,3
20x13x17,6
ЭС
-
о
-140
-100
0,02
-
+
10—80
ЕХ-400
www vectron com
ОСХО
500
'
51x25x40
I
ел'
w-i
-145
-135
-120
о
0,4
Н
4—15
С4700
СЛ -г
О 'х
< 8
I 3
О м
и 3
О £•
^8т
1ё\
£ s 5 §
о
2
и
1
ас
ТТЛ,
1
ь
-
5
° § S
2 ч в
1 S 1
* § F»
на ±10 м
%, вибра
100g,Ko
u >o -a
X ^ О
У н 8
« о '§
о. 5 н
с^о
??£
=
ктро
1»
1
о
г>
о
о
LS о
I S !
О _ * !
?!
78

International» [17] удовлетворяет требованиям стандарта Stratum3 В
генераторах этой серии обеспечиваются значения выходной частоты
от 0,5 до 160 МГц с относительной нестабильностью не более
±0,28 млн- в интервале температур от -40 до +85 °С. Микросхема
размещена в корпусе для поверхностного монтажа с размерами
25x29x10 мм; старение частоты не превышает 3,5 млн- за первый
год Выходной сигнал может иметь синусоидальную форму или
уровни TTL, HCMOS, PECL. Осциллограмма выходного сигнала в
режиме почти синусоидальных колебаний генератора VTC-4 пока-
зана на рис 2 17
Вакуумированные кварцевые генераторы (Evacuated Miniature
Crystal Oscillators — EMXO) имеют пониженный уровень старения и
чувствительности к давлению и влажности окружающей среды. В
термостатированных генераторах (Oven Controlled Crystal
Oscillators — OCXO) предусмотрена автоматическая стабилизация
температуры резонатора и других частотно-задающих элементов при
изменении температуры внешней среды
В кварцевом генераторе категории ЕМХО модели ЕХ-400 исполь-
зуется [17] третья механическая гармоника кварца SC-среза Он
отличается слабой чувствительностью к вариациям температуры
(ТКЧ не более ±7,5 • 10-8/°С в интервале от -40 до +85 °С), малой
чувствительностью к ускорениям (1*10 /g); время дрейфа частоты
после включения составляет около 1 мин; старение не более 1-10—
за первый год и не более 1 • 10~ за 10 лет; СПМ фазового шума
Рис. 2.17. Осциллограмма выходного сигнала термокомпенсированного кварцевого
генератора модели VTC-4 фирмы «Vectron International» на частоте 160 МГц
79

составляет -150 дБ/Гц при отстройке 100 кГц Модель Z5 (ТС-210)
обеспечивает температурную нестабильность частоты не более
0,28 млн- в интервале температур от -5 до +55 °С; старение — не
более 4 млн- за 20 лет; чувствительность к ±5 %-ным вариациям
питающего напряжения не более 0,05 млн- ; время дрейфа частоты
после включения питания не более 10 мс; допустимы удары и ускоре-
ния до 50g; уровень СПМ фазового шума -130 дБ/Гц при отстройке
частоты на 1 кГц В модели ЕХ-400 продолжительность восстановле-
ния (Restabilisation) значения частоты после выключения и последу-
ющего включения электропитания термостата не превышает 2 мин.
Модель С4600 отличается низким уровнем старения: ±1 млрд- за
сутки, ±100 млрд- за первый год и ±50 млрд- за каждый последую-
щий год. В кварцевых генераторах с предельной термостабильно-
стью применяется двухступенчатое термостатирование (Double Oven
Controlled Crystal Oscillators — DOCXO). В модели С4710 (рис 2.18)
категории DOCXO использован кварцевый резонатор с SC-срезом
модели HC-37/U на основной частоте 5 МГц, имеющий старение
порядка 30 млрд- за первый год; СПМ фазового шума составляет
-140 дБ/Гц при отстройках выше 10 кГц.
Среди моделей кварцевых генераторов категории ОСХО имеются
микросхемы, обладающие пониженной чувствительностью одновре-
менно к различным внешним факторам Например, модель С4700
[17], в которой формируются сигналы синусоидальной формы с мощ-
ностью +7 дБмВт и частотой от 10 до 40 МГц, функционирует в диа-
пазоне температур от - 40 до + 85 °С с максимальными относитель-
ными уходами частоты не более 25 млрд- , а наибольшая
чувствительность вариаций частоты к линейным ускорениям по
ортогональным осям не превышает 0,2 • 10 /g; она размещена в кор-
пусе с размерами 51x25x40 мм
В генераторах категории OCXOF фирмы
«Pascall Electronics Ltd» гарантированы
выходная мощность 18+2 дБмВт на
нагрузке 50 Ом, уровень гармоник -30 дБ,
уровень СПМ фазового шума на частоте
120 МГц при отстройке на 100 Гц не
более -137 дБ/Гц и уровень белого фазо-
вого шума при отстройках более 100 кГц
не более -182 дБ/Гц, что представляется
Рис. 2.18. Генератор docxo с наиболее низким уровнем среди генерато-
двумя вложенными термоста- ^ категории ОСХО
80

2.2.6. Генераторы, управляемые напряжением
Генератор, управляемый напряжением — ГУН (Voltage Controlled
Oscillator — VCO), представляет собой аналоговую автоколебатель-
ную систему на биполярных или полевых транзисторах, которая фор-
мирует на внешней нагрузке напряжение, близкое по форме к гармо-
ническому, с частотой, изменяющейся при вариации управляющего
напряжения Еу В большинстве моделей ГУН в качестве управителя
частотой используется варикапная матрица из встречно включенных
диодов с запирающим управляющим напряжением. В некоторых
ГУН для управления частотой применяется высокодобротный стаби-
лизирующий резонатор из феррита на основе железоиттриевого гра-
ната (ЖИГ-перестройка), резонансная частота которого изменяется в
зависимости от тока подмагничивания /у катушки в цепи управления
К ГУН предъявляют основные технические требования, сформу-
лированные в § 2 1 для источников колебаний с фиксированной час-
тотой. В связи с функцией электронного управления частотой необ-
ходимо дополнительно использовать следующие характеристики:
1) нижнюю/н и верхнюю/в граничные частоты диапазона элект-
ронной перестройки частоты генерации Вводят относительную
ширину полосы перестройки частоты BW = (fB -/h)//q, где/0 = (/в +
+/н)/2 — средняя частота; для ГУН с широкой полосой перестройки
используется коэффициент перекрытия по частоте kj- = fJfH. Напри-
мер, для октавного ГУН kj- 2, BW= 0,67;
2) среднюю по диапазону перестройки выходную мощность Рвых
и ее неравномерность в определенном диапазоне (Power Variation);
3) характеристики СПМ фазового шума вблизи несущей частоты
S^{F) на краях диапазона перестройки;
4) линейность модуляционной характеристики, которая описыва-
ется пределами изменения крутизны (Tuning Sensitivity) управления
S = df/dE в полосе перестройки управляющего напряжения от
^ymin до ^yrnax'
5) инерционность управления частотой, которая характеризуется
полосой пропускания частот по цепи модуляции (Tuning Bandwidth)
FM0JX, в пределах которой девиация частоты выходного сигнала при
гармоническом управляющем воздействии уменьшается не более чем
в Jl раз по сравнению с девиацией при медленном изменении Е в
тех же пределах;
7) вариации чувствительности к влиянию внешних факторов
(температуры, напряжения питания, сопротивления нагрузки) в диа-
пазоне управляющих напряжений;
81

8) ток / в цепи управления частотой. Варикап, который использу-
ется в качестве управителя частотой, находится в запертом состоянии,
поэтому постоянная составляющая тока управления /у в середине
интервала изменения управляющего напряжения не превосходит
10 мкА Ток через варикап может существенно возрасти при близких к
нулю управляющих напряжениях из-за открывания р-я-перехода высо-
кочастотным напряжением, что приведет к падению выходной мощ-
ности ГУН. Открыванием /?-я-перехода варикапа высокочастотным
напряжением в области пробоя ограничено также наибольшее значе-
ние управляющего напряжения Е .
В мире сотни фирм выпускают десятки тысяч моделей ГУН
Можно выделить следующие интернет-адреса фирм, изготовляющих
наиболее высококачественную продукцию этого вида:
www amplifonix com; www hittite.com; www remecmagnum com;
www mwireless com; www.minicircuits.com; www.modcoinc.com;
www siversima se; www.synergymwave com; www.vcol com;
www zcomm.com; www marki com; www.miteq.com;
www mwrfpdd.com; www millitech com; www.sirenza.com;
www micronetics.com; www maxim-ic com; www emresearch.com;
www tele-tech-rf com.
В табл. 2.6 представлены параметры характерных моделей. Выход-
ная мощность ГУН обычно варьируется в пределах от -5 до +16 дБмВт.
В некоторые модели встроены усилители, поэтому, например, ГУН
фирмы «Sivers IMA», имеют выходную мощность до +28 дБмВт в
диапазоне миллиметровых волн
Генераторы, управляемые напряжением, на основе 1С-элементов
предназначены для диапазона частот от 5 МГц до 26 ГГц. В интег-
ральные схемы ГУН миллиметрового диапазона длин волн иногда
включают широкополосный буферный умножитель частоты на 2 или
на 4, который играет роль развязывающего каскада для ослабления
влияния нагрузки, а пониженная частота автогенератора облегчает
построение колебательной системы с управлением частотой на вари-
капе. В микросхеме HMC739LP4 (рис. 2 19) размером 4x4 мм форми-
руется выходной сигнал гармонической формы, частота которого на
выходе RFOUT устанавливается от 23,8 до 26,8 ГГц изменением
управляющего напряжения Е от 1 до 13 В при выходной мощности
около 8 дБмВт и уровне СПМ ФШ -93 дБ/Гц для отстройки на
100 кГц Эта модель содержит последовательно включенные широ-
кополосные делители частоты на 2 (на выводе RFOUT/2 выходная
мощность 4 дБмВт) и на 8 (на выводе RF0UT/16 выходная мощность
-1 дБмВт). Такая структура облегчает организацию системы фазовой
автоподстройки частоты (ФАПЧ) для стабилизации дискретной
сетки частот
82

яхэоннэдоэо
g '°_y ВИНВХИЦ
эинэжвduвн
lOlOBh В0О1ГОЦ
gtf iZy HMHHOwdBJ
yodoia 4H3aod^
1яюхэвь эинваилк!В£
nj/3tf'(Xj*ooi)
*£ BwXm
олоаоЕвф 1Л11ЛЭ
BHHairaBduX
BHtHiXd^
g '^ эинэжвduвн
aamoiBiraBdux
igwgtr лпяс/
чхэонтпом
KBHlTOXHa
Частота, МГц
Модель
Сайт
Окт,
Лин
<N
0,13
-26
0,03
-135
Т
т
00
+
12,5—25
JTOS-25
5 В,
МШ,
Герм
(N
0,05
00
7
90'0
-134
2—2,5
0—5
+10
24—29
POS-50P
Лин, 5 В
fN
0,1
-30
06
-128
6-9
0,5—5
О
48—59
JTOS-100P
Окт,
Герм,
Лин
(N
0,1
-23
0,8
-127
4—6,8
оо
т
+9,5
75—150
ROS-150
МШ,
Лин, ЧС
(N
(N
-40
0,07
-145
2,3
1—16
»~1
+
118—138
POSA-138
www.minicircuits.com
5 В, Лин,
Герм
см
"
-27
-
-122
7—10
+10
148—174
JTOS-300P
Окт,
МПАМ,
Герм
fN
0,1
-25
1,5
-120
17—23
1—16
+10
250—500
POS-500W
5 В, Лин
4,5
-
-25
сп
-.22
26—30
0,5-5
-
810—900
ROS-900PV
as й
U-v
fN
-30
fN
-130
10—30
1—16
+16
800—960
POSA-960
83

яхэоннэдооо
g '°j кинвхии
эинэжкс!ив1-1
ПЛЛ1 tVonJ HHtiBirXtrow
XOJ-ЭВЬ BDOirOJJ
gtr'Zp иминомс1вл
Hodoia чнэаос!^
ISlOXDBh ЭИНВЯИЛК1В£
nj/gff'(Xp«ooi)
ОЛОЯОЕВф J/^LID
BMH3i;aBduX
BHtHxXd^
g ' *y эинэжвduвн
aamcHBiraBduy^
чюонтпои
BBHtroxna
Частота, МГц
Модель
Сайт
МШ,
Лин,
Герм
оо
ЧО
-24
7,5
-130
4,5
1—20
+8,5
1070—1115
JCOS-1100LN
Лин,
Герм
«/->
о
00
О
ГО
-116
20—60
0,5—22
Оч
2400—3000
ROS-3000V+
www.minicircuits.com
5 В, Лин
3,3
оо
-17
ЧО
ОО
40—50
0,ч ь
О
1500—1605
ROS-1605PV
5 В, х2;
ШПУ
^
300
00
-
-120
75—90
0,5—5
(Ч
6640—6740
ZX95-6740C+
(N
ГО
-20
г-
-132
го
До 11
+12
128—160
MW500-1343
СШП
8 12
1
-25
0,3
-120
100
До 16
чО
+
700 1800
MW500-1345
Окт,
ШПУ
CN
17,6
—
uo
-112
20—60
До 20
+8,5
650—1300
М3500-0613
www.micronetics.com
Окт
6,5
1
-14
CN
-по
100
До 20
О
1700—3800
MW500-1414-1
Лин
CN
1
-15
О
ОО
О
100
До 22
+2,5
4900—6500
MW500-1262
МШ,ДР
*п
1
-25
1
-130
*п
«о
о
+
5988—6012
MW500CR-6000
•в-го
u-i
1
-26
ЧО
-120
110—150
го
О
ор
2400—2500
МАХ2753
www maxim-ic com
О ffl
о ^
го
1
.-:
in
-113
50—80
0,8-2,4
го
2700—2750
VC0191-2750U
www.sirenza com

г
со
1
г-
—
-гт
20—120
До 10
-зз-
2050 2250
HMC384LP4
£
со
I
т
fN
-115
30—160
До 10
4,5
2250—2500
HMC385LP4
&
со
1
-.5
Ч~1
-,05
250—70
До 10
+10
5600—6800
HMC358MS8G
&
со
1
-16
00
fN
-103
90—360
J,
■sr
7800—8700
HMC506LP4
£
с
-*-.
со
1
-,5
<Л
-ПО
100—500
со
1
CN
Г-
10 430—11460
HMC513LP5
*
1
<л
1
fN
^"
-ПО
30—80
о
х
ЧО
+
14 000—15 000
HMC398QS16
-.6
•л
1
-20
</->
ОО
Оч
500—1000
со
1
fN
♦ ..
24 000—25 000
HMC533LP4
-16,-2
«л
I
-20
О
со
-93
400—1600
со
х
00
23 800—26 800
HMC739LP4
о •—
ч~)
•
-22
>Л
-ПО
50—110
0,5-12
р
4950—5500
DCO495550-5
www synergymicrowave
com
Лин,
СрМ, БУ
ЧО
со
ое-
-
-72
100—600
До 20
00
fN
20 000—24 000
VO3262K/00
1
с
S
1
<
iTt
со
-30
-
-102
100—600
До 20
1*
12 000—18 000
VO3260P/04
i
3
»
МПСС,
Лин
ч~>
-
-20
со
-123
оо
ЧО
о
7150—7550
о
D
www vco 1 com
Лин, 5 В
<n
I
-30
<n
-106
150
T
О
5700—5800
SMV5750A-LF
&
fN
1
00
00
fN
00
о
100—200
1-12
12,5
4200—5000
V950ME09-LF
www.zcomm com
Лин, ЧС
«л
1
о
т
0,5
-120
fN
1
о"
0,5
7890—8010
CRO8000Z
МШ,ЗВ
со
1
-10
-
-128
а
0,4-2,6
со
970—1000
VCO 191-985UY
www.rfmd com
СШП
10
1
-20
fN
-90
40—200
0,5—23
о
1600—3600
DCYS 160360-5
www.synergymicrowave
com
uU- с га *
; S I g g
[ SeL S |
85

Рис. 2.19. Функциональная схема управляемого генератора HMC739LP4:
£у — напряжение управления частотой, £"д — напряжение питания делителей частоты,
ERF — напряжение питания ГУН, GND — земля
Относительная ширина полосы перестройки частоты современных
ГУН лежит в пределах от 1—10 % до октавы и более. Ее ограничивают
такие факторы, как предел изменения емкости варикапа, недопусти-
мые изменения выходной мощности, нелинейность модуляционной
характеристики Среди ГУН с октавным интервалом перестройки (kj=
= 2) можно выделить POS-500W фирмы «Mini-Circuits» для диапазона
0,5 ГГц и М3500-0613 для диапазона 1,3 ГГц Фирма «Micronetics»
разработала ГУН MW500-1414 специально для сверхширокополосных
систем диапазона до 4 ГГц с fy = 2,3 при выходной мощности
(+11±0,75) дБмВт Электронную перестройку частоты с к^= 1,7 в четы-
рехсантиметровом диапазоне с повышенной мощностью в нагрузке
допускают ГУН на микросхеме VO3262C/00 фирмы «SiverlMA».
Шумовые свойства ГУН различного диапазона частот можно
сравнить следующим образом. Допустим, надо найти, какое техни-
ческое решение с точки зрения шумов более предпочтительно в
радиосистеме с несущей частотой/г = 1100 МГц и зоной отстроек не
более 1 МГц: a) JCOS-1100LN или б) POSA-138 [29]. Последний —
это ГУН с выходной частотой 137,5 МГц, он требует включения после-
довательно с ним малошумящего умножителя частоты в 8 раз. Шумо-
вые характеристики упомянутых ГУН представлены на рис. 2.20.
86

100 Гц 1 кГц 10 кГц 100 кГц 1 МГц 10 МГц F
Рис. 2.20. Шумовые характеристики различных моделей ГУН
Из этого рисунка видно, что при одинаковых отстройках (125 кГц)
S (F) для POSA-138 (точка Б) на 13 дБ лучше, чем для микросхемы
JCOS-1100LN Однако при требуемой отстройке 1 МГц применение
микросхемы JCOS-1100LN обеспечивает S (1 МГц) = -150 дБ/Гц
(точка А) В то же время при умножении несущей частоты после мик-
росхемы POSA-138 на N = 8 отношение мощности фазовых неста-
бильностей к мощности несущей увеличится на 201g8 = 18,1 дБ по
сравнению со значением при отстройке на 125 кГц
Таким образом, на выходе умножителя СПМ фазового шума при
отстройке на 1 МГц возрастет до -128 дБ/Гц без учета дополнитель-
ного шума при умножении Таким образом, при указанной отстройке
генератор модели JCOS-1100LN по уровню шума предпочтительнее
генератора модели POSA-138 Однако надо, кроме того, сравнить зна-
чения уровня фазового шума на заданной несущей частоте при мини-
мальной допустимой отстройке F' может оказаться, что в области
минимальных отстроек преимущество будет за решением с низкочас-
тотным кварцевым генератором.
Типовые значения S бел составляют от -120 до -130 дБ/Гц для
рабочих частот менее 500 МГц и от -95 до -102 дБ/Гц для ГУН с
выходной частотой 2—3 ГГц Среди малошумящих ГУН можно
выделить модель MW500-1343 с уровнем шума -147 дБ/Гц на час-
тоте 150 МГц при отстройке F= 100 кГц и -100 дБ/Гц при отстройке
F = 1 кГц. Для этой микросхемы зона белого частотного шума распо-
лагается при отстройках F= 10 -s- 20 кГц, а уровень частотного белого
87

шума «Sy-бел существенно зависит от шумовых свойств источников
напряжений Е0 и Е
Содержание высших гармоник в выходном сигнале ГУН зависит
от вида колебательной системы, режима активного элемента автоге-
нератора и от рабочей точки варикапа Уровень второй гармоники А2
изменяется в пределах от -7 дБ (HMC385LP4) до -35 дБ (JTOS-100)
или -40 дБ (POSA-138). Для снижения уровня высших гармоник в
выходную цепь некоторых ГУН встраивают фильтры нижних частот,
подавляющие вторую и высшие гармоники В результате этого в
MW500-1343 уровень второй гармоники не более -20 дБ, а третьей
менее -40 дБ; в VO3262K/00 благодаря такому фильтру А2 = -30 дБ.
Нужно отметить, что при использовании встроенных умножителей и
делителей частоты в спектре выходного колебания появляются
дополнительные дискретные комбинационные компоненты на поло-
винной и на полуторной частотах (в микросхеме HMC398QS16G их
уровень равняется -20 и -30 дБ соответственно).
Питающие напряжения ГУН для большинства изделий состав-
ляют 3, 5 или 12 В Ток потребления обычно не превышает 20—30 мА
В ряде ГУН встроен буферный усилитель для ослабления влияния
вариаций нагрузки (например, ZOS-1025). В таких изделиях потреб-
ляемый ток достигает 140 мА Генераторы повышенной выходной
мощности на микросхеме VO3262K/00 потребляют до 300 мА Для
некоторых моделей ГУН нормируется время установления и спада
мощности после коммутации питания: для микросхемы МАХ2753
твкл=10мкс,твыкл = 8мкс.
Модуляционные характеристики ГУН f(Ey) монотонны и, как пра-
вило, достаточно линейны (рис 2.21) Для выбора рабочей точки по
/, МГц
У
^
• ^
р
вых
.
— .
/
0 2 4 6 8 10 12 14 16 £у, Е
Рис. 2.21. Модуляционная характеристика ROS-150

/МГц
5. МГц/В
6850
6750
6650
6550
6450
У/.
^^■у
s^s
^
Sy при +25 °C у
\Х+25°С j^)
^+85°cJ
0
2
3
£„.в
Рис. 2.22. Характеристики 5у(£у) и/(£у) для ГУН модели ZX95-6740C+ при различ-
ной температуре окружающей среды:
£у — управляющее напряжение, f(Ey) — частота, Sy(Ey) — крутизна характеристики
управления
управляющему напряжению с точки зрения линейности модуляции
удобно использовать зависимость крутизны S (Е ) модуляционной
характеристики от управляющего напряжения Из рис. 2 22 видно,
что у генератора ZX95-6740C+ крутизна модуляционной характе-
ристики изменяется в заметных пределах 70—95 МГц/В. В ГУН
ROS-150 приняты меры по линеаризации модуляционной характери-
стики, поэтому ее характеристика Sy(Ey) изменяется от 4,9 до 6,2 МГц/В.
Некоторые ГУН разработаны для схем с напряжением управления
не более 3 В (VCO191-2750U) или не более 5 В (JTOS-300P), во мно-
гих случаях диапазон изменения управляющего напряжения значи-
тельно превышает напряжение питания активного элемента Напри-
мер, для микросхемы MW500-1262 наибольшее напряжение
управления превышает 20 В.
Полоса модулирующих частот в большинстве изделий не опуска-
ется ниже FMoa = 100 кГц. Но для низкочастотных ГУН, например
POS-50P, она снижается до 50 кГц Поскольку данный параметр
ограничен только номиналами блокировочных цепей, то можно
выбрать ГУН с заметно более широкой полосой по цепи управления
Так, в модели ГУН М3500-0613 полоса модулирующих частот дости-
гает 17,6 МГц
89

Коэффициент чувствительности частоты к вариациям температуры
окружающей среды (ТКЧ) изменяется в пределах от 20 МГц/°С для
ГУН М3500-0613 на частоте 6 ГГц до 0,02 МГц/°С для MW500-1343
на частоте 160 МГц Для ROS-900PV повышение температуры от 25
до 85 °С приводит к снижению частоты на 5 МГц (0,6 %) и мощности
на 0,6 дБ, понижение же температуры до -55 °С увеличивает частоту
на 5 МГц, а мощность на 0,4 дБ
Генераторы серии ZOS фирмы «Mini-Circuits» [29] включают в
себя выходной усилитель, обеспечивающий высокую развязку от
вариаций сопротивления нагрузки, и ответвитель, формирующий
основной и дополнительный выходы Например, для ZOS-1025 коэффи-
циент затягивания частоты Д/^, при вариациях фазы и сопротивления
нагрузки не превосходит 51 кГц в диапазоне перестройки по частоте
от 0,68 до 1,02 ГГц Модель ZX95-2500 разработана для линейной
перестройки частоты в интервале от 1,6 до 2,5 ГГц с вариациями кру-
тизны управления частотой по диапазону не более ±19 % и с низкой
чувствительностью к изменениям напряжения питания (не более
2 МГц/В).
Модель ROS-3000V предназначена для поверхностного монтажа
(размеры 12,7x12,7x4,6 мм), обеспечивает мощность +9 дБмВт, пере-
стройку частоты в пределах 2,4—3 ГГц с изменениями крутизны
управления в пределах 20—60 МГц/В при уровне фазового шума
-136 дБ/Гц (для отстройки 1 МГц). Для нее наивысшая модулирующая
частота на входе управления составляет 20 МГц, ток от источника
питания напряжением +5 В не превышает 40 мА Генераторы, управля-
емые напряжением, с перестройкой частоты в пределах октавы (серия
POS) имеют достаточно низкий уровень фазового шума (-137 дБ/Гц
при отстройке 1 МГц на частоте 0,8 ГГц). Модель ROS-1600W отлича-
ется расширенной до 90 МГц полосой модулирующих частот Модели
серий JTOS, MOS, POS, ROS, отмеченные дополнительным символом
Р, предназначены для использования в составе синтезаторов стабиль-
ных частот с фазовой автоподстройкой- в них управляющее частотой
напряжение не превосходит +5 В и снижен диапазон изменения чув-
ствительности по управлению в диапазоне частот перестройки. Ряд
моделей отличается пониженным уровнем фазового шума: например,
для POSA-158 в интервале частот 0,13—0,16 ГГц собственный фазо-
вый шум составляет -100 дБ/Гц при отстройке 1 кГц, -125 дБ/Гц при
отстройке 10 кГц и -163 дБ/Гц при отстройке 1 МГц. Типовой интер-
вал рабочих температур, в котором гарантированы определенные зна-
чения параметров, для ГУН составляет от -55 до +85 °С
Модель ROS-3000V предназначена для поверхностного монтажа
(размеры 12,7x12,7x4,6 мм), обеспечивает мощность +9 дБмВт, пере-
стройку частоты в пределах 2,4—3 ГГц с изменениями крутизны
90

управления в пределах 20—60 МГц/В при уровне фазового шума
-136 дБ/Гц (для отстройки 1 МГц). Для нее наивысшая модулирую-
щая частота на входе управления составляет 20 МГц, ток от источ-
ника питания напряжением +5 В не превышает 40 мА
Фирма «Hittite» [30, 31] выпускает серию интегральных ГУН,
перекрывающую диапазон частот от 1 до 90 ГГц Генератор
HMC384LP4 для полосы частот 2,05 — 2,25 ГГц содержит встроен-
ный буферный усилитель выходного сигнала и обеспечивает в ука-
занной полосе частот выходную мощность +3,5 дБмВт, которая изме-
няется не более чем на ±0,2 дБ во всем диапазоне изменения
управляющих напряжений от 0 до +10 В при токе управления менее
10 мкА. СПМ фазового шума составляет -90 дБ/Гц при отстройке
10 кГц и -112 дБ/Гц при отстройке 100 кГц; коэффициент затягива-
ния частоты не более 2,5 МГц (при любой фазе нагрузки для коэффи-
циента стоячей волны 2); коэффициенты чувствительности к напря-
жению питания 5 МГц/В, к вариациям температуры 0,25 МГц/°С.
Микросхема потребляет ток 35 мА от источника питания напряжением
+3 В. Подобный буферизованный ГУН модели HMC506LP4 диапазона
7,8—8,7 ГГц обеспечивает выходную мощность +14 дБмВт.
Генератор, управляемый напряжением, миллиметрового диапа-
зона модели HMC398QS16G содержит встроенный резонатор, гене-
рирующий транзистор на GaAs, варакторный диод и делитель час-
тоты. Микросхема имеет выход с мощностью +6 дБмВт на частотах
14—15 ГГц и дополнительные противофазные выходы сигнала с
мощностью -6 дБмВт, которые могут быть использованы как вход-
ные для дискриминатора системы фазовой синхронизации. Уровень
СПМ фазового шума на основном выходе составляет -75 дБ/Гц при
отстройке 10 кГц и -105 дБ/Гц при отстройке 100 кГц, а на дополни-
тельном выходе -95 дБ/Гц при отстройке 10 кГц и область белого
шума с СПМ на уровне -145 дБ/Гц при отстройке более 1 МГц
На основном выходе ПСС на половинной частоте имеют уровень
-20 дБ, на второй гармонике -12 дБ, уровень остальных гармоник
менее -30 дБ Микросхема потребляет ток 325 мА от источника
питания напряжением +5 В, размещена в корпусе размером
4,8x3,8x1,35 мм ГУН моделей HMC513LP5 / 514LP5 / 533LP4 перекры-
вают полосу частот от 6 до 24,8 ГГц и включают в себя встроенные
делители частоты в 2 или в 4 раза (для HMC533LP4 — в 16 раз) Модель
HMC533LP4 обеспечивает собственный фазовый шум -95 дБ/Гц
при отстройке 100 кГц на частоте 24,6 ГГц и выходную мощность на
этой частоте +12 дБмВт.
Выходная мощность ГУН обычно варьируется в пределах от
-5 до +16 дБмВт. Иногда для ослабления влияния нестабильной
фазы нагрузки в состав интегрального ГУН встраивается буферный
91

каскад, поэтому в таких моделях нет необходимости иметь выходную
мощность более +3 дБмВт. Можно выделить ГУН, которые благодаря
встроенному усилителю имеют выходную мощность РВЬ1Х до +28 дБмВт
в диапазоне сантиметровых волн
В однополосном модуляторе передатчика или в однополосном
преобразователе частоты вниз необходимы когерентные четырехфаз-
ные опорные сигналы с одинаковой амплитудой и фазовыми сдви-
гами, различающимися на 90° для любой частоты диапазона пере-
стройки. В таких случаях целесообразно использовать многофазные
системы ГУН с кольцевым включением автогенераторных узлов.
Среди ГУН с октавной перестройкой можно выделить модель
POS-500W для частоты 0,5 ГГц, а также М3500-0613 для частоты
1,3 ГГц Модель MW500-1414 предназначена специально для сверх-
широкополосной перестройки частоты с к*= 2,3 при выходной мощ-
ности + 11 дБмВт. Электронную перестройку частоты с кг = 1,7 в
четырехсантиметровом диапазоне допускают VO3262C/00 с повы-
шенной мощностью в нагрузке.
Генераторы, управляемые напряжением, с ЖИГ-резонаторами
могут иметь более широкий диапазон перестройки, так как резонанс-
ную частоту стабилизирующего ферритового резонатора можно
изменять в несколько раз изменением тока подмагничивания в
катушке управления. Однако такие генераторы имеют заметное огра-
ничение по полосе модулирующих частот. Кроме того, в них исполь-
зуют монотонное изменение частоты, поскольку ферритовые изделия
проявляют магнитный гистерезис, приводящий к скачкам частоты
Полоса модулирующих частот FMoa в большинстве изделий
(кроме ГУН с ЖИГ-резонаторами) указывается производителями до
100 кГц Поскольку этот параметр ограничен не свойствами вари-
капа, а параметрами блокировочных элементов, то можно выбрать
ГУН, имеющий заметно более широкую полосу по цепи управления.
Так, в микросхеме М3500-0613 полоса модулирующих частот дости-
гает 17,6 МГц
Типовые значения 5ф бел составляют -(120 -s-130) дБ /Гц для рабо-
чих частот менее 500 МГц и -(95 ч-102) дБ/Гц для ГУН с выходной
частотой 2—3 ГГц. Среди малошумящих можно выделить ГУН на
микросхеме MW500-1343 с уровнем шума -147 дБ/Гц на частоте
150 МГц при отстройке 100 кГц и -100 дБ/Гц при отстройке 1 кГц.
Для микросхемы JTOS-25 СПМ фазового шума составляет -115 дБ/Гц
при отстройке F = 10 кГц Для указанных микросхем зона белого
частотного шума располагается при отстройках F = 10-г 20 кГц,
а уровень 5убел существенно зависит от шумовых свойств источни-
ков напряжений Е0 и Еу
92

Для снижения влияния нагрузки на работу ГУН в них иногда
встраивают буферные широкополосные усилители или удвоители
частоты В результате чувствительность к изменению фазы коэффи-
циента отражения (затягивание частоты) уменьшается. Например, в
микросхеме MW500-1343 значение Af^ снижается до 0,13 МГц на
частоте 160 МГц, в микросхеме HMC398QS16G — до 4 МГц на час-
тоте 15 ГГц (рис. 2.23) Встроенный буферный усилитель позволяет в
некоторых моделях (VO3262C/00) иметь два взаимно развязанных
выхода для подключения нагрузки.
Корпорация «Mini-Circuits» [29] выпустила серию ZX95 управля-
емых по частоте напряжением генераторов с коаксиальным выход-
ным соединителем SMA-Female. В серию входят 13 моделей, пере-
крывающих диапазон частот от 50 до 2650 МГц. Среди них
генераторы с октавной перестройкой и линейной модуляционной
характеристикой, с малым уровнем фазового шума вблизи несущей, с
малой чувствительностью к вариациям нагрузки и питающего напря-
жения, с низким уровнем гармонических и негармонических искаже-
ний в спектре сигнала Генераторы размещены в приспособленном
для закрепления корпусе размером 30,5x18,1x11,0 мм с клеммами
подключения источника питания и управляющего напряжения
Интервал рабочих температур составляет от -55 до + 85 °С. Выходная
мощность на нагрузке 50 Ом для большинства ГУН этой серии — от
+5 до +10 дБмВт в зависимости от модели Коэффициент перекрытия
по частоте (при уровне паразитной амплитудной модуляции не более
±1,5 дБ) варьируется от 1,73 до 2,21. Модель ZX95-765 разработана с
повышенной линейностью модуляционной характеристики: отклоне-
ние крутизны управления от среднего значения составляет ±8,2 %.
Полоса модулирующих частот (по уровню снижения глубины моду-
ляции на 3 дБ) не менее 3 МГц, а входная емкость порта управления
ЕУ>
1730- 1900
Рис. 2.23. Структурная схема ГУН миллиметрового диапазона длин волн модели
HMC398QS16G
93
6,92 - 7,6 ГГц
-^
-1
5--

составляет от 170 до 400 пФ. Уровень фазового шума вблизи несу-
щей для всех моделей серии при отстройке 1 кГц не хуже -77 дБ/Гц, а
при отстройке 1 МГц не выше -138 дБ/Гц; для модели ZX95-100,
выделенной как малошумящая, уровень фазового шума составляет -
86 дБ/Гц при отстройке 1 кГц и -151 дБ/Гц при отстройке 1 МГц;
уровень белого фазового шума при отстройке 1 МГц не достигается
Модель ZX95-765 отличается пониженным до -35 дБ уровнем
высших гармоник, модель ZX95-2650 — низкой чувствительностью
частоты к вариациям питающего напряжения (не хуже 0,038 %/В) и к
вариациям фазы нагрузки (не хуже 0,1 % для любой фазы при развя-
зывающем ослабителе на 12 дБ).
В кварцевых ГУН в колебательную систему встроен варикап, что
позволяет изменять напряжением частоту в пределах ±150* 10~ от
средней частоты с линейностью модуляционной характеристики
±(5 -г 20) % и полосой пропускаемых по цепи управления частотой от
1 до 500 кГц. Управляемые ПАВ-генераторы VCSO фирмы «Vectron
International» [16] формируют колебания с частотой от 155 до 1350 МГц
со средним квадратическим уровнем дрожания фазы от 0,1 до 300 пс
в полосе от 12 кГц до 80 МГц В модели VS-750 встроены две линии
задержки на ПАВ, которые задают стабильные значения выходной
частоты и могут переключаться В модели V-Type встроены ограни-
читель и буферный усилитель управляющего напряжения, а также
буферный трехстабильный усилитель выходного сигнала, благодаря
чему возможен перевод генератора в состояние с высоким выходным
сопротивлением по выходу; уровень СПМ фазового шума -115 дБ/Гц
при отстройке на 1 кГц, полоса частот по цепи управления 10 кГц;
интервал рабочих температур от -40 до +85 °С; питание от источника
напряжением 3,3 В с током 12 мА Модель С5260 обеспечивает темпе-
ратурную нестабильность 15*10" в интервале температур от -20 до
+70 °С; старение 3 • 10~ за первый год и не более 1 • 10" за каждый
последующий; линейность модуляционной характеристики 10%;
уровень дрожания фронта в полосе 10 кГц — 20 МГц не более 1 пс;
уровень СПМ фазового шума -135 дБ/Гц при отстройке на 1 кГц;
время изменения частоты после включения 1 мс; питание от источ-
ника с напряжением 3,3 В при токе 30 мА; масса 2 г
Ряд моделей VCXO предназначен для жестких условий эксплуата-
ции Например, серия 5116 фирмы «Vectron International», имеющая
выходные сигналы уровней ACMOS с частотой от 1 до 85 МГц и
кратковременной нестабильностью частоты ±30 • 10~ , выпускается в
керамическом корпусе размером 9x14x5 мм, функционирует в интер-
вале температур от -40 до +85 °С, предназначена для использования
в условиях космического пространства и выдерживает дозу радиации
94

до 100 крад. Высокотемпературные [17] управляемые кварцевые
генераторы Н-Туре этой фирмы (они имеют интервал рабочих темпе-
ратур от -55 до +180 °С) разработаны для автогенераторных датчиков
температуры. Например, модель TVC400DAL-Gxx.xxx работает на
частотах от 10 до 25 МГц в диапазоне температур от -55 до +180 °С
с нелинейностью модуляционной характеристики 20 % в полосе час-
тот управления от постоянного тока до 1 кГц.
Разрабатываются генераторы, управляемые по частоте реактив-
ными элементами на основе микроэлектромеханических систем
(МЭМС). В транзисторном генераторе на средней частоте 2,6 ГГц с
перестройкой МЭМС-индуктивностью [32, 33] СПМ фазового шума
такого ГУН составила -117 дБ/Гц при отстройке на 300 кГц от несу-
щей частоты.
2.2.7. Генераторы с оптоэлектроэлектронной
линией задержки
Новый класс генераторов стабильных колебаний радиочастотного
и оптического диапазона с уникально низкими фазовыми шумами
выполняется на основе радиочастотного генератора с волоконно-
оптической линией задержки, в которой оптическая несущая модули-
рована радиочастотными колебаниями. Такие компоненты выпускает
фирма «OEWave Inc.» [18]
На рис. 2.24 показана функциональная схема оптоэлектронного
генератора (ОЭГ) Оптические колебания от лазера с длиной волны
1550 мкм поступают в свернутую в бухту волоконно-оптическую
линию задержки длиной около 12 км, на входе которой включен
широкополосный модулятор света (модулируемый лазер), а на выходе —
широкополосный фотодетектор. Радиочастотный автогенератор с
частотой колебаний 5—15 ГГц образован замкнутыми в кольцо
Модулируемый
лазер
Р
С
<
~@
Выход
оптического
сигнала Фотодетектор
Оптическая
линия
задержки
-е-
L-~®
Усилитель
Выход
Рис. 2.24. Функциональная схема оптоэлектронного генератора стабильных колеба-
ний радиочастотного и оптического диапазонов
95

S^F), дБ/Гц
-40
-80
-120
-160
-200
10 Гц 1 кГц 100 кГц 10 МГц F
Рис. 2.25. Спектр мощности фазового шума вблизи несущей частоты 10 ГГц сигнала
на выходе оптоэлектронного генератора
широкополосными усилителями, полосно-пропускающим фильтром
(ППФ) и волоконно-оптической линией задержки. Генератор имеет
два выхода* радиочастотный (RF) и выход модулированного опти-
ческого сигнала. Перестройкой или переключением параметров
фильтра можно менять частоту автоколебаний в широких пределах.
Оптоэлектронные генераторы отличаются уникально низким
уровнем фазовых шумов (рис. 2 25) благодаря иному, по сравнению с
генераторами на IC-резонаторах, механизму возникновения фликкер-
шума Сообщается [18] о достигнутых показателях белого фазового
шума порядка -170 дБ/Гц при отстройках на 1 МГц относительно
несущей частоты 10 ГГц Такие значения уровня фазового шума на
30 дБ лучше, чем при использовании кварцевого генератора ОСХО
фирмы «Pascall» с частотой 100 МГц, имеющего СПМ S (10 кГц) =
= -180 дБ/Гц (см. табл 2 5), с последующим идеальным умножите-
лем частоты в 100 раз
На основе генераторов с волоконно-оптической линией задержки
выполняются также перестраиваемые ЖИГ-резонаторами радиочас-
тотные фильтры.
2.2.8. Стандарты частоты и времени
Мировым эталоном времени в 1 с принято считать интервал, за
который происходит 9 192 631 770 периодов излучения, соответству-
ющего переходу между двумя сверхтонкими уровнями основного
состояния атома цезия-133. Такой сигнал получают от прецизион-
ного квантово-механического устройства на основе цезиевого диск-
риминатора (репера) [34]. В рамках Службы единого времени
96
ч!
THJ
[NU^LaI
IN

(Coordinated Universal Time — UTC) сигналы точного времени перио-
дически сличаются с результатами астрономических измерений по
звездному времени, передаются по радио в национальные лаборато-
рии стандартов частоты и времени, где по ним корректируются наци-
ональные стандарты частоты и времени, поверяются вторичные эта-
лоны Сигналы точного времени с относительной нестабильностью
—12
частоты порядка 1*10 передаются по радио на несущих частотах
5 и 10 МГц, входят в состав сигналов радионавигационных систем
GPS и ГЛОНАСС Однако передаваемые в диапазоне длинных волн
сигналы подвержены фазовым искажениям из-за турбулентностей
ионосферы и условий распространения, а сигналы точного времени
от быстролетящих спутников необходимо усреднять за время от
десятков минут до нескольких часов. Поэтому кроме глобальных
нужны также локальные устройства хранения сигналов точного вре-
мени.
При оценке сведений о нестабильности стандартов частоты надо
иметь в виду, что из-за принципиального отсутствия еще более ста-
бильных эталонов предельно малые их собственные нестабильности
частоты измеряют по биениям колебаний независимых генераторов,
находящихся в одинаковых условиях. Первые экспериментальные
цезиевые стандарты частоты, созданные в 60-х годах XX в., имели
собственную относительную нестабильность частоты за 1 с порядка
1-10— , в 70-х годах — 1 • 10~ , в 1995 г был достигнут уровень
-14
1 • 10 По состоянию на 2005 г кратковременная собственная
нестабильность частоты цезиевого репера США (см сайт
www ncsli.org) модели NIST-F1, где применена «фонтанная» техноло-
гия охлаждения атомов цезия до 2 • 10 К, имеет уровень 5 • 10~ ;
сообщается о результатах исследований стандарта частоты на парах
стронция, который проявляет собственную нестабильность частоты
еще в 4—8 раз меньшую. Российский эталон ГЭТ 1-98 [см сайт
www vniiftri.ru] входит в число лучших в мире, и данные России вно-
сят соответствующий вклад в формирование международной атом-
ной шкалы времени TAI. В лаборатории стандартов частоты Физи-
ческого института РАН (г. Троицк Московской обл, Россия)
используется метрологический цезиевый репер МЦР-102 классиче-
ского типа и ведутся макетные разработки «фонтанной» технологии.
Опубликованы характеристики экспериментальных образцов
сверхмалошумящих источников колебаний со стабилизирующим
высокодобротным резонатором в форме диска или микрошара из сап-
фира (или из кварца) на волнах моды «шепчущей галереи»
(Whispering Galleries Modes — WGM), а также с металлическим
полым резонатором в состоянии сверхпроводимости Такие кон-
97

струкции генераторов со сверхчистым спектром требуют технологи-
ческой и экономической проработки
Кроме цезиевых дискриминаторов (реперов) с частотой квантового
перехода около 9,192 ГГц в качестве основы стандартов частоты при-
меняют водородные генераторы (мазеры) с частотой квантового пере-
-14
хода около 1,42 ГГц и долговременной нестабильностью 1 • 10 —
1-10— , рубидиевые генераторы и дискриминаторы с частотой кван-
-9 -11
тового перехода 6,834 ГГц и нестабильностью 1 • 10 —1 • 10
ртутные дискриминаторы с частотой перехода 40,5 ГГц. Сверхмалые
значения нестабильности частоты порядка 1 -Ю-15—1 -Ю-17 наблю-
дают при опытной эксплуатации установок с «фонтанным» механиз-
мом охлаждения атомов рубидия до температур, близких к абсолют-
ному нулю.
Достигаемый с помощью различных физических механизмов уро-
вень нестабильности частоты зависит от интервала времени наблю-
дения. На рис. 2.26 представлены оценки таких уровней на интерва-
лах времени ху от 1 • 10~ до 1 • 10 с.
В табл. 2 7 представлены [35] параметры различных типов источ-
ников колебаний со сверхвысокой и предельно высокой стабильно-
стью частоты
кг2 1 ю2 ю4 | io6|vc
1 сут 1 мес
Рис. 2.26. Влияние времени усреднения ту на оценку с(ту) нестабильности частоты
автономных стандартов частоты:
/ — кварцевого, 2 — рубидиевого, 3 — цезиевого, 4 — водородного
98

Таблица27 Сравнительные параметры источников колебаний
с прецизионной стабильностью частоты
Параметр
Погрешность
Старение за год
Температурная
нестабильность
Кратковремен-
ная нестабиль-
ность
Размеры, см
Дрейф частоты,
мин
Потребляемая
мощность, Вт
цевый генератор
ТСХО
2-Ю"6
5-Ю-7
5-Ю"7
1-Ю"9
10
0,03
0,04
ОСХО
1-Ю"8
5-Ю"9
1-Ю"9
1-Ю"12
20—200
4
0,6
Атомный стандарт частоты и времени
рубидие-
вый
5-Ю-10
2-JO"10
3-ю-10
3-Ю"12
100—800
3
7—20
рубидие-
вый с GPS
1-Ю"13
1-Ю"13
1-Ю"13
3-Ю"12
2000
15
15—20
цезиевый
2-Ю"11
0
2-Ю"11
5-Ю-11
6000
20
30
водород-
ный
1-Ю"13
2-10"13
2-Ю"11
1-Ю"15
20 000
30
120
В качестве характеристик вторичных стандартов частоты указы-
вают погрешность воспроизведения частоты 5В0 от одного вклю-
чения к другому за определенное время наблюдения Т, погрешность
установки частоты 8 — относительное среднее квадратическое
отклонение (СКО) от частоты стандарта. Эта величина определяет
количество старших десятичных разрядов номинала частоты, кото-
рые являются достоверными в отличие от значений младших разря-
дов, которые являются результатом вычислительных операций над
частотой без учета доверительной погрешности
Вторичные стандарты частоты в ряде стран выпускаются серийно.
Они обычно дополняются средствами для коррекции начальной фазы
(положения переднего фронта секундных импульсов), а также для меха-
нического или электронного управления частотой в небольших преде-
лах в целях установки номинала частоты по более точному эталону, для
компенсации долговременного дрейфа частоты Вторичные стандарты
частоты строятся на базе водородных генераторов (мазеров), цезиевых
дискриминаторов, рубидиевых дискриминаторов и генераторов, преци-
зионных кварцевых генераторов типов ОСХО и DOCXO
В состав вторичного атомного стандарта частоты кроме квантово-
механического генератора или дискриминатора входит схема пере-
носа стабильности частоты на стандартный номинал частоты и блок
формирования когерентных выходных сигналов в нужных частотных
диапазонах. Такая схема представляет собой одноопорный дробный
99

10 Ъ
Л Гц
Кварцевый
генератор
i=i ОСХО
ЦАП
Синтезатор
частоты
6,84 ГГц
Микропроцессор
Т
Атомный
резонатор
I
Ус
илитель
Локальная сеть
Рис. 2.27. Структурная схема стандарта частоты на основе фазовой синхронизации
колебаний кварцевого генератора ОСХО по квантовому переходу рубидиевого диск-
риминатора
синтезатор нужной частоты с фазовой синхронизацией (автопод-
стройкой) по эталону, например, управляемого кварцевого генератора
типа OVCXO. Такое устройство (рис 2 27), называемое иногда схемой
переноса стабильности частоты, имеет номинальную частоту выход-
ного колебания, близкую к стандартному значению 5 или 10 МГц
с количеством значащих нулевых десятичных разрядов не менее 9.
Параметры его схемы выбираются с учетом необходимости минималь-
ным образом ухудшить результирующие характеристики стабильности
частоты выходного сигнала, несмотря на действие внешних дестаби-
лизирующих факторов: вариаций температуры, давления, влажности,
механических воздействий и др. Поэтому параметры стабильности
частоты моделей вторичных стандартов, выполненных разными
производителями и по разным схемам, различаются между собой и
уступают значениям собственной нестабильности в квантовых уст-
ройствах Некоторые модели вторичных стандартов частоты ориен-
тированы на ту или иную конкретную систему связи или радионави-
гации, для чего в них синтезируются не только стандартные сигналы
с частотой, например, 1 Гц, 1 и 10 МГц, но также номиналы частот,
регламентированных в этой системе
Параметры серийных квантовых стандартов частоты представ-
лены в табл. 2.8. Они характеризуются достаточно низким уровнем
фазового шума при очень малых отстройках от несущей частоты от
-ПО дБ/Гц при отстройке 1 Гц до белого фазового шума на уровне
около -160 дБ/Гц при отстройках порядка 100 кГц (рис 2 28). Авто-
номные рубидиевые стандарты частоты дают минимальную неста-
бильность частоты порядка 1 • 10~ на отрезках времени 1—2 ч.
100

SJF), дБ/Гц
-90
110
130
150
160
N
\
\
\
\
\
\
1 1
If, [Гц] СПМФШ [дБ/Гц]
1 Гц -100
10 Гц -130
100 Гц -149
1 кГц -156
10 кГц -156
' "\
S
1
1 Гц 100 Гц I кГц 10 кГц 100 кГц F
Рис. 2.28. Измеренный уровень фазового шума SJF) для рубидиевого стандарта час-
тоты AR-81A
Внешний
IPPS
Считыватель
IRIGB
G PS-
приемник
#1
Ё.
о
с
#2 §
#3
Цепь обратной
связи
t
Фазовый
детектор
PPS
Рубидиевый
дискриминатор
*
Делитель
частоты в 107
Начальная
ус
тан
овк
\
Рис. 2.29. Функциональная схема синхронизирующегося по GPS-сигналам рубидие-
вого стандарта частоты AR51A-04
Существенного улучшения этого показателя добиваются в приборах,
оснащенных системой синхронизации по сигналам спутниковых нави-
гационных систем GPS, ГЛОНАСС, Galileo или по сигналам приемни-
ков IRIG В На рис. 2.29 показана функциональная схема такого при-
бора [35] Высокие показатели по стабильности частоты
обеспечиваются после установления теплового режима. Например,
для AR51A-04 через 7 мин гарантируется относительная нестабиль-
ность частоты 5 • 1 (Г , через 60 мин — 5 • 1 (Г , через 4 ч — 1 • 1 (Г .
На время активного прогрева потребляемая вторичным стандартом
частоты мощность электропитания в несколько раз увеличивается.
Серийный водородный стандарт частоты 41-75А (см табл 2.8) фор-
мирует выходные синусоидальные сигналы с частотой 5 и 100 МГц,
101

Особенность
Размеры, мм
СПМ фазо-
вого шума 5ф
(1 кГц), дБ/Гц
Дрейф
частоты,
мин
Относительная неста-
бильность частоты
за год
за 10 с
Выходные
сигналы
Модель
Сайт
Rb, GPS
210x108x395
-140
о
о
о
1 Гц,
1,544 МГц,
5 МГц, 10 МГц
GPS-12RG
www.pendulum-
instruments.com
ОСХО
315x86x395
1
о
о
о
5 МГц, 10 МГц
6688/021
Rb, GPS
214x88x328
-130
SO
О
о
о
1 Гц, 5 МГц,
10 МГц
FS725
ОСХО + Rb,
GPS
50x75x100
-130
SO
О
о
о
10 МГц
PRS10
www.thinkSRS.com
ОСХО
8
о
о
-158
■п
о
о
о
1 Гц, 5 МГц,
10 МГц
SC10
Х>
ОС
о
о
о
-140
■п
о
о
о
10 МГц
41-1012
www.ruknarcom
ОСХО, Корр
74x77x40
о
оо
„
'о
Г-4
'о
10 МГц
LCR-900
www spectratime com
Rb, чип
10x8x5
1
1
о
о
о
3,4 МГц
CSAC
www.nist com
Cs; RS232
480x595x135
-145
о
SO
О
О
Г-4
5 МГц, 1 Гц,
1/60 Гц
«Фианит»
2
X)
ОС
90x100x140
-140
о
"3-
©
О
5 МГц, 10 МГц
RFS-2001
АНР, Н
480x595x708
-150
о
о
о
1 Гц, 5 МГц,
100 МГц
Ч1-75А
с
X
£
I
о
о
о
-150
о
о
о
5 МГц, 10МГц,
100 МГц
41-1006
102

-О
ОС
240x140x325
I
1
о
о
о
5 МГц, 10 МГц
LPFRS-01
www. vremy a-ch ru
Rb, GPS
210x164x274
-140
-
о
о
о
1 Гц, 10 МГц,
51,2 МГц
AR51A-04
с
ел
с*2 ел
2*
367x482x43
о
«
о
о
о
ГО
10 МГц
AR81A-00
www.accubeat com
ОСХО, Rb
77x77x25
-150
1
о
wo
О
10 МГц
AR133A
Rb, ПК
126x38x93
-130
о
о
о
о
10 МГц
LPRO-101
www.Efratom com
й
ГО
-100
"3-
©
1,4-10""
1 Гц, 20 МГц,
50,255 МГц
FE-5650A
www.freqeleccom
оС
75x75x35
-145
-
о
о
ГО
10 МГц
Х72ТМ
www.symmetricom
com
1
_гсл
-О
ос
89x76x28
-165
«
о
о
о
1 Гц, 10 МГц
Е10-МРО
www.quartzlock com
ПК, GPS
105x30x125
I
о
о
о
1 Гц, 10 МГц
Е8000
GPS; ПК, Косм
1
-160
U0
1
1
1РР5;32кГц,
100 МГц
GPS Satellite
www.mti-
milliren com
о се
§ I
х 8.
5 у т
ем
0 р се
се g &
i I!
1 g 7
a. <u н
I*
x S
s <u
О о
I 8-
« §
e gv5
: о м о*
' __ VO 3X
2 o.
о 2 =
8.E-!
о <u ;
I S'
I S:
12
11
^ ST s
в I l) Й
Я ' X X
I Ml
103

а также сигналы точного времени, следующие через 1 с. Относи-
тельная погрешность по частоте за 1 год без автоматической
-12
настройки резонатора (АНР) составляет 3*10 , за 10 лет без АНР
она составляет 5-Ю-15. Если система АНР включена, то нестабиль-
-12 -14
ность частоты за 1 с составляет 1,5*10 , за сутки 2*10 , за 10 лет
достигается погрешность не более 1,5-10— .
Стандарты частоты PRS10 и GPS-12R оснащены автоматической
системой коррекции фазы по усредненному за заданное время сиг-
налу спутниковой радионавигационной системы GPS, так что уход
фазы от Международного атомного времени не превышает 1 мс за
сутки. Эти приборы могут иметь дополнительные выходы частот
100 кГц, 1,544 и 2,048 МГц с прецизионной стабильностью На
рис 2 30 показаны характеристики нестабильности частоты по вари-
ации Аллана для прибора PRS10. Рассмотрение этого графика пока-
зывает, что минимальную нестабильность частоты обеспечивает син-
хронизация рубидиевого стандарта по сигналам глобальной
навигационной спутниковой системы GPS или ГЛОНАСС. Рубидие-
вый стандарт частоты FS725 имеет погрешность частоты за 1 год не
-10 -9
более ±5*10 , за 20 лет — не более 5*10 , оборудован входом
внешней синхронизации с частотой 1 Гц и программным обеспече-
нием для подстройки частоты по сигналам точного времени от персо-
нального компьютера через сеть Интернет
Малогабаритный кварцевый стандарт частоты LCR-900 имеет
нестабильность частоты 5*10" через 15 мин после включения, она
ю-131 I I | 1 1
10 102 103 104 105 ту, с
Рис. 2.30. Кривые влияния времени усреднения ту на вариацию частоты а(ту) для
рубидиевого стандарта частоты PRS10 в автономном режиме и при синхронизации по
сигналам системы GPS
104

снижается до 1*10 через 24 ч В нем предусмотрена возможность
ручной аналоговой и цифровой дискретной коррекции частоты в пре-
делах ±4* 10 Для сравнения можно отметить, что прецизионный
термостатированный (см табл. 2 5) кварцевый генератор ОСХО
фирмы «Pascall» (рис 2 31) имеет на частоте 120 МГц выходную
мощность 18 ± 2 дБмВт на нагрузке 50 Ом, уровень гармоник -30 дБ,
уровень СПМ ФШ на частоте 120 МГц при отстройке на 100 Гц не
более -137 дБ/Гц; уровень белого фазового шума при отстройках
более 100 кГц составляет -182 дБ/Гц; температурная нестабильность
частоты в интервале температур от -30 до +70 °С составляет 2 • 10~ ;
время выхода на режим 5 мин.
Твердотельные рубидиевые стандарты частоты, выполненные по
МЭМС-технологии (chip-scale Atomic Clock — CSAC, [37]) (рис 2.32)
при размерах 10x8x5 мм имеют характеристики долговременной
нестабильности на порядок лучше, чем кварцевые источники катего-
рии DOCXO
Рубидиевые и водородные вторичные стандарты частоты россий-
ского производства (рис. 2 33) по техническим параметрам не усту-
пают лучшим мировым образцам Стандарт частоты и времени «Фиа-
нит» формирует синусоидальный сигнал с частотой 5 МГц с
относительной погрешностью установки не более 2 • 10~ и погреш-
ностью воспроизведения не более 5 • 10~ за время 1000 с и 1 •10~
за сутки Побочные спектральные составляющие в полосе 20 кГц
имеют уровень не более -95 дБ; габариты прибора составляют
597x480x135 мм Малогабаритный рубидиевый стандарт частоты
Рис. 2.31. Внешний вид прецизионного кварцевого стандарта частоты OCXOF
фирмы «Pascall»
105

Термистор
Подогреватель
А./4 -пластина
ND-фильтр
Прокладка
Рис. 2.32. Конструкция твердотельного рубидиевого стандарта по МЭМС-технологии
(VCSEL-лазер на вертикальном резонаторе; ND-фильтр нейтральной плотности;
подогреватель типа IndiumTinOxide)
Рис. 2.33. Внешний вид рубидиевых стандартов частоты российского производства:
а — «Фианит», б — RFS-2001
RFS-2001 обеспечивает долговременный дрейф частоты не более
—11 -12
2,5 • 10 за месяц, случайную вариацию частоты 3,5 • 10 за 1000 с
Габариты прибора составляют 90x100x140 мм, время выхода в
режим 40 мин.
Перспективными являются оптические стандарты частоты,
выполненные на основе двухмодовых газовых гелий-неоновых или
твердотельных рубиновых лазеров, которые формируют фемтосекунд-
ные электромагнитные импульсы с длиной волны 3,39; 1,064 и
0,532 мкм. Такие стандарты частоты имеют более высокую долговре-
менную стабильность частоты, чем квантовые, позволяют одновре-
менно создать эталон длины. С помощью системы, включающей в
106

Рис. 2.34. Внешний вид оптического стандарта частоты
себя фемтосекундный лазер и бездисперсионный световод, удается
сравнить любую частоту видимого и части ближнего инфракрасного
диапазона спектра непосредственно с цезиевым стандартом Такая
система заменяет «мост» между видимым и радиочастотным диапа-
зонами и позволяет осуществить фазовую привязку частот генерации
практически любых двух лазеров в оптическом диапазоне. Послед-
нее открывает возможность использования «резонансов когерент-
ного пленения населенности» для создания нового поколения стан-
дартов частоты оптического диапазона, в которых стабилизируется
не частота отдельного лазера, но разность частот двух лазеров. На
рис 2 34 показан внешний вид оптического стандарта частоты рос-
сийского производства
2.3. Усилители сигналов СВЧ
Основное функциональное назначение усилителя сигналов СВЧ —
поднять уровень входного сигнала, не внося недопустимых искаже-
ний в форму сигнала, в его спектральный состав или в соотношение
мощностей сигнала и шума, действующих на входе. В зависимости
от сочетания технических характеристик устройства и параметров
сигналов применяются различные типы активных элементов* диод-
ные и транзисторные усилительные каскады разных модификаций,
электровакуумные усилители СВЧ-сигналов. Требования к выбору
усилительного узла из множества вариантов существенно зависят от
области применения, вида усиливаемых сигналов, занимаемой
полосы частот, уровня мощности
107

Приведем определения технических параметров и классифика-
цию усилителей СВЧ-сигналов.
Основными параметрами интегральных усилителей СВЧ-диапа-
зона принято считать: рабочую полосу частот А/, коэффициент уси-
ления слабого сигнала G0 = Лшх^вх' где Лшх и ^вх — соответ-
ственно мощности выходного и входного сигналов, коэффициент
собственного шума NF, максимальный уровень выходной мощности
линейного усиления Рвых\л& максимальную выходную мощность в
режиме насыщения Рвых нас.
Общепринятого определения нижней /н и верхней/в границ рабо-
чей полосы частот усилителя нет По умолчанию принимают в каче-
стве граничных такие значения частоты, при которых коэффициент
усиления уменьшается на 3 дБ по сравнению со значением в сере-
дине рабочей полосы частот. Абсолютная ширина полосы усиливае-
мых частот BW = /в -fH ограничивает скорость изменения входных
сигналов, обрабатываемых без заметных частотных искажений По
критерию относительной ширины полосы частот различают* узкопо-
лосные усилители, для которых коэффициент перекрытия по частоте
kf=fjfn значительно меньше единицы; октавные с Ъ« 2 и сверхши-
рокополосные (многооктавные), для которых kj> 2 Для ряда моделей
указывается в качестве нижней границы полосы постоянный ток
(Direct Courant — DC), так что величина fyтеряет смысл В этих слу-
чаях фактическое значение нижней граничной частоты/н определя-
ется частотными свойствами схем подключения питания и блокиро-
вочных элементов. Для некоторых усилителей нормируется
наибольшая неравномерность коэффициента усиления в рабочей
полосе частот, например, значением ±1 дБ
При усилении полосового сигнала могут проявляться искажения,
вызванные отклонением от линейного закона зависимости (р(/) раз-
ности фаз в усилителе (р = (рвых - (рвх. Количественной характеристи-
кой таких явлений служит неравномерность группового запаздыва-
ния сигнала т = |dq>/d/| в рабочей полосе частот.
Шумовые свойства усилителя определяются шум-фактором FU1,
который показывает, во сколько раз спектральная плотность мощ-
ности (СПМ) собственного шума усилителя превышает СПМ шума
резистора с сопротивлением, равным входному сопротивлению.
Шумовой температурой усилителя называют выраженную в Кельви-
нах температуру Те = T0(Fm - 1), где Т0 = 290 К — стандартная (ком-
натная) температура. В качестве шумовой характеристики усилителей
чаще всего используют выраженный в децибелах коэффициент шума
(Noise Figure) NF = 101gFm Для моделей, предназначенных для усиле-
108

ния гармонических опорных сигналов, нормируют, кроме того, значе-
ние СПМ собственного фазового шума усилителя S'(F) вблизи несу-
щей частоты в зависимости от отстройки F по отношению к несущей
При малой мощности входного сигнала режим усиления линей-
ный С увеличением входной мощности Рвх в усилителе проявляются
нелинейные свойства, которые описываются измеряемыми при гар-
моническом (одночастотном) входном сигнале амплитудной характе-
ристикой ^ВЬ1Х(^ВХ) и характеристикой амплитудно-фазовой конвер-
сии (АФК) — зависимостью фазового сдвига от входной мощности
ф(Рвх) Условной границей линейного режима усиления считают
такую мощность входного сигнала РВХ\Л£, при которой коэффициент
усиления G = Рвых/Рвх уменьшается на 1 дБ по сравнению со своим
малосигнальным значением G0 Параметр Рвых 1РЗ характеризует
выходную мощность, при которой паразитные составлющия равны
полезным. Подробнее свойства усилителей в нелинейных режимах
обсуждаются в подпараграфе 2.3.7
Чувствительность усилителя определяется такой мощностью
входного сигнала Рвх mjn, которая в определенное число раз (напри-
мер, в 2 раза) превышает мощность его собственного шума, приве-
денного ко входу.
Динамическим диапазоном уровня входного сигнала линейного
усилителя по умолчанию считается выраженное в децибелах отноше-
ниеО=101ё(Рвх|дБ/Рвхга|п)
В линейном режиме усиления гармонического сигнала могут быть
измерены его частотно-зависимые комплексные S -параметры:
^21 СО — коэффициент передачи сигнала от входа к выходу, так что
Gq = \S2] (f)\ и ф(/) = arg (5*21)> $\\ (/) — коэффициент отражения
от входа; S^if) — коэффициент отражения от выхода; S\i(f) —
коэффициент обратного прохождения сигнала с выхода на вход
Для простоты количественного описания наряду с таблицами
или годографами этих величин используют численные параметры,
измеряемые в рабочей полосе частот: коэффициент стоячей волны
напряжения (КСВН) (Voltage Standing Wave Ratio — VSWR) по вход-
ной sBX = (1 + |max 5,ц|)/(1 - |max S\\\) и по выходной sBblx =
= (1 + | max S^VO - | max S22I) цепям; коэффициент обратного
прохождения (Return Loss) RL = |max S]2\
109

Энергопотребление характеризуют напряжением источника пита-
ния Е0 и отбираемым током /0 Для оценки экономичности усилите-
лей используют значение энергетического коэффициента полезного
действия — КПД (Power Added Efficiency — РАЕ) r| = Рвых\ дб^о» где
Р0 = EqI0 — мощность, потребляемая от источника питания
Чувствительность усилителя к вариациям напряжения питания
характеризуют изменением значения G0 в децибелах на вольт питаю-
щего напряжения, чувствительность к изменениям температуры
окружающей среды — изменением значения усиления в децибелах
на градус Цельсия.
Среди дополнительных характеристик важное значение имеют*
массогабаритные показатели; способ монтажа и соединения с вход-
ными и выходными цепями; номинальное сопротивление входной и
выходной цепи; чувствительность к внешним факторам (вибрациям,
ударам, повышенной влажности, уровню проникающей радиации,
статическим электрическому и магнитному полям и др ). Кроме того,
к усилителям часто предъявляют следующие функциональные требо-
вания* возможность использования без дополнительных блокировоч-
ных элементов; управление коэффициентом усиления; возможность
перехода в режим ожидания с низким энергопотреблением и малое
время возвращения в номинальный режим; возможность каскадирова-
ния; стабилизация параметров в широком интервале температур и тд.
Классификация усилителей СВЧ производится по нескольким
критериям, так что многообразие сочетаний их свойств и техниче-
ских параметров приводит к разработке множества различных моде-
лей каждой фирмой-производителем. В качестве основных категорий
(рис 2.35) обычно выделяют фундаментальные параметры, назначе-
ние, конструктивное выполнение, технологию изготовления актив-
ных элементов.
Усилители общего применения характеризуются фундаменталь-
ными параметрами (полоса частот, шумовые свойства, мощность в
нагрузке, коэффициент усиления, уровень продуктов нелинейных пре-
образований). Экономичные усилители оптимизируются по энергети-
ческому КПД Высокое усиление может быть реализовано в одном уси-
лительном модуле, а каскадируемые усилители имеют одинаковые
входное и выходное сопротивления и могут быть включены последо-
вательно В управляемых усилителях коэффициент усиления может
изменяться внешним аналоговым или цифровым сигналом. Высоколи-
нейные усилители отличаются широким динамическим диапазоном
линейности, а ограничивающие — используют режим насыщения,
например, для снижения влияния мешающих вариаций мощности
входного сигнала Для однокаскадных узлов иногда указывают класс
по отсечке тока* А — работа на линейном участке характеристики без
ПО

Ill

отсечки; В — рабочая точка на границе нелинейного участка с углом
отсечки 90°; АВ — вблизи точки запирания (угол отсечки больше 90°);
С — угол отсечки меньше 90°; Д — ключевой режим усиления
При оценке уровня мощности усилителя необходимо учитывать
его рабочую частоту. При повышении рабочей частоты сокращаются
геометрические размеры колебательной системы, увеличивается
поверхностная и объемная плотность энергии, усложняется своевре-
менный отвод рассеиваемого тепла Поэтому достижимый для узла
уровень выходной высокочастотной мощности обратно пропорцио-
нален примерно квадрату рабочей частоты для заданных типа актив-
ного элемента и технологии отвода тепла Суммирование высокочас-
тотных колебаний от нескольких твердотельных активных элементов
позволяет повысить уровень выходной мощности, но возникают
сложности с конструкцией и КПД устройств разветвления и сумми-
рования, с обеспечением фазовой идентичности суммируемых кана-
лов и с предотвращением паразитного самовозбуждения. Ввиду
изложенного для диапазона ДМВ условной границей каскадов боль-
шой мощности считают 100 Вт, для коротковолновой части диапа-
зона СМВ — 10 Вт, а для частот порядка 50 ГГц высокой следует
считать мощность свыше 1 Вт.
По критерию назначения выделяют двунаправленные усилители,
в которых сигнал передатчика усиливается по мощности и переда-
ется в антенну, а сигнал от антенны через те же соединители посту-
пает на малошумящий усилитель и затем в приемник Преобразую-
щие сопротивление (трансимпедансные) усилители преобразуют
входной ток в напряжение; они используются, например, для согла-
сования СВЧ-входа волоконно-оптической линии связи (ВОЛС) с
лазерным диодом или фотодетектора с СВЧ-выходом; такие усили-
тели обычно используют режим насыщения Специализированные
усилители выпускаются для радиосистемы конкретного стандарта с
выделенной для него полосой частот (GPS, IEEE 802 11, WiFi, WLAN,
64QAM и др.). В спутниковой аппаратуре находит применение комби-
нированный узел front-end — предварительный малошумящий усили-
тель в комбинации с преобразователем полосы частот вниз. Логариф-
мирующие усилители (как вариант операционных) применяются в
трактах промежуточной частоты для сжатия динамического диапазона
мощности входного сигнала или для организации автоматической
регулировки уровня выходной мощности; для таких усилителей харак-
терным является наличие интервала мощности входного сигнала Рвх,
в котором имеет место функциональная зависимость ^Вых^вых1дБ =
= A lg [^вх/^ВХ1Дб]5 гДе А — коэффициент
Критерий конструктивного выполнения характеризует массога-
баритные и присоединительные показатели* бескорпусное исполне-
112

ние, возможность поверхностного монтажа или соединения с микро-
полосковой линией, необходимость применения или отсутствие
внешних блокировочных элементов и цепей подачи питающего
напряжения, вид соединителя, тип корпуса модуля, блочную кон-
струкцию с коаксиальными или волноводными соединителями
Технология активного элемента (АЭ) определяет параметры
источников питания и условия применения усилителей: для твердо-
тельных узлов наряду с биполярными транзисторами (БТ) активно
развиваются технологии на основе новых полупроводниковых мате-
риалов SiGe, GaAs, InGaP, pHEMT, HFET, pHEMT и др При необхо-
димости обеспечения высокой выходной мощности находят приме-
нение вакуумные усилительные приборы СВЧ — клистроды,
пролетные клистроны, усилители магнетронного типа — ампли-
троны, лампы бегущей волны (ЛБВ) типа О и типа М с различными
вариантами замедляющих систем.
Твердотельные усилители СВЧ-сигналов малой и средней мощности
различных модификаций производят многие фирмы Можно выделить
(см приложение) следующие интернет-ресурсы фирм, выпускающих
наиболее конкурентоспособные изделия названного типа:
www aethercomm.com, www.aldetec com, www.amplidyneinc com,
www ameramp.com, www.amplitech com, www amplus.com sg,
www analog.com, www.atlantecrf.com, www centellax.com,
www cernex.com, www.ciaowireless com, www cmac.com/mt,
www cpii com, www daico com, www.deltamicrowave.com,
www empowerrf.com, www.endwave com, www eyal-emi com,
www jerseymicrowave com, www lintech.com, www.macom com,
www maxim-ic com, www micran.ru, www mimixbroadband.com,
www motorola com, www.onsemi.com, www peregrine-semi com,
www planarmonolithics com, www.polyfet.com, www rfmd.com,
www rtxtech com, www shf.de, www.silabs com,
www stealthmicrowave.com, www tele-tech-rf.com, www.ti.com,
www tripointglobal.co, www.ums-gaas com, www.vishay.com,
www wenteq com, www.wj.com, www zcomm com
Рассмотрим подробнее некоторые категории усилителей СВЧ
2.3.1. Малошумящие усилители
Малошумящие усилители предназначены для использования во
входных цепях усиления слабых сигналов в смеси с шумом в ограни-
ченном диапазоне частот. К малошумящим обычно относят усили-
тели, имеющие NF < 4 - 5 дБ. Достижимое значение коэффициента
шума существенно зависит от значений верхней граничной частоты
/в, выходной мощности Р]дБ и температуры окружающей среды
В табл 2 9 приведены характеристики некоторых моделей с понижен-
113

Особен-
ность
3
1!
О.
<U
итани
С
<
S
е
напря
жение
В
xgwgtr '€t//xnaj
Ч1Э0НП101Л1
j.awgir '9ir' xmd
чхэонпюю
квнВохнд
gtf '°£) кинэ1гиэХ
1нэиПиффео>1
gtr S/yV BwXm
1нэиПиффео>1
Частота,
ГГц
л
ч
<и
Мод
Сайт
МФШ
1x7
$
£
оо
fN
5,5
Ш
Os'
ш
SO'
7
о
о'
CL
Os
2
Н
С
Э
1x7
m
оо
оо
ГО
ГО
<ч
1П
"■
in
~
ГО
X
S
X
OQ
О
ix.com
amplifon
Вв, ВУ
12.
оо
О
275
12
1
о
о
SO
Os
о'
8,4
7,,-
0-112 |
Ы
5
о
4 008
9
SO
PTW
<
2
С
"3-
Os
Os
125
m
1
oo
О
oo
,2-
oo
8
0-2
о
oo
7001
ГО
I
fc
<
hinc
amplitec
com
Вв, ВУ
fN
49x1
275
£
1
о
SO
fN
fN
SO
7
oo
О
50-19
80076'
s^
<_
| ШП,ФС
^
Os
о
ГО
200
m
1
Os
T
~
7?
0,,-
"3-
oo
so
О
2
<
Q
E
daico coi
£
Э
2
§
*+
-
fN
^
"
CO
0,2-
и
2
I
| ДН,Р
ГО
ro
~
/24'
—
ГО
~
6/10*
/5**
'
,5**
П/1
ro
2,5
2,4-
IS8C,
2.
о
ГО
и
2
I
С
§
m
ГО
fN
7
Os
o'
-
0,8-
CL
-J
U
2
I
С
ГО
ГО
OS
ГО
=
^
3,8
3,4-
P3F
-J
Os
"3-
U
2
I
TK,
50 Ом
104
m
oo
_
"
0,3—
P2E
u
SO
U
2
I
Сдв
о
oo
oo
ГО
t^
о
fN
ГО
7
о
IS8G
^
U
2
I
50 Ом, Бл
m
m
IS
m
m
4,5
ГО
in.
fN
О
7
m
CL
_J
SO
"3-
U
2
I
МШ,
ММВ, б/к
ГО
oo
?
^
о
SO
24—
SO
fN
и
2
I
E
hittite cc
www.
50 Ом,
MMBP
4-
t^
ГО
fN
2,2
m
ro'
ro
1
oo
U
-J
Os
U
2
ас
50 Ом, Бл
■чГ
"3-
m
m
о
ГО
SO
SO
in
fN
r-
3,5-
"3-
U
_J
Os
ГО
и
2
I
в
2
г
oo
?
о
SO
+
о
м
"
^
7
SO
и
2
I

ным уровнем собственного шума Ввиду большого разнообразия
фирм— производителей таких изделий [36] рассмотрим их свой-
ства на примере фирм «Hittite», «Mini-Circuits», «Mited» и некото-
рых других
При значении выходной мощности линейного режима Ръых\дъ
менее +12 дБмВт малошумящие модели усилителей производства
«Hittite» различаются интервалом рабочих частот, оформлением кор-
пуса, наличием встроенного шунтирующего переключателя (By Pass) —
HMC373LP3, HMC491LP3, малошумящими свойствами при повы-
шенной мощности (HMC356LP3) Малошумящий усилитель
HMC462LP5 на полевом транзисторе обеспечивает в полосе частот
от 2 до 20 ГГц коэффициент усиления не менее 13 дБ с коэффициен-
том шума 2,5 дБ (на частоте 10 ГГц) при Рвых j дБ = 14,5 дБмВт; он
содержит встроенные блокировочные разделительные конденсаторы
по входу и выходу, потребляет 65—73 мА от источника питания
напряжением от +4,5 до +8,5 В, согласуется с активным сопротивле-
нием 50 Ом по входу и выходу, размещен в корпусе размером 5x5x1 мм,
имеет тепловое сопротивление 20 °С/Вт, функционирует в диапазоне
температур от -40 до +85 °С. Аналогичная по электрическим пара-
метрам модель НМС462 имеет бескорпусное исполнение (Chip) с
размерами 3,1x1,4x0,1 мм.
Сверхмалошумящий усилитель HMC356LP3 в полосе частот
0,35—0,55 ГГц обеспечивает коэффициент усиления 17 дБ с коэффи-
циентом шума менее 1 дБ при Рвых\дъ = +21 дБмВт. Он отличается
слабой чувствительностью коэффициента усиления к вариациям тем-
пературы (0,0032 дБ/°С) и потребляет ток 104 мА от источника пита-
ния с напряжением +5 В
Для диапазона частот 12—17 ГГц предназначен каскадируемый
малошумящий усилитель НМС490 (табл. 2.10), обеспечивающий
G0 = 27 дБ при коэффициенте шума 2 дБ с Рвых\дь = +26 дБмВт
Он потребляет ток 200 мА от источника питания напряжением +5 В и
имеет бескорпусное исполнение с размерами 1,5x2,8 мм.
Малошумящий усилитель НМС519 обеспечивает в полосе частот
18—32 ГГц коэффициент усиления 15 дБ при коэффициенте шума
2,8дБсРвых1дБ = +10дБмВт.
Сдвоенные SiGe-усилители HMC471MS8G для полосы частот от
постоянного тока до 5 ГГц обеспечивают усиление 15—20 дБ в каж-
дом из каналов с коэффициентом шума 3,2 дБ и мощностью Рвых\дь Д°
+20 дБмВт; усилители питаются от источника с напряжением от +6 до
+ 12 В, их можно каскадировать, микросхема размещена в 8-вывод-
ном корпусе объемом 15 мм .
116

сти
телеи средней мощно
етры усили
10 Парам
Таблица2
Особен-
ность
Питание
напряже-
ние, В
Коэффи-
циент
шума NF,
дБ
Выходная
мощность
р
вых 1 дБ'
дБмВт
Коэффи-
циент
усиления
G0, дБ
Частота,
ГГц
Модель
Сайт
*1
CL $
22
6500
+
sO
1
+
5!
1,8—2,2
НМС-С008
М, б/к, Бл
1080
+
1
1
+28
2
37—40
НМС-АРН473
М, РУ; Л
6,5
VO
О
"3-
ГО
ГО
3,3-3,8
HMC409LP4E
CL
130
*+
«
о
+26
Я
3—4,5
HMC326MS8G
ШП, М, Сдв
о
Os
Т
sO
+
•st
1
+20
о
0—5
HMC471MS8G
М, Нас
1300
+
г^
гч
+34.
SO
Г-4
7-9
НМС486
С
SO
+
4,5
1
т
2
0—10
НМС397
МШ, М,
50 Ом
200
*+
fN
1
+26
ГЧ
12—16
НМС490
www.hittite com
МШ, 50 Ом
оо
ГО
+
оо_
1
+,6
О
Г-4
7-П
НМС516
4,
2Й
so
ГО
+
„
1
"3-
+"
о
9—18
НМС342
СШП, К
195
т
^
1
+24
2
0,01—20
НМС-С004
СШП,
50 Ом, Нас,
Бл
114
«
-
сч
21*
Os
5—20
HMC451LC3
2
250
+
4,5
3
+27
я
17—24
НМС498
э
2
so
го
ГО
+
3,5
1
+
Г-4
13—25
НМС342
117

Особен-
ность
Питание
напряже-
ние, В
Коэффи-
циент
шума NF,
дБ
Выходная
мощность
Рвых 1 дБ'
дБмВт
Коэффи-
циент
усиления
G0, ДБ
Частота,
ГГц
Модель
Сайт
МШ, 50 Ом
so
+
2,5
1
+"
Os
HMC517LC4
Л, ММВ
200
m
+
4,5
so
+24
SO
21 32
НМС499
300
+3,5
о
1
oo
Я
17—40
HMC283LM1
www.hittite com
ММВ,
50 Ом, Бл
160
-
1
1
17,5
гч
SO
оо
1
оо
HMC-AUH317
2
Os
С-4
3,3
1
,3,4
SO
0,02—6
ZX60-6013E+
£
с
с
£
МКО
m
sO
2,8
6,9
1
15,9
-
1,5-5,9
MNA-7
2
6500
2
-
1
о
9
6-,8
AMF-6B-06001800-70-40P-PS
£
с
с
с
£
£
г-
SO
оо^
1
„
о
ь-1»
AFS4-12001800-16-CR4
■
М, Защ,
50 Ом
400
■п
оо
^*
оо
0,3—2,7
SPF-2083CZ
www.sirenza com,
u/u/u/ rfmH ™m
2
^
■n
0,9
1
oo
2
1,7—2
SLM20T
j
8.1 * I
з 5э=и
3| Ha
s * = §
2 £ н §
щ 1 ? S.
00 С с; О
I И S
§ i = s
i i g з
Jul и
ct « 0 со
e 3 g. |
i I T э
f- э o. „
« э bi >;
S (J „ ct
' u га Ч
ffl I I О
2 =; u а
2 S i 2
- § *
II i!l
i>^* § g.
о s « i P
= S Ч ев *
i i я g i
3 о « о -5*
2 i ITю-
= s g-O |
се и oo §■
T x f" *° *
<u о = _' os
S 5 5 S 05
s S =r = ч
C 1 A 3 С

Малошумящий бескорпусной усилитель НМС263 диапазона 24—
36 ГГц имеет коэффициент усиления 22 дБ при коэффициенте шума
менее 2 дБ и выходной мощности Рвых j дБ = +5 дБмВт; он потреб-
ляет ток 58 мА от источника питания с напряжением +3 В
Арсенид-галлиевый усилитель модели HMC-ALH509 производ-
ства фирмы «Hittite» (рис 2.36) субмиллиметрового диапазона имеет
рабочую полосу частот 71—86 ГГц, коэффициент усиления 14 дБ и
выходную мощность РВЬ1Х j дБ = 7 дБмВт Его бескорпусная конструк-
ция размещена на подложке размером 3,1x1,6 мм, усилитель потреб-
ляет ток 50 мА от источника с напряжением +2 В; входное и выход-
ное сопротивления согласованы с активной нагрузкой 50 Ом.
Значение коэффициента шума (NF = 4-5 дБ) чрезвычайно низкое
для указанных частот По ширине рабочей полосы частот BW =
= 15 ГГц эта модель не имеет аналогов.
Малошумящий октавный усилитель HMC392LC4 диапазона 3,5—
7 ГГц отличается удачным сочетанием небольшого уровня шума
(NF = 2,4 дБ) и высокой допустимой неискаженной мощности.
Сверхширокополосные усилители фирмы «Hittite» с распределенным
усилением обеспечивают режим малошумящего усиления в полосе
частот от 2 до 20 ГГц Микросхемы НМС465 и HMC463LP5 вклю-
чают в себя цепи для управления коэффициентом усиления (режим
Automatic Gain Control — AGC). Усилитель НМС465 выполнен на
арсенид-галлиевом полевом транзисторе, обеспечивает коэффициент
усиления 17 дБ с коэффициентом шума 2,5 дБ в сверхширокой полосе
NF, дБ
5
4
3
2
78 80 82 84 86 /, МГц
Рис. 2.36. Частотная характеристика уровня шума усилителя модели HMC-ALH509
миллиметрового диапазона длин волн (G0 = 14 дБ, ^вых|дб = 7 дБмВт, BW= 15 ГГц)
119

частот от постоянного тока до 20 ГГц при Рвых\дъ = +23 дБмВт
Его амплитудно-частотная характеристика имеет неравномерность
±0,25 дБ, фазочастотная характеристика имеет отклонения от линей-
ности не более ±1° (изменения группового времени запаздывания не
более 3 пс). Усилитель рассчитан на использование в температурном
интервале от -55 до +85 °С при импульсно-модулированном входном
сигнале, характерном для волоконно-оптических линий связи
Несколько серий малошумящих усилителей выпускает фирма
«Mini-Circuits» Серия ZX60 имеет высокий уровень подавления
обратного прохождения при уровне шума до 0,4 дБ Усилители серии
ZPUL предназначены для работы с импульсными сигналами и имеют
расширенный динамический диапазон линейности. Усилители серии
HELA имеют увеличенный уровень выходной мощности В усили-
тели серий ZRL, ZHL и другие встроены автоматические регуляторы
для защиты усилительного узла от перенапряжений источника пита-
ния и от короткого замыкания нагрузки Монолитные широкополос-
ные усилители серии LEE обеспечивают в полосе до 2 ГГц неравно-
мерность усиления ±0,1 дБ, могут использоваться до частоты 10 ГГц
и удовлетворяют самым жестким военным требованиям по уровню
механических воздействий
Усилители серии CR фирмы MITEQ могут использоваться с глу-
боким охлаждением* модель AFS4-08001200-10-CK-4 при комнатной
температуре +23 °С в полосе частот 8—12 ГГц обеспечивает NF =
= 0,9 дБ; при охлаждении жидким азотом (температура 77 К) значе-
ние NF снижается до 0,2 дБ; возможно охлаждение до гелиевой тем-
пературы 4 К.
Усилитель SPF-2086TK фирмы «Sirenza Microdevices» выполнен
на полевом транзисторе рНЕМТ по арсенид-галлиевой технологии и
работает в полосе частот 0,1—6 ГГц Разработчики сообщают, что
при питании от источника напряжением +3 В с током 20 мА такой
усилитель на частоте 1 ГГц имеет уровень шума NF = 0,3 дБ при
наибольшем коэффициенте усиления 25,2 дБ и РВЬ1Х 1РЗ = 28 дБмВт.
Усилительный модуль SLM-20T в полосе частот 1,7—2 ГГц отлича-
ется низким уровнем шума NF < 0,9 дБ при коэффициенте усиления
G0 не менее 15 дБ (рис 2.37).
Микросхема QBH-5404 фирмы «Amplifonix» [38] обеспечивает
значение NF не более 1,5 дБ и усиление G0 = 15,5 ± 0,25 дБ в полосе
частот 2—3 ГГц, выдерживает непрерывную входную СВЧ-мощ-
ность до 50 мВт, а импульсную — до 500 мВт. Эта фирма предлагает
серию усилителей с нормированным уровнем собственного фазового
шума Например, оптимизированная по этому параметру усилитель-
ная микросхема ТМ9137РМ в полосе частот 0,01—2 ГГц обеспечи-
120

NF,ab
ъ.
v^
*^><
,£0=5,5B
5B
-^фзС
4,5 В
^ ^
1,7 1,8 1,9 2,0 2,1 /, ГГц
Рис. 2.37. Зависимость коэффициента шума усилительного модуля SLM-20T от час-
тоты при различном напряжении питания Е0
NF, дБ
18 22 26 30 34 38 /ГГц
Рис. 2.38. Усредненная частотная зависимость коэффициента шума усилителя
XL1000-BD фирмы «Mimix Broadband» по измерению 100 серийных образцов в октав-
ной полосе частот (питание: напряжение 3 В; ток 35 мА):
/ — максимальное значение, 2 — среднее арифметическое, 3 — в доверительном интер-
вале с вероятностью 95 %)
вает Go = 9,5 дБ, Рвых\дь =15,5 дБмВт и NF = 6,5 дБ при уровне спек-
тральной плотности мощности собственного фазового шума вблизи
несущей Sy(F) = -160 дБ/Гц для отстройки 100 Гц и -173 дБ/Гц для
отстройки 100 кГц.
Малошумящие волноводные усилители серии APTW фирмы
«Amplitech» [37] на частоты от 2,6 до 26,5 ГГц способны функциони-
ровать при температурах от 30 до 125 К при 100 %-ной влажности и
давлении до 10 атм, отличаются малой неравномерностью группо-
вого запаздывания хгз (не более 0,01 не/МГц) и чрезвычайно малым
уровнем собственного шума (NF = 0,6 дБ)
Трехкаскадный малошумящий усилительный модуль XL1000-BD
фирмы «Mimix Broadband» имеет малый уровень шума в октавной
полосе частот 18—40 ГГц (на рис 2.38 показана зависимость коэф-
фициента шума от частоты для партии из 100 серийных образцов).
121

Коэффициент усиления этой микросхемы G0 = 20 дБ, уровень мощ-
ности в линейном режиме Рвых\дь = 9 дБмВт, что заметно превышает
достижения других производителей для частот порядка 40 ГГц. Уро-
вень выходной мощности насыщения Рвых нас = 11 дБмВт близок к
Лшх1дБ' чт0 соответствует работе вблизи уровня насыщения Усили-
тель выполнен как бескорпусной, имеет размеры 1x2x0,1 мм, все
блокировочные элементы встроены в его микросхему (подключаются
только источник питания, вход и выход). Микросхема потребляет ток
160 мА от источника питания с напряжением +3 В.
2.3.2. Твердотельные усилители средней
и высокой мощности
Как отмечалось выше, критерии принадлежности того или иного
усилителя к группе маломощных, средней или высокой мощности
неоднозначны необходимо учитывать свойство обратной пропорцио-
нальности наибольшей реализуемой мощности квадрату рабочей
частоты при заданной технологии изготовления Многие модели
имеют уникальное сочетание параметров Для таких изделий наибо-
лее существенными параметрами являются выходная мощность в
линейном режиме Ръых\дъ> мощность порога по нелинейным искаже-
ниям РВЬ1Х ;рз и энергетический КПД.
Можно выделить (см приложение) следующие интернет-адреса
производителей твердотельных усилителей СВЧ повышенной мощ-
ности, продукция которых отличается наиболее высоким качеством и
лучшими сочетаниями параметров-
www nardamicrowave.com; www kalmus com; www.ar-amps com;
www aydin com; www.raytheon.com/micro; www.amplidyneinc.com;
www sspamicrowave.com; www.eev.com; www.eyal-emi.com;
www cpii com/satcom; www.tripointglobal com; www.aldetec.com;
www aethercomm.com; www polyfet com;
www wessexelectronics.co uk; www anacomsystems.com;
www triquint com; www.cttinc.com; www cernex com;
www kmictech.com; www thales com; www.mw-elisra com;
www comtechpst.com; www.ar-worldwide.com;
www amplidyneinc.com
Усилители средней мощности фирмы «Hittite» (см. табл 2.10) раз-
личаются соотношением диапазона рабочих частот и мощности
РВЫХ1дБ: до 1 Вт на частотах от 0,4 до 40 ГГц, до 15 Вт на частоте
2,2 ГГц (НМС-С008), 2 Вт на частоте 12 ГГц (HMC489LP5), 110 мВт
на частоте 40 ГГц (HMC283LM1)
122

вх
1-
^Ф^^1^;
:м1 ^см2 ^смЗ
Рис. 2.39. Функциональная схема усилителя НМС283 (£см — напряжение смещения;
Е0 — напряжение питания)
На рис. 2 39 представлена функциональная схема 4-каскадного
усилителя НМС283 производства «Hittite» с полутораоктавной поло-
сой частот 17—40 ГГц Он имеет границу линейного режима усиле-
вых1дБ
+ 18 дБмВт, мощность насыщения Р
= +21 дБмВт, малосигнальный коэффициент усиления G0 = 21 дБ,
коэффициент шума NF = 10 дБ, КПД около 20 %. Дополнительный
выход Ед амплитудного детектора D1 предназначен для контроля
уровня выходной мощности. Усилитель выполнен без корпуса, имеет
размеры 1,7x0,9x0,1 мм и потребляет ток 300 мА от источника с
напряжением +3,5 В.
Усилитель HMC409LP4 предназначен для сигналов с широкопо-
лосными видами модуляции класса OFDM при скорости передачи до
54 Мб/с В полосе частот 3,3—3,8 ГГц он обеспечивает коэффициент
усиления G0 не менее 31 дБ, выходную мощность в линейном
режиме Рвых1дБ = 1 Вт; в режиме насыщения Рвыхнас = 2 Вт,
Ръык/Р2 = 46 дБмВт. В режиме насыщения усилитель имеет высокий
КПД — около 40 %, коэффициент шума NF = 6 дБ, потребляет ток
615 мА от источника с напряжением 5 В. В микросхему встроена сис-
тема управления выходной мощностью с длительностью фронта
включения/выключения 20 не. Усилитель выполнен на полевых
РНВТ индий-галлиевых транзисторах и размещен в корпусе разме-
ром 4x4x1 мм Электрическая схема его подключения показана на
рис 2.40. Элементы ТЫ, TL2 и TL3 представляют собой микропо-
лосковые цепи согласования усилителя с входным и выходным
сопротивлением по 50 Ом. Пример выбора параметров и расположе-
ния элементов на плате имеется в техническом описании [25].
Усилительный модуль НМС-С008 (рис.2 41) обеспечивает в
полосе частот 1,8—2,2 ГГц усиление G0 = 42 дБ, выходную мощ-
ность Рвых\аъ = 15 Вт, мощность в режиме насыщения Рвых нас = 20 Вт,
Рвых 1РЗ = 46 дБмВт Модуль оснащен встроенными циркулятором по
цепи выходного сигнала, индикатором перегрева и регулятором выход-
123

Рис. 2.40. Принципиальная электрическая схема подключения усилителя
HMC409LP4:
£зап — напряжение запирания, £см — напряжение смещения
Индикатор
Вкл/выкл перегрева Е,
69 2 "
ОХОД I
GND,.
S7"
Стабилизатор напряжения
Циркулятор
Выход
Рис. 2.41. Функциональная схема усилительного модуля НМС-С008 (полоса частот
1,8-2,2 ГГц, Рвых1дБ = 15 Вт, <70 = 42 дБ, NF = 6 дБ)
ной мощности, имеет входное и выходное сопротивления по 50 Ом,
потребляет ток 6,5 А от источника с напряжением 14 В
Усилительная бескорпусная (Die) микросхема НМС486 в полосе
частот 7—9 ГГц имеет усиление 26 дБ, выходную мощность 2 Вт,
КПД 24 % и может каскадироваться Усилительная бескорпусная мик-
росхема HMC-AUH317 обеспечивает в полосе частот 81—86 ГГц коэф-
фициент усиления 22 дБ и выходную мощность 60 мВт при потребле-
нии тока 160 мА от источника с напряжением 4 В и имеет размеры
124

2,6x1,6x0,05 мм. Усилитель HMC451LC3 обеспечивает гладкую
(неравномерность не более ±1 дБ) амплитудно-частотную харак-
теристику в пределах от 5 до 20 ГГц с мощностью насыщения
+22 дБмВт, КПД до 24 % при напряжении питания +5 В
Для усилительных модулей поверхностного монтажа возмож-
ности повышения выходной мощности ограничиваются значением
теплового сопротивления переход—подложка. В малошумящей
модели SLM-20T фирмы «Sirenza (RFMD)» это значение составляет
250 °С/Вт, а для модели SBW-5089 этой же фирмы она снижена до
70 °С/Вт. Усилители серии HELA фирмы «Mini-Circuits» выполнены
как двухтактные с мостовой схемой сложения мощностей, что обес-
печило номинальную выходную мощность до 1 Вт. Усилительный
транзистор SLD2083CZ фирмы «Sirenza (RFMD)» на полосу частот
0,3—2,7 ГГц выполнен по LDMOS-технологии в керамическом кор-
пусе размером 2,1x1,1 мм, имеет чрезвычайно низкое тепловое
сопротивление RT = 4 °С/Вт, коэффициент усиления 18 дБ, выход-
ную мощность в линейном режиме до 10 Вт, встроенную защиту от
статического заряда до 500 В и отличается высоким КПД — 47 %
Среди усилителей повышенной мощности (табл 2 11) термоком-
пенсированная микросхема СНА7010 фирмы «United Microwave
Semiconductor» на полосу частот 8,4—10,4 ГГц выполнена на под-
ложке размером 4,7x4,4 мм, где размещены четыре транзистора пер-
вого каскада и восемь транзисторов второго каскада, выходная мощ-
ность которых суммируется; он отличается высоким КПД — около
35 %. Эта же фирма выпускает бескорпусную модель СНА5297 с
высокой для диапазона миллиметровых волн (37—40 ГГц) выходной
мощностью Ръых\дъ = 28 дБмВт, которая использует трехкаскадную
схему на арсенид-галлиевых РМ-НЕМТ-транзисторах, размещенных
на кристалле размером 4,1x2,6x0,05 мм: в первом каскаде использо-
ван один транзистор, во втором — два и в третьем — четыре с мосто-
выми сумматорами Предназначенный для CDMA-передатчиков уси-
лительный модуль SCGA-1960-43В обеспечивает линейное усиление
60 дБ в полосе частот 1,86—1,99 ГГц с выходной мощностью 10 Вт
при неравномерности амплитудно-частотной характеристики АЧХ
не более ±0,5 дБ и уровне интермодуляционных искажений не более
-70 дБ. Усилительный модуль SSPA24 0-32 0-20 фирмы «Aether
Comm» обеспечивает в полосе частот 24—32 ГГц линейное усиление
40 дБ с коэффициентом шума 10 дБ, Рвых нас составляет 20 Вт, уро-
вень высших гармоник менее -40 дБ, включение-выключение сиг-
нала напряжением питания производится за 500 не
Усилитель мощности UAPL65SC фирмы «Centellax» отличается
исключительной широкополосностью (полоса частот 0,04—65 ГГц),
мощность насыщения составляет 21—24 дБмВт, блокировочные
125

цепи выполнены по технологии PLFX (Passive Low Frequency
extension) с полосой пропускания до 40 МГц, он имеет встроенный
детектор уровня выходной мощности с температурной стабилиза-
цией и ультраплоское бескорпусное исполнение. Групповое запазды-
вание сигнала в этом усилителе составляет тгр = 35 ± 3 пс для частот
5 — 40 ГГц. При токе потребления 103 мА коэффициент шума не
превышает 4 дБ
Миниатюрный модуль ХР9003-МВ фирмы «Mimix Broadband»
(рис 2.42) размером 40x36 мм отличается высокой выходной мощ-
ностью 30 Вт на частоте 1,6 ГГц при коэффициенте усиления 42 дБ
и КПД 30 %. В мощные усилители серии FSD4 фирмы MITEQ
встроены гармониковые фильтры, подавляющие вторую и третью
гармоники в выходном сигнале.
Усилитель FPA156016 фирмы «Farran Technology» имеет высокую
мощность 1 Вт в полосе частот 55—65 ГГц. Модель НМС-АРН577
фирмы «Hittite» развивает большую для усилителей миллиметрового
диапазона (частота 81—83 ГГц) выходную мощность — свыше 1 Вт.
Усилитель модели 4053-GCS515KRR фирмы «Empowerrf» при
усилении 56 дБ развивает выходную мощность Ръых\аъ = 500 Вт в
линейном режиме на частоте 2,5 ГГц: в нем используются мостовые
схемы сложения мощностей 16 каналов
Сверхмощные усилители KAW5080 фирмы «Ar-Worldwide»
(1,5 кВт на частоте 1 ГГц) и MPKM-14500/R фирмы «Tripoint Global»
(500 Вт на частоте 14,5 ГГц) используют сложение мощности 8—16
транзисторных субблоков и снабжены развернутыми подсистемами
управления, модуляции, расширения динамического диапазона
GQ(f), дБ
40
20
0
-20
-40
\
\
V
\
\
Ч
^
1,5
б)
2,5 /, ГГц
Рис. 2.42. Внешний вид (а) и амплитудно-частотная (б) характеристика G0(f) усили-
теля ХР9003-МВ фирмы «Mimix Broadband» (на частоте 1620 МГц коэффициент уси-
ления G0 = 38 ± 0,5 дБ; ^ВЫХ1Дб = 30 Вт в импульсе; £„ = 9 В; /„ = 2,9 А; входное и
выходное сопротивление по 50 Ом; размеры 40x36 мм)
128

линейности Мощный высоколинейный усилитель миллиметрового
диапазона 40T26G40A концерна «SATCOM Technologies» (45 Вт на
частоте 40 ГГц) использует в выходном каскаде сложение мощностей
восьми арсенид-галлиевых транзисторов Усилитель на транзисторе
NPT25100, выполненном по GaN-технологии, при выходной мощ-
ности до 125 Вт имеет КПД 62 %
Среди российских мощных твердотельных усилителей можно
отметить телевизионные передатчики СИГМА мощностью до 1 кВт в
дециметровом диапазоне длин волн, созданные специалистами
отдела систем телевидения и радио Московского технического уни-
верситета связи и информатики
2.3.3. Широкополосные твердотельные усилители
Рассмотрим примеры имеющихся на рынке моделей твердотель-
ных широкополосных усилителей Примеры таких усилителей пред-
ставлены в табл 2.12.
Корпорация «Mini-Circuits» представляет на рынке серию сдвоен-
ных широкополосных согласованных усилителей для поверхност-
ного монтажа MERA-533, MERA-556, MERA-7433, MERA-7456
Усилители предназначены для использования в двухтактных, синфаз-
ных или квадратурных каналах усиления в полосе частот до 4 ГГц с
сопротивлением 50 Ом по входу и выходу, обеспечивают усиление
18—25 дБ в зависимости от модели Разбалансировка каналов по
амплитудам не более 0,3 дБ, по фазе не более 2°; коэффициент шума
2,7—3,5 дБ Они выполнены на основе арсенид-индиевых (InGaPHBT)
кристаллов с высокой выходной мощностью (до +19 дБмВт) и низ-
кими нелинейными искажениями (уровень выходной мощности в
точке 1РЪ составляет Рвых /рз = +36 дБмВт, КСВН по входу 1,21, по
выходу 1,4* 1) Эти микросхемы потребляют ток 65—80 мА при
напряжении +4,8 — 4,9 В; имеют низкое тепловое сопротивление
(около 130 °С/Вт); размещены в корпусах размером 3,25x3,25x0,9
или 4,9x6,0x0,9 мм с восемью выводами
Преобразующие сопротивления СШП усилители фирмы «Sirenza»
предназначены для обработки двухуровневых видеоимпульсных сиг-
налов в составе волоконно-оптических линий связи (ВОЛС). Для
модели SFT-0200 рабочая полоса частот составляет 11,5 ГГц, а для
перспективной модели SFT-9100 она увеличена до 45 ГГц (рис 2.43).
Такие усилители отличаются высоким значением произведения коэф-
фициента усиления на полосу. В качестве основных параметров для
них используют коэффициент дифференциального усиления, измеря-
емый в децибелах на ом [дБ • Ом], и минимальную входную мощ-
ность (чувствительность) Рвх min, измеряемую в децибелах на милли-
129

Особен-
ность
Размеры, мм
Питание
2 s
напря-
жение,
В
Коэффи-
циент
шума
Л7%дБ
Усиле-
ние Gq,
дБ
Мощ-
ность
дБмВт
Выходная
мощность
дБмВт
Частота, ГГц
Модель
Сайт
Ш
э
и
<р
8
UO
1
оо
о
ГЧ
Ю
О
оо
1
о
о'
«о
ГЧ
О
и
1
<
www.avago com
С
Э
и
о
1
гч
ио
ио
оо
1
оо
ио
VO*
ГЧ
о'
а
оо
1
6
ио
VO
ГЧ
О
1
<
www.amplitech com
БУ;ПМ
2x3x1
S
го
О
гч
я
9,1
0,001—2,7
AD8353
www.analog com
МШ,К,
ВД, Б/к
о'
гч"
О
ко
ко
"Т.
оо
О
ГЧ
Г~
ГЧ
I
и
ГЧ
О
го
D
www.centellax.com
С
Э
и
оо
гч
гч
Tt-"
гч
гч
о
гч
т
гч
о
8
о'
2
>
ю
vO
_1
<
*
оо
о
ио
8
ГО
ГЧ
ГО
ГЧ
ГО
оо
ГЧ
О
гч
о
ГЧ
о"
ио
о
гч
го
-J
8
ГЧ
О
8
www.lucix.com
БУ;ПМ
15x8x4
?(Ю
ГО
VO
гч
+
Ov
1-20
АО 120
а.
>
3
с:
Ё
•jj
£
3
3
с*
Э
и
о
"Э-
чо
г~
гч
1
гч
о
т
о
гч
о
ко
о
гч
<
com
5
гч"
1
■*"
1
vO
Я
гч
7
гч
о
ей
X
www.mimixbroadband
com
СШП
19x18x12
гч
VO
ГЧ
"Т.
W0
о
гч
гч
0,003—14
ZX60-14012L+
www.minicircuits.com
ПМ,Г,
мпл
оо
U0
ко
г~
о
гч
1
оо
оо
т
гч
Си
оо
о
о
о
оо
1
гч
о
m
СЛ
<
\
с
ей
CQ
1
175
оо
+
о
40—60
JSW4-40006000-60-0A
5
г
>
i
i
i
и
со"
и
о
гч
ио
о
ио
VO
ио
ио
гч
го
1
о
о
гч
1
ио
о'
Си
о
гч
6
8
гч
о
S
о
Си
<
£2
2,9x2,8x1,4
ГО
"1
оо^
ГО
о
гч"
гч
Ov
0-6
RF2336
£
с
i
3
3
3
UQ
S
н
гч
КО
1П
1
гч
1
ё
о
8
о
QQ
1
СЛ
К,ПМ
2x1,2x1
о
ГО"
vo"
ГЧ
о
гч
1/0
гч"
0-12
SKY65013-92LF
www.skyworksinc com
оо
1
о
гч
ио"
гч
гч
оо
оо
I
8
оо
и
www.teledynemicrowave
com
0 о х >
00 О Я s
1 5 ^ с
| о и §
1=1 О | ГЧ
5 s 1^
130
11
I Q. 3 О
Q. С X «
и о о и
•в* о о з
f' §1
&§И
I 1 8^
0 S I j>
1 ЧС X
u I 3 S
i i 1st
8* s 5 x
§ I s s.
I e I f
28 и u '
ч о S <a
i « 3| |
|3§Sg
ii!»
s" i 5
= ? f i -
| J;2 ||
Q. P js " f
С fe g I
4 d f- С

к
SFT6I00
SFT0200
SFT0100
4;
i—
\
1\
SFT9100
==£
Ч\
О 1 2 4 7 10 20 40 /, ГГц
Рис. 2.43. Частотные характеристики коэффициента передачи K(J) преобразующих
сопротивление усилителей фирмы «Sirenza» (SFT9100 — InP, E0 = 3,3 В; SFT0100 —
GaAs, Е0 = 5 В; SFT0200 — GaAs, Е0 = 5 В; SFT6100 — SiGe, £0 = 3,3 В)
ватт (дБмВт) Серия SFT выполняется в виде бескорпусной
конструкции из GaAs, SiGe или InP на подложках размером 1x1 мм.
В бескорпусном усилителе НМС397 на полосу частот до 10 ГГц
благодаря использованию Дарлингтонской пары GaAs/InGaP бипо-
лярных транзисторов НВТ понижена чувствительность к темпера-
турным изменениям; он имеет только входной и выходной выводы и
общий электрод, может каскадироваться, поскольку рассчитан на
сопротивление 50 Ом по входу и выходу Сверхширокополосный
(полоса частот от 200 кГц до 65 ГГц) трехкаскадный усилительный
модуль UA1L65VM фирмы «Centellax» обеспечивает линейное уси-
ление 30 дБ при входной мощности от -20 до -8 дБмВт и коэффи-
циенте шума 5,5 дБ, уровень мощности насыщения составляет
23 дБмВт Микросхема SKY65013-92LF фирмы «SkyWorks» пред-
ставляет собой миниатюрный каскадируемый усилитель на основе
InGaP, работающий в полосе частот от 10 МГц до 12 ГГц с малосигналь-
ным усилением 12,5 дБ, уровнем линейности по выходу 12,5 дБмВт
и удовлетворяющий жестким нормам экологической безопасности.
Малошумящая GaAs-микросхема HMC-ALH102 с распределенным
усилением предназначена для работы в составе приемников сверх-
широкополосного (СШП) сигнала в полосе 2—20 ГГц Она выпол-
нена в виде чип-модуля размером 3x1,4 мм без внешних компонентов
и может быть организована в многоэлементные модули (Multi-Chip-
Modul — МСМ).
Фирма «Lucix Amplifiers» выпускает несколько серий усилителей
с удачным сочетанием характеристик по широкополосности, уров-
ням мощности, усиления и шума Так, модуль S080120P4701 в
полосе частот 8—12 ГГц имеет усиление 47 дБ при уровне линей-
131

ности />ВЫХ1дБ = 30 дБмВт и коэффициенте шума NF= 2,8 дБ; модель
S001200L3205 функционирует в сверхширокой полосе частот от
100 МГц до 20 ГГц с G0 = 32 дБ и уровнем шума 3 дБ при мощности
Рвых1дБменее2°ДБмВт
Микросхема AFPD44-00102000-20P фирмы MITEQ (полоса час-
тот 0,5—20 ГГц, усиление 26 дБ, NF = 5 дБ) имеет два выхода с
мощностью Рвых\дь = 20 дБмВт каждый, ослабление связи между
этими портами составляет -30 дБ; по заказу может быть включен
третий такой порт
Широкополосный усилитель ХР1003 фирмы «Mimix Broadband»
выполнен на четырех GaAs-транзисторах по технологии РНЕМТ с
использованием моста-разветвителя и моста-сумматора и обеспечи-
вает выходную мощность свыше 2 Вт в полосе частот 27—35 ГГц; в
его схему встроенны детектор выходной мощности и модулятор для
формирования сигнала с кодоамплитудной модуляцией (КАМ)
Бескорпусной СШП-усилитель АММС-5025 фирмы «Avago»
выполнен на семи каскадах GaAs-транзисторов по схеме бегущей
волны и обеспечивает усиление 8 дБ в полосе частот от 30 кГц до
80 ГГц с выходной мощностью 15 дБмВт на частоте 40 ГГц
2.3.4. Усилители с расширенными функциональными
возможностями
Значительное разнообразие номенклатуры усилителей СВЧ обус-
ловлено стремлением разработчиков решить одновременно
несколько задач, создавая электронные компоненты, совмещающие
несколько функций в одной конструкции В табл 2 13 приведены
характеристики некоторых усилительных узлов расширенного функ-
ционального назначения
Серия усилителей с управляемым усилением AVG4 фирмы MITEQ
для частот 0,1—20 ГГц с максимальным усилением 32 дБ позволяет
снижать его до 15 дБ изменением управляющего аналогового напря-
жения в пределах до +2 В, а также контролировать уровень мощ-
ности выходного сигнала. Усилители серии AFSW этой фирмы обес-
печивают длительность фронта включения 50 не, а выключения —
250 не. Двухкаскадные усилительные микросборки серий AFSW и
AFTL этой фирмы позволяют изменением управляющего напряжения
смещения второго каскада осуществлять импульсную модуляцию
выходного сигнала или включение/выключение питания с длитель-
ностью фронта 1—3 мке Усилители с регулируемым коэффициентом
усиления (серия ZFL) содержат встроенный регулятор, позволяющий
132

| §
w S
>> г
2 2
Особен-
ность
Размеры,
MM
Питание
|^<
напряже-
ние £"0, В
Мощ-
ность
дБмВт
Усиле-
ние Gq,
дБ
Выходная
мощность
Лшх1 дБ'
дБмВт
Частота,
ГГц
Модель
Сайт
Огр, ФС
20x10x1
г^
я
о
о'
£
-25 —+10
0,01 — 1
ENL9654
www.amphfonix.com
2
со
158x81x28
2000
оо
SO
5
О
"3-
о
"3-
0,02-2,5
KMS1033
www.ar-worldwide com
Огр
45x20x9
600
2
-
14+ 1,5
о
-50 — 20
2—8
CLA28-8001
www.ciaowireless.com
и
45x20x10
100
in
1,3
1
-1—39
1—19
0,06—2,1
DAML6275
www.daico com
>
21x26x7
,20
wo
„
1
го
О
2-8
AVG4-020008000-20
2
S
18x14x3
150
2
-.
1
Я
о
8—12
AFSW4-08001200-11
www.miteq com
Огр
40x32x16
«0
Я
оо
О
Г-4
ГО
ГО
-15—10
12—18
AFD8-120180-LM
ВМ, ВЭ
26x4x9
1370
оо
1
5
ГО
ГО
^
£
NPT1012
www.nitronex.com
5
16x4x2
,50
„
3,7
Os
ГО
,5,6
ГЧ
0,05—2,2
VG025
§
4x4x2
о
4,5
2,4
ГО
"3-
ю
0,25 3
AG101
www.wj com
§
4x4x2
120
7,3
3,5
£
2
а
0—6
ECG003
§ §
с з
2
133

Рис. 2.44. Функциональная схема управляемого кодом усилителя HMC625LP5E
(полоса частот до 6 ГГц, усиление от -13,5 до +18 дБ; шаг управления 0,5 дБ; коэффи-
циент шума 6 дБ; Рвых 1РЗ = 2 мВт)
изменять коэффициент передачи на 30 дБ изменением внешнего
управляющего напряжения.
Усилительная микросхема HMC625LP5E фирмы «Hittite»
(рис 2.44) позволяет изменять коэффициент передачи СШП-сигнала
от -18 до 13 дБ цифровым 6-разрядным кодом с шагом ±0,25 дБ при
полосе входного сигнала от постоянного тока до 6 ГГц. В ее струк-
туру входят линейный усилитель сигнала с коэффициентом шума
6 дБ и уровнем OIP3 = 2 мВт, без внешних компонентов, подключа-
емый на вход дискретный аттенюатор, контроллер преобразования
6-разрядного последовательного кода в параллельный (ПС/ПР) в
уровнях CMOS или TTL. Подобная микросхема HMC626LP5E позво-
ляет изменять коэффициент усиления в пределах 8,5—40 дБ с шагом
0,5 дБ для сигналов с полосой частот до 1 ГГц. В HMC326MS8G сиг-
налом ТТЛ-уровня за 10 не усиление изменяется от нулевого до мак-
симального. В микросхемах HMC469MS8G и HMC471MS8G в одном
корпусе размещены по два идентичных усилителя, которые могут
использоваться как независимые или каскадироваться.
134

Двунаправленный антенный усилитель HD18026-5 фирмы
«RF Amplifiers» подключается к приемопередающей антенне и обес-
печивает для излучаемого сигнала с частотой 2,4—2,5 ГГц усиление
24 дБ с выходной мощностью 500 мВт, а для принимаемого — линей-
ное усиление 14 дБ с коэффициентом шума 3,5 дБ
Усилитель NPT1012 фирмы «Nitronex» отличается высоким КПД
(65 %) при сверхширокой полосе частот до 4 ГГц. Он выполнен по
перспективной НЕМТ-технологии «нитрид галлия на кремнии» и
работает при повышенном (до 30 В) напряжении питания
Бескорпусной усилитель UATM30M2C фирмы «Centellax» выделя-
ется одновременно как сверхширокополосный (СШП), малошумящий
(МШУ), функционирующий до миллиметрового диапазона длин волн и
как ультраплоский (толщина 0,1 мм) Он обеспечивает усиление 18 дБ
с неравномерностью ±0,3 дБ в полосе частот от 40 МГц до 20 ГГц,
способен функционировать с усилением не менее 16 дБ до частоты
30 ГГц, может каскадироваться, имеет встроенный детектор уровня
выходной мощности с чувствительностью 0,5 мВ/мВт; динамический
диапазон мощности входных сигналов этой модели превышает 30 дБ.
Усилитель AG101 фирмы «Watkins-Johnson Communications»
(полоса частот 0,25—3 ГГц, G0 = 14 дБ, Р]дБ = 15 дБмВт, Рвых 1РЗ =
= 32 дБмВт) отличается широким диапазоном линейного усиления
Ограничивающий усилитель ENL9654 фирмы «Amplifonix»
предназначен для сигналов с частотой до 1 ГГц с угловой модуля-
цией и обеспечивает в интервале входной мощности от -25 до
+ 10 дБмВт малосигнальное усиление до 55 дБ и ограничение выход-
ного сигнала на уровне -0,5 дБмВт с погрешностью не более ±0,9 дБ,
а отклонения крутизны фазочастотной характеристики не превосхо-
дят 0,004 град/дБ МГц
Сверхширокополосный усилитель HMC-AUH232 с полосой частот
усиливаемых сигналов до 46 ГГц обладает неравномерностью груп-
пового времени запаздывания (ГВЗ) не более 20 пс и размахом
выходного сигнала 8 В во всей полосе частот; он предназначен для
работы в составе модулятора волоконно-оптической линии связи
(ВОЛС) со скоростью передачи до 40 Гбит/с.
Частотные эквалайзеры — усилители СВЧ-сигналов с подъемом
АЧХ на повышенных частотах (Negative Slope Gain Equalisers)
используются для компенсации снижения усиления с ростом рабочей
частоты в СШП-цепях. Такие компоненты выпускает ряд фирм
Например, модель TGA4830 фирмы «TriQuint» в полосе частот 2—
50 ГГц снижает коэффициент усиления на 4 дБ с постоянной крутиз-
ной Модель EN2640-X фирмы «Orion Microwave» в полосе частот
26 — 40 ГГц обеспечивает изменение АЧХ на 6—10 дБ с постоянной
крутизной при отклонении от линейности не более 0,75 дБ.
135

2.3.5. Вакуумные усилители мощности
Техника усилительных СВЧ-узлов средней и высокой мощности
[39—41] такова, что при выходной колебательной мощности менее
1 Вт в диапазоне частот 0,3—10 ГГц господствуют технические
решения, использующие полупроводниковые технологии поверхно-
стного монтажа или интегрального исполнения, которые обеспечи-
вают коэффициент усиления в одном каскаде 15—20 дБ, а при каска-
дировании — до 60 дБ; КПД до 45 %; полосу пропускаемых частот
0,1—5 ГГц; уровень собственного шума 0,5—5 дБ; диапазон измене-
ния мощности входного сигнала от порога чувствительности до гра-
ницы линейного режима не менее 30 дБ Для устройств средней мощ-
ности имеет место конкуренция технико-экономических решений
между твердотельными и вакуумными конструкциями, а зачастую
используются комплексированные устройства [40], часть узлов в
которых выполнены на твердотельной компонентной базе, а часть —
на вакуумной Мощные и сверхмощные усилители и генераторы
выполняются, как правило, на приборах вакуумной электроники СВЧ
Основные технические требования к усилителям средней и высо-
кой мощности состоят в компромиссном выборе сочетания показате-
лей по линейности, уровням усиления и выходной мощности, энерге-
тической эффективности (КПД), полосе пропускаемых частот, массе
и габаритам с учетом устройств электропитания и отвода рассеивае-
мой мощности, стойкости в условиях действия дестабилизирующих
факторов* температуры, давления, влажности, ударов, вибраций,
проникающей радиации и др. Некоторые из указанных проблем легче
решаются для вакуумных конструкций Современные многолучевые
конструкции вакуумных автогенераторов и усилителей мощности
обеспечивают высокую и сверхвысокую мощность при пониженных
до единиц киловольт рабочих напряжениях. Вакуумные активные
элементы проявляют заметно более высокую стойкость по отноше-
нию к радиационным воздействиям, чем полупроводниковые. Вместе
с тем для традиционных вакуумных активных элементов характерно
использование высокого напряжения питания порядка десятков
киловольт, что затрудняет (но не исключает) их применение в борто-
вой и спутниковой аппаратуре.
Вакуумные активные элементы мощных усилителей СВЧ доста-
точно разнообразны. Для однолучевых пролетных многорезонатор-
ных клистронов характерные значения выходной мощности в непре-
рывном режиме не превышают 50 кВт. Многолучевые клистроны
(МЛК) возбуждают колебания одновременно в множестве (от 8 до
36) лучей, выходная мощность которых суммируется. За счет этого
плотность электронного потока снижается и облегчаются условия
136

возвращения в источник питания энергии электронов, попадающих
на коллектор (рекуперации).
Клистрод (Inductive Output Tube — ЮТ) представляет собой ком-
бинацию тетрода и клистрона* входной поток электронов модулиру-
ется по плотности, как в тетроде, и по скорости, как в клистроне, а
отбор мощности сгруппированного потока соответствует клистрон-
ному механизму В таком приборе значительно повышаются КПД и
линейность усиления при высокой мощности, что предопределило
его широкое применение в телевизионных передатчиках дециметро-
вого диапазона длин волн В многолучевом клистроде снижаются
требуемые напряжения питания и упрощается реализация управляю-
щих сеток В лампах бегущей волны (ЛБВ) типа О со спиральными
замедляющими системами малого диаметра достигается мощность
до 200 Вт для частоты 10—15 ГГц с КПД до 60 % при относительной
широкополосности 1—2 октавы и долговечности до 150 тыс. ч [2].
Использование вместо спиральных периодических замедляющих сис-
тем в ЛБВ позволяет увеличить рабочую частоту и повысить КПД,
но уменьшает полосу частот входного сигнала Многолучевые ЛБВ
обеспечивают снижение питающего напряжения и компактность.
Амплитрон представляет собой усилительный прибор со скрещен-
ными электрическим и магнитным полями, где входная и выходная
цепи разделены Такой усилительный прибор обеспечивает наиболее
высокий КПД (до 90 %) и сверхвысокую мощность при синхрониза-
ции частоты выходных колебаний внешним узкополосным сигналом.
В миниатюрном синхронизированном магнетронном усилителе
реализована более простая комбинация синхронизируемого магне-
трона и ферритового циркулятора, разделяющего входной и выход-
ной сигналы.
В гиротронных усилителях используются полый винтовой электрон-
ный поток и непрерывное взаимодействие с бегущей волной, как в ЛБВ,
что обеспечивает электронный КПД до 70 % в миллиметровом диапа-
зоне длин волн с мощностью до 100 кВт в течение десятков секунд.
Можно указать (см. приложение) следующие интернет-адреса
фирм, где получены наиболее высокие достижения в направлении
создания вакуумных усилителей мощности:
www ameramp.com, www.amplidyneinc com,
www ar-worldwide com,www.cpii com, www e2vtechnologies.com,
www.tmd со uk, www kmictechnology.com,
www planarmonolithics com, www.pluton.msk.ru, www sigma-mtuci ru,
www istok-mw ru, www.thalesgroup.com, www.tqs.com.
Обзор достижений российских специалистов в этом секторе
рынка электроники СВЧ приведен в [40, 41].
Сравнение параметров мощных вакуумных усилительных уст-
ройств СВЧ-диапазона дано в табл 2.14.
137

139

Пример схемы комплексированного изделия (КИ), включающего в
себя твердотельные компоненты и выходной клистронный усили-
тель, дополненные невзаимными пассивными узлами, устройствами
электропитания, управления параметрами и автоматическими систе-
мами регулирования представлен на рис. 2.45 для модели SSK-1
фирмы «General Dynamics SATCOM Technologies» Комплекс обеспе-
чивает непрерывную выходную мощность 2 кВт в полосе частот
1,7—2,1 ГГц с мгновенной полосой частот 8 МГц и коэффициентом
усиления 75 дБ, который можно изменять на 25 дБ с шагом 0,1 дБ,
уровень АМ/ФМ-конверсии не более 4 °/дБ, уровень интермодуляци-
онных искажений (ИМИ) не более -29 дБ при работе с уровнем
выходной мощности на 7 дБ ниже уровня насыщения; линейная
составляющая неравномерности группового времени запаздывания
(ГВЗ) не более 3 не/МГц.
Среди мощных усилительных устройств дециметрового диапа-
зона выделяются изделия торговой марки ESCIOT (Energy Saving
Collector Inductive Output Tube), использующие каскадное соедине-
ние промежуточного клистрода и выходного усилительного клист-
рона с водяным охлаждением коллектора. Лидером в их разработке
выступает английская фирма «E2V Technology PLC» [42]. Достигнутые
уровни основных показателей таких изделий* до 100 кВт выходной
мощности непрерывных колебаний в диапазоне частот 11—44 МГц
с КПД до 60 % при занимаемой сигналом полосе частот 50 МГц
Конкурентоспособные клистроды выпускаются в России [39]
Для усилителей телевизионного сигнала актуальным направле-
нием развития является разработка ЛБВ с мощностью непрерывных
колебаний 180—400 Вт в диапазоне частот 13—14 ГГц, оптимизиро-
ванных по линейности амплитудной характеристики со встроенными
средствами формирования маски амплитудно-частотной характери-
стики для выполнения требований электромагнитной совмести-
мости.
При мощности менее 1 кВт для диапазона частот 1—4 ГГц усили-
тели на спиральных ЛБВ успешно конкурируют с твердотельными
Характерно, что некоторые фирмы (например, израильская «Elisra
MW») разрабатывают для этой ниши параметров твердотельные уси-
лители, заменяющие известные усилители на ЛБВ Другие произво-
дители выпускают одновременно вакуумные и твердотельные модели
с близкими параметрами На сайте [43] приведены результаты сопо-
ставления характеристик транзисторного усилителя SSCI-200 с номи-
нальной мощностью 200 Вт и усилителя на ЛБВ типа VZC-6964A4
с номинальной мощностью 400 Вт, имеющих близкие характери-
стики по полосе рабочих частот (0,5—6,4 ГГц) и по малосигналь-
ному коэффициенту усиления (80 дБ) Там показано, что усилители
140

на ЛБВ имеют на 3—6 дБ лучшие показатели по уровням мощности
насыщения, паразитных нелинейных эффектов в области линейного
усиления, более низкий уровень АМ/ФМ-преобразования сигнала,
значительно более высокий КПД (50—60 % для VZC-6964A4
по сравнению с 25—30 % для SSCI-200) Однако они проигрывают
по массогабаритным показателям и по напряжению источников
питания.
В спутниковых ретрансляторах диапазона 12—20 ГГц широко
используются широкополосные усилительные модули с мощностью
100—200 Вт на основе спиральных ЛБВ Для таких приложений
характерным противоречивым требованием является одновременное
усиление множества частотных каналов с малыми перекрестными
искажениями, с высоким энергетическим КПД при соблюдении тре-
бований электромагнитной совместимости в полосах частот, примы-
кающих к выделенной. Для снижения остроты этого противоречия, с
одной стороны, совершенствуются сигнальные конструкции, позво-
ляющие максимально уплотнять частотные каналы, а с другой — раз-
виваются методы построения твердотельных линеаризаторов на
входе усилителей мощности, позволяющие за счет амплитудной кор-
рекции при заданном уровне интермодуляционных искажений при-
близить уровень средней мощности усилителя к мощности насыще-
ния, обеспечивающей близкую к предельной энергетическую
эффективность
Фирма «L-3 Com» производит трехкаскадную ЛБВ модели
8926НВ, которая в полосе частот 27—31 ГГц в непрерывном режиме
имеет усиление 55 дБ и отдает мощность 500 Вт с КПД 57 % Этой
же фирмой выпускается усилитель на ЛБВ модели 999Н, который в
полосе частот 22—40 ГГц имеет выходную мощность в режиме
насыщения до 200 Вт с КПД свыше 60 % при массе 1,5 кг Француз-
ская группа «Thales» специализируется по мощным усилителям и
генераторам СВЧ-колебаний различного назначения. Ее клистроны,
клистроды, магнетронные приборы, гиротроны работают в США,
Канаде, Китае, Швейцарии, Великобритании, Японии Клистроны
средней для своего класса мощности диапазоном 13—18,4 ГГц имеют
высокоскоростную перестройку на любую из 50 фиксированных час-
тот за время менее 1 с Спиральная ЛБВ модели ТН3998 обеспечи-
вает 8 кВт импульсной мощности со скважностью 20 в диапазоне 2—
4 ГГц Лампа бегущей волны модели ТН4428 обеспечивает 40 Вт в
полосе 18—40 ГГц или 80 Вт в полосе 25—33 ГГц Эта лампа имеет
периодическую замедляющую систему с мгновенной полосой частот
5—10 %. Лампы бегущей волны производства «Thales» перекрывают
интервал частот от 3 до 94 ГГц и имеют уровни мощности* 1 МВт
в импульсе (20 кВт в непрерывном режиме) на частоте 2,3 ГГц,
141

120 кВт в импульсе (4 кВт в непрерывном режиме) на частоте 8 ГГц,
150 Вт в импульсе (20 Вт в непрерывном режиме) на частоте 44 ГГц.
Сверхмощный многорезонаторный клистрон ТН2132 обеспечивает
45 МВт за длительность импульса 4,5 мкс или 150 МВт за длитель-
ность импульса 1 мкс при КПД 65 %. Гиротроны фирмы «Thales»
обеспечивают длинноимпульсное или непрерывное генерирование
сверхмощных колебаний: рекордная мощность 1 МВт в непрерывном
режиме на частоте 140 ГГц достигнута на гиротроне ТН1507 Усили-
тели магнетронного типа со скрещенными полями (типа М, Crossed-
Field Amplifiers — CFA) используются в наземных и бортовых радио-
локационных станциях. Например, гиротрон ТН4310А обеспечивает
на частоте 2,3 ГГц импульсную мощность 660 кВт или непрерывную
10 кВт при усилении 50 дБ.
Заметные достижения в технике генерирования и усиления мощ-
ных колебаний СВЧ имеются у российских производителей [39—41]
2.3.6. Нелинейные искажения СВЧ-сигналов
в усилителях мощности
При ретрансляции и усилении мощности СВЧ-сигналов в широ-
кополосных усилителях радиосвязи с частотным разделением кана-
лов возникает противоречивая задача обеспечения высоких энергети-
ческих характеристик усилителя при заданном уровне перекрестных
межканальных искажений.
Нелинейные свойства усилителя мощности СВЧ-диапазона харак-
теризуются [2] зависимостями выходной мощности Рвых от входной
Л*х ~ Л}ых(Л*х) (АМ/АМ-конверсия) (рис 2 46) и фазового сдвига
ф(Рвх) от входной мощности (АМ/ФМ-конверсия) при одногармони-
ческом входном сигнале Для количественных расчетов эксперимен-
тально полученные характеристики аппроксимируются аналитиче-
скими выражениями и преобразуются к амплитудам напряжения
первой гармоники Um = J2PBXRBX ; UBm = ^ЛмлЛых Для
транзисторных усилителей характерным при увеличении входной
мощности является ограничение уровня выходного сигнала (см.
рис 2.46, а), для вакуумных электронных усилителей мощности,
например, на ЛБВ — снижение выходной мощности при входной
мощности, превышающей Рвхнас Условной границей линейного
режима считают такое значение входной мощности Рвх\д$, при кото-
рой коэффициент усиления снижается на 1 дБ по сравнению со
своим малосигнальным значением (точка А на рис 2 46, б). Условной
границей режима насыщения для нормирования параметров транзис-
142

'вх/^вхнас'^
5 Л^х нас'дБ
Рис. 2.46. Нормированные зависимости выходной мощности (а) и коэффициента уси-
ления (б) от входной мощности гармонического сигнала для вакуумного усилителя на
ЛБВ (штриховая линия) и транзисторного усилителя мощности (сплошная линия)
торных усилителей с монотонной характеристикой АМ/АМ считают
такое значение входной мощности Рвхнас, при котором выходная
мощность на определенное значение (например, на 0,5 дБ) ниже, чем
предельная, при Рвх > Рвх нас (точка Б на рис 2.46, а).
Интермодуляционные (перекрестные) искажения сигнала на
выходе усилителя оценивают по уровню дополнительных частотных
составляющих спектра выходного сигнала, которых не было во вход-
ном. Спектр мощности выходного колебания при двухчастотном
входном воздействии обогащается в рабочей полосе частот вблизи
входных составляющих продуктами нелинейных преобразований
третьего порядка с частотами 2/J -/2 и 2/2 -/j. С увеличением вход-
ной мощности уровень интермодуляционных продуктов в выходном
сигнале возрастает значительно быстрее, чем уровень составляющих
с частотой входного сигнала
143

Наиболее простая — двухчастотная — методика тестирования
усилителей по уровню интермодуляционных искажений основана на
подключении ко входу усилителя суммы двух гармонических сигна-
лов одинаковых амплитуд с близкими частотами и измерении отно-
шения уровня мощности Р] составляющих на частотах /j и f2 к
уровню мощности Р2 на частотах 2/j -f2 и 2f2 -/). Уровень возника-
ющих в нелинейном усилителе СВЧ спектральных компонент слож-
ным образом зависит от порядка нелинейного преобразования, от
соотношения уровней входных составляющих и от их размещения в
рабочей полосе частот усилителя. Для повышения точности измере-
ний применяют такие многочастотные (например, восьмичастотные)
или шумовые входные сигналы (методика Noise Power Ratio —
NPR), которые занимают всю рабочую полосу частот за исключением
узкой измерительной зоны, в которой входные частотные составляю-
щие имеют уровень значительно ниже допустимого В спектре
выходного сигнала в этой зоне появляются составляющие, относи-
тельный уровень которых Р\1Р2 служит мерой оценки мешающих
нелинейных проявлений.
В качестве аргумента этой величины используют относительную
мощность выходного сигнала Output Power Backoff [OBO =
= 10 lg (Рвых/Рвых нас)] — выраженное в децибелах отношение сум-
марной выходной мощности Рвых к выходной мощности в точке
насыщения Рвых нас. На рис. 2.47 показаны такие характеристики для
серийной ЛБВ при нескольких видах тестового воздействия
Для разрешения противоречия между требованиями высокого
КПД и допустимого уровня интермодуляционных искажений исполь-
зуют блок линеаризатора на входе усилителя мощности. В таком
блоке на низком уровне мощности формируется амплитудная харак-
-6 -5 -4 -3 -2 -1 0 ОВО,дБ
Рис. 2.47. Оценки ИМИ в усилителе на ЛБВ без линеаризатора по двухчастотному,
восьмичастотному и шумовому тестовым сигналам
144

Р{/Р2,лЪ
1 1 1
С линеаризатором
Без линеаризатора
"Ч^к
т
-7 -6 -5 -4-3-2-1 О ОБО, дБ
Рис. 2.48. Оценки уровня ИМИ по шумовому тесту для усилителя на ЛБВ с линеари-
затором и без него
теристика специальной формы, которая частично компенсирует иска-
жения в выходном усилителе На рис 2 48 показано влияние блока
линеаризатора на амплитудные характеристики усилителя мощности
при одночастотном входном сигнале. Включение линеаризатора поз-
воляет на 4—8 дБ снизить уровень интермодуляционных искажений
при одинаковой входной мощности или на 3—5 дБ увеличить вход-
ную мощность при допустимом уровне искажений, повышая КПД
усилителя за счет приближения к точке насыщения.
2.4. Умножители и делители частоты
2.4.1. Умножители частоты
При формировании и обработке СВЧ-сигналов возникает необхо-
димость производить арифметические операции над частотой и
фазой сигнала: сложение, вычитание, умножение и деление в опреде-
ленной частотной полосе информационного содержания при допус-
тимом уровне технических погрешностей реализации этих операций
Умножители частоты используются в синтезаторах стабильных
частот, в технике создания опорных колебаний с кварцевой стабили-
зацией частоты, в каскадах буферизации (защиты) возбудителей от
влияния нестабильного импеданса нагрузки, в подстраиваемых гене-
раторах сантиметрового диапазона для увеличения девиации при пере-
стройке частоты, в других узлах формирования и приема сигналов.
Умножители частоты выполняются с помощью активных элемен-
тов в нелинейном режиме с отсечкой тока и последующей частотной
фильтрацией на выходе мешающих спектральных составляющих. В
результате нелинейных преобразований комплексной проводимости
активного элемента возникает ряд составляющих с частотой вход-
ного сигнала и гармоник, кратных этой частоте Одна из составляю-
145

щих выделяется частотным фильтром, а остальные выступают как
мешающие. Использование балансных схем разветвления и суммиро-
вания позволяет производить в нагрузке суммирование составляю-
щих с четной кратностью и вычитание составляющих с нечетной
кратностью или наоборот Высокотехнологичные меры при изготов-
лении нелинейных элементов и узлов разветвления/суммирования
дают возможность ослабить такие составляющие на 30—35 дБ
Поэтому получили распространение нерезонансные широкополос-
ные умножители частоты с небольшой кратностью от 2 до 5, в
отдельных моделях до 13.
За счет потерь при разветвлении и суммировании СВЧ-мощности
в балансных схемах и за счет нелинейных преобразований спектра
уровень выходной мощности может оказаться заметно меньше ее
уровня на входе узла. Ряд моделей удвоителей и утроителей частоты
выполняется по пассивной схеме, результатом чего является ослабле-
ние выходной мощности на 6—9 дБ по сравнению с входной В
состав активных умножителей частоты, кроме нелинейных элемен-
тов и частотных фильтров, вводят входные и выходные усилители,
которые к тому же способствуют ослаблению прохождения выход-
ных сигналов кратных частот во входную цепь и влияния нестабиль-
ного сопротивления нагрузки. Для максимизации выделяемой гармо-
ники выбирают нужный уровень входной мощности, поступающей
на нелинейный элемент Поэтому выпускаются серии умножителей
частоты с различным уровнем входной мощности
Нерезонансные удвоитель (Doubler) или учетверитель
(Quadrupler) частоты строятся как двухтактный нелинейный усили-
тельный каскад с противофазным возбуждением плеч двухтактной
схемы и синфазным сложением выходных сигналов При такой орга-
низации мощности четных гармоник входного сигнала суммируются,
а нечетных — компенсируются. В умножителе частоты нечетной
кратности* утроителе (Tripler), упятерителе (Quintupler) частоты —
сложение выходных сигналов производится противофазно, так что
мощности мешающих четных гармоник компенсируются, а выделяе-
мой гармоники — складываются. На входе такой микросхемы под-
ключается фильтр нижних частот, пропускающий составляющие
входной частоты/вх и ослабляющий обратное прохождение составля-
ющих высших гармоник с частотами т/вх, где т = 2, 3, ..На выходе
умножителя для улучшения спектральной чистоты выходного сиг-
нала включаются последовательно фильтр нижних частот с гранич-
ной частотой выше, чем выделяемая/вых = NfBX, и фильтр верхних
частот с граничной частотой/гр < NfBX Угол отсечки тока нелиней-
ного элемента, обеспечивающий максимальное содержание гармо-
ники, зависит от выбранной кратности умножения и вида нелиней-
146

ности Поэтому разработчики умножителя частоты определенной
кратности оптимизируют внутри микросхемы положение рабочей
точки, а на допустимые пределы изменения внешнего питающего
напряжения и входной мощности накладывают ограничения. Умно-
жители частоты высокой кратности выполняются на основе системы
фазовой синхронизации автогенератора на частоте выделяемой гар-
моники с делителем частоты между подстраиваемым генератором и
частотно-фазовым детектором Наряду с пассивными умножителями
частоты, содержащими только нелинейные элементы без источников
электропитания и частотно-зависимые цепи, выпускаются активные
умножители частоты, включающие в себя усилители и, возможно,
системы авторегулирования или фазового управления.
Основными параметрами интегральных умножителей частоты
являются*
1) кратность умножения частоты N;
2) коэффициент передачи по мощности CL = Рвых ^/Ръх\
3) номинальный уровень мощности входного сигнала Рвх на час-
тоте/вх;
4) уровни мощности составляющих с частотами т/вх, т = 2, 3, . .,
на входе и с частотами nfBX, n Ф N, .., на выходе каскада по отноше-
нию к мощности основной выделяемой составляющей;
5) зависимость СПМ собственного фазового шума умножителя
частоты Sy(F) от отстройки
Ряд фирм производят серийные умножители частоты (см. прило-
жение) Можно выделить следующие интернет-адреса фирм, выпус-
кающих наиболее конкурентоспособную продукцию*
www herotek.com, www.hittite com, www markimicrowave.com,
www microlambdawireless com, www.minicircuits com,
www tele-tech-rf.com, www trak.com, www millitech com,
www miteq com, www nardamicrowave.com, www spaceklabs.com,
www pulsarmicrowave com, www.specwave.com
В табл. 2.15 представлены параметры некоторых моделей интег-
ральных умножителей частоты
Пассивный удвоитель частоты НМС331 фирмы «Hittite» при вход-
ной частоте 12—18 ГГц имеет коэффициент передачи -14 дБ и подав-
ление на выходе паразитных спектральных составляющих входной
частоты и третьей гармоники не хуже -50 дБ, а четвертой -60 дБ
Уровень СПМ собственного фазового шума менее -160 дБ/Гц.
В активном удвоителе частоты НМС449 той же фирмы с выходной
частотой 27—33 ГГц формируется выходное колебание с мощностью
+ 10 дБмВт при уровне входного сигнала -4—6 дБмВт. СПМ соб-
ственного фазового шума составляет -132 дБ/Гц при отстройке
100 кГц Микросхема содержит встроенные входной и выходной уси-
147

Особен-
ность
Напряжение
питания Е0,
В
СПМ
фазового
шума 5ф
(100 кГц),
дБ/Гц
Уровень
дискретных
составляю-
щих ПСС, дБ
Выходная цепь
Входная цепь
Но:*
О [_
£сс
I4.
О х
Модель
и
V
1
о
т
о
1
7
1
+"
оо
т
О
I
<
2
+
о
го
оо
+
I
к
(5
оо
1
о'
и
I
£
с
<
*+
о
т
1
о
J
(5
1
а.
-J
о
О
I
<
do'
+
ГО
1
+
1
+
<5
Т
о.
и
9
1
1
ГО
о
о
т
оо
о
т
о
т
о
оо
о
Q
<
ГО
+
1
о
~
т
о
т
т
ГО
S
ГО
о
£
о
i
£
£
<
+1
1
о
го
О
+
о
I
оо
1
о
т
о
<
5
1
1
о
7
о
т
ч©
т
о
Э
2
£
о
-С
£
<
1
*п
т
т
ГО
т
оо
I
ГО
1
><
<
2
<
+1
1
о
т
т
оо
т
ГО^
о
<
2
£
о
£
<
ГО
1
о
~
о'
о
оо
о'
о
1
i
ГО
><
<
2
<
"*"
1
7
-
ON
т
о
^
I
о
><
?
QQ
Q
о
■£>
-а
с
*
*
148

<
+
1
1
о
0,2—5
о
0,1—2,5
FXG-02-410F
www.pulsarmicrowave
com
Б, K-WR,
A
+
1
-15
«
60 — 90
о
10—15
AE-6XW
www.spaceklab com
K-WR, Ф
1
1
-40
7
40 — 60
о
10—15
U-4X
<
+
1
15
+"
26,5 40
о
8,6-13,3
AKa-3XW
www.spaceklabs.com
+2,8
1
-60
о
5—10,8
о
0,1—0,22
VIV
www.specwave com
о
+
1
-45
-15
5,4—8,1
-
1,8—2,7
RMK-3-812+
www.minicircuits.
com
ГГ-ЖИГ,
xl —12
±24
1
-65
-15
1—12,4
+27
-
MLHG-1312
www.microlambda
com
ГГ-ЖИГ,
x9—18
±15
1
-40
oe-
oo
1
*+
0,2
MLMA-18-18
О О
° 9
S *
si
It
u OQ
£ &
Tl
z 5
£э
St
5*
149

лители, благодаря чему на ее выходе ослабление ПСС с входной час-
тотой составляет -34 дБ, а ее третьей гармоники -17 дБ. Микросхема
потребляет 50 мА от источника питания с напряжением +5 В и имеет
бескорпусное исполнение с размерами 1,1x1,2x0,1 мм. По подобной
схеме построен активный умножитель частоты в 8 раз модели
HMC444LP4: активные элементы — GaAs-HBT-транзисторы, выход-
ная частота 9,9—11,2 ГГц. Этот узел обеспечивает при входном сиг-
нале с мощностью от -15 до +5 дБмВт выходную мощность до
+6 дБмВт при подавлении субгармоник выходной частоты не менее
-25 дБ и уровне собственного фазового шума -136 дБ/Гц при
отстройке 100 кГц. Пассивный утроитель частоты НМС-ХТВ106 при
полосе входных частот 24—30 ГГц и выходных частот 72—90 ГГц
обеспечивает на выходе ослабление на 5 дБ составляющих входной
частоты и четвертой гармоники
Пассивный удвоитель частоты KSX2-24+ фирмы «Mini-Circuits»
функционирует со входными частотами в полосе 5—10 ГГц при
входной мощности 10—13 дБмВт и имеет на выходе ослабление
мощности полезной второй гармоники на 15 дБ, мешающих составля-
ющих первой гармоники на 45 дБ, третьей — на 50 дБ и четвертой —
на 40 дБ по сравнению со входной мощностью. Умножитель согласо-
ван с активным сопротивлением по 50 Ом на входе и выходе, разме-
щен в корпусе размером 5x4,6x2,2 мм Пассивный утроитель частоты
RMK-3-812+ этой же фирмы предназначен для входного сигнала с
мощностью до 6 дБмВт и частотой в диапазоне 1,8—2,7 ГГц, соответ-
ственно имеет выходные частоты в диапазоне 5,4—8,1 ГГц, ослабле-
ние третьей гармоники составляет 16 дБ, первой — 21 дБ, второй
36 дБ, четвертой — 53 дБ по сравнению со входной мощностью.
Активный учетверитель частоты входных сигналов 14—16 ГГц
модели HMC-HDH158 фирмы «Hittite», выполненный на основе GaAs-
транзисторов по технологии НЕМТ, включает в себя усилитель выход-
ного сигнала. Благодаря этому при входной мощности до 5 дБмВт
выходная мощность на частотах 56—64 ГГц составляет -6 дБмВт,
причем первая гармоника входного сигнала ослаблена на 36 дБ, а
вторая — на 54 дБ Микросхема выполнена в корпусе размером
1,8x0,8 мм.
Для удвоителя частоты D-0840 фирмы «Marki MW» гарантирован
диапазон перекрытия по частоте 5:1, что говорит о высоком уровне
технологической реализации балансных нелинейных узлов. В модели
МАХ2М132152 фирмы MITEQ за счет встроенного входного усили-
теля с фильтром нижних частот удалось получить необычайно высо-
кое (-60 дБ) подавление побочных компонент на входе.
Фирма «Millitech» выпускает линейку пассивных нерезонансных
волноводных утроителей частоты для миллиметрового диапазона
длин волн серии MUT с выходными частотами /ВЬ1Х = 33-220 ГГц,
150

имеющих мощность выходного сигнала от -15 до +3 дБмВт, коэффи-
циент передачи CL = —20 -ь 23 дБ и уровень нежелательной второй
гармоники на выходе не более -30 дБ Активные умножители час-
тоты в 2, 4, 6, 8 и 12 раз этой фирмы серии АМС имеют выходные
частоты 18—140 ГГц, выходную мощность до 7 дБмВт и гарантиро-
ванный уровень сосредоточенных мешающих спектральных состав-
ляющих ПСС не более -20 дБ
Активный удвоитель частоты с 4-каскадным усилителем XX1001-QK
фирмы «Mimix Broadband» при входной мощности 10 мВт в полосе
частот 18—21 ГГц обеспечивает на второй гармонике мощность
400 мВт в полосе частот 36 — 42 ГГц с подавлением первой гармо-
ники на выходе -50 дБ по сравнению с выделяемой второй гармони-
кой (рис. 2.49) Удвоитель выполнен в корпусе размером 7x7 мм и
потребляет ток 0,8 А от источника с напряжением 6 В
Выпускаются умножители частоты высокой кратности iV>5 В тех-
нических решениях с каскадным включением более простых умно-
жителей частоты низкой кратности возникают сложности с фильтра-
цией при выполнении коэффициентов умножения частоты в виде
чисел, не кратных 2, 3, 5 Если необходимая кратность умножения
частоты в одном каскаде увеличивается, то задача фильтрации
усложняется из-за уменьшения шага паразитных компонент по час-
тоте, поэтому такие умножители частоты комбинируют в одном кор-
пусе с частотными фильтрами Например, в умножителе с N = 13
модели MAX 13M104104 уровень побочных компонент на входе и на
выходе не превышает -50 дБ.
Фирма «Microlambda» [44], специализирующаяся на устройствах
СВЧ с ЖИГ-перестройкой, выпускает ряд умножителей частоты с
перестраиваемой кратностью* в конструкцию модели MLMA-18-18,
например, встроен 4-каскадный полосно-пропускающий фильтр с
34 36 38 40 42 /вых, ГГц
Рис. 2.49. Частотная характеристика активного удвоителя частоты XX1001-QK при
нескольких значениях входной мощности
151

Выход
14,7-15,4 ГГц
/ = 229—241 МГц
Рис. 2.50. Функциональная схема умножителя частоты в 64 раза с фазовой синхрони-
зацией на микросхеме HMC535LP4:
СПЗ — схема подкачки заряда, ЧФД — частотно-фазовый детектор
многооктавной перестройкой Фирма «Spectrum MW» [27] выпускает
настроенные линейки умножителей частоты высокой вратности до 48.
Например, модель AIA имеет выходы с кратностью 2, 4, 8, 48, и мощ-
ностью до 10 дБмВт и уровнем ПСС не более -60 дБ в полосе частот
±2%.
Фирма «Spaceklabs» выпускает пассивные и активные умножители
частоты с выходом в диапазоне миллиметровых волн до частоты 96 ГГц
с кратностью от 2 до 8 Серия варисторных умножителей использует
диоды с барьером Шоттки в качестве нелинейного элемента Модель
учетверителя U-4X, например, имеет коэффициент передачи -21 дБ,
а утроитель W-3X при входной мощности 18 дБмВт на частоте 30 —
32 ГГц имеет выходную мощность 1 МВт на чакстоте 90 — 96 ГГц
Наиболее рациональным решением при построении умножителя
частоты высокой кратности является использование системы фазо-
вой автоподстройки частоты с делителем частоты нужной кратности
между подстраиваемым генератором и фазовым дискриминатором
Примером такого решения служит микросхема HMC535LP4 фирмы
«Hittite» (рис. 2 50), обеспечивающая гармонический сигнал с мощ-
ностью 8 мВт на частоте 14,7—15,4 ГГц, которая является 64-й гар-
моникой опорного колебания трапецеидальной формы с частотой
229—241 МГц.
2.4.2. Делители частоты
Делители частоты сигналов СВЧ применяются в каскадах синтеза
стабильных частот для получения заданного шага по частоте, для
ослабления влияния нестабильного сопротивления нагрузки на фазу
опорного генератора, для синхронизации процессов в когерентных
радиотехнических системах и др.
Делители частоты сигналов диапазона СВЧ используются двух
типов В основе работы первого из них лежит эффект параметриче-
152

ского деления частоты в 2 раза в цепи с периодически изменяющейся
емкостью Такие предварительные делители (Prescalers) применя-
ются для входных частот от 1 до 50—80 ГГц Они могут каскадиро-
ваться, поэтому интегральные делители частоты сигналов миллимет-
рового и сантиметрового диапазонов имеют коэффициент деления,
кратный числу 2 в целой степени Второй тип делителей частоты
строится на основе цифровых счетчиков. В нем может быть произ-
вольное целое значение коэффициента деления, но наибольшая час-
тота входного сигнала ограничена возможностями цифровых схем и
составляет примерно 1 ГГц.
Существенным недостатком использования делителей частоты в
составе устройств формирования сигналов является неоднозначность
фазы колебания поделенной частоты по отношению к фазе входного
сигнала. Это означает, что частота выходного сигнала делителя час-
тоты в целое число раз ниже, чем входного, но положение фронта
выходного сигнала может сместиться на неопределенное количество
периодов входного в результате переходного процесса или появления
импульсной помехи.
Параметрами делителей частоты служат*
1) кратность деления частоты п;
2) уровни составляющих с частотой, в целое число раз выше
выходной, на входе и на выходе каскада;
3) зависимость СПМ собственного шума делителя частоты Sy(F)
от отстройки;
4) размах сигнала — разность между максимальным и минималь-
ным значениями его напряжения.
В большинстве случаев выходные и входные сигналы делителей
частоты имеют двухуровневую (трапецеидальную) форму (TTL,
ECL, LVDS и др), а также парные (дифференциальные) входы и
выходы, на которых действуют противоположные логические сиг-
налы Поэтому вместо входной и выходной мощности для них нор-
мируются ток нагрузки и сопротивление активной нагрузки
Можно выделить следующие интернет-адреса фирм, выпускаю-
щих наиболее конкурентоспособные делители частоты СВЧ-сигна-
лов (Frequency Dividers Microwaves, Prescalers)-
www sirenza com, www.centellax com, www.agilent com,
www peregrine-semi.com, www planarmonolithics com,
www inphi-corp com.
В табл. 2 16 представлены параметры некоторых моделей делите-
лей частоты
Делитель частоты в 2 раза модели HMC251MS8 при сигнале
с входной частотой 3—6,5 ГГц и мощностью от -8 до +6 дБмВт
обеспечивает выходной сигнал с пониженной в 2 раза частотой на
уровне -8 дБмВт. Его особенностью является наличие встроенных
153

Питание
Особенность
С 1>
СПМ фазо-
вого шума
S^ 100 кГц),
дБ/Гц
Выходная цепь
Входная цепь
о *ш
Зо UQ
2
ев 3
ни
isfi
I4.
О x
5 =*
Модель
U
оо'
с»
*+
1
*+
£
о
1
оо
8
О
I
Е
о
с
1
«о
+
+
£
о
"3-
i
го
и
I
ее
оо
*+
О
1
1
о
о
1
оо
£
о
и
I
КС
го
+
го
7
ГО
ГО^
7
t^
а
О
оо
СЛ
ГО
и
ас
о
+
к
+
ГО'
о
ГО
1
ГО
и
Е
о
СС
о
оо
+
ГО
7
i
т
г^
£
о
оо
СЛ
оо
ГО
и
ас
оо'
1
ГО
о
+
о
"3-
1П
о
оо
i
ГО
0.
о
и
I
-(2-32), П
—
*+
l
+
о
о'
о
i
О
О
I
е[
оо'
1
оо
ГО
ГО
„
OS
о'
О
i
ГО
ГО
Ш
0.
Е
о
Ё
?
с
оо
е
О.
8
«
о
Т
7
о
о
1
о
4
СЛ
0.
Е
о
"о
с
о
1
с
"о.
ГО
„
о
1
1
1
V©
i
о
и
2
Е
о
1
о
Е
С
Г
оо
ГО_
го'
ГО
+
1
So
о
£
Си
х
Э
о
'Е
I 1
154

усилителей по входу и выходу, что позволило повысить равно-
мерность амплитудно-частотных характеристик в октавной полосе
частот и улучшить развязку входных и выходных цепей СПМ соб-
ственного фазового шума имеет уровень -130 дБ/Гц при отстройке
10 кГц. Микросхема потребляет ток 27 мА от источника питания
напряжением +5 В и размещена в стандартном корпусе размером
2,9x2,9x1,1 мм
Делитель HMC437MS8G при входном сигнале с частотой до 7 ГГц
делит частоту входного сигнала в 3 раза Микросхема включает в
себя входной и выходной усилители с блокировочными элементами
(рис 2.51), обеспечивает при одно- или двухфазном входном сигнале
мвх(/) с уровнем -15 дБмВт два противофазных выходных колебания
мвых(7) и "й^хЧО прямоугольной формы с размахом 500 мВ, причем
их уровень практически не зависит ни от рабочей частоты, ни от тем-
пературы окружающей среды в диапазоне от -40 до +85 °С
Программируемый делитель частоты HMC394LP4 с коэффициен-
том деления от 2 до 32 при входной частоте до 2,2 ГГц использует
параллельную установку пяти разрядов кода коэффициента деления.
СПМ собственного фазового шума составляет -153 дБ/Гц, необходи-
мый уровень входного сигнала от -20 до +10 дБмВт, выходной двух-
уровневый сигнал между выходами "вых(0 и "5^(0 имеет размах
800 мВ с фронтами менее 100 пс
Примером малошумящего делителя частоты от 0,5 до 18 ГГц в
8 раз с SMA-соединителями для жестких условий эксплуатации явля-
ется модуль НМС-С007 При мощности входного сигнала от -10
до +10 дБмВт он обеспечивает выходной сигнал поделенной час-
тоты с размахом 200 мВ, с запаздыванием фронта перехода через
нуль не более 100 пс и уровнем собственного фазового шума не выше
-150 дБ/Гц при отстройках более 1 кГц. Во многих делителях час-
тоты (HMC438MS8G, HMC494LP3, SP8902) нижняя граница рабо-
чего диапазона частот практически несущественна, так как проявля-
Рис. 2.51. Функциональная схема активного делителя частоты HMC437MS8G для
входных частот до 7 ГГц
155

ется эффект цифрового деления Фирма «Inphi Corporation» [45]
предлагает несколько моделей делителей частоты с кратностью 2, 4,
8 для входных частот до 50 ГГц
Миниатюрный статический делитель частоты в 8 раз РЕ3513
фирмы «Peregrine Semiconductor» (рис 2.52) для входных частот от
постоянного тока до 1,5 ГГц рассчитан на входную мощность от -10
до +10 дБмВт, обеспечивает выходную мощность не менее 2 мВт,
входное и выходное сопротивления составляют по 50 Ом, корпус
имеет размеры 2,2x1,8x1 мм Фирма «Agilent Technologies» выпускает
чип-микросхему НММС-3008 делителя частоты в 8 раз (рис. 2.53),
функционирующую с частотой входного сигнала от постоянного тока
до 16 ГГц Ее входная мощность составляет от -20 до +5 дБмВт,
СПМ собственного фазового шума не более -153 дБ/Гц при
отстройке на 100 кГц, размеры 1330x440 мкм
Двухмодульные делители частоты имеют дополнительный разряд
управляющих сигналов, которые переключают коэффициент деления
с базового значения N на соседнее N + 1. В синтезаторах частоты это
IV:
D Q
CLKQB
L
D Q
CLKQB
L
—*~
D Q
CLKQB
—1>-
Ус Буфер
Рис. 2.52. Функциональная схема триггерного делителя частоты модели РЕ3513
фирмы «Peregrine Semiconductor» (коэффициент деления частоты 8 раз,/вх < 1,5 ГГц)
Рис. 2.53. Функциональная схема активного делителя частоты НММС-3008 фирмы
«Agilent Technologies» (коэффициент деления 8 раз, /вх = 0,2-16 ГГц), Ех — Е4 —
дополнительные источники смещения рабочей точки
156

позволяет снизить погрешность установки заданного номинала
выходной частоты при фиксированном значении частоты опорного
генератора. Такое свойство двухмодульных делителей частоты дает
возможность реализовать режим дробно-переменного коэффициента
деления в синтезаторах частот с ФАПЧ (см. § 3.2).
2.5. Смесители и модуляторы
2.5.1. Смесители
Преобразование спектра частот вверх в радиопередающих уст-
ройствах и вниз в радиоприемных устройствах производится нели-
нейным узлом — смесителем При нелинейных преобразованиях
сигналов на выходе кроме полезной составляющей возникает мно-
жество продуктов комбинационного взаимодействия, уровень кото-
рых зависит от схемы смесителя, соотношения частот, амплитуд каж-
дого из сигналов. Кроме того, возникает паразитная связь между
каждой парой портов входа или выхода, что ухудшает функциониро-
вание радиосистемы Как результат сложности этих явлений, номен-
клатура выпускаемых смесителей очень широка, а их технически
обоснованные характеристики заметно различаются
Смеситель имеет три порта: радиочастотный RF, опорный LO и
промежуточной частоты IF. Если входные порты — IF и LO, а выход-
ной — RF, то речь идет о преобразовании частоты вверх (Up
Converter) Если входные порты — RF и LO, а выходной — IF, то сме-
ситель осуществляет преобразование частоты вниз (Down Converter)
Фазовый дискриминатор отличается от смесителя тем, что в нем
полоса пропускания по выходу разностной частоты (IF) должна
включать в себя постоянный ток Смеситель с включенными парал-
лельно входными портами LO и RF может использоваться в качестве
умножителя частоты. Особенность модулятора состоит в том, что
в нем порт IF является входным, а порт RF — выходным, причем
используются в качестве полезных выходных обе частотные полосы,
симметричные относительно опорной частоты fL0 Если полезной
является одна из этих частотных полос, то такой узел осуществляет
преобразование частот полосового сигнала вверх Если входными
являются порты RF и LO, а выходным порт IF, то смеситель играет
роль преобразователя частот полосового сигнала на порте RF вниз.
Схемы смесителей могут быть пассивными (в качестве нелиней-
ных элементов применяются полупроводниковые диоды) или актив-
ными (по цепи одного или нескольких портов включены встроенные
широкополосные усилители) Линейные частотные фильтры в
составе одного или нескольких портов улучшают соотношение мощ-
ности определенных частотных компонент. Ферритовые циркуля-
157

торы или пассивные направленные ответвители улучшают направ-
ленные свойства узла СВЧ — снижают коэффициент стоячей волны
напряжения (КСВН) и уменьшают уровень волн, бегущих в обратном
направлении
В идеальном смесителе с преобразованием частоты вверх пере-
множаются мгновенные значения гармонических входных IF- и LO-
сигналов. В спектре выходного /^-сигнала идеального перемножи-
теля присутствуют лишь компоненты второго порядка с суммарной и
разностной частотами fL0 ±f!F. По такому принципу работают четы-
рехквадрантные аналоговые перемножители. К свойствам идеаль-
ного перемножителя приближаются параметры технически реализуе-
мых перемножающих ячеек Гильберта. Погрешности реализации
операции перемножения приводят к тому, что кроме указанных двух
составляющих на входных и выходных портах присутствуют кратные
и комбинационные составляющие с частотами \± mfLO ± nfIF\, где
т = О, 1, 2, . и п = О, 1, 2, . . — целые числа натурального ряда.
Коэффициент преобразования мощности на входных портах в мощ-
ности частотных составляющих на выходном порте сложным обра-
зом зависит от характеристик нелинейных элементов, четности или
нечетности чисел тип, амплитуд сигналов на каждом из портов,
сопротивления нагрузки и уровней отраженных волн на каждом
из портов. Этот коэффициент, вообще говоря, убывает с увеличе-
нием порядка преобразования q = \т\ + \п\. Для простых небаланс-
ных смесителей считают, что коэффициент передачи по мощности
падает обратно пропорционально квадрату порядка преобразования
2
CLRFIIF~PRFlcl •
Если в сигнале на /^-входе имеются две гармонические составля-
ющие с близкими частотами fRF j nfRF2, то в токе смесителя возни-
кают комбинационные компоненты высокого порядка Продукты 3-го
порядка имеют частоты 2fRF] ± fRF2 - fio Мощность каждой из
спектральных компонент зависит от схемы смесителя и нелинейным
образом связана с амплитудами входных сигналов (рис. 2.54) Мощ-
ность нелинейных продуктов 3-го (q = 3) порядка Р/рз увеличивается
с ростом Рцр в 3 раза быстрее, чем Pjf(PRF) в малосигнальной
области, а мощность продуктов 4-го (q = 4) порядка — в 4 раза быст-
рее. Точка пересечения продолжения линии P/p(PRp) с линией Р/рз
(точка В на рис. 2 54), где мощности основной составляющей и про-
дуктов 3-го порядка равны, называется точкой пересечения 3-го
порядка IP3 (Intercept Point Third Order). Для измерения уровня Р1РЗ
с помощью анализатора спектра на RF-вход подаются два сигнала
близких частот одинаковой мощности, а на вход LO — опорное коле-
бание. Значение выходной мощности Рвых 1РЗ должно определяться
158

^ip, дБмВт
Рис. 2.54. Влияние мощности сигнала на радиочастотном входе на уровень спектраль-
ных составляющих различного порядка
при номинальном уровне мощности опорного колебания PLQ. Если в
результате действия мер по балансировке смесителя уровень Рвых 1РЪ
возрастает, то существенным может стать уровень IP4 (точка С на
рис 2.54). Разность D между уровнем выходной мощности в точке
Лшх1дБ (точка Л) и уровнем мощности шума, измеряемыми в децибе-
лах, определяет динамический диапазон смесителя Некоторые про-
изводители для справок приводят номинальный уровень входной
мощности для точки Рвх jp2 (Input IP3 — НРЗ), другие указывают
выходную мощность Рвых //>3 для этой точки (Output IP3 — OIP3)
Основные параметры смесителей, которые надо учитывать при
создании электронной аппаратуры на их основе, можно разделить на
три группы: характеристики номинальных сигнальных параметров;
коэффициенты передачи и паразитных связей; чувствительность к
вариациям параметров входных сигналов и внешних воздействий
Мощность опорного сигнала PLO влияет на коэффициент преобразо-
вания CRF/IF и на коэффициент шума NF, как показано на рис. 2.55
Характер нелинейности используемых диодов заметно влияет на
коэффициенты передачи и шума Номинальный уровень PL0 выбира-
ется на участке насыщения характеристик CRF/IF(PL0) и NF(PL0)
В качестве параметров смесителей используются*
коэффициент преобразования CRF/IF В англоязычной литературе
этот параметр активного смесителя иногда обозначают как коэффици-
ент усиления (Conversion Gain) CG, а пассивного— как коэффициент
159

ч
NF~ "
С
RF/IF
Двойной балансный смеситель
fL0= 310,7 МГц, /Л/г=300МГц,
/^ = 300 МГц, fIF= 10,7 МГц
-10 -5 0 5 10 15 20 25 /^0,дБмВт
Рис. 2.55. Влияние уровня мощности опорного сигнала на коэффициенты передачи и
собственного шума балансного смесителя
потерь (Conversion Loss) CL. Частотная характеристика CRF/IF(fRF)
характеризует равномерность преобразования по диапазону частот;
коэффициенты изоляции между портами LO, IF и RF Некоторые
производители дают таблицы S-параметров, учитывающие все
направления взаимных связей;
коэффициенты стоячей волны напряжения (КСВН) LO- и RF-портов.
Для ослабления влияния нестабильности амплитуд входных сиг-
налов на выходную мощность используют балансные схемы. На
рис 2 56 показаны варианты принципиальной схемы смесителя с
однократной (Single-Balanced Mixer — SBM), двойной (Double
Balanced Mixer — DBM) и тройной (Triple Balanced Mixer — TBM)
балансировкой. В схеме SBM за счет высокой симметрии обмоток
трансформатора и диодных пар нежелательное прохождение IsoLO/IF
снижается на 20—30 дБ. На /^-выходе схемы DBM компенсируются
комбинационные продукты четного порядка Для расширения дина-
мического диапазона за счет повышения уровня мощности РВЬ1Х 1РЗ
применяют диоды с увеличенным уровнем порога открывания Бла-
годаря встречному включению диодов компенсируются паразитные
интермодуляционные продукты четного порядка и уменьшается вли-
яние нестабильности мощности PLO на коэффициент преобразования
CLRF/IF Двойная балансировка обеспечивается также в смесителе по
схеме гибридного кольца. Такие смесители имеют повышенную
чувствительность к рассогласованию сопротивления нагрузки, так
как отраженные сигналы создают на диодах пиковые напряжения,
значительно превышающие номинальный уровень, соответствующий
160

IE
IF
RF 167 нГ 167 нГ
(0,01-30) МГц
-40дБмВт =|= VDl-VD4\
74,5 пФ
51,4 пФ С (120-150) ±
(0,01-30) МГц
(40-50) МГц
LO +7дБмВт
rwv^ pr>rvy
Рис. 2.56. Схемы балансных смесителей с однократной (а), двойной (б) и тройной (в)
балансировкой
161

линейной нагрузке. В схеме ТВМ применение двух диодных колец
и дополнительных балансных трансформаторов позволяет заметно
расширить динамический диапазон, увеличить минимум на 6 дБ раз-
вязку между портами LO и RF, снизить влияние фазы волны, отра-
женной от нагрузки с нестабильным сопротивлением
В субгармоническом смесителе (Subharmonic Mixer) в качестве
полезной на /F-порте используется спектральная полоса, образуемая
перемножением полосовой составляющей на радиочастотном порте
RF со второй или с третьей гармоникой колебания на опорном LO-
входе. Таким образом, на Ю-порт такого смесителя подключаются
источник колебаний с частотой fLO, которая может быть в 2 или 3 раза
более низкой, чем в обычном смесителе. Развязку (изоляцию) между
IF- и RF-портши в схеме субгармонического смесителя должны
обеспечивать дополнительные внешние фильтры. Изоляция портов
LO и IF на частоте fLO выше, а на частоте 2fLO намного выше, чем в
других схемах. Субгармонические смесители находят применение в
квадратурных {IIQ) модуляторах сантиметрового и миллиметрового
диапазонов, где необходимый уровень развязки трудно обеспечить
даже в схемах с двойной балансировкой.
Гармониковый смеситель (Harmonic Mixer) отличается тем, что на
RF-порте используются в качестве полезных комбинационные про-
дукты более высокого порядка, ближайшие компоненты 1-го порядка
подавляются за счет оптимизации вольт-амперных характеристик
диодов и схемной балансировки В такой схеме используется возмож-
ность работать с частотами на RF-вхоце в 2—6 раз более низкими,
чем в базовых схемах, что позволяет уменьшить стоимость разра-
ботки схем, особенно в миллиметровом диапазоне длин волн. Гармо-
никовый смеситель имеет более широкий динамический диапазон,
чем базовая схема, благодаря повышенному уровню мощности Рвх\дь
на RF-порте
К смесителю с подавлением зеркального канала (Image Reject
Mixer — IR) предъявляются пониженные требования к фильтрации
паразитного прохождения опорного сигнала и составляющих зер-
кальной полосы (рис 2.57). Компенсацию продуктов 1-го порядка
в зеркальной полосе и удвоение полезной мощности в выделяемой
полосе обеспечивает использование двух идентичных балансных
нелинейных элементов (НЭ). Высокочастотные сигналы поступают
на них синфазно через делитель мощности (ДМ), а опорные — со
сдвигом на 90° через гибридный (Quadrature Hybrid) фазовращатель
(Фвр). Выбором одного из выходов выходного Фвр задается полезная
полоса сигнала IF Полосовая фильтрация в схеме почти не требу-
ется Иногда для подавления зеркального канала используют четыре
162

Рис. 2.57. Схема смесителя с подавлением зеркального канала
опорных колебания с частотой fLO одинаковой амплитуды, сдвину-
тых по фазе на 90°, 180°, 270° и 360° соответственно
Такая же схема может быть использована для однополосного пре-
образователя частоты (Single Side Band — SSB) без применения
полосового фильтра. Это особенно ценно, когда основная и зеркаль-
ная полосы близки, например, при прямой модуляции видеосигналом
от постоянного тока до некоторой граничной частоты
Одна из серьезных технических проблем при создании смесите-
лей с изменяющимся значением частоты на одном из входов состоит
в том, что наряду с выделяемой комбинационной компонентой, напри-
мер, 2-го порядка, в полосу частот вблизи выделяемой попадают
составляющие более высокого порядка с мешающей модуляцией, от
которых невозможно избавиться частотной фильтрацией. Например,
если выбраны входные частоты^ =10,1 МГц h/lo = 100 МГц, то в
полосе частот AfRF = 109-113 МГц располагаются компоненты со
следующими значениями тип: 1 и 1;9и2; 11 и0;21 и 1; 19иЗидр
Разработаны [46] номограммные и табличные методы выбора значе-
ний входных частот, позволяющие существенно снизить уровень
паразитных компонент в заданной окрестности нужной частоты.
Множество фирм (см приложение) разрабатывают и выпускают
высококачественные смесители различного назначения, диапазона
частот и конструктивного оформления Ниже приведены интернет-
адреса фирм, выпускающих наиболее конкурентоспособную продук-
цию этого вида-
www pulsarmicrowave com, www markimicrowave com,
www hittite com, www.eclipsemicrowave com,
www minicircuits com, www tqs com, www.synergymwave com,
www polyphasemicrowave.com
Параметры некоторых серийных смесителей приведены в
табл 2 17.
163

= -о
Особе
ноет
я , «
= -° л
1» =; =
§8-2
О f о
eg
Мощ-
ность
^вх/РЗ'
дБмВт
Г
с
гнт изо.
и
з5
s
оэфф
иэ
ч
к.
О
к.
as
|3
-5
Lit is i
fsSS?*
О Я D.OH
ьг с ^и
,2 ~
11 §5
X
стота
се
Я
и
к.
Я
и
и
к.
as
О
-о
5
2
*-
«
се
и
2
Е
1
NO
+^
7
*
NO
Г--'
+"
о
о
т
о
I
I
£
X
ГО
С
CN
О
+
7
£
т
+"
оо
~
i
•о
а:
и
2
1
о
+
NO
NO
ГО
+
8
О
W)'
1
o^
<
CQ
2
ДБ, ВИ,
ПМ, ПТ
1
ro
ro
+
ON
f
oo'
+"
О
oo
7
о
oo
NO,
7
I
u.
NO
<
и
2
s
К""
1
ro
+"
7
О
?
+"
8
5
7
o'
+
I
2
<
и
2
?
1
|
ro
T
r-^
1
8
i
~
i
о
о
о'
3
_J
и
z
Э
<
I
I
о
о
+
го
+"
О
О
1
~
i
S
о'
ас
2
><
j
и
Z
Э
К; ШПС
1
|
Т
о
1^
+
1^
+
о
S
1
го
1
8
о'
+
I
Q
<
N
5
о
с
£
*
о
bi
1
JO
+"
7
ГО
о
f
ГО
8
о
i
о
no'
4
+
ел
ас
2
8
и
х
N_
ТБ, СШП
1
NO
+
ГО
О
ГО
ON
1"
1
ГО'
X
о'
+
ГО
<
и
2
>
-из
Э
1
ON
ГО О
— ^
6§
ГО
оо
no'
+
8
i
т
оо,
ГО'
+
о
<
и
2
Э
1
-э-
+
CN щ
-г го
?
no'
+"
О
i
оо
1
оо_
+
I
О
оо
<
и
2
Г0
С
■чГ
>п
CN
О
Я
о
+"
I
1
3
о
и
и
2
I
«
О'
(N
ГО
W-1
ГО
оо
оо
+
W-1
ГО
ГО
1
t~~
m
Q
2
и
2
I
£
о
и
f
£

I/Q, ПЗК,
б/к
©
—
1
о
оо
1
+16
г
55—64
HMC-MDB207
DB, Б/к
1
1
1
1
С-4
оо
i
о
гч
CQ
Q
щ
и
ас
и
1
■п
о
*
о
о
3
оГ
т
0Q
и
оо
и
ш
1
+
о
Г-4
оо"
о"
1
оо
ел
О
и
ас
Б/к
1
Я
о
оо
т
т
I
и
ас
ил
1
г^
т
о
о
г^
~
оо
4
и
On
и
ас
1
"3-
+
я
о
О
т
i
т
оо
ел
и
£
о
1
Г-4
+
Г-4
Г-4
оо"
С-А
1
оо
сл
ON
Г-4
и
ас
ОБП, Н, Б/к
1
оо
+
о
О
?
т
О
и
ее
1
о
+
О
Г-"
оо
Г-4
4
СО
и
-J
S
Г-4
и
ас
1
+
VO
О
7
т
1
+
о"
7
оо
СЛ
и
1
ON
о
о
о
оо
О
I
Г-4
CQ
и
-J
On
Г-4
и
ас
СГх2; Б/к
1
о
+
о
г«">
о
+
т
On
и
ОБП, Н
1
о
+
оо
Г-4
О
+1
с")
1
Г-4
Г-4
и
ас
Я
^
о
я
я
S
2
^
а
т
—
СП
О
|
1
ДБ, ПЗК
Г-4
С")
+
сч
Г-4
Ч
О
"+
О
о^
о
о
>
is I I
fill
IITl
* 5 « *
Q. 00 _. ..
<U _ f )S
;g J о
i i £|
4 « 4 c
I 111
« 5 - «
§ ill
g- i e S
III l
11 IS
* S *°
° я - -
li *^
н 3 о £■
° I s §■
I 5 = =
el ' §
§ о (- P ^
МШ
M з i 2
lill
0 S « г =
1 § 13i I
" « | S£
T i s-s i
1 йП I i!
us s s о rg
^ 3 g s ">„
« I 5 2 5:
§1 i I §
Э" са о ™ о
-а о i x c
4 b U -a
I >=,- . ^
; Ч с;
« о
r- s
si£e I
« « s ° ^
т g g 5 <
s S о g «
c I = s Й
s s 2 ^
ffl ё =^
165

Корпорация «Mini-Circuits» разработала технологию изготовле-
ния и балансировки активных нелинейных элементов смесителей,
сверхширокополосных трансформаторов и монтажа соединитель-
ных цепей в технике Low Temperature Ceramic (LTCC), которая поз-
воляет сохранять высокое качество в широком диапазоне рабочих
температур (обычно от -40 до +85 °С, некоторые модели от -55
до +100 °С), в полосе частот до 6 ГГц и в условиях достаточно жест-
ких климатических и механических воздействий. Среди смесителей
этой фирмы выделены группы по уровню мощности опорного сиг-
нала (от +3 до +27 дБмВт); по полосе частот на портах; по конструк-
тивному исполнению; со встроенными усилителями; с разными
видами балансировки; с пониженным уровнем опорного или радио-
частотного сигнала; с выходом порта IF по постоянному току; с
пониженным уровнем собственного фазового шума; с широким
динамическим диапазоном неискаженного преобразования; предна-
значенные для жестких внешних условий эксплуатации Например,
для модели МСА1-60МН коэффициент передачи в интервале темпе-
ратур от -55 до +100 °С изменяется не более чем на ±1 дБ для частот
от 1 до 6,5 ГГц. Модель MCA1-12GL обеспечивает полосу частот по
порту IF от постоянного тока до 1,5 ГГц, что позволяет его использо-
вать в качестве широкополосного фазового детектора в системе
фазовой автоподстройки частоты. Смесители серии JCIR обеспе-
чивают высокое подавление прохождения мощности опорного сиг-
нала на порты RF и IF, а мощность в зеркальной полосе частот ослаб-
лена не менее чем на 28 дБ. В моделях серии МСА за счет тройной
балансировки изоляция порта IF от мощности опорного колебания
достигает -32 дБ, а уровень мощности входного сигнала в точке IP3
составляет от +16 до +26 дБмВт. Смесители серии НЖ с двойной
балансировкой выполнены на MESFET-транзисторах из карбида
кремния (SiC), что позволило на частотах до 3,6 ГГц увеличить до
-44 дБ изоляцию портов RF и IF от мощности опорного сигнала, уро-
вень мощности в точке 1РЪ достигает +37 дБмВт при пониженной до
+ 17 дБмВт мощности на LO- и /^-портах В серии смесителей ZX05,
используемой в полосе частот 0,5 — 6 ГГц, изоляция прохождения
опорного сигнала увеличена до -70 дБ по порту RF и до -60 дБ по
порту IF. Смесители серии UNCL включают в себя встроенные
широкополосные усилители, что понижает необходимый уровень
сигнала на входах RF или LO
Субгармонический смеситель НМС337 фирмы «Hittite» выполнен
по GaAs-PHEMT-технологии, предназначен для входных сигналов с час-
тотой 17—25 ГГц, использует встроенный усилитель опорного сигнала
с частотой 8,5—13 ГГц и мощностью -5 дБмВт, а частота полезного сиг-
нала образуется как разность частот входного сигнала на ftF-входе и
второй гармоники частоты опорного сигнала. Подавление комбинаци-
166

онных побочных спектральных составляющих (ПСС) не менее -26 дБ.
Смеситель потребляет ток 25 мА от источника питания напряжением
+3 В и имеет бескорпусное исполнение с размерами 0,97x1,32x0,1 мм
Для преобразования вниз частоты диапазона 20—32 ГГц с субгармо-
нической подкачкой предназначена микросхема НМС265. В ее состав
включены усилители по входу сигнала опорного генератора и по
выходу сигнала промежуточной частоты. Сигнал опорной частоты
должен иметь частоту 10—16 ГГц с уровнем -4 дБмВт, полоса про-
пускания по выходу промежуточной частоты 0,7—3 ГГц. Прохожде-
ние сигнала удвоенной опорной частоты на радиочастотный вход
снижено до -35 дБ, а на выход промежуточной частоты до -55 дБ
Коэффициент передачи RF/IF составляет +2 дБ, собственный коэф-
фициент шума преобразователя 13 дБ. Квадратурный смеситель
НМС256 диапазона 5,9—12 ГГц может использоваться в качестве
преобразователя частоты вверх с одной боковой полосой или смеси-
теля с подавлением зеркальной полосы частот. В его состав включены
широкополосный квадратурный мост-разветвитель на входе опорной
частоты и смесители с двойной балансировкой по GaAs-MESFET-
технологии. Он отличается высоким уровнем подавления зеркальной
полосы частот (не менее 30 дБ), широкой полосой пропускания по
промежуточной частоте (от постоянного тока до 1,5 ГГц) и бескор-
пусным исполнением (размеры 1,3x1,6 мм). Коэффициент преобразо-
вания между портами RFIIF составляет -8 дБ, собственный коэффи-
циент шума 8 дБ, уровень мощности опорного сигнала +15 дБмВт В
состав субгармонического смесителя с подавлением зеркальной
полосы НМС404 для диапазона 26—33 ГГц включены последова-
тельно усилитель напряжения и удвоитель частоты по входу опорного
сигнала, смеситель с двойной балансировкой и квадратурный мост-
сумматор по порту IF. Уровень входного сигнала опорной частоты
13—16,5 МГц составляет +2 дБмВт Полоса пропускаемых частот по
порту IF до 3 ГГц, уровень сигнала на входе RF для линейного
режима преобразования — не более +6 дБмВт, коэффициент шума
11 дБ. Для этого смесителя получено подавление зеркального канала
22 дБ, амплитудный разбаланс составляет ±1,5 дБ, фазовый не более
7°. Размеры бескорпусного смесителя 1,2x1,9 мм, потребление тока
составляет 28 мА от источника напряжением + 4 В
Смесители с высоким значением РВЬ1Х1РЗ (до +35 дБмВт) и низким
уровнем комбинационных компонент, например HMC400MS8,
выполняются как пассивные В смесителе с двойной балансировкой
HMC410MS8 получено подавление сигнала опорной частоты на радио-
частотном порте -40 дБ, а на порте промежуточной частоты -37 дБ.
Пассивный GaAs-смеситель с двойной балансировкой HMC218MS8
диапазона частот 4,5—6 ГГц с полосой частот по порту промежу-
167

точной частоты до 1,6 ГГц, выполненный на диодах Шоттки со
встроенным балансным трансформатором, может использоваться
в качестве преобразователя частоты вверх или вниз, модулятора/
демодулятора сигнала 2ФМ, фазового компаратора В нем обеспе-
чены ослабление составляющих частоты опорного сигнала на радио-
частотном порте -30 дБ, коэффициент передачи -8 дБ, коэффициент
собственного шума 8 дБ
Пассивный широкополосный GaAs-смеситель с двойной баланси-
ровкой HMC144LC4 диапазона 6—20 ГГц с полосой частот по порту
промежуточной частоты до 3 ГГц обеспечивает между портами LO и
RF изоляцию -35 дБ, размещен в корпусе размером 4x4 мм. Серия
пассивных смесителей HMC260/292/329LC3B перекрывает по пор-
там RF и LO полосу частот 14—32 ГГц, по порту IF полосу до 8 ГГц
с изоляцией RFILO до 40 дБ, рабочим уровнем опорного сигнала на
порте LO в пределах 9—15 дБмВт и уровнем Рвых/рз порядка +19 дБ
Модель HMC-MDB172 для частот 19—33 ГГц выполнена на основе
GaAs-транзисторов Шоттки с гетеропереходами в бескорпусной кон-
струкции размером 2,2x2 мм. Она отличается подавлением зеркаль-
ного канала на 35 дБ и наличием двух квадратурных выходов на про-
межуточной частоте, сигналы которых могут быть использованы для
квадратурной обработки или суммироваться с помощью внешнего
квадратурного сумматора Подобная модель HMC-MDB207 для вход-
ных частот 55—64 ГГц выполнена размером 1,2x2 мм, а для ее квадра-
турных каналов гарантированы амплитудный разбаланс не более 0,7 дБ
и фазовый не более 1 °. Пассивный дважды балансный GaAs-смеситель
HMC-MDB277 для частот 70—90 ГГц имеет размеры 1,4х 1,55 мм
Смеситель HMC258LC3B, предназначенный для входных радио-
частот 14,5—19,5 ГГц, имеет встроенный усилитель по опорному
LO-входу и использует субгармонический режим по этому порту,
благодаря чему на него надо подавать опорные сигналы в 2 раза
более низкой частоты (7,25—10 ГГц) с мощностью 1 мВт. Смеси-
тельный модуль НМС-С046 для полосы частот 20—31 ГГц выполнен
в виде герметичного блока с радиочастотными соединителями. Такой
узел обеспечивает полосу сигнала промежуточной частоты до 4,5 ГГц,
развязку RF- и LO-входов до 42 дБ, подавление зеркального канала
24 дБ, амплитудный разбаланс 0,3 дБ, фазовый 4°
Смеситель с подавлением зеркального канала модели IRM50100B
фирмы «Polyphase Microwave» функционирует с частотой опорного
сигнала^0 = 5-5-10 ГГц при мощности PL0 = +17 дБмВт и обеспечи-
вает ослабление зеркального канала -35 дБ, IsoLO/RF = -45 дБ и разме-
щен в корпусе размером 72x72x16 мм с коаксиальными соединителями
Волноводный субгармонический смеситель модели SBW3337LG2
фирмы MITEQ имеет радиочастотный вход на волноводе WR28, рас-
168

считанный на частоты 33—37 ГГц, и коаксиальные соединители по
портам LO и IF. Полоса пропускания по порту IF до 4 ГГц Если на
опорный вход LO подаются колебания с частотой 33—37 ГГц и мощ-
ностью 10 мВт, то коэффициент передачи мощности на порт IF
составляет -7,5 дБ, а если на порт LO подключен источник опорных
колебаний с частотой 10—12,5 ГГц, то коэффициент преобразования
сигнала на полосу до 4 ГГц порта IF составляет -17 дБ. Ослабление
паразитных каналов преобразования составляет IsoLO/RF = 25 дБ,
IsoLqiIF = 15 дБ, IsoRF/1F = 25 дБ, коэффициент шума NF = 8 дБ.
Модели смесителей MCA-36FH с двойной и МСА-50Н с тройной
балансировкой фирмы «Mini-Circuits» отличаются повышенным
уровнем изоляции во всех нежелательных направлениях. Модель
HMC411MS8G фирмы «Hittite» выделяется сверхширокой полосой
пропускания по /F-порту до 5 ГГц. В состав ряда моделей входят
микросхемы широкополосных усилителей по одному, по двум или по
трем портам Этим достигается снижение требований к мощности
входного (UNCL-R1, STM-3116) или опорного (RF9986,
HMC265LM3) сигналов, а также дополнительная развязка между
портами В моделях Front-End, предназначенных для работы во вход-
ных цепях приемников, на RF-входе встроен малошумящий усили-
тель. Благодаря этому коэффициент шума, например, в модели
RF9986 составляет всего 1,4 дБ
Фирма «TriQuint Semiconductor» выпускает двухканальные смеси-
тели Dual Branch со встроенными канальными усилителями
(рис 2.58) и общим входом опорного колебания Например, модель
CV221-2А рассчитана nafRF = 1,9 + 2,7 ГГц,///7 = 65 + 300 МГц,/^ =
= 1,6 -г 2,34 ГГц, PLO = 1 мВт; CL = 9 дБ Микросхема потребляет ток
Ул
Ул
-gf§b[j>k
Рис. 2.58. Функциональная схема применения двухканального смесителя Dual Branch
фирмы «TriQuint Semiconductor»:
А — антенна, УУ — управляемый усилитель, БУ — буферный усилитель
169

315 мА от источника с напряжением +5 В и размещена в корпусе раз-
мером 6x6 мм
Смесители миллиметрового диапазона часто используют работу
на гармониках и/или субгармониках Например, модель
HMC265LM3 работает со второй гармоникой опорного сигнала и
обеспечивает очень высокую (-47 дБ) развязку IsoLO/IF. Входные
частоты до ПО ГГц (модель MSH-10-3) не являются предельными
для таких узлов: производители анонсируют модели смесителей с
частотами до 260 ГГц
2.5.2. Модуляторы фазы (задержки)
и амплитуды СВЧ-сигналов
Основные принципы формирования радиочастотных колебаний с
модуляцией (манипуляцией) фазы, частоты и/или амплитуды изло-
жены в § 1 3 Рассмотрим некоторые устройства, выполняющие
такие функции
Классификация устройств модуляции фазы несущих колебаний
приведена на рис. 2.59. Управляемые фазовращатели и линии
задержки могут использоваться для статической перестройки фазы
(например, при изменении положения луча диаграммы направ-
ленности антенной решетки), играть роль модуляторов сложного
сигнала или выступать в качестве базовых узлов более сложных
модуляционных устройств Аналоговые фазовращатели, обычно выпол-
ненные на базе варикапов, по схеме, например на рис 2 60, позво-
ляют изменять фазу несущего колебания на произвольный угол в
пределах от единиц градусов до нескольких периодов. Дискретное
управление фазой или амплитудой с помощью быстродействующих
ключей снижает погрешности установки заданных значений пара-
метров сигнала
Различие в необходимости применения либо фазовращателя, либо
линии задержки возникает при учете относительной ширины А/У/
спектра модулированного сигнала. Если это значение Af/f0 « 1, то
фазовый сдвиг ср = 2nf0 всех частотных составляющих сигнала со
средней частотой /0 одинаков и можно использовать более простой
узел — фазовращатель Если же ширина занимаемой полосы частот
сравнима со средней частотой, то применение фазовращателя вместо
линии задержки может изменить форму сигнала Поэтому для приме-
нения в широкополосных цепях формирования СШП-сигналов и
многоэлементных антенн разрабатываются управляемые линии
задержки.
170

и
<
о
<
е
с*
2
MPSK
LJ
—1
наЦАП
и смесител
на логических
гремножителях
L_U
СЛ X
О. «
BPSK-и Q
модулятор
Ll_J
2
се
ее
Ч а —*■
>>
Sill II I»
Ы I I S I 1=1
171

Рис. 2.60. Пример электрической принципиальной схемы фазовращателя с аналого-
вым управлением емкостью варикапов (Еу — управляющее напряжение)
Пассивные фазовые модуляторы с балансными смесителями на
р-/-«-диодах обладают свойством взаимности, те. могут использо-
ваться как демодуляторы ФМ-сигнала при подаче на RF-порт приня-
того сигнала. В состав интегральных схем фазовых модуляторов
часто входят буферные усилители по одному, двум или по всем трем
портам, что улучшает качественные показатели устройства: увеличи-
вает межпортовую изоляцию, снижает уровни входных сигналов и
увеличивает уровни выходных, ослабляет отражения, гармониковые
и интермодуляционные искажения. Однако свойство взаимности в
таких схемах не проявляется
Модуляторы амплитуды и фазы СВЧ-сигналов характеризуются
[47, 48] следующими основными параметрами* полосой несущих
частот А/, диапазоном изменений фазы PhC (Phase Control), диапазо-
ном изменений амплитуды GR (Gain Range), допустимым по искаже-
ниям 3-го порядка уровнем мощности входного сигнала НРЗ, макси-
мальным отношением мощностей сигнала и шума (С/Ш)
В табл 2.18 приведены характеристики фазовращателей (Phase
Shifters) с произвольным значением фазового сдвига Модуляторы
фазы с аналоговым управлением HMC538LP4 фирмы «Hittite» диапа-
зоном 6—16 ГГц изменяют фазу проходящего сигнала до 800° за счет
вариаций управляющего напряжения с полосой частот по цепи
управления до 50 МГц Модулятор фазы НМС247 для полосы частот
9—21 ГГц обеспечивает управление фазой от 300 до 60° в зависи-
мости от рабочей частоты за счет изменения управляющего напряже-
ния до +10 В при уровне второй гармоники -50 дБ и потерях мощ-
ности 5 дБ; бескорпусной модулятор выполнен в виде плоской
конструкции размером 1,6x7 мм, пригодной для использования
в прикладных задачах волоконно-оптической связи и техники фази-
рованных антенных систем Модель PS-0618-360-5-5 6 фирмы
172

MITEQ отличается высоким быстродействием (20 не) поворота фазы
с шагом 5,625° в полосе частот 6—18 ГГц Цифровой фазовращатель
Р2Р-69Ф5 фирмы «G.T Microwave» в той же полосе частот исполь-
зует 12 разрядов по цепи управления Фазовращатель HMC649LP6E
для полосы частот 3—6 ГГц обеспечивает 64 дискретных значения
фазы выходного сигнала (шаг 5,625°) с погрешностью по фазе менее
3° и по амплитуде не более ±0,5 дБ при входной мощности Ръх]аь <
< 20 дБмВт и Рвх jp2 = 44 дБмВт Подобный цифровой фазовращатель
НМС644 для полосы частот 15—18,5 ГГц обеспечивает 32 дискрет-
ных значения фазового сдвига с допустимой входной мощностью
НРЗ = 40 дБмВт и выполнен в бескорпусном виде с размерами 2,7х 1 мм
Российское предприятие «НИИ Феррит-Домен» (сайт
www.domen ru) выпускает ферритовые фазовращатели диапазона ММВ
(частота 26—ПО ГГц) с мощностью проходящего сигнала до 1 кВ.
Для применения в составе базовых станций стандартов UMTS и
PCS диапазона 1,9—2,2 ГГц фирмой K&L выпускаются линии
задержки с цифровым управлением для печатного монтажа с откло-
нением ФЧХ от линейности не более 0,5° и входной мощностью до
30 дБмВт. Значение ГВЗ в них изменяется от 1 до 2,4 не с шагом 0,2 не
Для управления диаграммой направленности радиолокационных
станций в серии LB предусмотрен выпуск линий задержки с калиб-
рованной фазочастотной характеристикой ФЧХ
Фирма «Colby Instruments» предлагает коммутируемые коаксиаль-
ные линии задержки PDL-100A с полосой частот до 180 ГГц, задерж-
кой до 100 не и шагом 0,5 пс при скорости переключения до 40 Гбит/с
и мощности сигнала до 10 Вт
Модуляторы сигналов с двухпозиционной фазовой манипуляцией
(BPSK), как правило, функционируют на основе быстродействую-
щих ключей, коммутирующих сигналы с исходной и противополож-
ной фазой.
Схема построения квадратурного модулятора основана на пред-
ставлении узкополосного модулированного по амплитуде и фазе сиг-
нала в виде разности двух амплитудно-модулированных колебаний с
ортогональными несущими колебаниями*
u{t) = Re[A (0 exp {j2nf0t)] = Re[/(/) +./0(/)](cos 2nf0t +js'm 2nf0t) =
= 0,707[/(/)cos 2nf0t - Q(t)sm 2nf0t], (2. 3)
где A (t) = I{i) +jQ(t) — комплексная амплитуда модулирующего сиг-
нала.
Традиционная архитектура устройств формирования модулиро-
ванного радиосигнала СВЧ предусматривает два последовательных
этапа* квадратурную фазовую модуляцию DSB на промежуточной
174

частоте и однополосное преобразование полосы частот вверх (Single
Side Band — SSB). Прямые модуляторы СВЧ-диапазона выполняют
эти операции в одном каскаде. Для преобразования потока передава-
емых битов сообщения s(t) в два потока символов /(/) и Q(t) исполь-
зуется внешний логический автомат. Как показано в § 1.2, при четы-
рехпозиционной фазовой модуляции период следования символов
в 2 раза больше, чем в исходном сообщении s(t), при восьмипози-
ционной — в 3 раза и тд, что облегчает выполнение требований к
быстродействию схемы квадратурного модулятора при одинаковой
скорости передачи битовой информации
Известно патентованное техническое решение для манипулятора
фазы, в котором применяются управляемые фазовращатели с посто-
янной амплитудой, что позволяет избежать спада амплитуды суммар-
ного сигнала вблизи фронта модулирующего сигнала
При сверхвысокой скорости передачи данных квадратурный фазо-
вый модулятор может быть выполнен по схеме с быстродействую-
щими перемножителями двухуровневых сигналов вместо аналоговых
перемножителей В нем используют двухуровневую форму как моду-
лирующих, так и несущих колебаний, а квазигармонический выход-
ной сигнал формируется с помощью выходного полосового фильтра
на первой или на третьей гармонике частоты входного сигнала
В цифровом модуляторе модулирующие и несущие колебания
представлены в виде ансамбля двоичных сигналов на многоразряд-
ных шинах, перемножители реализуются в виде матричных цифро-
вых узлов. Выходной сигнал формируется выходными цифроанало-
говыми преобразователями (ЦАП) При цифровом представлении
сигналов с частотой дискретизации^ происходит смещение полосы
(Aliasing), те. появляются дополнительные зеркальные полосы час-
тот — зоны Найквиста, расположенные в окрестности частот/д, 2/д,
3/ц и тд Для устранения искажений, связанных с этим явлением,
последовательно с ЦАП включают дополнительные аналоговые
антиалиазинговые фильтры (Anti-Aliasing Filters) В качестве таких
фильтров применяют либо фильтр нижних частот с полосой пропуска-
ния не более fRl2, либо полосно-пропускающие фильтры, настроенные
на одну из старших зон Найквиста. Кроме того, в состав быстродей-
ствующих ЦАП входят цифровые интерполяционные рекурсивные
фильтры, которые расширяют свободный от искажений динамиче-
ский диапазон (Spurious Free Dynamic Range — SFDR), понижают
требования к частоте дискретизации и уменьшают уровень межсим-
вольных искажений Подробнее особенности использования таких
модуляторов обсуждаются ниже
175

В схемах многопозиционных фазовых MPSK- и векторных модуля-
торов для формирования канальных сигналов, которые перемно-
жаются на квадратурные компоненты несущего колебания и затем
суммируются, применяются ЦАП или управляемые фазостабильные
аттенюаторы
Основными параметрами бинарных BPSK-модуляторов являются:
несущая частота f0, полоса частот модулирующих сигналов В W,
выходная мощность в режиме линейности по информационному сиг-
налу Рвых J дБ, коэффициент передачи CL (Conversion Loss) от инфор-
мационного (IF) порта к радиочастотному (RF), подавление несущего
колебания на выходе CR (Carrier Rejection), погрешность противо-
фазное™ Афя, амплитудная погрешность AU (табл 2 19).
Типовая принципиальная электрическая схема пассивного модуля-
тора бинарных 2ФМ-сигналов производства фирмы «Mini-Circuits»
показана на рис 2 61. Бинарный модулятор сигналов 2ФМ диапазона
6—11 ГГц модели НМС137 фирмы «Hittite» при входной мощности
8 дБмВт подавляет несущее колебание на 22 дБ; он содержит встро-
енный противофазный трансформатор, обеспечивающий амплитуд-
ный разбаланс 0,25 дБ и фазовый — не более 10°, имеет бескорпус-
ное исполнение с размерами 1,3x1,4 мм, может функционировать в
качестве фазового детектора в указанной полосе частот. В модели
HMC380QS16G достигнута превосходная (-48 дБ) изоляция IsoLO/RF
портов LO и RF.
К числу основных параметров модулятора сигналов с многопози-
ционной фазовой манипуляцией MPSK, кроме указанных выше,
относятся* выходная мощность в точке IP3 (OIP3); подавление зер-
кальной полосы (Side Band Rejection — SBR); подавление третьей
гармоники (Harmonic Suppression — 3HS); уровень собственного
шума (Noise Floor — NF); погрешность нарушения квадратурности
по фазе Афкв Основные источники технических погрешностей, при-
сущих квадратурным модуляторам* появление амплитудного и фазо-
вого разбаланса в ансамблях многофазных сигналов на входах опор-
Рис. 2.61. Типовая схема балансного пассивного модулятора 2ФМ-сигналов
176

X
X
ее
Пит
Особен-
ность
£<
Ps
напря-
жение
В
f
Размер
мм
gir '/7V 3HBirBg£Bd
И1ЧН17Л\Ш1ЛШу
CBdj ' "(by
3HBirBg£Bd и!яяо£Вф
д^'ю
иэтХээн эинэ1гав1Гои
д^'7Э
эинэ1гдв1ГЭ0
xgwgtr
'^^"V^ooHmoiAj
Полоса
частот
модуля-
ции, МГц
S я
St
у
^
й
2
айт
и
Ё
00
~~
3,6
«
4,7x5,
1
1
ое-
00
0—200
«л
—
X
о
00
F-9
а*
С
2
1П
(N
ГО
3x3
1
1
-30
-0,5
ГО
0—380
г~
гм
1
ГО
о
00
ГО
F26
*
com
rfmc
&
Si
Ё
00
ГО
ГО
4,4x3,
1
1
ое-
1
4,5
0—900
m
rs
1
оо
о
»о
о
.*:
2
а.
I
nt com
agile
£
МФШ
1
1
1
t^
20х 11>
CN
+l
гм
+1
-40
|
о
0—2000
оо
X
а
2
£
_1
208
<
02
q com
Si
В
£
£
Б/к,
IsoLO,
ФД
1
1
1
1,4x1,
2
о
+1
«/-1
+1
о
о
VO
1
~
1
ГО
и
2
I
е com
hittit
£
*
ТТЛ
о
(N
+1
СЧ
00
(N
О
+1
го
+1
-25
-4,5
«
i
J.
ел
р-1
СО
rmicrowave.
pulsa
I е
^8
СШП,
ВлСт
1
1
1
сч
VO
1
1
-36
-
Т
ГО
0—4000
—
X
ГО
+
X
53L
2
ел
.com
circuits
mini
£
^
ТТЛ
+1
оо
ГО
95х44х
+1
^
-н
о
«о
R
0—10
1
Z
а
2
crowav
gtmi
Ie
1 2
& I
•е- '
ЕЬ =
sis
1 §g
0 О =
в j §
2| g
He
* H «
О. X ffl
- S I
« cc I-
= |6
i s I
g-8 §
с ю с
I 11
1 25 §•
ее' 3" I
5 § а.
a I s
О. О I
s<pC
•е- g и
-° з; ж*
III
S.5 g
| Ч S
ail
2 5 ffl
«le-
ss §
= V о
IS

ной частоты и входах модулирующих сигналов, а также
неквадратурность и неидентичность характеристик нелинейных эле-
ментов в составе перемножителей.
В квадратурных модуляторах с недифференциальным входом
опорного колебания необходим узел формирования из одного квази-
гармонического сигнала четырех колебаний одинаковой амплитуды
со сдвигом по фазе на 0, 90, 180 и 270° Для этого используют следу-
ющие технические решения:
1) пассивные RC—CR-цепи, сдвигающие фазу на ±45°. Они
удобны в реализации на частотах менее 1 ГГц, но в них возрастают
погрешности из-за влияния паразитных индуктивностей и емкостей
на повышенных частотах и при работе в широком интервале темпе-
ратур;
2) мостовая микрополосковая схема (branch-line) с электрической
длиной каждого плеча по 1 /4 длины волны и значениями волнового
сопротивления в соседних плечах Z0 и Jz^ Такая схема обеспечи-
вает разбаланс квадратурности не более 1 ° на частотах до 2 ГГц, но
она недостаточно широкополосна;
3) полифазные схемы двух связанных идентичных управляемых
напряжением генераторов — ГУН (обычно кольцевых) Такая схема
может использоваться в диапазоне частот с перестройкой до несколь-
ких октав. Однако при этом необходимо применять меры по стабили-
зации частоты генерации или по ее внешней синхронизации. Кроме
того, в такой схеме проявляется повышенный уровень собственных
фазовых шумов;
4) деление частоты опорного генератора в 2 и 4 раза Однако
такое решение влечет за собой повышение значения опорной час-
тоты, которую еще надо стабилизировать.
В табл 2.20 представлены параметры некоторых моделей QPSK-
модуляторов Квадратурный модулятор HMC496LP3 сигналов 4ФМ
диапазона 4—7 ГГц с полосой пропускания по входу модуляции до
250 МГц содержит (рис. 2.62) встроенный квадратурный трансфор-
матор, канальные усилители-ограничители, балансные коммутирую-
щие SiGe-диоды и выходной мост-сумматор Он обеспечивает при
мощности опорного колебания от -3 до +6 дБмВт подавление несу-
щей 34 дБ и коэффициент передачи -8 дБ; спектральная плотность
мощности (СПМ) собственного фазового шума составляет -157 дБ/Гц
(для отстроек свыше 100 Гц) Микросхема размещена в корпусе раз-
мером 2,9x2,9x0,8 мм, потребляет ток 93 мА от источника с напряже-
нием +3 В. Квадратурный модулятор/демодулятор IQ-0618 отлича-
ется высоким (-35 дБ) подавлением зеркальной полосы частот, а
SRF-2016 демонстрирует хорошую идентичность балансируемых
178

Особен-
ность
Размеры,
мм
Питание
g 2
напря-
жение,
В
gtr '£// MHHowdBJ
хитэгаа
эинэц-явсоц
gtf 'ygs bitbhbm
ojoHsirBMdat
эинзиявЕоц
nj/igwgff lJN
BwXm
хнэипиффео)!
д^'ю
иэтЛээн
эинэ1гяв1Гоц
xgwgc iidI xnat/
ЧХЭОНШ01\
BBHtfoxrag
otr 'njIAI
'hMibitXvow
ю1эвь вэ01гоц
Несущая
частота,
ГГц
Модель
Сайт
+
Об >
ДЦЗ
12x12x2
о
«
о
-34
н/д
о
о
fN
О
1,8—2
IQBG-2000A
www.minicircuits com
УУ;БУ
4x4x1
о
Оч
ГО
-55
-50
156
-42
ЧО
=
0,8 2
RF3854
www.rfmd com
и
5,5,1
1С
ГО
1
-34
-.38
-34
2
£
0,7-2,3
МАХ2150
www.maxim-ic com
1пол
4x4x1
о
чО
„
-50
-45
1
-55
-
250
1,7-2,5
RF2850
www.rfmd com
+
Л"5
4x4x1
120
-
-30
-41
-159
-39
21,6
460
1,5-2,5
LT5572
www.linearcom
+
со >>
ejua
6,3x6,5x2
чО
оо
ГО
-35
-40
2,4 дБ
-35
"3-
о
2,1-2,5
МАХ2721
www.maxim-ic com
и"3
5x4,4x1
135
■«
-39
-35
-156
-45
fN
160
0,7-2,7
AD8349
www.analog com
el
71x71x15
1
1
о
7
-46
-173
-25
17,5
275
4,0—7,5
QM4075A
www.polyphasemicro-
wave com
4x4x1
170
■n
-35
-43
-159
-23
fN
fN
700
0,1-4
HMC497LP4
www.hittite com
Q-UQ
4x4x1
173
wo
-75
о
-160
-46
ГО
fN
500
0,4—6
ADL5375
www.analog com
Герм,
Лин
25x25x10
о
ГО
-30
-25
1
-25
ГО
1000
10,7-14,5
SDM1015LI3CDQ
www.miteq com
"5 *• Г" ~
179

Рис. 2.62. Функциональная схема квадратурного модулятора HMC496LP3
каналов по амплитудам и по фазам. Квадратурный модулятор
STQ-3016 имеет высокое подавление несущей частоты и зеркального
канала, а также низкий уровень входного сигнала на IF-порте.
В некоторых моделях (например, НМС137) можно изменять назна-
чение портов и использовать их в качестве либо модулятора, либо
демодулятора Сравнительно низкие входные частоты для SRF-2016
объясняются тем, что схема предназначена для высококачественной
работы в тракте промежуточной частоты
Четырехпозиционные фазовые модуляторы сигналов 4ФМ
фирмы «Mini-Circuits» представлены сериями QMC, PMQPW, ZMQ
для несущих частот от 30 до 1050 МГц; они обеспечивают небаланс-
ность амплитуды 0,4 дБ и фазовые погрешности не более ±3°. Квад-
ратурные фазовые модуляторы серий MIQA, MIQC, ZAMIQ, MIQY
в полосе несущих частот от 9 МГц до 1,8 ГГц обеспечивают подавле-
ние несущей и зеркальной полосы частот на 38—40 дБ, а уровня
нежелательных комбинационных компонент 3-го порядка на 58—
65 дБ Модулятор IQBG-2000A выполнен по технологии LTCC в виде
10-выводной монолитной интегральной схемы поверхностного мон-
тажа с размерами 12,7x12,7x4,6 мм и обеспечивает модуляцию в
полосе частот от 0 до 10 МГц при частоте опорного сигнала 1,8—
2 ГГц с мощностью +10 дБмВт, с коэффициентом передачи модулиро-
180

ванного сигнала -7,5 дБ и хорошим подавлением несущего колеба-
ния (-30 дБ), зеркальной полосы частот (-34 дБ) и гармоник час-
тоты модуляции (-50 дБ на третьей гармонике и -70 дБ на седьмой
гармонике) в интервале температур от -40 до +85 °С.
Для преобразования потока передаваемой битовой последователь-
ности в два квадратурных потока символов /(/) и Q(f) некоторые
компании разрабатывают интегральные передающие сигнальные
процессоры (Transmit Signal Processor — TSP). Так, компания
«Analog Devices» выпустила микросхему модели AD6622, содержа-
щую четыре идентичных TSP с 18-разрядным представлением вход-
ных данных, передаваемых со скоростью до 65 Мбит/с Две выходные
шины микросхемы могут быть запрограммированы на формирование
сопряженных квадратурных потоков /(/) и Q(t) с модуляцией 2ФМ,
4ФМ или др. Каждый TSP содержит прямой цифровой синтезатор
несущей частоты с погрешностью установки не более 0,02 Гц
Модуляторы 8-позиционных SPSK-сигналов могут выполняться
на основе коммутируемых BPSK-модуляторов с четырьмя линиями
задержки на 1/4 периода несущей частоты в каждой из них.
Как было показано в гл 1, повышения эффективности использова-
ния выделенной полосы частот для передачи увеличенных потоков
информации можно добиться за счет перехода от сигналов с много-
уровневой фазовой манипуляцией к сигналам КАМ (QAM) с кодиро-
ванием одновременно амплитуды и фазы. Соответствующие модуля-
торы называются векторными.
На рис 2 63 показаны варианты структурной схемы векторных
модуляторов По схеме на рис 2.63, а в каждый канал квадратурного
модулятора включают управляемый кодом инвариантный к фазе атте-
нюатор (УАтт), а схема управления (СхУ) обеспечивает соответствие
фазовых /(/), q(0 и амплитудных /(/), Q{t) управляющих воздействий
коду передаваемого символа. Управляющие воздействия аттенюато-
I
ЛА
ЦАП
/о Н
L
ЦАП
О
lit)
Kb
мод
QU)
а) б)
Рис. 2.63. Варианты структурной схемы векторного модулятора
181

ров /(f), Q{t) согласованы так, что значение Q(i) = л//(02 + Q(02
пропорционально выбранным дискретным значениям амплитуды
передаваемого символа При высокой скорости передачи данных в
этой схеме необходимо требовать малое время установления задан-
ного значения амплитуды По схеме рис. 2 63, б логический автомат
(J1A) формирует КАМ-коды символов /7 и Qjt соответствующих каж-
дой группе передаваемых бит информации, которые с помощью
широкополосных цифроаналоговых преобразователей (ЦАП) преоб-
разуются в квадратурные составляющие радиосигнала I(t) и Q(t) на
входе квадратурного модулятора (Кв мод).
Большинство моделей интегральных векторных модуляторов
имеют аналоговое управление и иногда содержат дополнительные
внешние линеаризирующие схемы для снижения погрешностей уста-
новки нужных уровней амплитуды AU и фазы Аф
Векторные модуляторы, в дополнение к отмеченным выше пара-
метрам, характеризуются следующими величинами: Афтах —
наибольшим значением фазового сдвига; DA — динамическим диа-
пазоном модуляции амплитуды; AU — наибольшей относительной
неравномерностью зависимости амплитуды от значений фазы £/(ф).
На рис. 2 64 показана амплитудно-фазовая характеристика одного из
векторных модуляторов.
В табл. 2 21 приведены параметры некоторых моделей векторных
модуляторов Векторный модулятор HMC630LP3E обеспечивает с
помощью аналоговых сигналов управление амплитудой с динамиче-
Рис. 2.64. Амплитудно-фазовая характеристика векторного модулятора HMC631LP3E
182

Особен-
ность
Размеры, мм
Питание
напряже-
ние, В
Коэффи-
циент
шума NF,
дБмВт/Гц
Диапа-
зон амп-
литуды,
дБ
Диапа-
зон
фазы,
град
Полоса
частот
модуля-
ции, МГц,
до
Частота,
ГГц
Модель
Сайт
1
4x6x2
о
«
ON
О
360
—
3,5
1,9—2,3
MAMDCC0006
www.cobham com
ПФ, БУ;
РО
4x4x1
125
■п
о
о
360
8,5
230
1,5-2,4
AD8341
www.analog com
Лин,
ДДЗО,
ПМ
20x20x5
1
1
1
20 + 0,3
360 + 3
оо
-
1,7—2,3
VMD-1Q-2.0G
www.merrimacind com
AM, ВС
82x82x21
120
2
1
20 ± 1
360 ± 15
о
о
2—18
PS-360-AC
www.planarmonolithics.
com
¥
107x88x19
ч-
+i
1
о
360 + 10
2
о
С")
18—21,5
M2L-82N-5JX
www.gtmicrowave
com
Ц12;БУ;
ДД60
100x143x15
о о
с") —
Г-4
+i
1
о
360
Г-4
О
2—18
7328Н
www.herley com
Лин,
МГВЗ,
ВС
т
т
Г-4
00
-162
о
360
г^
о
оо
0,7—1
HMC630LP3E
Лин,
МГВЗ
3x3x1
о
оо
-160
о
360
оо
200
1,8—2,7
HMC631LP3E
www.hittite com
Лин,
МГВЗ
3x3x1
оо
-185
о
360
оо
150
1,8—2,2
HMC500LP3
чо»!
т ч оо ;
S s 3 ^
s ч оо s
Q. g E Q.
S § §
183

ским диапазоном 40 дБ, управление фазой во всем интервале до 180°
с полосой частот по цепи управления до 180 МГц. Собственный шум
модулятора составляет -162 дБмВт/Гц при уровне выходного сиг-
нала 24,5 дБмВт. Подобный модулятор HMC631LP3E для полосы
частот 1,7—2,7 ГГц имеет полосу частот по цепи управления до
200 МГц. К модуляторам амплитуды сигналов микроволнового диа-
пазона можно отнести упоминавшиеся ранее управляемые усилители
HMC326MS8G, НМС314, управляемые аттенюаторы НМС346,
HMC468LP3, HMC424LP3 и др.
Модулятор AD9957 (рис. 2 65) представляет семейство нового
поколения векторных квадратурных модуляторов с цифровым управ-
лением несущей частотой, фазой и амплитудой выходных сигналов
В состав кристалла этой микросхемы входят: полностью цифровая
квадратурная 18-разрядная структура интерполятора с программиру-
емыми интерполяционными фильтрами и матричными перемножите-
лями; цифровой вычислительный синтезатор (ЦВС) с 32-разрядным
регистром частоты; два 8-разрядных перемножителя кодов для моду-
ляции амплитуды; выходной быстродействующий ЦАП с дифферен-
циальными выходами; синтезатор опорных тактовых сигналов с час-
тотой до 1 Гвыб/с со стабилизацией по внешнему кварцевому
резонатору с частотой 25 МГц В нем предусмотрены 8 программи-
руемых профилей формирования выходного сигнала, включая линей-
ную модуляцию несущей частоты, сигналы QPSK и 256-QAM с
четырьмя выборками на 1 бит информации. Наибольшая несущая
частота составляет 400 МГц, но дифференциальные выходные сиг-
налы можно использовать в качестве входных для внешнего SSB-
преобразователя полосы частот вверх.
нные| к
Интерполятор
Схема
I управления Г
ОН цап Хр
Настройки f
Рис. 2.65. Функциональная схема модулятора AD9957
184

В состав интегральных микросхем ряда моделей модуляторов
включают вспомогательные узлы или предусматривают дополни-
тельные функциональные возможности Так, например, в четырехпо-
лосный малошумящий квадратурный модулятор RF3854 встроены
(рис 2.66)- а) включаемые в разрыв цепи и переключаемые удвои-
тель частоты несущего колебания (х2) и делитель этой частоты (-j-2)
в 2 раза; б) формирователь пары квадратурных сигналов несущей час-
тоты, сдвинутых на ±45° по отношению к входному; в) буферные
усилители несущего колебания с дифференциальными выходами;
г) сглаживающие фильтры нижних частот по каналам модуляции /(/)
и Q{i) для формирования гауссовского взвешивания спектра выход-
ного сигнала GMSK; д) усилители с программируемым (высокая,
средняя и малая мощность) усилением VGA (Variable Gain Amplifier)
по каналам модуляции для выбора соотношения мощностей на вхо-
дах смесителей и по цепи ФМ-сигнала для оперативной регулировки
уровня мощности на выходе; е) коммутатор для выбора одной из трех
выходных дифференциальных цепей; ж) схемы переключения режи-
RFOUT
LBP
RFOUT
LBN
Рис. 2.66. Функциональная схема модулятора RF3854
185

мов динамического управления выходной мощностью в пределах
до 90 дБ, перевода модулятора в состояние с малым энергопотреб-
лением.
В состав интегральной микросхемы квадратурного модулятора
МАХ2150 входит дробный синтезатор несущей частоты, который при
частоте опорного эталонного сигнала 10 МГц позволяет установить
значение несущей частоты ФМ-сигнала в пределах 700—2300 МГц
с погрешностью 0,1 Гц при уровне шума -148 дБ/Гц для отстройки
40 МГц Имеется также буферизованный вход для внешнего сигнала
несущей частоты.
К классу многофункциональных устройств формирования сигналов
с манипуляцией параметров относятся цифровые вычислительные
синтезаторы (ЦВС), более подробно рассмотренные в гл 3. В част-
ности, там представлены несколько моделей ЦВС зарубежного и оте-
чественного производства, которые являются полноценными цифро-
выми векторными модуляторами с широким набором синтезируемых
параметров.
Цифроаналоговые преобразователи (ЦАП), входящие в состав
модуляторов MPSK- и QAM-сигналов, являются узлами, техниче-
ские погрешности реализации которых наиболее заметным образом
ограничивают скорость передачи цифровой информации Одна из
схем модуляторов сложных сигналов, наиболее перспективная в
смысле расширения функциональных возможностей радиотехниче-
ских систем, основана на использовании быстродействующих ЦАП
Однако препятствием для широкого использования ЦАП в прямых
модуляторах диапазона СВЧ является ограничение на частоту дис-
кретизации и, соответственно, на среднюю выходную частоту такого
модулятора Ведущие производители таких узлов активно совер-
шенствуют их качественные показатели в отношении быстродей-
ствия и снижения уровня межсимвольных искажений.
В табл. 2.22 приведены параметры наиболее быстродействующих
моделей ЦАП, представленных на мировом рынке Микросхемы
ЦАП моделей DAC5681/5682 компании «Texas Instruments» отлича-
ются высокой линейностью, низким уровнем шума (отношение сиг-
нал/шум не хуже 75 дБ), их входной ток не превышает 20 мА, мощ-
ность потребления не превышает 650 мВт, диапазон рабочих
температур составляет от -40 до 85 °С На рис 2.67 показана струк-
турная схема ЦАП модели AD9779 фирмы «Analog Devices» Наибо-
лее заметной особенностью этой модели, наряду с высоким быстро-
действием, является наличие встроенного интерполяционного
цифрового фильтра, создающего эффект сглаживания фронтов, спо-
собного снизить уровень межсимвольных искажений в сформирован-
ном сигнале Для этого в состав микросхемы AD9779 введен умно-
186

Количество
выводов
Размер,
мм
Напряжение
питания, В
Потребляемая
мощность, Вт
Разрядность,
бит
Время
установления,
НС
Быстродействие,
Гбит/с
Модель
Сайт
ЧО
9x9
3;3,6
0,65
^-
-
-
DAC5681
www.ti com
100
16x16
1,8; 3,3
-
<N
-
-
AD9779
100
10x12
1,8; 3,3
0,55
о
1,6
1,2
AD9734
www. analog com
160
10x12
1,8; 3,3
-"
^r
0,3
2,5
AD9739
oo
3x3
2,7—5,5
1
ЧО
1000
0,05
LTC2641A-16
www.hnearcom
00
3x5
2,7—5,5
0,63
00
3000
0,03
DAC081S101
www.national com
169
11x11
1,8;3,3
0,76
(N
-
2,3
MAX 19692
www.maxim-ic com
187

188

житель частоты тактового генератора в 2, 4 или 8 раз и встроена
система фазовой автоподстройки внутреннего тактового генератора,
имеющего частоту 2,5 ГГц По фронтам сигнала этого генератора
формируются дополнительные (промежуточные) задержанные комп-
лексные отсчеты, которые затем суммируются с весовыми коэффици-
ентами, так что формируется трансверсальный цифровой фильтр с
частотной характеристикой, приближающейся к характеристике Най-
квиста В связи с тем что цифровой фильтр имеет несколько частот-
ных зон прозрачности, смещенных на половину частоты дискретиза-
ции, предусмотрена возможность работы на высших (второй и
третьей) зонах Найквиста, что позволяет увеличить наибольшую
рабочую частоту спектра сигнала Кроме того, в этой микросхеме
введены:
компенсатор изменения огибающей спектра в полосе вида sine- =
= [(sinx)/x]_1;
цифровой регулятор уровня выходного сигнала;
последовательный интерфейс загрузки установочных данных;
два аналоговых выхода по два противоположных сигнала, находя-
щихся в квадратуре один к другому Наличие двух квадратурных
инвертированных аналоговых выходов микросхемы с полосой частот
свыше 1 ГГц позволяет осуществлять с ее помощью быстродейству-
ющую прямую квадратурную модуляцию фазы СВЧ-несущей или
преобразование полосы частот вверх с подавлением несущей час-
тоты и зеркальной полосы частот.
На выходе данного ЦАП, как и на выходе других подобных узлов,
необходимо включать аналоговый фильтр нижних частот или
полосно-пропускающий фильтр, подавляющий другие частотные
зоны Найквиста, кроме выделяемой
Наиболее заметной особенностью модели AD9779, наряду с высо-
ким быстродействием, является наличие встроенного интерполяци-
онного цифрового фильтра, основное назначение которого — сниже-
ние избыточного шума и искажений сигналов, связанных с
наложением спектров.
Рассмотрим его действие. Предположим, что ЦАП работает на
частоте дискретизации 30 Мвыб/с (рис. 2.68, а) и что на его вход пос-
тупает цифровой сигнал, соответствующий синусоидальному сиг-
налу с частотой /0 = 10 МГц. Составляющую паразитной полосы с
частотой более 30 - 10 = 20 МГц, равной разности частоты дискре-
тизации и частоты сигнала, следует подавить аналоговым сглажива-
ющим фильтром нижних частот (Antialiasing Filter), соединенным
последовательно с выходом ЦАП Переходная зона подавления
фильтра должна находиться в диапазоне от 10 до 20 МГц. Предполо-
189

/о
к Аналоговый ФНЧ
VL .. /т= 30 Мвыб/с
\ К
\ N 4/0 5/о
\ х ХГТ\
\| \/ 1 Iх./'
'/О
70 /МГц
Рис. 2.68. Кривые фильтрации зеркальных составляющих при однократной (в) и
двукратной (б) избыточной дискретизации в интерполирующем ЦАП
жим теперь, что скорость обновления отсчетов в ЦАП увеличена до
60 Мвыб/с Вставим «нуль» между каждым исходным отсчетом дан-
ных. При этом необходимо восстановить значения ординат точек,
первоначально принятых за «нуль» Для этого поток данных со ско-
ростью 60 Мвыб/с с добавленными «нулями» пропускается через
цифровой интерполяционный фильтр, позволяющий вычислить
дополнительные значения данных. Реакция цифрового фильтра при
избыточной двукратной дискретизации представлена на рис. 2.68, б.
Теперь переходная зона аналогового фильтра занимает от 10 до
50 МГц (первая зеркальная составляющая — image — попадает на
частоту 2/т -/0 = 60 - 10 = 50 МГц) Требования к аналоговому филь-
тру при этом существенно снижаются. В микросхеме AD9779 пре-
дусмотрена возможность восьмикратной интерполяции такого вида
В связи с тем что цифровой фильтр имеет несколько частотных зон
прозрачности, смещенных на половину частоты дискретизации, пре-
дусмотрена возможность работы на высших (второй и третьей) зонах
Найквиста Это позволяет увеличить максимальную рабочую частоту
спектра сигнала.
На базе ЦАП AD9779A, совмещенного с квадратурным модулято-
ром ADL5372, выпускается отладочная плата формирователя MPSK-
сигналов, которая обеспечивает скорость передачи данных до 1 Гбит/с
Цифроаналоговый преобразователь модели МАХ 19692 компании
«Maxim» с быстродействием 2,3 Гбит/с обеспечивает прямой синтез
высокочастотных и широкополосных сигналов в различных зонах
190

Найквиста Микросхема имеет широкий динамический диапазон без
искажений (SFDR = 68 дБ при выходной частоте 1200 МГц и работе
на третьей зоне Найквиста) В ней предусмотрены низковольтные
источники питания, четырехкратно мультиплексированный цифро-
вой LVDS-вход и 12-разрядное ядро преобразования. Частотная
характеристика микросхемы может быть сконфигурирована для
оптимизации синтеза сигнала на любой из трех первых зон Най-
квиста Во второй и третьей зонах Найквиста микросхема ЦАП
имеет более высокое отношение сигнал/шум и лучшую равномер-
ность усиления по сравнению с обычными ЦАП, предназначенными
для работы в первой зоне При частоте обновления входной инфор-
мации 1500 Мвыб/с потребляемая мощность МАХ 19692 составляет
950 мВт. Она работает в диапазоне температур от -40 до 85 °С
Выпускается в корпусе размером 11x11 мм
Технические решения, используемые при построении интеграль-
ных модуляторов амплитуды и фазы СВЧ-сигналов, активно совер-
шенствуются Наиболее перспективные изделия выполнены в виде
прямых квадратурных диодных балансных модуляторов для диапазона
несущих частот до 18 ГГц, которые интегрируются с буферными уси-
лителями по нескольким портам, быстродействующими коммутато-
рами цепей и частотных фильтров, а также с цифровыми схемами
перемножителей, управляемых аттенюаторов, фазовращателей и син-
тезаторов несущей частоты. С точки зрения расширения функциональ-
ных возможностей, увеличения скорости передачи и повышения рабо-
чей частоты весьма перспективны квадратурные модуляторы MPSK- и
QAM-сигналов с цифровым управлением на основе быстродействую-
щих ЦАП со встроенными интерполяционными фильтрами.
2.6. Пассивные компоненты СВЧ-трактов
Введение
Принято называть активными электронные компоненты, в кото-
рых используются усилительные или генераторные приборы, а пас-
сивными — те, напряжение на выходе которых в рабочих режимах
подчиняется линейному закону Ома по отношению к протекающему
току К таким компонентам относятся частотные фильтры, коммута-
торы и переключатели сигналов, соединители, резисторы и конденса-
торы и ряд других изделий, являющихся компонентами электронных
устройств
Вообще говоря, такое разделение достаточно условно Так, актив-
ные усилительные схемы часто используются в линейном режиме,
когда уровень неизбежных комбинационных составляющих 3-го
порядка, например, в спектральном составе выходного сигнала при
двухчастотном возбуждении оказывается меньше установленного
191

порога, например, -40 дБ. В то же время так называемые пассивные
компоненты зачастую проявляют нелинейные свойства из-за наличия
в их конструкциях материалов с нелинейными характеристиками
магнитной проницаемости (для ферритов) или диэлектрической про-
ницаемости (для некоторых типов конденсаторов). Пленка оксида
железа на поверхности заземляющего болта или радиочастотного
соединителя может быть эквивалентна /?-я-переходу. При больших
амплитудах сигналов в материалах могут проявляться микропробои
или необратимые изменения. В результате в токе, протекающем
через «линейный» компонент, появляются частотные составляющие,
отсутствовавшие во входном сигнале. Поэтому при выборе парамет-
ров компонентов пассивной группы в ряде случаев приходится счи-
таться с возможными проявлениями нелинейных свойств по отноше-
нию к протекающим токам.
2.6.1. Чип-резисторы, чип-конденсаторы,
чип-индуктивные катушки, цепи блокировки
Чип-резисторы, чип-конденсаторы и чип-индуктивные катушки
для поверхностного монтажа цепей СВЧ в зависимости от используе-
мого материала и монтажных размеров могут иметь различные пара-
метры (табл. 2.23)
Конденсаторы сосредоточенной емкости для поверхностного мон-
тажа цепей СВЧ производятся многими фирмами в России и за рубе-
жом Можно выделить следующие интернет-адреса производителей
таких элементов, выпускающих наиболее конкурентоспособные
изделия-
www johansontechnology com, www spectrumcontrol com,
www eurofarad com, www.tusonix.com, www.kemet com,
www avx.com , www vishay com, www.cde.com, www.shf de,
www atceramics.com, www.dilabs.com, www amrf со uk,
www coilcraft com, www.ctscorp com, www.kmwinc.com,
www pulsarmicrowave com, www.rlcelectronics com.
Указанные компоненты характеризуются: а) монтажными разме-
рами (типоразмер 0201 имеет габариты 0,2x0,1 мм, стандартизованы
типоразмеры до 3535); б) номинальным значением параметров R, L
или С; в) добротностью Qc для конденсаторов и QL для индуктивных
катушек; г) значением и знаком температурного коэффициента вари-
ации параметра при изменении температуры; д) допустимым по
электрическому пробою статическим и высокочастотным напряже-
нием; е) допустимой мощностью рассеяния Р доп; ж) стойкостью
по отношению к ударным и вибрационным механическим воздей-
ствиям, к климатическим изменениям, к вариациям напряженности
192

аторов
ЭНЭР
X
в, чип-ко
шек
S.&
es
резис
вных
чип-
укти
тры
•инд
« к
г s
1»
ci
л
а
ч
ев
u
Индуктивн
катушки
саторы
идеи
Koi
оры
ист
5
CL
О.
Ё
s
S.
с
3
U
od
К
ВСВ I
о
ел
Z
о
ел
iCr
ел
TaN
риал
<и
2
,0x0,5
Т
о"
0,5х
,5x0,5
о
о"
X
о"
ич
0,2
>,25х
о
•о
о"
X
•о
о"
w>
о"
«о
о"
мер, I
8
о.
35
2
Минималь
мм
U
—70 н
05
00 нФ |
чт
2,2 пФ —
-50 пФ I
^
е
с
о
о
7
1
е
с
о
о
х
S
о
S
о
7
1
,04
о
2
О
Т
0 47-
«
о
3
а:
к
2
о
т.
азон 1
с
Диа
Нет
н
а:
5
ь
X
И
5
С[
J3
5 х
можно
стройк
Воз
П0Д1
ч~>
УП
0,5
""1
о'
о'
«л
о'
ЧЧ
0,0
«Л о
&^
ешно
нала,
О. S
оо
более
ас
0,02
о
°"
vO
0,0
250
+1
<=>
«п
-100
и
Б о.
5 о.
X _т
ствитель
риациям
пературь
3" ^ н

статических полей и проникающей радиации; з) условиями закрепле-
ния и пайки компонента на плате.
Существенными для цепей СВЧ являются параметры эквивалент-
ной схемы чип-элемента с учетом паразитных емкостей и индуктив-
ностей выводов. Один из вариантов эквивалентной схемы чип-кон-
денсатора показан на рис 2.69, где для типоразмера 0603 типичные
значения параметров составляют: Cs = 4,8 пФ; Ls = 0,5 нГ; R =
= 80 кОм; С = 5,2 пФ; Rs = 0,1 Ом В соответствии с этой схемой при
повышении рабочей частоты возникают последовательный и парал-
лельный резонансы (Series Resonant Frequency — SRF, Parallel
Resonant Frequency — PRF) Измерения сопротивлений таких элемен-
тов показывают, что при дальнейшем повышении частоты при много-
слойной конструкции чип-конденсатора и в зависимости от ориента-
ции его размещения могут возникать резонансы высших типов волн
На рис. 2.70 показана связь между частотой f при последовательном
резонансе (SRF) одной из конструкций и номинальной емкостью.
Рис. 2.69. Эквивалентная схема чип-конденсатора
1 2 5 7 10 20 50 Сном, пФ
Рис. 2.70. Зависимость частоты/ при последовательном резонансе от номинальной
емкости Сном и типоразмера чип-конденсаторов
194

Аналогичным образом в чип-индуктивных катушках с повышением
рабочей частоты проявляются резонансные свойства и элемент
может представлять собой емкостную проводимость В чип-резисто-
рах на повышенных частотах в первую очередь надо учитывать
дополнительную индуктивную составляющую проводимости. В
результате этого на повышенных частотах изменяются модуль и знак
проводимости чип-элемента в составе СВЧ-цепи.
В качестве диэлектрика в чип-конденсаторах используют тантало-
вые композиты на основе Та205, полимерные соединения патенто-
ванного состава, специальную многослойную керамику. Поэтому
изделия разных производителей могут существенно различаться по
уровню проявлений паразитных свойств в диапазоне СВЧ Чип-кон-
денсаторы выпускаются с номинальными значениями емкости 0,2—
15 пФ для типоразмера 0402 и 0,5—100 пФ для типоразмера 1210.
Значения ТКЕ могут быть выбраны положительными или отрица-
тельными в пределах от нуля до ±30 млн" /°С в интервале температур
от -55 до +125 °С, вибростойкость достигает 1000g, допустимое посто-
янное напряжение от 25 до 500 В в зависимости от номинальной
емкости, типоразмера и материала Рассеиваемая чип-элементом
(конденсатором, резистором, индуктивной катушкой) тепловая мощ-
ность в стандартных технических решениях составляет 25—300 мВт
Эквивалентная добротность конденсатора падает с ростом рабочей
частоты и с увеличением номинала конденсатора (рис. 2 71)
Для применения в условиях интенсивных статических магнитных
полей (например, вблизи приборов на основе ядерного магнитного
резонанса — ЯМ?) ряд фирм разрабатывают изделия, в которых
используются только немагнитные материалы Например, фирма
«Voltronics» предлагает несколько серий чип-конденсаторов и других
Qc
5000
1000
100
10
0 0,5 1 1,5 2 /, ГГц
Рис. 2.71. Зависимость эквивалентной добротности конденсатора от рабочей частоты
и номинальной емкости для чип-конденсаторов типоразмера R07C/0402 фирмы
«Johanson Technology»
195

элементов из немагнитных материалов емкостью 0,1—1000 пФ и
рабочим напряжением от 50 до 7200 В постоянного тока
Подстраиваемые конденсаторы (триммеры) в цепях СВЧ облег-
чают их оптимизацию и настройку Подстройка может производиться
вращением сердечника или его перемещением. Фирма «Voltronics»,
наряду с недорогими моделями миниатюрных триммеров с полимер-
ным диэлектриком выпускает высококачественные модели на основе
сапфира, отличающиеся механической прочностью, высокой резонан-
сной частотой, повышенной добротностью. Опционально она предла-
гает модели, выполненные из немагнитных материалов или с увели-
ченными до 15 кВ значениями пробивного напряжения постоянного
тока Эта фирма предлагает конструкции триммеров, специально раз-
работанные для коррекции резонансной частоты диэлектрических или
полых металлических резонаторов. Ротор таких элементов может
быть выполнен из металла или из высококачественного диэлектрика.
Фирма «WiSpry» производит серию подстроечных конденсаторов,
емкость которых коммутируется МЭМС-ключами в пределах от 0,1
до 20 пФ Например, в модели WSC002L этой фирмы пять коммути-
руемых конденсаторов обеспечивают изменение емкости чип-кон-
денсатора от 0,2 до 2 пФ с шагом 0,125 пФ изменением управляю-
щего напряжения от 2,3 до 5 В. Добротность конденсатора
составляет не менее 100 на частоте 2 ГГц, он имеет резонансную час-
тоту свыше 5 ГГц и размещен в корпусе размером 1,8x2,8x0,8 мм.
Встроенная схема управления позволяет использовать такой узел в
составе управляемых по частоте генераторов, фильтров, усилителей,
модуляторов или антенных фазовращателей
При реализации широкополосных узлов СВЧ (усилителей, смеси-
телей и др) важную роль играют характеристики вспомогательных
пассивных цепей блокировки по постоянному току (Block DC —
Pass RF), цепей подключения питания (Bias Tee) (рис. 2.72), замыка-
ния цепи на общий провод по постоянному току (RF Choke), симмет-
рирующих и согласующих трансформаторов. Заметные успехи в
направлении создания таких элементов имеет, например, фирма «Mini-
Circuits» Широкополосные трансформаторы сопротивления этой
фирмы обеспечивают, например, преобразование сопротивлений
Сбл Сбл1
О 1| * О О ^ 1| О
3 ^бл Сбл2 S ^бл
а) б)
Рис. 2.72. Электрические схемы блокировочных элементов Bias Tee (а) и RF Choke (б)
196

12,5 Ом в 1800 Ом в полосе частот от 5 кГц до 2,2 ГГц, функцио-
нируют с радиочастотной мощностью до 0,25 Вт (некоторые модели
до 2 Вт), с постоянным током до 30 мА в диапазоне температур от -20
до +85 °С. Элемент Bias Tee модели JEBT-4R2G + для поверхностного
монтажа обеспечивает в полосе частот 10—4200 МГц потери 0,1—
0,6 дБ, изоляцию не менее 40 дБ. Такого же назначения элемент
ZX85-12G+ с коаксиальными соединителями обеспечивает развязы-
вающие функции в полосе частот от 200 кГц до 12 ГГц. Разделитель
цепи по постоянному току модели BLK-18+ с коаксиальными SMA-
соединителями имеет потери менее 0,5 дБ и коэффициент отражения
менее -18 дБ в полосе частот от 10 МГц до 18 ГГц. Элемент
RF Choke модели ADCH-80A при размерах 6x8 мм имеет безрезонанс-
ную конструкцию с индуктивностью около 1 мкГн в диапазоне час-
тот от 10 МГц до 10 ГГц и предназначен для тока до 100 мА. Элемент
подключения постоянного смещения модели SHFBTllOB фирмы
«SHF Communication Technologies AG» обеспечивает исключительно
широкую полосу частот от 50 кГц до 110 ГГц, в которой произво-
дится подключение питающего напряжения до 10 В с током до 0,4 А,
разделение по постоянному току и активное сопротивление по 50 Ом
на входном и выходном соединителях.
Качество радиочастотных трансформаторов играет решающую
роль при создании смесительно-преобразовательных и усилительных
устройств, работающих в сверхширокой полосе частот, в диапазоне
рабочих температур и требующих хорошей балансировки Фирмы
«Johanson Technology», «Mini-Circuits» и др разрабатывают и выпус-
кают высококачественные симметрирующие трансформаторы
(Balun = Balanced - Unbalanced) — узлы перехода от несимметрич-
ной схемы к симметричной или обратно Такой трансформатор
модели TCN4-22+ фирмы «Mini-Circuits» в керамическом корпусе
размером 3,2x1,6 мм обеспечивает в полосе частот 1200—2200 МГц
амплитудный разбаланс не более 0,6 дБ и фазовый разбаланс не
более 10°
2.6.2. Частотные фильтры
При формировании и обработке радиосигналов широко использу-
ются методы их фильтрации, суммирования и разделения в частот-
ной области. Реализация фильтров с высокими качественными пока-
зателями, вплоть до частот миллиметрового диапазона, — сложная
технологическая задача, которую вынуждены решать разработчики
электронной аппаратуры Рассмотрим основные технические показа-
тели таких фильтров.
Частотный фильтр — линейная электрическая цепь с сосредото-
ченными или распределенными реактивными параметрами Он
характеризуется комплексным (в общем случае) коэффициентом
197

передачи W(f), который описывается амплитудно-частотной | W{f)\
и фазочастотной (р(/) = arg [W(f)] характеристиками (АЧХ и ФЧХ,
соответственно). Функции W{f) соответствует импульсная реакция
h(t), возникающая на выходе такого фильтра при поступлении на его
вход короткого импульса Крутизна ФЧХ фильтра определяет завися-
щее от частоты групповое время запаздывания (ГВЗ — Group Delay)
отклика тгр(/) = -(1 /2л) dq>(/)/d/
Для обработки сигналов чаще всего используются: а) фильтры
нижних частот — ФНЧ (Low-Pass Filter — LPF); б) фильтры верхних
частот — ФВЧ (High-Pass Filter — HPF); в) полосно-пропускающие
фильтры — ППФ (Band-Pass Filter — BPF); г) полосно-заграждаю-
щие фильтры — ПЗФ (Band-Reject Filter — BRF, Notch) Физически
реализуемые фильтры имеют АЧХ с конечной крутизной изменения
коэффициента передачи на границах полосы пропускания и заграж-
дения и соответственно конечное ГВЗ. Вид АЧХ и ФЧХ фильтра
зависит от количества последовательно включенных частотно-зави-
симых звеньев п (порядок фильтра) и от расположения нулей и полю-
сов коэффициента передачи, что позволяет получить характеристики
с особыми свойствами В качестве типовых настроек применяют
АЧХ вида Чебышева-1 или равноволновую характеристику SELF
(Symmetrical Equiripple Lumped Filter) Указанные свойства фильтров
не единственно возможные. Например, при правильной настройке
ППФ с числом звеньев п = 8 при средней частоте 100 МГц и относи-
тельной ширине полосы ±5 % (рис. 2 73) в полосе частот 75—125 МГц
можно получить изменение фазового сдвига в пределах 540° с откло-
нением от линейности не более 3°.
-400
ч -600
|
£ -800
а
ч
s-1000
з
ш
1-1200
е
-1400
-1600
60 80 100 120 140
Частота, МГц
Рис. 2.73. Фазочастотная характеристика ППФ, настроенного на высокую линей-
ность ФЧХ
198

Увеличение числа звеньев (порядка) фильтра позволяет улучшить
прямоугольность АЧХ и увеличить соотношение между затуханием в
полосах пропускания и заграждения Но повышение качества фильт-
рации с увеличением порядка фильтра сопровождается ростом
потерь в полосе прозрачности, которые пропорциональны числу зве-
ньев Их допустимое число существенно ограничено такими факто-
рами, как повышенные требования к точности настройки фильтра и
стоимости его изготовления, ухудшение надежности настройки в
диапазоне внешних воздействий при увеличении числа звеньев
Практически серийные фильтры выпускаются с числом звеньев от
2 до 16 На рис. 2 74 для примера приведены частотные характери-
стики модуля коэффициента передачи и модуля коэффициента отра-
жения фильтра модели 4МР-6500/Т500-РР фирмы K&L, который в
диапазоне частот 6—18 ГГц обеспечивает полосу прозрачности 3 —
18 % от средней частоты, ослабление в полосах заграждения не
менее -70 дБ, функционирует в интервале температур от -55 до
+ 85 °С при влажности до 100 % и имеет ударостойкость 20g при
габаритных размерах 17x15x5 мм.
Помимо выбранного типа АЧХ и числа звеньев я, для ФНЧ и ФВЧ
технически корректны следующие характеристики*
количество секций фильтра: число звеньев частотной фильтрации,
определяющее, с одной стороны, селективность и, с другой стороны,
ослабление в полосе частот заграждения и/или прозрачности;
|5,,|,дБ |521|,дБ
У
■Ун !
/\
1
1 /
i/i
\ i
\\
V
■*21
/
ь
5,5 6,5 / ГГц
Рис. 2.74. Частотные характеристики модуля коэффициента передачи 521 и модуля
коэффициента отражения Sn фильтра серии 4МР-6500/Т500 фирмы K&L в полосе
частот 5,5—8,5 ГГц
199

коэффициент прямоугольности АЧХ (Shape Factor) — отношение
полосы частот АЧХ по заданному уровню (-30 дБ или -50 дБ) к
полосе по уровню -3 дБ;
коэффициенты передачи в полосе прозрачности (Insert Loss — IL)
и в полосе заграждения (Ultimate Rejection); коэффициент отражения
(Return Loss — RL) или коэффициент стоячей волны напряжения —
КСВН (VSWR) в рабочей полосе частот;
длительность процесса установления амплитуды выходного сиг-
нала на выходе после скачка амплитуды входного (Rise Time) —
период, в течение которого после включения сигнала амплитуда
отклика на выходе изменяется от 10 до 90 % максимальной ампли-
туды;
уровень входной (непрерывной и/или импульсной) мощности,
допустимый по требованиям рассеяния тепла или интермодуляцион-
ных искажений Значение входной мощности ограничивается не
только электрической прочностью фильтра Из-за наличия в составе
фильтра активных компонент указывают входную мощность РВХ\Д£,
при которой потери возрастают на 1 дБ, а также входную мощность
Рвх 1РЗ, при которой для двухчастотного входного сигнала уровень
комбинационных компонент 3-го порядка на выходе будет равен
уровню основных компонент Причина появления интермодуляци-
онных искажений в линейном фильтре заключается в том, что
помимо индуктивных элементов фильтра, выполненных на базе фер-
ритовых материалов, магнитная проницаемость и потери которых
нелинейно зависят от амплитуды сигнала, в состав электрически
перестраиваемых фильтров входят нелинейные емкости — варикапы
(а некоторые фильтры интегрированы с транзисторными усили-
телями);
допустимые интервалы параметров внешних воздействий — тем-
пературы, ударов, вибраций, влажности окружающей среды, прони-
кающей радиации и др Типовые значения устойчивости частотных
фильтров к внешним дестабилизирующим факторам определяются
действующими стандартами. Как правило, такие компоненты
должны выдерживать воздействие входной мощности не менее 1 Вт,
удара до 30g, синусоидальной вибрации 10g на частотах от 5 Гц до
1 кГц, относительной влажности не менее 95 %, интервала темпера-
тур 40—85 °С;
массогабаритные показатели и установочные размеры;
виды фильтров по технологии изготовления: на сосредоточенных
элементах LC; микрополосковые; комбинированные; резонаторные
(коаксиальные, на диэлектрических резонаторах); трубчатые; кера-
мические; волноводные и др ;
200

ширина полосы частот (Band Width) для заданного уровня потерь.
Например, полоса пропускания для ППФ по умолчанию устанавли-
вается на уровне -3 дБ (Pass Band — BW3dB), а полоса заграждения —
по уровню -40 дБ (Stop Band — BW40dB). Относительная ширина
полосы (Percent Band Width) для ППФ и ПЗФ нормируется в процен-
тах от значения центральной частоты, те. от полусуммы значений
граничных частот на уровне -3 дБ Кроме того, указывают предель-
ные значения минимальной и максимальной частот, для которых нор-
мируется заданная форма АЧХ;
уровень потерь IL в полосе прозрачности пропорционален ^-фак-
тору (добротности) фильтра и обратно пропорционален относитель-
ной полосе пропускания BW3dB: IL = 20 lg —— /~ . Неко-
торые производители различают потери сквозного прохождения
(Dissipation Loss) и потери на отражение (Reflection Loss);
уровень неравномерности (пульсации) коэффициента передачи
либо в полосе прозрачности (Passband Ripple), либо в полосе загражде-
ния (Stopband Ripple), либо в обеих полосах, измеряемый в децибелах;
для перестраиваемых фильтров указываются диапазон пере-
стройки (Tuning Range), скорость перестройки (Tuning Speed), раз-
рядность цифрового интерфейса, напряжение и токи питания, токи
управления интерфейсными узлами
Используются разнообразные схемно-технологические решения
при создании частотных фильтров, т.е электрических цепей с
малыми потерями, проявляющих частотно-зависимые свойства В
табл 2 24 приведены свойства таких компонентов, выполненных по
разной технологии
Многие количественные характеристики связаны между собой*
увеличение количества секций фильтра, например, дает возможность
уменьшить относительную полосу частот и повысить селективность
Однако при этом возрастают потери в полосе прозрачности, длитель-
ность процесса установления, габариты и стоимость изделия. Реали-
зуемые значения рабочей частоты и относительной полосы различа-
ются в зависимости от технологии изготовления (рис 2.75).
На основе частотных фильтров с фиксированными или управляе-
мыми параметрами выпускаются сложные частотно-зависимые уст-
ройства Частотный мультиплексер — частотно-разделительное
устройство с N выходами, различающимися расположением частот-
ных полос пропускания и заграждения. В зависимости от количества
выходных каналов различают диплексеры (Diplexer) при N = 2; три-
плексеры при N = 3; квадриплексеры при N = 4 и тд В большинстве
случаев частотные мультиплексеры обладают свойством взаимности,
т.е могут использоваться либо для частотного разделения сигналов,
либо для объединения двух или нескольких сигналов в общую
201

Таблица 2 24 Характеристики частотных фильтров,
выполненных по разной технологии
Технология
На сосредото-
ченных
LC-элементах
На микроми-
ниатюрных
LC-элементах
На цепочках
полых
резонаторов
На цепочках
керамических
резонаторов
На коаксиаль-
ных трубках
На микропо-
лосковых
структурах
На диафраг-
мированных
волноводах
На объемных
и поверхност-
ных волнах
в пьезокварце
Диапазон
До 0,1
0,005—40
0,03—25
0,4—3
0,05—20
0,1—40
4—40
0,01—2,5
Относи-
тельная
ширина
частот
BW/f0,%
3—200
3—100
0,2—65
0,5—5
3—50
0,5—30
0,5—5
0,1—5
Добротность
20—100
2—500
10—100
50—2000
20—100
20—1000
100—2500
500—3000
Коли-
чество
звеньев п
2—10
2—8
2—15
2—10
2—9
3—16
2—8
5—16
Особенность
Низкая
стоимость
Малые габа-
риты, поверх-
ностный
монтаж
Малые потери,
устойчивость
к внешним
воздействиям
Малые потери,
устойчивость
к внешним
воздействиям,
низкая
стоимость
Малые
габариты
Высокая
селективность,
малые
габариты
Низкие потери,
высокая прохо-
дящая мощ-
ность
Высокая повто-
ряемость,
высокая
селективность
полосу частот Типичная структура диплексера приведена на
рис 2.76.
Для улучшения развязки портов входа и выхода и выравнивания
коэффициентов отражения в широком частотном диапазоне входных
сигналов в состав диплексера входят ФНЧ и ФВЧ с соответствующей
настройкой. Отдельные фирмы для улучшения взаимной изоляции
применяют в диплексерах мостовые балансные схемы и поляризаци-
онные решения Для таких устройств, кроме перечисленных выше
параметров, необходимо указывать характеристики взаимных связей
(изоляция каналов) и частотные зависимости основных параметров
202

, L С— элементы
, Коаксиальные
Микрополосковые
100 /, ГГц
Рис. 2.75. Сочетания рабочей частоты / и полосы прозрачности BW для фильтров,
выполненных по различной технологии
Вход
8-18 ГГц
ФНЧ
12 ГГц
ФНЧ
18 ГГц
-Т" |
1 о^
—
Выход 2
*" 12-18 ГГц
ФВЧ
8 ГГц Выход 1
12 ГГц
ФВЧ
12 ГГц
Рис. 2.76. Структура диплексера на полосу частот 8—18 ГГц
А
Управляемый -
ППФ
Рис. 2.77. Структурная схема фильтра, который автоматически настраивается на
несущую частоту сигнала:
МШУ — малошумящий усилитель, ФД — фазовый детектор
Подстраиваемый частотный фильтр выпускается на основе
ППФ с управляемым положением полосы пропускания (Tunable
Filter) Пример такого фильтра — модель Trak-Pole фирмы «Pole
Zero». Фильтры этого вида автоматически настраиваются на
наибольший коэффициент передачи в полосе перестройки Струк-
тура устройства подобного типа показана на рис 2 77.
203

Дуплексер (Duplexer) используется при работе с общей широко-
полосной антенной для одновременных передачи и приема в смещен-
ных по частоте полосах (дуплексная связь) При такой передаче необ-
ходимо обеспечить частотное разделение канала, по которому сигнал
от передатчика поступает к антенне, от канала передачи сигнала,
приходящего от антенны к приемнику, защищая входную цепь при-
емника от мощного сигнала собственного передатчика (рис. 2 78)
Для обеспечения малых потерь в полосе прозрачности и допусти-
мого уровня интермодуляционных искажений комбинация ППФ и
ПЗФ в канале передатчика должна выполняться с учетом повышен-
ной проходящей мощности Наряду с невзаимными направляющими
устройствами (направленными ответвителями, ферритовыми венти-
лями и циркуляторами), дуплексеры предотвращают попадание мощ-
ного сигнала собственного передатчика на вход малошумящего уси-
лителя приемника
Коммутатор частотных каналов — частотно-разделительное
устройство с одним входом и несколькими выходами (от 6 до 64). По
командам управления такой коммутатор подключает на выход
несколько, один или ни одного частотного канала Коммутируемый
банк фильтров имеет один вход и один выход, между которыми с
помощью коммутирующих цепей включается тот или иной фильтр
Гармониковый фильтр служит для ослабления в соответствии с
требованиями ЭМС мешающих побочных излучений радиопередаю-
щего устройства на частотах, кратных частотам основного излуче-
ния. Выполняется в двух вариантах: 1) радиочастотный ФНЧ с часто-
той среза, превышающей несущую частоту; 2) комбинация
последовательно включенных ФНЧ, ФВЧ и резонансных поглощаю-
щих цепей (ПЗФ) на частоты, кратные частотам основного излуче-
ния. Гармониковые фильтры выпускаются для частот до 40 ГГц.
Дисперсионный фильтр, в котором ГВЗ в определенной полосе
частот имеет заданный характер зависимости от частоты, выполня-
ППФ
ПЗФ
Вход Тх
от передатчика
1
Выход Rx
к приемнику
1
ос/
nep±*H
ППФ
оо
о<^
пр±*^
V
/-^у
*
/np±*W
ПЗФ
fn*v±BW
Рис. 2.78. Структурная схема дуплексера, направляющего сигнал от передатчика
(частота/пер) в антенну, а принимаемый антенной — на вход приемника (частота/пр)
204

ется обычно по технологии ПАВ или на волноводных структурах и
применяется в качестве узла расширения полосы частот, занимаемой
импульсным сигналом, либо в качестве согласованного фильтра сжа-
тия сложного сигнала по длительности.
Выпускаются также следующие типы фильтров: перестраиваемые
(механически или цифровым сигналом); гребенчатые (с пропусканием
или заграждением нескольких узких частотных полос); фильтры-уси-
лители, осуществляющие малошумящее усиление в заданной часто-
тной полосе; частотно-зависимые направленные ответвители для
одновременного разделения и частотной фильтрации падающей и
отраженной волн в линии.
На мировом рынке представлены тысячи моделей частотных филь-
тров и устройств на их основе. Можно отметить следующие фирмы,
выпускающие наиболее конкурентоспособные изделия (см приложе-
ние)- «Advanced Microtek», «Celltronik», «Coilcraft», «Coleman MW»,
«Delta Microwave», «Electromagnetic Technologies», «ES Microwave»,
«Filtronetics», FSY, «Flann Microwave», «K&L Microwave», «Lorch»,
«Mini-Circuits», «Microwave Filter Company», «Militech», «Omniyig»,
«Pole Zero», «Reactel», «Reeves Hoffman», «Taiyo Ynden», «Tekelec
Temex», «Trilithic», «QuartzCom», «Salisbury», «Sun Wave», «Super-
Conductor», «Spectrum Control», «Tusonix Inc », «Maxwell Technolo-
gies Energy», «Eurofarad», ОАО «Кулон» [2]
Параметры некоторых серийных частотных фильтров (ФНЧ и ФВЧ)
представлены в табл. 2.25. Фильтры на сосредоточенных LC-компо-
нентах (серии LB, LH, LL фирмы «K&L Microwave») перекрывают
частоты от 500 кГц до 500 МГц, отличаются широким диапазоном
относительной широкополосности BW3дБ = 1 -г 200 % и малыми поте-
рями, выполняются с количеством секций от 2 до 10 (серия LH до
12), в них используются частотные характеристики типа Чебышева с
неравномерностью не более 0,05 дБ; фильтры рассчитаны на вход-
ную мощность до 20 Вт (отдельные модели до 500 Вт). Их ударо-
стойкость достигает 20g, вибростойкость до 10g, интервал рабочих
температур от -55 до +85 °С, допустимая влажность окружающей
среды до 95 % Конструктивное выполнение может предусматривать
различные виды соединителей или печатного монтажа. Например,
модель 11LB10-312 фирмы K&L имеет полосу прозрачности 225—
400 МГц, 11 секций, наибольшее ослабление 70 дБ, допускает вход-
ную непрерывную мощность до 500 Вт
В микроминиатюрном варианте фильтров с сосредоточенными
элементами (серии IB, IH, IL) верхняя частота достигает 6 ГГц, а
полоса пропускания не превосходит 70 %. Узкополосные ФНЧ (серия
МС) выполняются для частот 160—3000 МГц с количеством секций
2—8 на входную мощность до 2 Вт и отличаются повышенной до 30g
ударостойкостью.
205

il
•W П « u -
!"£
~ oa >>
22
<<
Cu™
accsf
Си
О. Й СО
5 5 о."
lb 2
С * в:
О 6<) «
О § i
S I 3 й
E | sf s
« * S X
II* §
I g. 3 с
'-Si
i I II
**§|
5 ° * §
r; OQ X g
?U I g
0,s ' с
-J s c; g
x 3 E S
з j» з: s
Ш i
° = ь p-
^8£
ill*
1 з s Ь
. ш h о
: s я а
: o. s
1 Ч н £
' Q * О
206

Миниатюрные керамические ФНЧ и ФВЧ для поверхностного
монтажа фирмы «Mini-Circuits» изготавливаются по многослойной
технологии Blue Cell. Полоса пропускания ФНЧ серии LFCN
составляет 500 МГц — 5,4 ГГц, полоса заграждения с ослаблением
от -25 до -45 дБ — до 9 ГГц Полоса заграждения ФВЧ серии HFTC
0,7—3 ГГц с ослаблением от -100 до -40 дБ, полоса пропускания
1,3—7 ГГц
К классу ФНЧ относятся фильтры электромагнитных помех
(EMI Filter), предназначенные для линий электропитания или шин
цифровых передач и выпускаемые, в частности, фирмами «Coilcraft»
(модель CCDLF 10000 для 10-разрядной шины с током до 500 мА),
«Spectrum Control», «Taiyo Ynden» и др. Номенклатура таких фильт-
ров охватывает изделия с шириной полосы прозрачности от 2 до
100 МГц и ослаблением помех в полосе частот до 10 ГГц.
Высокой допустимой проходящей мощностью (до 15 кВт), боль-
шим числом звеньев (до 8) при малых потерях, ударопрочностью до
30g и влагостойкостью до 98 % отличаются гармониковые фильтры
серии 4PL4 фирмы «Reactel» Фирма «K&L Microwave» предлагает
волноводный гармониковый фильтр модели 7WZ-22400/E2400-V/V
для полосы частот 21—23 ГГц между антенной и приемо-передаю-
щим устройством, совмещенный с циркулятором для защиты прием-
ника от сигнала передатчика, предназначенного для излучения.
Среди гармониковых фильтров нижних частот фирмы «Mini-Circuits»
предлагается ряд серий (VLF, VLFX, VLP, SCLF, LFTC и др ) с гранич-
ными частотами от 80 МГц до 6,7 ГГц. Модель LFTC-5400 размещена
в корпусе размером 3,8x3,8x0,7 мм Этот 7-секционный фильтр
имеет по уровню -0,2 дБ граничную частоту 1 ГГц, по уровню -3 дБ
полоса составляет 6,4 ГГц, по уровню -20 дБ она увеличивается до
9 ГГц; проходящая мощность составляет 19 Вт; интервал рабочих
температур от -55 до +100 °С Модель VLF-6700 при полосе пропус-
кания до 6,7 ГГц имеет по уровню -20 дБ полосу заграждения
9,3 ГГц Модели серии VLFX содержат 21 встроенную секцию,
выполнены в стальном корпусе по технологии LTCC и отличаются
тем, что уровень заграждения для частот до 20 ГГц гарантируется не
менее -40 дБ Фильтры верхних частот (серии PHP, VHP, VHF, HFCN
фирмы «Mini-Circuits») применяются для развязки трактов передачи
и приема при общей антенне, для подавления субгармонических ком-
понент в передатчиках и в ГУН Например, 7-секционный миниатюр-
ный керамический фильтр HFCN-1500 (размеры 3,2x1,6x1 мм) может
быть подключен к выходной цепи передатчика с постоянным напря-
жением до 1 кВ, функционирует с высокочастотной мощностью до
7 Вт при температурах от -55 до +100 °С и имеет полосу загражде-
ния (по уровню -40 дБ) не более 1,14 ГГц при полосе пропускания
от 1,56 до 6,3 ГГц.
207

Отечественные керамические помехоподавляющие фильтры нижних
частот — ФНЧ (www.giricond.ru) имеют емкости от 4,7 пФ до 10 мкФ,
частоту среза от 1 МГц до 10 ГГц, вносимое затухание в полосе
заграждения до 75 дБ.
Среди полосно-пропускающих и полосно-заграждающих фильт-
ров (ППФ и ПЗФ) (табл. 2 26) наиболее многочисленна группа фильт-
ров с фиксированной настройкой Фирма «Vectron International»
выпускает множество стандартных моделей полосно-пропускающих
фильтров, выполненных на основе кварцевых резонаторов (сосредото-
ченных, монолитных, гибридных) или ПАВ-фильтров Типовые значе-
ния входного и выходного полных сопротивлений 1000 Ом/15 пФ
или активное сопротивление 50 Ом; интервал рабочих температур от
-20 до +70 °С; ослабление в полосе прозрачности не более 8 дБ;
неравномерность передачи — менее 1 дБ. Технические характери-
стики некоторых моделей представлены в табл 2.27.
Полосно-пропускающие фильтры (серии РВР, PNP, PIF) произво-
дятся на среднюю частоту от 10,7 до 70 МГц с полосой пропускания
по уровню 1,5 дБ соответственно от 2 до 14 МГц и полосой загражде-
ния (по уровню -20 дБ) до 43 МГц Серия NBP имеет коаксиальные
соединители. Модель РВР-275 на среднюю частоту 275 МГц имеет
монолитное исполнение для поверхностного монтажа с размерами
8,9x8,9x2,5 мм; максимальная проходящая мощность 0,5 Вт; диапа-
зон рабочих температур от -40 до +85 °С
Полосно-заграждающие фильтры серии N55 фирмы «K&L
Microwave» отличаются низкими потерями в полосе прозрачности,
большим числом звеньев (до 12) и значительной допустимой мощ-
ностью (до 10 Вт) Большую серию ППФ на основе ПАВ-технологии
(семейство TFR и TFS) предлагает (см приложение) фирма «Vectron
International Technology Express», а варианты кварцевых ППФ и ПЗФ
на частоты от 10 кГц до 200 МГц (серия FN) — фирма «Filtronetics».
Высоким качеством отличаются кварцевые фильтры (MCF-техноло-
гия), выпускаемые фирмами «SGC Techno», «Sawtek», «Quartz Com»
и др Их рабочие частоты лежат в диапазоне 9—200 МГц, ширина
полосы на уровне -3 дБ не превышает 0,1 % Фильтры этого типа
пригодны для поверхностного монтажа
Фирма «K&L Microwave» разработала и выпускает несколько
серий микроминиатюрных ФНЧ и ППФ с патентованными названи-
ями Mini-Max™, KeL-fil™, Mini-Pack™, KeL-com™ Они предназна-
чены для частот 20—3000 МГц (отдельные модели до 18 ГГц), отли-
чаются минимальными размерами (толщина менее 6 мм) при
максимальном качестве, высокой стабильностью при вариациях тем-
пературы В них применяются керамические или сосредоточенные
компоненты, используется от 2 до 10 секций, а присоединительные
208

Особенность
Размеры,
мм
Неравномерность
ГВЗ, не
Потери,
дБ
Неравномерность передачи в
полосе прозрачности, дБ
Полоса
пропускания, МГц
Средняя
частота, МГц
Модель
0Q
14x7
300
-
ЧО^
-
35,1
TFS35A
Изм
21x13
300
6,5
0,5
0,27
52,0
TFS52
б/с
22x13
300
-
0,31
70,0
TFS70H22
ППФМС
13x6
1
чо
1
0,07
70,0
TFS70Y
б/с
11x5
1
in
1
0,05
121,5
TFS121
11x5
1
in
1
0,02
155,5
TFS155
и
9x5
о
3,5
1
0,8
208,0
TFS208
WLL
7x5
о
ЧО
-
10,0
420,0
TFS420A
4x4
1
го
1
2,0
869,0
TFS869
PSC
3x3
1
4,1
(N
0'09
0'0961
TFS1960
УЁ
8.
II
ll
I 1
si.
^2
I g.
1) С{ ТЗ
!5C
210

контакты пригодны для поверхностного монтажа Полосно-пропус-
кающие фильтры фирмы K&L серий FV, ED, С, N, MC, MP, выпол-
ненные по резонаторной технологии, перекрывают интервал частот
от 30 МГц до 40 ГГц В них используется от 2 до 17 секций и дости-
гается относительная полоса от 0,2 до 50 %. Потери мощности на
каждую секцию в полосе прозрачности не более 0,1 дБ. Ослабление в
интервалах частот заграждения не менее -70 дБ. Допустимая входная
мощность до 10 Вт Полосно-пропускающие фильтры серий SB, SH,
SL, SZ выполняются по микрополосковой технологии для частот от 2
до 18 ГГц с относительной полосой от 15 до 100% и допустимой
мощностью не менее 15 Вт. Они отличаются ударостойкостью до
20g, диапазоном рабочих температур от -55 до +85 °С. В заказных
модификациях возможен коэффициент прямоугольности 1,15:1.
Фильтры на диэлектрических резонаторах (серии DR, KeL-fil™)
выпускаются на частоты от 500 до 3000 МГц с количеством секций
от 2 до 6 и относительной полосой от 1 до 10 % Они выполнены по
керамической технологии и отличаются повышенной температурной
стабильностью (не более 2 ррт/°С в диапазоне от -40 до +85 °С),
низкими потерями в полосе прозрачности. Трубчатые фильтры
(серии В и L) выполняются для частот от 100 МГц до 6 ГГц (серия L
до 20 ГГц) с относительной полосой пропускания частот от 4 до 40 %
и количеством секций от 2 до 8 Они отличаются компактностью
конструкции, вибростойкостью до 20g, малой неравномерностью
коэффициента передачи в полосе прозрачности (не более 0,05 дБ),
расширенным диапазоном рабочих температур (от -55 до +85 °С),
возможностью работы с повышенным до 200 Вт уровнем входной
мощности Волноводные фильтры (серии WP, WZ) выполняются для
частот от 2,5 до 94 ГГц на волне ТЕ 101 в прямоугольном волноводе
соответствующего сечения с количеством секций от 1 до 20 и поло-
сой пропускания 0,1—10 %. В волноводах круглого сечения с волной
ТЕ J j j выполняются фильтры с количеством секций от 2 до 6 и отно-
сительной полосой пропускания частот от 0,1 до 1,8 %. Они отлича-
ются высокой допустимой входной мощностью, возможностью
работы в миллиметровом и субмиллиметровом диапазоне длин волн,
разнообразным выбором соединителей, возможностью выполнения
механически перестраиваемых фильтров и диплексеров с изоляцией
каналов приема и передачи не менее 85 дБ, возможностью выполне-
ния фильтров совместно с другими компонентами антенно-фидер-
ного тракта.
Многочисленная группа многофункциональных фильтровых
ансамблей (МФА) включает в себя, например, фильтр ППФ диапа-
зона 25 кГц — 100 МГц с цифровым 8-разрядным управлением поло-
жением по частоте полосы прозрачности шириной 5 % с длительно-
211

стью шага перестройки 20 мкс Среди МФА, разработанных фирмой
K&L, предлагаются предварительный селективный усилитель стан-
дарта GPS, преобразователи частоты вверх и вниз с ППФ, трехка-
нальные банки фильтров для частот 1,1; 1,9; 2,1; 8,5 ГГц; четырехка-
нальный банк фильтров диапазона 10—18 ГГц.
Измерительные перестраиваемые фильтры (ППФ) (серия ВТ) и
ПЗФ (серия TNF) диапазонов частот 30 МГц — 2,6 ГГц с пятью меха-
нически перестраиваемыми секциями обеспечивают коэффициент
прямоугольности 2,2:1 по уровню -30 дБ или 3,5:1 по уровню -50 дБ
с прямым отсчетом центральной частоты, шириной полосы 5 % и
перестройкой не менее октавы при входной мощности до 50 Вт Час-
тотные мультиплексеры (табл 2 28) выпускаются с числом каналов
от 2 до 6 Выпускаются также коммутируемые мультиплексеры, в
которых выходные каналы могут отключаться с помощью коммути-
рующих СВЧ-диодов.
Компактные перестраиваемые ППФ (рис 2 79) для диапазона час-
тот 10 МГц — 1 ГГц с входным и выходным активными сопротивле-
ниями по 50 Ом выпускает фирма «Pole Zero» Цифровой 8-разряд-
ный управляющий сигнал подключает варикапы соответствующего
номинала для изменения средней частоты настройки полосно-про-
пускающего фильтра 2-го порядка при слабо изменяющейся эквива-
лентной добротности АЧХ Относительная полоса пропускания ППФ
может быть выбрана от 1,8 до 20 %, длительность перестройки
составляет 10 мкс, наибольшая проходящая мощность +32 дБмВт;
необходимое для управления варикапами постоянное напряжение
Таблица2 28 Параметры частотных мультиплексеров
Сайт
esmicrowave
com
www
klmicrowave
com
Модель
2SML-21/33G-11PL
6SM-1/12
2SM-31
KC31Z-0002
6SS-1000-18000-O
астота, ГГц
У
1—2
1—12
18—31
0,001
—0,5
До 18
Частоты
каналов,
МГц
F,
—
—
—
88
—
F,
—
—
—
361
—
8
ительная поло
тот BWIf, %
Относ
час
5
5
2
5
3
«
X
эффициенты
ания/заграждс
CL/IL, дБ
Ко
пропуск
1,7/55
2,1/55
1,5/45
2,6/30
1/45
оа
ало
чество кан
Коли
4
6
2
2
3
212

УППФ УППФ
Орг Огр
Рис. 2.79. Схема ППФ модели ICE1003-R-20-3000 фирмы «Pole Zero», переключаемого
в пределах 20 МГц — 3 ГГц
формируется преобразователем DC—DC в блоке управления из внеш-
него напряжения +5 В
Многие фирмы в качестве узлов сопряжения приемопередающей
антенны с приемником и передатчиком предлагают дуплексеры раз-
личных частотных диапазонов (табл. 2 29) Для улучшения развязки
между входным сигналом приемника и мощным сигналом собствен-
ного передатчика в близко расположенной частотной полосе дуп-
лексеры имеют повышенное число секций (до 8). Например, модель
8-CCB-F1/F2-B фирмы K&L с восемью секциями пропускает от
передатчика к антенне сигнал мощностью 50 Вт с развязкой -60 дБ в
полосе приема, отстоящей на 20 МГц от границы полосы передачи
Для систем сотовой связи на 900/1800 МГц предлагаются двухполос-
ные дуплексеры. Здесь интерес представляет двухполосный дуплек-
сер L5964-A фирмы «Delta Microwave», совмещенный с усилителем,
коэффициент передачи которого составляет +45 дБ, а коэффициент
шума 1 дБ при межканальной изоляции на -100 дБ.
Широко представлены на рынке коммутаторы частотных кана-
лов (табл. 2.30), содержащие от 3 до 64 ППФ с временем переключе-
ния 30—60 не. Большинство коммутаторов переключают централь-
ную частоту ППФ. Вместе с тем, например, в модели коммутатора
4SFBX фирмы «ES Microwave LLC» шестисекционные фильтры со зна-
чениями ширины полосы от 5 до 32 МГц, настроенные на линейную
ФЧХ, переключаются на фиксированной средней частоте. В модели
FB-120 фирмы «Electromagnetic Technology» любой из девяти ППФ с
полосой до 38 % от его средней частоты менее чем за 500 не подключа-
213

Коэффициенты
пропускания/
заграждения
CL/IL, дБ
Полоса частот
сигнала BW,
МГц
4
с
и*
ее с( ■—
о
с
Полоса
рабочих
частот, ГГц
Модель
Сайт
1,5/60
U4
0,84
0,88
8-CCB-F1/F2-B
£
с
с
а
1
с:
с
j
5
1/50
0,84/1,78
0,88/1,8
о
WSA-0045
>
>
>
5
1/100
0,84/1,78
0,9/1,9
О
L-5964-A
www.deltamicrowave com
1/60
о
ЧО
1,95
1—5
QUX1950L207
www.quartzcom com
Количество
каналов
Коэффициенты
пропускания/
заграждения
CLIIL, дБ
к нСО
« о 2
£ 2"5
Ц\
CQ 2 2
sa.
Групповое время
запаздывания, не
Частота, ГГц
Модель
Сайт
i/->
0,5/60
+18
о
чО
До 0,3
5SFB-50/500-11
ЧО
1/60
+15
1
До 15
6SFB-6/18-11
www.esmicrowave com
■st-
5/50
о
+
о
ЧО
0,23
4SFBX
00
0,5/60
+40
о
6-18
8SFB-6720/17250-ОЮ
www.klmicrowave com
00
6/50
+40
1000
ВС-10
SFB-7-500-8000-MM
w w w. sa 1 isbury.com
214

ется между одним из двух входов (один на полосу 0,01—1 ГГц, вто-
рой — на полосу 1—20 ГГц) и выходом (с полосой 0,01—20 МГц).
Фильтры с механической сопряженной перестройкой и тремя—
пятью секциями серии ВТ фирмы «K&L Microwave» допускают
изменение центральной частоты на октаву при сохранении относи-
тельной ширины полосы Их проходящая мощность достигает 50 Вт
Модель DTFN-500/2000/N/GSV фирмы «K&L Microwave» позволяет
за 12 с перестроить кодом по шине GPIB среднюю частоту двух ППФ
в пределах 500 МГц — 2 ГГц с шагом 1 МГц при сохранении относи-
тельной полосы ±2,5 %. Модели серии 1022 фирмы «Omniyig» пере-
страивают чрезвычайно узкую относительную полосу (0,1 %) в пре-
делах нескольких октав, что необходимо в широкополосных
анализаторах спектра
Направленные ответвители для частотных полос стандартов
ESMR, AMPS, ETACS, EGSM&DCS, PSC отличаются высокой
направленностью (не менее 30 дБ), малыми потерями в полосе про-
зрачности (не более 0,1 дБ), низким уровнем интермодуляционных
искажений (не более -ПО дБмВт), допустимой входной мощностью
500 Вт в непрерывном режиме и 20 кВт в импульсном.
Дуплексеры серии WSD для стандарта AMPS (824 — 849 МГц на
прием и 869—894 МГц на передачу) обеспечивают развязку -40 дБ
(модель WSD-00024 — до 110 дБ) и допустимую мощность передат-
чика до 500 Вт в непрерывном режиме (10 кВт в импульсном) Разра-
ботаны и выпускаются подобные устройства для других стандартов
мобильной связи, в том числе двухполосные Наряду с дуплексерами
можно приобрести фильтры для приемников и для передатчиков
базовых станций, работающих по стандартам AMPS, GSM, PCS,
UMTS, DCS, EGSM, Japanese Band CDMA, 3G, а также узкополосные
заграждающие Notch-фильтры для этих стандартов. Например, для
стандарта UMTS/IMT прием производится в полосе частот 1920—
1980 МГц, а передача — в полосе частот 2110— 2170 МГц Имеются
модели частотных фильтров отдельно для полосы приема или для
полосы передачи, а также для работы в двух частотных диапазонах
2.6.3. Коммутаторы цепей
Коммутация цепей диапазона 0,1—40 ГГц необходима [52, 53]
при переключении антенны между несколькими передатчиками и/или
приемниками, для подключения резервных блоков, фильтров предва-
рительной селекции или делителей мощности, при использовании
многоэлементных антенных систем и при реализации других техни-
ческих решений. Коммутаторы СВЧ-цепей выполняются на основе
электромеханических, полупроводниковых или микроэлектромеха-
нических (МЭМС) (наномеханических) технических решений Они
различаются по следующим показателям* диапазон частот А/вход-
215

ного сигнала; допустимая мощность Рвх коммутируемого сигнала;
конфигурация (количество направлений и положений, например,
SPDT — одно направление/два положения, DPDT — два направле-
ния/два положения; 32x48 и тд); максимальный коэффициент стоя-
чей волны напряжения (КСВН); ослабление в разомкнутом состоя-
нии Iso (Isolation); потери в замкнутом состоянии IL (Insertion Loss);
длительность переключения тпер; вид соединителей; вид цепи управ-
ления; износостойкость (ИзСт); напряжение электропитания и стан-
дартные уровни управляющих сигналов; стойкость по отношению к
внешним воздействиям (вибрациям, ударам, диапазон рабочих тем-
ператур AT); дополнительные функциональные возможности (вклю-
чение в разрыв линии — by-pass; согласование сопротивлений неак-
тивных портов; возможность переконфигурирования; наличие цепей
сигнализации о состоянии контактов; варианты управляющих сигна-
лов и др).
Варианты конфигурации коммутаторов цепей представлены на
рис 2.80. Переключатель SPDT (Single Pole Double Throw) имеет
общий радиочастотный порт С, который может быть соединен с пор-
том 1 или с портом 2 Переключатель DPDT (Double Pole Double
Throw) имеет две пары портов; в кольцевом переключателе (Transfer)
соединение происходит между портами J1IJ2 и J3IJ4 или J1IJ3 и J2IJ4.
Неактивные порты в некоторых конструкциях замыкаются на встроен-
ные согласующие резисторы (обычно 50 Ом), на короткозамыкающие
цепи или остаются открытыми Механизм переключения (актюатор) в
электромеханических ключах может быть роторного или плунжер-
ного (релейного) типа. Управляющая цепь актюатора выполняется
как Faisafe — запоминающая состояние при снятии управляющего
воздействия; Pulse Latching — переключающая на заданное время
при поступлении фронта управляющего воздействия; Self Cutoff —
возвращающая переключатель в исходное состояние при снятии воз-
действия; с нормально открытыми контактами или с ручным управ-
лением В отдельных моделях к обмотке управления подключаются
диоды, подавляющие колебательные процессы. Дополнительные
контакты (опция) служат для поддержки электронной или оптиче-
ской цепи индикации состояния переключателя.
Рис. 2.80. Варианты конфигурации переключателей цепей:
а — SPST, б — SPDT, в — DPDT, г — SP4T, д — кольцевой двухпозиционный, е — коль-
цевой трехпозиционный
216

Допустимая входная радиочастотная мощность Рвх доп в электро-
механических переключателях СВЧ-сигналов принципиально огра-
ничена явлениями пробоя в диэлектрике и в соединителях, рассея-
нием мощности из-за скин-эффекта в контактирующих поверхностях
и в омическом сопротивлении контакта; она уменьшается с ростом
рабочей частоты/, зависит от вида соединителя (SC, TNC, SMA и т.д ),
использованных материалов, конструктивного выполнения линии и
контактной зоны, скважности входного сигнала (непрерывный или
импульсный режим). Для некоторых серий электромеханических
переключателей зависимость максимальной мощности от частоты в
непрерывном режиме представлена на рис 2 81
В табл 2.31 представлены параметры некоторых моделей электро-
механических коммутаторов цепей. Многопозиционные коаксиальные
электромеханические переключатели различаются дополнительно по
количеству положений (от 3 до 14). Кроме того, они характеризуются
верхней границей рабочей полосы частот (до 6,5 ГГц, до 18 ГГц, до
26,5 ГГц или до 40 ГГц); видом соединителя; допустимой входной
мощностью; видом управляющей цепи и стандартом уровней сиг-
нала управления; наличием цепи индикации состояния контактов;
специальными требованиями по диапазону частот, интервалу рабо-
чих температур, времени переключения, влагостойкости или герме-
тизации, обратной полярности напряжения питания и др.) Многопо-
зиционные переключатели для космических применений (серии
0,1 0,2 0,5 1 2 5 10 /ГГц
Рис. 2.81. Зависимость наибольшей коммутируемой мощности Рвх от частоты сигнала/:
/ — серия 412А фирмы «Dow-Key Microwave», 2 — серия 710 фирмы «Dow-Key
Microwave», 3 — модель MSP2T-12 фирмы «Mini-Circuits», 4 — серия 919 фирмы «Dow-
Key Microwave»
217

Особенность
Срок
жизни,
млн циклов
О f-" U
OCQ —
X , О
Время
переключе-
ния т, мс
Потери/изоляция,
дБ, на частоте
2 ГГц
Диапазон
частот, ГГц
Серия (модель)
Сайт
SPDT
-
250
in
0,15/80
0—26
401
SPDT, Д
-
о
о
fN
0,35/80
0—18
919
S
-
700
о
(N
0,2/80
0—12,4
412
S
ь'
чо
CU
ел
-
400
о
fN
0,2/70
0—26,5
565
Е
с
<
с
SP12T
-
250
in
0,2/70
0—18
5С1
I
SPDT
-
250
о
fN
0,4/65
0—40
411CY
0Q
0,2
1700
100
0,25/60
"*1
т
г-'
30С01200
вм, д, к
-
1800
1
0,15/65
оо'
х
511Н
SPDT, 0
о
in
fN
1
0,15/70
0—18
MSP2T-18
www.minicircuits.com
DPDT, P,
ВП, 200 Вт
0,1
200
1
0,3/60
0—18
SXM
www.sagelabs.com
В, К, И
0,1
1
о
fN
1
8,2—140
334-2Е
www.flann com
Н
Q
cu
Q
Я
-
1
>n
0,1/80
0—26,5
130
E
с
«.
i
>
с
1
1
с
5
5
5
м, д, и
-
1
in
0,1/60
0—26,5
N6120
SP6T
-
200
о
0,1/80
0—20
KSW16ONAE002
www.kmwinc.com
аз '
I ей I—
| О 0Q
и ot
Offl О
§1
1V
fc о
Slsj
i|I
Se- I
ej CU S f
X о ;
О СО JS (
§ &§
St;
ex ^
I I
218

431НС-730822, 6L3P-280 и другие фирмы «Dow-Key Microwave»)
имеют массу менее 100 г, износостойкость до 2 млн циклов.
В мощных СВЧ-переключателях фирмы «Dow-Key Microwave»
допускается коммутация 3 кВт непрерывной мощности для частот до
50 МГц, ряд моделей допускает мощность до 350 Вт для частоты 1 ГГц
Волноводные переключатели отличаются повышенной коммутируе-
мой мощностью (до 180 кВт в импульсе на частоте 18 ГГц), малыми
потерями (IL < 0,1 дБ), высокой изоляцией {ho > 60 дБ), расширен-
ным температурным диапазоном, возможностью работы в миллимет-
ровом диапазоне длин волн Фирма «Dow-Key Microwave» выпускает
переключатели на основе волноводов WR-284, WR-187, WR-137,
WR-112, WR-90, WR-75, WR-62, WR-42, WR-34, WR-28, WR-15,
WRD350D24, WRD750D24 с рабочими частотами от 2,6 до 75 ГГц.
При повороте роторной вставки на 120° переключатель эквивалентен
SPDT (тип Т) с тремя портами, при повороте на 90° — DPDT с
четырьмя портами. Износостойкость волноводных переключателей
гарантирована до 200 тыс циклов, время переключения 100—500 мс
в зависимости от размера волновода Большинство моделей волно-
водных ключей сертифицированы для применения в космической
аппаратуре по стандарту MIL-S-55041, имеют массу от 90 до 120 г
В коаксиально-волноводных переключателях серии AST фирмы
«Dow-Key Microwave» совмещается коммутация цепи с переходом на
другой тип линии передачи (рис 2 82) В коаксиальных и волноводных
переключательных матрицах фирмы «Dow-Key Microwave» использу-
ется техническое решение IN-LINE для минимизации и выравнивания
потерь IL на множестве состояний Имеются модели, в которых
используется до 150 одновременно переключаемых цепей с полосой от
постоянного тока до 18 или 26,5 ГГц, предусмотрена возможность
переконфигурирования матрицы соединениями на задней панели
Параметры быстродействующих полупроводниковых коммутато-
ров представлены в табл 2.32, принципиальная схема некоторых
моделей — на рис 2.83. Переключатель HMC646LP2E фирмы
«Hittite» представляет собой ключ типа SPDT, для сигналов с час-
тотой 0,1—2,1 ГГц и проходящей мощностью до 40 Вт при потерях
в замкнутом состоянии 0,4 дБ и изоляции в разомкнутом состоянии
20 дБ Переключатель НМС231G7 типа SPST с полосой частот до 6 ГГц
для сигналов с мощностью до +27 дБм в линейном режиме имеет
ослабление в открытом состоянии 2 дБ, в закрытом 55 дБ, неотража-
ющие (согласованные на 50 Ом) вход и выход, управляющие сигналы
0/-5 В, запаздывание переключения не более 3 не. Микросхема раз-
мещена в герметичном корпусе размером 6,6x5,4x1,6 мм Неотража-
ющий переключатель модели НМС347 типа SPDT имеет на частоте
20 ГГц ослабление в закрытом состоянии 45 дБ, в открытом 1,6 дБ,
219

Особенность
Размеры, мм
g ' ^д эинэжксШвн
ээтош1гявс1иу^
Щ КЗ*
'£<// ха</ чюонто^у!
tljJ Z ЭЮХЭВЬ ВН
qxooHmow KBHiroxg
он
'кинэьошмэсЬи
Kwadg
эшховь вн 'gtr '0У//7/
KHiiKiroEH/Hdaioij
off 'П J J
'lOXOBh HOEBUBHff
Модель
Сайт
О
н
Q
Си
СЛ
3x3x0,7
0/3
о
in
о
го
о
0,4/27
го
HMC190MS8
SPDT
3x3x0,7
0/-5В
1
+23
'Э-
1,8/47
о
HMC547LP3
Е
с
1
Л
3
3
5
Б/к
1,4x1,6
0/-5В
1
+23
1
2/38
о
НМС322
!
T/R, Д, ВМ
3x5x0,7
0/5
о
о
(N
0,5/30
го
HMC484MS8G
SPST
4x6x1,7
0/5
го
in
ЧО
(N
2000
1,6/42
Cs)
SW-393
Е
с
£
с
£
3
3
3
SPDT
15x10x2,6
0/5
го
О
(N
О
2/32
го
SW65-0214
SPDT, Д
3,25x3,25x0,9
0/5
1
in
(N
О
0,6/85
4,5
M3SWA-2-50DR
www.minicircuits.com
SPDT, 0,
2,2x1,3x0,8
0/3,3
in
in
го
го
1500
0,3/30
го
РЕ4259
www.peregnnemicrowave.
com
T/R, К, П
2,9x2,8x1
0/0,7
Os
го
Csl
1
0,5/24
2,5
RF2436
www.rfmd com
SPST
1
1
in
ro
in
(N
1
0,9/45
oo
SSW-524
www.sirenza com
BM, SPDT
2,5x2,3x0,6
0/3
00
ro
ЧО
ro
1000
0,5/19
2,5
UPG2027TQ
>
1,5x1,5x0,4
0/3
in
ro
ro
о
in
0,4/35
ЧО
UPG2163T5N
www.cel com
4x2
5,5x5,2x0,2
0/5
о
1
1500
7/26
2,15
UPG183GR
МЭМС, SP4T
4x4x1
о
го
1
1
10/50 мкс
0,2/50
ЧО
WSS0114H
В
о
е-
$
220

МЭМС, SPDT
3,8x5,1x1,2
10/70
1
1
<->
2
О
о
0,4/20
26,5
ТТ1244
www.teravicta com
МЭМС, SPDT
5,9x5,9x2,8
»n
1
1
о
2
о
г-
o
0,1/45
чо
ML06
www.magfusion com
МЭМС, SPST
1,5x1,5x0,06
±40
1
1
2
0,2/25
°
RMSW200
www.radantmems.com
6 I £
со Q I
I ^ '
2 s*w
e-fc p.
о $ £
^ 5 u
Pis
i i:
i-и о
s ел о
al I
i
■I "3?
&5J
& S з-
^2 8.
л s
D. С
3 2
- о ч ■
is
2 &
221

задержку переключения 3 не и бескорпусное исполнение с разме-
рами 0,8x1,3x0,8 мм. Переключатель HMC547LP3 типа SPDT для
полосы частот до 20 ГГц имеет повышенную изоляцию: не менее
50 дБ для частот менее 5 ГГц и более 38 дБ до частоты 20 ГГц при
Рвх jp2 = + 48 дБмВт и времени переключения 6 не Неотражающий
переключательный SPDT-модуль НМС-СОП с коаксиальными соеди-
нителями для полосы частот до 20 ГГц имеет потери в открытом
состоянии менее 2 дБ, в закрытом от 35 до 65 дБ, время переключе-
ния 1 не На рис 2.84 показана частотная зависимость уровня потерь
в замкнутом состоянии IL и ослабления в разомкнутом состоянии ho
в интервале температур для типичного полупроводникового пере-
ключателя РЕ4259 фирмы «Peregrine Semiconductor» Переключатель
каналов приема-передачи HMC484MS8G типа SPDT предназначен
для коммутации в диапазоне частот до 3 ГГц антенны между пере-
датчиком с мощностью до 10 Вт (в линейном режиме) и приемником.
Потери в открытом состоянии составляют 0,4 дБ, в закрытом 30 дБ,
задержка управления 15 не В нем используются управляющие сиг-
налы с уровнями ТТЛ, размеры корпуса 2,9x2,9x0,8 мм Подобный
переключатель модели HMC536MS8G функционирует до частоты
6 ГГц с коммутируемой мощностью +34 дБмВт
Переключатель НМС322 для частот до 10 ГГц на 8 направлений
со встроенным преобразователем уровней ТТЛ-сигналов, имеет изоля-
цию отключенного канала 38 дБ и размеры 1,45x1,6x0,1 мм Переклю-
чатель HMC436MS8G типа DPDT для полосы частот 4,9—5,9 ГГц
подключает одну из двух антенн либо к передатчику с мощностью до
1 Вт в линейном режиме, либо к приемнику. Переключательная мат-
IL, дБ /so, дБ
0
-0,2
-0,4
-0,6
-0,8
-1,0
-1,2
0 0,5 1,0 1,5 2,0 2,5/, ГГц
Рис. 2.84. Частотная зависимость коэффициента отражения IL (при разных темпера-
турах) и коэффициента изоляции Iso для полупроводникового ключа РЕ4259
222

рица HMC276QS24 коммутирует сигналы с частотой 0,7—3 ГГц
в четырех направлениях с двумя положениями, может быть сдвоена
для увеличения количества каналов и содержит встроенный 4-раз-
рядный декодер управляющих сигналов Кольцевой переключатель
HMC427LP3 на четыре направления для частот до 8 ГГц подключает
или отключает соседние направления и отличается изоляцией отклю-
ченного канала на 40—45 дБ при потерях во включенном состоянии
1,2 дБ; размеры этого переключателя 3x3x1 мм Переключатели типа
SPNT с количеством направлений N = 3 -s- 8 для частот до 8 ГГц реко-
мендуются корпорацией «Hittite» для коммутации набора частотных
фильтров.
Быстродействующие переключатели каналов (Switches, серии
TOSW, ZSDR, PSW, ZMSW, ZASW, SWM, ZSDR, RSW, KWH,
M3SW, GSW, ZSW, ZYSW, KSW, MSW, M10SW и другие фирмы
«Mini-Circuits») выполнены на арсенид-галлиевых /?-/-я-диодах или
на полевых транзисторах. В отличие от типовых переключателей
отражающего типа, многие ключи производства «Mini-Circuits» явля-
ются коммутаторами поглощающего типа. Коммутатор каналов отра-
жающего типа ZASW-2-50DR, например, подключает за 5 не по
логическому ТТЛ-сигналу к нагрузке 50 Ом один из двух входных
каналов в полосе от 100 МГц до 5 ГГц с мощностью до +20 дБмВт
Коммутатор поглощающего типа ZASWA-2-50DR переключает за
столь же короткое время два выходных канала Благодаря одинако-
вым входному и выходному сопротивлениям такие узлы могут вклю-
чаться каскадно. Модель M10SWA-2-50DR в полосе частот до
4,5 ГГц обеспечивает изоляцию 75 дБ при входной мощности Ръх\^
до 20 дБмВт, имеет встроенный драйвер для управления с помощью
уровней ТТЛ, предназначена для печатного монтажа, имея размеры
10x5x1 мм. Электромеханический коммутатор MSP2T-18 с коаксиаль-
ными соединителями в полосе частот до 18 ГГц обеспечивает ослабле-
ние в открытом состоянии 0,2 дБ, в закрытом не менее 70 дБ при вход-
ной мощности до 25 Вт; для него гарантируется не менее 10 млн циклов
коммутации с временем срабатывания 10 мс. Модель MSWT-4-20,
выполненная на основе четырех полевых транзисторов, при печат-
ном монтаже предназначена в полосе частот до 2 ГГц для коммута-
ции сигнала от выхода передатчика к любой из двух антенн или от
этих антенн ко входу приемника.
СВЧ-ключи, созданные по МЭМС-технологии [33, 34], успешно
конкурируют с подобными узлами на арсенид-галлиевых полевых
транзисторах по параметрам потерь в замкнутом состоянии (напри-
мер, 0,1 дБ для МЭМС и 0,4 дБ для MESFET) и развязки в разомкну-
том состоянии (например, 40 дБ для МЭМС против 24 дБ для
MESFET). МЭМС-ключи обеспечивают уровень неискаженной мощ-
ности проходящего сигнала до +43 дБм в непрерывном режиме, что
по меньшей мере на 10 дБ больше, чем транзисторные или диодные
223

Нелинейные искажения сигнала, проходящего через ключ, очень
малы типовое значение проходящей мощности в точке 1РЪ состав-
ляет 70 дБмВт Износостойкость стандартного МЭМС-ключа: свыше
10 циклов замыкания и размыкания при токе 2 мА, 1000 циклов при
токе 20 мА, 10 циклов при токе 300 мА и разрушение при токе 1 А
Однако длительность процесса включения и выключения для
МЭМС-ключей примерно в 10 раз больше, чем для подобных
MESFET-компонентов
Преимуществами радиочастотных МЭМС-ключей по сравнению с
такими узлами на р-/-и-диодах или полевых транзисторах являются:
а) цифровое управление при расширенных функциональных возмож-
ностях; б) малая мощность, потребляемая по цепи управления
(порядка единиц микроватт); в) малые потери в замкнутом состоянии;
г) значительно меньшая емкость и, соответственно, хорошая развязка в
разомкнутом состоянии; д) ничтожные нелинейные искажения прохо-
дящего сигнала; е) высокая стойкость к проникающей радиации;
ж) более широкий рабочий диапазон температур окружающей среды
Применяются радиочастотные МЭМС-ключи двух типов* а) кон-
тактного типа, пропускающие постоянный ток (рис 2.85); б) емкост-
ного типа, в которых за счет изменения емкости в 4—100 раз меня-
ется сопротивление для СВЧ-токов В контактном ключе при
замыкании соединяются выступы на перемещающейся кантилевер-
ной балке и неподвижной площадке В настоящее время контактные
площадки толщиной 0,3 мкм и радиусом 1 мкм выполняются из
золота. Уменьшение размеров кантилевера приводит к расширению
полосы пропускаемых частот, к сокращению перемещающейся
массы и к снижению длительности процесса изменения состояния.
Однако при этом уменьшается допустимое значение тока. Для мемб-
ранного емкостного ключа при нулевом управляющем напряжении
мембрана удерживается в подвешенном состоянии над компланар-
ным волноводным трактом. Емкость ключа в этом состоянии состав-
ляет порядка 20—50 фФ, так что между линией СВЧ-сигнала и
заземленной металлической мембраной существует большое емкост-
Вход
Выход
Вход
Выход
R = 0,5 Ом
IL = 0,5 дБ
Рис. 2.85. Схема контактного МЭМС-ключа в замкнутом (а) и разомкнутом (б) состо-
яниях
224

ное сопротивление Когда появляется управляющее электрическое
поле, мембрана деформируется из-за образования на металлических
поверхностях положительных и отрицательных зарядов и возраста-
ния силы притяжения Когда значение этой силы становится доста-
точно большим, подвешенная металлическая мембрана падает на
нижний электрод, формируя участок с низким сопротивлением,
направляющий ВЧ-сигнал на землю В замкнутом состоянии емкость
возрастает до 3—4 пФ Например, для одной из экспериментальных
конструкций (см [3]) на частоте 40 ГГц максимальная емкость
составляет 2,5 пФ, а минимальная 47 фФ. Такой перестраиваемый
микроконденсатор работает как высокопроизводительный ВЧ-ключ,
позволяющий эффективно передавать или прерывать ВЧ-сигналы за
счет деформации мембраны
Параметры серийных МЭМС-переключателей представлены в
табл 2 32. Фирмой «Radant MEMS» выпускаются серийно ключи для
сигналов с частотой до 40 ГГц. Модель TTM1X2TS представляет
собой неотражающий SPDP-коммутатор с коаксиальными соедини-
телями, рассчитанный на пиковую СВЧ-мощность до 30 Вт Уровень
мощности неискаженного сигнала Р1дБ составляет +47 дБмВт на
частоте 2,4 ГГц; переключатель потребляет по цепи электропитания
ток 1 мА при напряжении 3 В и выдерживает 25 млн циклов коммута-
ции при СВЧ-мощности 15 Вт Диапазон рабочих температур состав-
ляет до +70 °С На рис. 2 86 представлена частотная характеристика
потерь в открытом состоянии и ослабления в закрытом для серийного
МЭМС-ключа модели RMSW200 в полосе частот до 40 ГГц
Iso, RL, дБ IL, дБ
0 I 1 1 1 1 1 1 1 1 о
-10 \ -0,1
0 5 10 15 20 25 30 /, ГГц
Рис. 2.86. Частотные характеристики потерь в открытом состоянии IL, в закрытом
состоянии Iso и уровень отраженной волны RL для МЭМС-ключа модели RMSW200
225

2.6.4. Ослабители, разветвители, согласованные нагрузки
Ослабители (аттенюаторы) необходимы для выравнивания уров-
ней СВЧ-сигналов в каналах параллельной обработки или резервиро-
вания, для регулировки усиления в канале, в качестве компонента
модулятора сигналов КАМ и т.д. Разветвители и сумматоры мощ-
ности используются в системах сложения мощностей многоканаль-
ных устройств в технике радиопередающих и антенных устройств, в
разнообразных балансных узлах формирования сигналов и преобра-
зования полосы частот. Высококачественные согласующие нагрузки
необходимы для реализации потенциальных возможностей цепей
обработки широполосных и СШП-сигналов.
Ослабители характеризуются [54] типом, рабочей полосой частот
А/, динамическим диапазоном управления ослаблением AR (Attenua-
tion Range), уровнем мощности неискажаемого входного сигнала ПРЗ,
значением минимальных потерь IL, уровнями сигнала управления.
В табл. 2 33 приведены характеристики некоторых моделей ослабите-
лей Р-/-и-диодный аттенюатор HMC-VVD102 фирмы «Hittite»
(рис 2 87) обеспечивает изменение ослабления сигнала в полосе частот
17—27 ГГц в пределах до 20 дБ при входной мощности до 50 мВт
изменением управляющего напряжения от -4 до +4 В Он выполнен в
бескорпусном исполнении размером 1 х 1,17 мм с входным и выходным
сопротивлениями по 50 Ом Его аналог HMC-VVD104 для диапазона
частот 70—86 ГГц требует для управления источника напряжения
±5 В. Широкополосный GaAs-аттенюатор с цифровым управлением
yl £у2
)
j П~|—I Ч~Ч RF0U1
>PHl' '||-Q1gnd
Рис. 2.87. Структура аттенюатора HMC-VVD104 с аналоговым управлением:
£у — управляющие напряжения
226

HMC624LP4E обеспечивает изменение на 31,5 дБ с шагом ±0,25 дБ
ослабления сигнала в полосе частот до 6 ГГц при входной мощности
до 1 Вт и уровне НРЪ 100 Вт В корпус размером 4x4 мм встроен конт-
роллер 6-разрядного последовательного или параллельного кода
управления с уровнями CMOS или ТТЛ; микросхема требует подклю-
чения источника питания с напряжением +3 В или +5 В Фиксиро-
ванные СШП-аттенюаторы НМС650/658 с рабочей полосой частот до
50 ГГц и ослаблением до 20 дБ выполнены на основе пассивных
резистивных структур с входным и выходным сопротивлениями по
50 Ом и допускают уровень входного сигнала до 300 мВт. Они имеют
бескорпусное исполнение с размерами 0,66x0,54 мм.
Аттенюатор поглощающего типа с аналоговым управлением
НМС346, предназначенный для интервала частот от постоянного
тока до 20 ГГц, изменяет коэффициент ослабления на 30 дБ при вари-
ации управляющего напряжения от 0 до -3 В с паразитным измене-
нием фазового сдвига до 200°.
Двухразрядный цифровой аттенюатор HMC467LP3 обеспечивает
в полосе частот от постоянного тока до 6 ГГц изменение коэффици-
ента ослабления на 6 дБ с шагом 2 ± 0,2 дБ при Ръх 1РЗ = +50 дБмВт
Управление производится стандартными сигналами ТТЛ-уровней
с током не более 0,7 мА, а задержка переключения не превосходит
155 не Наибольшее паразитное изменение фазового сдвига состав-
ляет 6°. Аттенюатор размещен в стандартном корпусе LP3 с разме-
рами 3x3x1 мм Шестиразрядный цифровой GaAs-аттенюатор
НМС424 предназначен для полосы частот от постоянного тока до
13 ГГц. Он обеспечивает (рис. 2 88) изменение ослабления в преде-
лах от 0,5 до 31,5 дБ с шагом 0,5 дБ изменением кода VI—V6. Напря-
жение питания Е0 составляет -5 В с током потребления 2 мА. Управ-
ляющие логические сигналы имеют уровни -0,5 и -4,5 В с током
нагрузки не более 5 мкА, а задержка переключения не превышает
50 не. Наибольшая входная мощность по уровню компрессии 0,1 дБ
составляет +22 дБмВт Наибольшее паразитное изменение фазового
■г.
i XI
Н-
п
:—©л»
Г
1 1 VI | 1 V2 | Гуз] ГуГ| 1 V5 | ГуТ] '
Рис. 2.88. Функциональная схема 6-разрядного аттенюатора НМС424 с цифровым
управлением (VI—V6 — разряды кода управления)
227

1
Особенность
3 !-1
Начальн
потери 1
дБ
к
s £ л f-
£ о Q-QQ
С ой, Ч
4s
OS
"^
убина
ения
дБ
Гл;
ослабл
Полоса
частот Af,
ГГц
Е-
Модель, сери:
н
о
е
0Q
1
^
ir>
«п^
о"
-н
о
m
0,8—1 1
3
S
е
3-1052-30 00
JU
ПМ, ВМ
1
„
in
о
■si-
| ДоЗ |
3
s
е
hip-120-40
"
£
о
bs.c
я
с:
3:'
3
SMA
0 75
r-
m
о
m
О
ч
4—8 |
$
cu
ОСА8-30
in
ЭМР, З мс
1
m
m
127
§
Я"
OMDA127-3
*
.com
3
astri
1
wwalan
3
3
S
С
Э
и
1
о
fN
^Г
чо
О
et
0,1—20 1
n.
оо
Я"
Q
GTN-0320-00D
30
<•=•
е-
о
>
я
о
nmi
пса
ш<
эшв мм
^
| ДрТ, ВС
1
о
m
°„
m
0,01—2 |
о.
г-
1=Г
AD2104
н
£
о
тх.<
hfo:
ww amp
*
и
СШП, ПМ, 5i
1
v©
r-
(N
|
(N
| До 50 |
<
>
>
VD50SC
э
E
х.сс
ella
ww.cent
*
ТЗ, ПМ, 3
1
r-
m
| До 18 |
и
s
e
RM080CN03G
X
£
о
ww.emc
*
о
2
1
r^
(N
in
in
|
8—12 |
<
>
>
TNI 2400
<
com
p
wav
icro
ww.esm
*
ВС, 20 не
1
m
о
^
о
t=t
0,5 — 18 |
Я"
А-0518-1-40
ел
Е
о
Ё
wweyal
*
OQ
OQ
1
*
о
о
m
о
<=*
1,7—140 1
<о
Си
ерия 020
и
£
s
я
£
О
X
о
(N
и
е
1
о
(N
(N
m
6—18 |
Я"
HASE Inv
*
com
»
wav
icro
ww.gtm i
*
0Q
Управление
о т - 4 до +4
1,5
r-
o
(N
О
t=t
17—27 1
<
>
>
MC-VVD102
= 1
MMB
(N
1
1
■sf
o
^
70—86 |
<
>
>
MC-VVD104
L±J
£
s
{
£
OQ
s
Ю
(N
in
in
T
m
ЧО
О
Я"
MC624LP4E
L±J
вм, ммв
0,15
о
in
1
1
| До 50 |
e
MC650
£_
228

500 МГц
1
+25 |
CN
h^
m
2,2
<=>
CN
Г
r
vO
1C34
2
I
TTL/CMOS,
33 МГц
1
+46 1
in
^
m
3,5-
m
i
Я"
■*
IC42
2
ac
£
о
ww.hittite
S
о
in
С
с
1
о
m
v^
in
^t
§
Я"
F-AT4510
Qi
X
II com
£
ww.honey
£
К, СШП
1
о
m
о
CN
§
О
"t
a
икс 1
e
640
e com
microwav
%
-o
£
£
CO
OQ
1
о
m
о
vO
и
■"3-
1
1
vO
CN
Per 1
A-28
ОС
Q
com
J5
ww.millite
&
g
ПМ, ВС, 0,02 м
1
m
^
о
vO
1
1
О
о
<?
0 95-
$
>
S
0-
2
£
о
ww.miteq
£
о
X
о
1
о
CN
1
1
"Г
1
CN
Я"
vO
о
vO
О
[WSA
2
>ra com
ww mw-el
£
2
1
m
m
о
<7
J_
о
CN
§
ИКС 1
e
Q.
JS
и
com
ww piconi
£
<
<
1
m
m
О
<?
1
О
vo
§
ИКС 1
e
CO
-a
><
fN
О
5>
о
£
ndcom
о
ww.picose
£
ВМ, К
1
■sr
</-v
о
0,5-
■^
cn"
3
ИКС 1
e
о
in
PAX-2
a:
com 1
icrowave
£
ww res-nei
£
3
1
^
"t
_
<7
J_
1
0 8-
$
>
CN
101-
>
<
sine com
ww skywo
£
К, ТТЛ, ВТ
0,1 1
о
m
127
£
§
Per |
S-12V
-A-l-
-127-
ГЛ
in
£
о
ww trilithi
£
cT
1
о
vO
I
00
1
0 75-
$
>
0-HC
GOOi
(-
<
com
ww.umccl
£
^ s аз
5 я m i
i
| g- 8. S
О >S vj
a. 2 - I i
I 5
I I Л I
His
я м x
с oa
и « * :
о n ° = I
s I ? S «
IT'S-!
о <
о ел
*. I S ST i
§ -
I
gis
" J0 H
5 8
H1
о н 5 *
-в" £* 2- н"
! Hi
I
S 8
8.s
и S
X О
Г) Q.
э S s |
а
II
«■Si*
11
^1
8 1И s
| | 3 ее
S ■=! T 9
я =; о S
0 s g a.
1 S g g
i i о
< S 2 I
> я 3 '
= I CO 3
у CO c£ g
!S
н о
: g a.
ill
§^
Q. - =5
^ S О
s s I
I X 00
I 2«
ь а з
229

сдвига составляет 75° Аттенюатор имеет бескорпусное исполнение с
размерами 1,4x0,85x0,1 мм Выпускаются подобные дискретно
управляемые аттенюаторы с положительным напряжением питания,
с последовательным интерфейсом установки кода
Разветвители мощности (Splitters) различаются диапазоном и
полосой рабочих частот (до 6,5 ГГц), количеством каналов (от 2 до 48),
номинальным сопротивлением оконечных нагрузок (50 Ом, 75 Ом,
50/75 Ом или 75/50 Ом), фазовым сдвигом между каналами (0°, 90°
или 180°), входной мощностью (от 0,5 до 10 Вт) Узлы этого типа вза-
имные, поэтому могут использоваться либо как разветвители
(Splitters), либо как сумматоры (Combiners) Разветвители/сумматоры
на два направления с поворотом фазы в одном из каналов на 90° необ-
ходимы в квадратурных мостовых схемах сложения мощности, в
балансных каскадах, в смесителях с подавлением зеркального канала
В табл. 2 34 приведены характеристики некоторых моделей раз-
ветвителей/сумматоров. Данные по вносимым дополнительным
Таблица 2 34 Характеристики разветвителей/сумматоров мощности
фирмы «Mini-Circuits»
Модель
SBB2-23
SCL-2-10
SBTC-2-10-5075
QCN-34
JEPS-16-1W
ZB5CS-920-10VW
QCC-20
Частота/
ГГц
2—2,3
0,8—1
0,05—1
2,5—3,4
0,005—1
0,45—0,92
1,2—2,2
Изоляция, дБ
-24
-30
-25
-32
-36
-26
-35
Потери, дБ
0,6
0,5
0,7
0,4
0,8
0,5
0,4
о
и
S -
1*?
X
со
10
10
0,5
15
0,5
10
17,5
Разбаланс фаз,
град
3
4
1
1
8
—
1
Разбаланс
амплитуд, дБ
0,3
0,25
0,5
0,4
0,7
0,1
0,4
Особенность
2С,
ПМ,
УТ
2С,
ПМ
2С,
ПМ
2Kb,
ПМ
16С,
ПМ
5С
2Kb,
ПМ,
УТ
Примечание 2С — два синфазных канала, ПМ — для поверхностного монтажа,
2Kb — два квадратурных канала, 5С — пять синфазных каналов, 16С — шестнадцать син-
фазных каналов, УТ — ультратонкий
230

потерям в ней даны по сравнению с минимальным теоретическим
значением (2 канала — 3 дБ; 3 канала — 4,8 дБ; 4 канала — 6 дБ; 5 кана-
лов — 7 дБ; 6 каналов — 7,8 дБ; 8 каналов — 9 дБ; 16 каналов — 12 дБ;
24 канала — 13,8 дБ; 48 каналов — 16,8 дБ) В табл.2 34 можно
обратить внимание на модели с высоким качеством симметрирова-
ния каналов по фазе (до 1 °) и по амплитуде (до 0,4 дБ), а также на
достигнутый уровень мощности суммарного сигнала (до нескольких
десятков ватт) Например, разветвитель/сумматор ZX10-2-126 фирмы
«Mini-Circuits» функционирует в полосе частот 7,4—12,6 ГГц с соб-
ственными потерями 0,25 дБ Размеры разветвителей/сумматоров для
поверхностного монтажа серии SBTC едва ли не наименьшие среди
аналогичной продукции других производителей: SBTC-2-25, функ-
ционирующий для частот от 1 до 2,5 ГГц имеет форму куба со сторо-
ной 3,8 мм
Для модуляции мощности сигнала выпускаются аттенюаторы с
цифровым (серия DAT) и с аналоговым (серия EVA) управлением,
широкополосные выключатели (серия ZNBT), коммутаторы кана-
лов (десятки серий), ограничители (серия PLS) Цифровой аттенюа-
тор модели DAT31575-SP обеспечивает в полосе частот до 4 ГГц дис-
кретные значения ослабления до 15,5 дБ, переключаемые за 1 мкс с
шагом 0,5 ±0,1 дБ при входной мощности до +24 дБмВт; он выпол-
нен по LTCC-технологии в виде 16-выводной микросхемы поверхно-
стного монтажа размером 4x4x0,9 мм, которая управляется последо-
вательным интерфейсом с ничтожным током потребления до 10 мкА
В серии DAT имеются модели с последовательным и с параллельным
интерфейсом цифрового управления уровнями ТТЛ Коаксиальный
выключатель сигнала модели ZNBT-60-1W обеспечивает в диапазоне
частот от 2 МГц до 6 ГГц ослабление в открытом состоянии на 0,2 дБ,
в закрытом состоянии 75 дБ при уровне входной мощности до 1 Вт и
может использоваться совместно с широкополосными усилителями,
лазерными диодами, в качестве элементов антенных систем, в изме-
рительных установках.
2.6.5. Коаксиальные и волноводные соединители
При создании и испытаниях любой аппаратуры СВЧ-диапазона
необходимо обеспечивать соединение электронного блока с источни-
ком сигнала, с другими блоками, с антенной, нагрузкой [55, 56] При
этом соединение должно быть согласовано с подключаемыми бло-
ками во всей полосе частот сигнала и в диапазоне изменения деста-
билизирующих внешних факторов При низком качестве согласова-
ния часто не удается реализовать потенциальные возможности
радиосистемы, тогда как высокое качество позволяет снизить требо-
вания, предъявляемые к функциональным узлам аппаратуры.
231

К наиболее важным электрическим и эксплуатационным парамет-
рам радиочастотных соединителей относятся:
волновое сопротивление: чаще всего применяются узлы с сопро-
тивлением согласования 50 Ом; отдельные модели рассчитаны на 75 Ом,
специализированные соединители для двухпроводных линий имеют
волновое сопротивление 78—130 Ом Волноводные соединители
характеризуются маркой или сечением волновода;
диапазон рабочих частот: наибольшие значения — от постоянного
тока до 65 ГГц без резонансных явлений;
коэффициент стоячей волны напряжения — КСВН (VSWR);
коэффициент потерь в прямом направлении (Insert Loss — IL).
Этот параметр зависит от частоты, и для большинства изделий спра-
ведлива оценочная формула IL = 0,03 Jf , где рабочая частота /
выражена в гигагерцах;
диапазон рабочих температур окружающей среды; наибольший*
от-65до+165°С;
уровень паразитного излучения (RF Leakage)- в лучших моделях
не более -90 дБ;
гарантированное число циклов замыкания и размыкания* в луч-
ших моделях до 1000;
сопротивление изоляции: в лучших моделях порядка 10 ГОм;
сопротивление замкнутых внутреннего и наружного контактов* в
лучших моделях не более 0,2 мОм;
максимальная проходящая мощность: в лучших моделях до 1,2 кВт;
конструктивно-присоединительные параметры: усилие соедине-
ния/разъединения и др , варианты сочетаний параметров.
Можно выделить следующие интернет-адреса фирм, выпускающих
наиболее конкурентоспособную продукцию этого вида (табл. 2.35,
стр. 236)-
www minicircuits com, www aeroflex com, www ameramp com,
www macom.com, www tycoelectronics com, www kmwinc com,
www quartz ru, www.micran ru, www.nardamicrowave com,
www spectrumcontrol.com, www.tusonix.com, www.coaxicom.com,
www amphenolrf.com; www tensolite.com; www deltarf.com;
www radiall com; ebiz midwest-microwave com;
www svmicrowave com; www.pasternack.com;
www.aepconnectors com; www hubersuhnerinc.com (табл. 2 35)
На мировом рынке электронных компонентов широко представ-
лены радиочастотные коаксиальные соединители серий 7/16DIN
(предназначена для цепей с повышенной проходящей мощностью);
N (устойчивы к износу, выпускаются в исполнении, защищенном
от воздействия агрессивных сред, обеспечивают соединение СВЧ-
цепей, работающих с сигналами на частотах до 11 ГГц); BNC (обес-
232

печивают работу в полосе частот 4—11 ГГц; Mini-UHF (для присоеди-
нения разнообразных гибких коаксиальных кабелей типа RG-58 и для
сопряжения с печатными платами); 1.0/2.3 (для компактной аппара-
туры авиационного и космического назначения, работающей на час-
тотах до 10 ГГц); SMP (субминиатюрные соединители для сигналов с
частотой 18—40 ГГц); SMA (для цепей с сигналами на частоту до
18 ГГц); SSMB, SSMA, ММСХ, 1 85mm, SMPM (микроминиатюрные
соединители для сигналов с предельно высокими частотами (до
40 — 65 ГГц). Типичные частотные диапазоны основных типов
соединителей представлены на рис. 2.89
Сочленения неподвижной и подвижной частей радиочастотных
соединителей могут выполняться путем давления, свинчивания,
защелкивания, смещения, байонетного замыкания, механической
блокировки. При этом значения усилия соединения/разъединения и
силы сдавливания в контактной зоне различны Ряд конструктивных
решений в этой области запатентованы На неподвижной (Jack) части
коаксиального соединителя стандартной конфигурации размещается
гнездо (Female), а на подвижной (Plug) — вилка (Male) Европей-
скими и американскими стандартами разрешены и выпускаются
соединители «обратной полярности», а также смешанной (Herma-
phroditic) конструкции
Конструкции соединителей различаются типом кабеля (полужест-
кий, гибкий или сверхгибкий); способом соединения с внешними
высокочастотными цепями центрального и внешнего проводников
(пайкой или сдавливанием); способом закрепления неподвижной
части (наружным или внутренним фланцем, двумя или четырьмя
винтами, гайкой, запрессовыванием, пайкой); видом основы непо-
движной части (металлическая панель блока, печатная плата); требо-
ваниями к влаго- и вибростойкости, к напряжению между централь-
ным и наружным проводниками, к изменению направления линии
передачи и др
Ограничения на наибольшую проходящую мощность соедините-
лей возникают из-за вероятности появления короны на внутренних
участках соединителя с повышенным градиентом изменения элект-
рического поля. Чтобы снизить влияние этого эффекта, оптимизи-
руют форму диэлектрических вставок, вакуумируют и обеспечивают
герметичность конструкции При повышенной высокочастотной
мощности могут возникнуть нелинейные искажения сигнала из-за
оксидной пленки с нелинейными вольт-амперными характеристиками
на поверхности ферромагнитного материала Для минимизации этого
эффекта ведущие производители соединителей используют немаг-
нитные сплавы, тщательно подбирают режим электрохимической
обработки поверхностей и их покрытия. При выборе сопротивления
в зонах контакта центрального и внешнего проводников, допусти-
233

wow
'BXMBXHOM OJOX/ChMWBE
3HH3iraHxoduoj
wOJ 'ИИПК1ГОЕИ
3HH3iraHxoduoj
gtf 'кинэьЛихи
ЧХЭОНТП01Д1
яо1гмип оя!ээьи1;о>1
tl J J l ЭХОХЗВЬ BH
'xg 'чхэонтпом-ьаэ
WW
'К1гэдвм dxawBHff
otr'tijj
'вхохэвь KKHxdag
Серия
Сайт
ЧО
0,05
-65
500
800
2,3-1,4
о
SMP
Тефл
in
1
500
800
1
о
2.92mm
www.aepconnectors.com
1
in
0,1
о
00
500
800
1
о
ЧО
1 85mm
1
1
in
1
500
1000
1
2,6
Mmi-UNF
1
1
о
1
500
100
2,3
о
1 0/2.3
1
0,2
in
-90
500
1200
ЧО
00
Z
www.amphenolrf com
1
ro
in
-70
100
RG402/U
3.5mm
1
m
in
1
500
1
4,5
о
SMA
1
1,5
in
-55
500
800
1
'3-
BNC
1
1
in
1
500
3000
-
ЧО
7/16DIN
£
с
£
с
с.
>
с
с
3
1
Cs|
in
-90
1000
1
RG402/U
00
ВМА
3
>
3
1
:
!
>
1
^
ir>
о
ЧО
1
500
800
1
оо
TNC
2прКаб
(N
in
1
500
1
1
-
BNC Twmax
www.deltarf com
1
<N
0,1
-100
500
1200
5—11
-
и
www.midwestmicrowave com
1
-
-
oo
1
500
1200
2—5
-
www.pastemack com
234

2Коакс
-
о
1
500
800
1
Nt
BNC Тпах
1
m
(N
О
чо
1
1000
о
-
чо
ММС
с
с
1
CN
ч~>
-100
500
100
2,1
о
SSMA
3
i
1
1
1
-
1
1000
1
-
SMPM
1
10
-
1
500
1
1
\D
ММСХ
www.tycoelectromcs.com
и
H
Ю ей
61
и
£ §
О.
ел
Е
Е
<
ел
ел
г i г = = = = ё г е е = е:е = = е = = ^ = = = = = =:е е = е = =:= е г г г е с = = = е = = = = з вма
_
z
::::::i ::::::;:: ::::;: ::::::::::::::: :| | ()/2 3 '
и
X
и
Si
чО
••и
:: z
и.
I
Э
i
5
н
о
-Z-
оэ
I
235

мого уровня СВЧ-мощности, а также гарантированного числа циклов
соединения и разъединения производители выбирают компромисс
между значениями высокочастотных и механических параметров
соединителя
Различаются радиочастотные соединители и по относительному
уровню паразитного СВЧ-излучения (Leakage) в районе контактной
зоны Для недорогих моделей этот параметр составляет - 40 дБ. Для
моделей, оптимизированных по уровню паразитного излучения,
например для серии SMA корпорации «Coaxicom», гарантированный
уровень такого рода излучений не превышает -100 + /, где рабочая
частота / выражена в гигагерцах, а относительный уровень излуче-
ний — в децибелах С увеличением рабочей частоты возрастает
гарантированный уровень стоячей волны в соединителе КСВН
Например, для серии SMA компании «Radiall» в полосе частот до
40 ГГц гарантированный КСВН не хуже 1,05 + 0,005/ Фактические
значения КСВН меньше значений, полученных по подобным форму-
лам (рис 2.90).
Для межблочных соединений возникает необходимость в одно-
временном соединении/разъединении нескольких СВЧ или оптиче-
ских линий Многие крупные производители выпускают подобного
рода комбинированные соединители от 5 до 12 линий, в том числе
для радиосигналов с частотой до 40 ГГц или волоконно-оптических
линий. Ввиду значительного разнообразия вариантов соединителей
даже в рамках одного производителя каждый из них выпускает зна-
чительное количество адаптеров (переходов) с одной серии на дру-
гую. Если в аппаратуре используются несколько серий соединителей,
то при проведении работ требуется набор разнообразных адаптеров.
Применение цепочек из нескольких последовательно включенных
адаптеров существенно снижает полосу и ухудшает другие высоко-
частотные свойства цепи. Наряду с собственно адаптерами, ряд про-
изводителей (например, корпорация «Coaxicom») выпускают такие
сопутствующие коаксиальные изделия, как адаптоаттенюаторы,
ксвн
1,251 1 1 1 1 1 1 1 1 1
1,20
1,15
0 5 10 15 20 25 30 35 /, ГГц
Рис. 2.90. Зависимость КСВН от частоты для соединителя серии SMP фирмы «SV Micro»
236

добавители фазы (Phase Adjuster), узлы подстройки фазы (Phase
Trimmer), разделители по постоянному току (DC Block), согласован-
ные нагрузки, короткозамыкающие (Short) или разомкнутые (Dust
Caps) антипыльные крышки и др. Весьма полезными могут оказаться
наборы оснастки для качественной заправки кабелей в микромини-
атюрные соединители, без чего трудно обеспечить нужное качество
соединения и реализовать гарантированные параметры
Фирма «Mini-Circuits» выпускает широкую номенклатуру согла-
сующих и ответвляющих узлов для СВЧ-трактов диапазона частот от
постоянного тока до 18 ГГц. Например, микроминиатюрный направ-
ленный ответвитель BDCA1-10-40 обеспечивает в полосе частот
1,6 — 4 ГГц ослабление на 10 ± 0,7 дБ с коэффициентом направлен-
ного действия 21 дБ при проходящей мощности до 24 Вт Ответви-
тель BDCA-10-25 выделяет падающую и отраженную волны в
полосе частот 0,8—2,5 ГГц с направленностью не менее 33—37 дБ в
двух направлениях, рассчитан на мощность 50 Вт и размещен в кера-
мическом корпусе размером 7,6x6,3x1,8 мм. Адаптоаттенюаторы
отличаются очень хорошим и равномерным по сверхширокому диа-
пазону частот согласованием и установкой заданного ослабления (3,
6 или 10 дБ) с погрешностью не более 0,1 дБ при мощности до 0,5 Вт
Направленные ответвители серии ZX-30 с коаксиальными соедините-
лями обеспечивают высокие направленные свойства в полосе от 5 МГц
до 2 ГГц Согласованная коаксиальная нагрузка ANNE-50X имеет
сопротивление 50 Ом в полосе частот от постоянного тока до 20 ГГц
с коэффициентом отражения не более -40 дБ до частоты 4 ГГц и не
более -30 дБ в полосе 10—20 ГГц. Эталонные коаксиальные кабели
серии CBL, кроме хорошего согласования, отличаются высокой надеж-
ностью, так как выполнены со стальной гибкой защитной оплеткой
и различаются вариантами оконечных соединителей и длиной
Отечественные производители выпускают широкую номенкла-
туру радиочастотных соединителей (ПО «Октябрь», г Каменск-
Уральский; НИПИ «Кварц», г. Нижний Новгород; ЦНИИИА, г Сара-
тов; НПП «Исток», г Фрязино; НПФ «Микран», г. Омск). Обзор этой
продукции дан в [56]
Кроме соединителей для массового применения в стандартных
условиях выпускаются специализированные соединительные изде-
лия Среди них можно выделить*
соединители для экранированных двухпроводных линий (Twin);
соединители с двумя экранирующими оплетками (Triax), облада-
ющие пониженным уровнем паразитного излучения;
межблочные соединители, оба сочленяемые узла которых закреп-
ляются на корпусах, — конструкция такого разъема предусматривает
патентованные меры по коррекции несоосности Пример — соедини-
тель AFI с полосой частот до 6 ГГц фирмы «Amphenol»;
237

соединители, допускающие вращение вокруг центрального про-
водника на 360° (серия ММСХ);
соединители со встроенным четвертьволновым шлейфом (серия
Quarter Wave Stub — QWC), позволяющие улучшить согласование
при известной частоте сигнала;
серии с поворотом линии передачи на 90° под прямым углом или с
определенным радиусом изгиба;
серии с «прыгающим» механизмом соединения; они отличаются
малым усилием для приведения разъема в разомкнутое или замкну-
тое состояние;
комбинированные соединительные конструкции, в которых одно-
временно коммутируются от 5 до 12 коаксиальных или волоконно-
оптических кабелей.
Для создания высококачественных устройств электроники СВЧ,
передающих и приемных антенн, измерительного оборудования на
частотах от 2 до 170 ГГц необходимы компоненты волноводных
трактов различного сечения По сравнению с коаксиальными, тракты
на металлических полых волноводах пропускают более высокую
СВЧ-мощность, меньше электромагнитное излучение в окружающее
пространство, имеют более низкое погонное затухание, могут
использоваться для значительно более высоких частот На мировом
рынке лишь немногие производители имеют опыт и технологические
возможности для обеспечения нужных показателей качества волно-
водных изделий
Волноводные аттенюаторы и фазовращатели (Phase Changers)
фирмы «Flann Microwave» выполняются поляризационного типа
(Rotary Vane) для частот от 3,3 до 140 ГГц (20 типоразмеров волно-
вода от WG10 до WG28). Разработаны ручные, электромеханические
и программируемые механизмы установки ослабления и фазового
сдвига, которые позволяют изменять ослабление в пределах от 0
до 60 дБ с погрешностью установки 1—2 %, значение ослабления не
зависит от частоты в пределах широкополосности волновода. Волно-
водные согласованные нагрузки (поглотители) выполняются для
частот от 1,14 до 140 ГГц. В номенклатуре волноводных изделий
предусмотрены секции соединения небольшой длины между различ-
ными сечениями и фланцами волноводов с учетом типа волны; пере-
ходы от круглого волновода к прямоугольному, от линейной поляри-
зации в плоскости Н к линейной в плоскости Е; секции (Bends,
Twists) со скрученным на 45° или на 90° волноводом, с поворотом на
30, 45, 60, 90° в плоскости Н или Е; преобразователи круговой поля-
ризации в линейную (Ortho-Mode Transducers). Потребители могут
выбрать материал, из которого выполнен компонент: латунь, медь
или алюминий
238

Контрольные вопросы к гл. 2
1 Чем отличается оценка нестабильности частоты по вариации Аллана от
параметра кратковременной средней квадратичной нестабильности частоты9
2 Какими параметрами характеризуются уровень и расположение сосредо-
точенных по частоте составляющих спектра колебания9
3 Какими параметрами характеризуются симметрия и мощность двухуров-
невого выходного сигнала источника колебаний9
4 Какие преимущества имеют кварцевые резонаторы SC-среза9
5 Как формируются выходные сигналы источников с кварцевой стабилиза-
цией на частотах ниже 10 МГц и выше 150 МГц9
6 Сопоставьте технические параметры кварцевых и диэлектрических резо-
наторов
7 Какими средствами и в каких пределах изменяется частота в автогенера-
торах с диэлектрическими резонаторами9
8 Для решения каких задач организуется расширение спектра колебаний
тактовых генераторов9
9 Сопоставьте параметры источников колебаний с прецизионной стабиль-
ностью частоты
10 Какие значения относительной полосы перестройки частоты, выходной
мощности и средней частоты могут быть реализованы в ГУН9
11 Как сравнить ГУН различных диапазонов частот по их характеристикам
уровня собственного фазового шума9
12 Какие типы источников колебаний пригодны для получения минималь-
ного уровня белого фазового шума вблизи несущей частоты9
13 Для решения каких задач используется синхронизация рубидиевого стан-
дарта частоты по сигналам спутниковых радионавигационных систем9
14 Как функционирует оптический стандарт частоты9
15 При решении каких задач нормируется неравномерность коэффициента
усиления и группового времени запаздывания по рабочей полосе частот9
16 Какие наименьшие значения коэффициента шума усилителя реализуемы
в дециметровом, сантиметровом и миллиметровом диапазонах длин волн9
17 Для решения каких задач в состав твердотельных усилителей мощности
включают управляемый аттенюатор9
18 Как отводится излишнее тепло в твердотельных усилителях с выходной
мощностью до 10 Вт в диапазоне миллиметровых волн9
19 Какие значения энергетического КПД достижимы в усилителях СВЧ9
20 Какие типы усилителей СВЧ имеют наибольшую широкополосность по
частоте9 Чем в них ограничена полоса рабочих частот9
21 Где используются двунаправленные, ограничивающие, преобразующие
сопротивление (трансимпедансные) усилители СВЧ9
22 При каких сочетаниях параметров и условий работы вакуумные усили-
тели СВЧ предпочтительнее твердотельных9
239

23 Какими параметрами и по каким методикам оцениваются интермодуля-
ционные искажения широкополосных и многочастотных СВЧ-сигналов при уси-
лении их мощности9
24 Как характеризуются нелинейные амплитудные искажения и ампли-
тудно-фазовая конверсия в усилителях СВЧ-мощности9
25 Для решения каких задач используются линеаризаторы в вакуумных и
твердотельных усилителях мощности9
26 Для решения каких задач используются умножители частоты9
27 Какие факторы ограничивают кратность умножения частоты9
28 В чем различие схем нерезонансных умножителей частоты с четной и с
нечетной кратностью умножения9
29 На каких частотах появляются мешающие составляющие спектра во
входной и выходной цепях учетверителя частоты с выходной частотой 12 ГГц9
30 Как выполняются умножители частоты с высокой (более 13) кратностью9
31 Для решения каких задач в состав делителей частоты вводятся усилители
СВЧ-сигналов9
32 В каких случаях используются двухмодульные делители частоты9
33 В чем различие смесителей для преобразования частоты вверх, для пре-
образования частоты вниз, для модуляции несущего колебания и для фазового
детектирования9
34 Как количественно характеризуется уровень комбинационных составля-
ющих различного порядка в выходном токе смесителя9
35 Как минимизировать уровень мешающих комбинационных составляю-
щих в полосе рабочих частот на выходе преобразователя частоты9
36 Для чего используются балансные, дважды балансные и трижды баланс-
ные смесители9
37 Чем отличаются параметры и условия применения субгармонических,
гармониковых смесителей, смесителей с подавлением зеркального канала9
38 В каких технических ситуациях используются двухканальные смеси-
тели9
39 Чем различаются условия применения управляемых фазовращателей и
управляемых линий задержки9
40 Какие технические решения используются для преобразования однофаз-
ного гармонического колебания в два синфазных, в два квадратурных, в два про-
тивофазных9
41 Как устроен модулятор сигналов с бинарной фазовой манипуляцией
2ФМ9
42 Как устроены модуляторы сигналов 4ФМ, 8ФМ9
43 Какими параметрами характеризуются прямые векторные модуляторы
СВЧ-диапазона9
44 Для решения каких задач применяются интерполирующие квадратурные
модуляторы9
45 Как подавляются зеркальные составляющие на выходе модулятора с циф-
ровым входом модулирующих сигналов9
46 Чем различаются активные и пассивные электронные компоненты9
240

47 Какая эквивалентная схема используется в диапазоне СВЧ для учета
паразитных параметров конденсаторов, резисторов и индуктивных катушек9
48 Какими параметрами характеризуется качество симметрирующих транс-
форматоров, разделительных конденсаторов, элементов подключения смещения
в диапазоне СВЧ9
49 По каким параметрам выбираются технология выполнения, тип частот-
ных характеристик, количество звеньев частотного фильтра9
50 Каково функциональное назначение частотного мультиплексера, дуплек-
сера, диплексера, гармоникового фильтра, фильтра электромагнитных помех,
направленного ответвителя9
51 Перечислите варианты конфигурации и технологии реализации переклю-
чателей цепей СВЧ
52 Сопоставьте параметры механических, микроэлектромеханических и
полупроводниковых СВЧ-ключей
53 Какими параметрами характеризуются динамический диапазон и шаг
перестройки управляемых ослабителей СВЧ-сигналов
54 Сопоставьте технические параметры и характеристики коаксиальных и
волноводных соединителей и элементов тракта СВЧ в различных диапазонах
частот

Глава третья
СИНТЕЗАТОРЫ СТАБИЛЬНЫХ ЧАСТОТ
3.1. Общие положения
Функционирование радиотехнических систем основано на извле-
чении информации из радиосигналов, обладающих высокой стабиль-
ностью собственных параметров* частоты, фазы, формы огибающей
Для этого необходимы источники опорных колебаний, устойчивые
по отношению к различным дестабилизирующим воздействиям, а
также технические возможности управления этими параметрами
Задача одновременно стабилизации и управляемости решается с
помощью синтезаторов частот (СЧ), которые преобразуют колебания
опорного генератора с исходной частотой, принимаемые за эталон-
ные, в сигналы желаемого значения частоты с незначительной поте-
рей эталонных свойств
Синтезатором частоты называют устройство, которое преобразует
гармоническое колебание опорного источника u0(t), частота/0 кото-
рого принимается за эталонную (Reference Frequency), в колебание
мвых(0 с частотой /вых при допустимых погрешностях установки
номинального значения частоты/ВЬ1Х; уровне дискретных и шумовых
составляющих спектра вблизи несущей частотой; нестабильностях
параметров при действии дестабилизирующих факторов [8,9, 57—59].
При высоких требованиях к стабильности и чистоте спектра
выходного сигнала используют следующие СЧ:
прямые цифровые синтезаторы (Direct Digital Synthesizer —
DDS), называемые иногда цифровыми вычислительными синтезато-
рами (ЦВС), — строятся на основе вычислительных операций с
кодами отсчетов сигнала и выходного цифроаналогового преобразо-
вателя (ЦАП) Такие СЧ обеспечивают малые погрешности уста-
новки параметров, имеют широкие возможности по модуляции,
небольшое время перехода от одной частоты к другой, но их выход-
ные частоты ограничены быстродействием цифровых узлов;
синтезаторы на основе фазовой автоматической подстройки
частоты (ФАПЧ) (Phase Locked Loop — PLL) — используют для
получения выходных колебаний управляемого напряжением генера-
тора (ГУН), частота которого синхронизирована по опорному источ-
нику с помощью обратной связи. Такие синтезаторы практически не
242

имеют ограничений по выходной частоте, но сложнее в настройке и
ограничены по функциональным возможностям.
Основные технические характеристики и параметры СЧ можно
разделить на три группы а) характеристики выходного сигнала;
б) параметры цепей управления и питания; в) параметры чувстви-
тельности к внешним воздействиям. Отметим главные из них
К характеристикам выходного сигнала относятся следующие:
1) граничные значения выходных частот^ иУниж' котоРые опре-
деляют относительный диапазон перестройки частоты ks=f х//шж;
2) количество частот сетки N и закон расположения их на частот-
ной оси (равномерный, логарифмический, квадратичный и тд.) Шаг
сетки частот для равномерного закона определяется соотношением
А/=(/верх-/ниж)/^
3) СПМ фазового шума выходного сигнала вблизи несущей час-
тоты Sy(F) в зависимости от отстройки F при различных значениях
выходной частоты/вых Для простоты вместо зависимости S^(F) при-
водят среднее квадратическое отклонение (СКО) частоты от номиналь-
ного значения за определенный отрезок времени (например, за 1 с);
4) длительность переходного процесса тпер по частоте и фазе
после переключения на соседнюю частоту сетки;
5) мощность выходного сигнала Рвых на стандартном сопротивле-
нии активной нагрузки RH, что позволяет найти амплитуду напряже-
ния на нагрузке Um = 72/>вых/?н '
6) динамический диапазон гармонического сигнала SFDR
Кроме того, при разработке СЧ необходимо учитывать ряд тех-
нико-экономических и технологических параметров- диапазон
допустимых изменений питающего напряжения, температуры, влаж-
ности, атмосферного давления, уровня радиации; стойкость к ударам
и вибрациям; надежность по отношению к отказам, возможность
дистанционного управления; потребляемую мощность; ремонтопри-
годность; массогабаритные показатели; цену; возможность приобре-
тения и т.д
Иногда в число основных сигнальных параметров включают
также установившееся среднее квадратическое фазовое рассогласо-
вание (Phase Margin) Афуст, уровень и расположение по частоте
отстройки паразитных спектральных составляющих (ПСС) (Spurious
Characteristics), длительность процесса перестройки частоты т
(Lockup Time) Среди параметров цепей управления и питания ука-
зываются* вид интерфейса и способ установки параметров СЧ;
напряжение питания и ток (мощность) потребления (Power Supply
Requirements); дополнительные функции управления выходными
колебаниями Чувствительность к вариациям параметров внешней
243

среды и входных сигналов оценивается диапазоном рабочих темпе-
ратур и диапазоном допустимых значений напряжения питания
В настоящее время десятки фирм выпускают множество моделей
интегральных СЧ. Отметим электронные адреса (сайты) некоторых
из них (см приложение)-
www gigatronics com, www meretoptical com, www.miteq.com,
www analog.com, www.cti-inc.com, www emresearch.com,
www herley com, www.hittite com, www luffresearch.com,
www macom.com, www.microlambdawireless com,
www rtxtech.com, www sirenza com, www.specwave.com,
www synergymwave.com, www.zcomm com.
Основной технической характеристикой, определяющей качество
сигнала любого СЧ, является спектральная плотность мощности
(СПМ) его фазовых нестабильностей S'(F), где F = |/ - /вых | —
отстройка от несущей частоты (см § 1.3) Характеристика S(F)
отражает шумовые, регулярные и искажающие процессы, происходя-
щие во всех узлах СЧ. Некоторые производители СЧ в качестве
характеристики качества сигнала приводят значение среднеквадра-
тического дрожания фазы в градусах (RMS jitter phase) A CKO =
\Sv(F)dF/m
F
для широкого интервала отстроек F2
1 /
Однако для каждой радиотехнической системы надо использовать
конкретные значения пределов интегрирования, обычно отличающи-
еся от указанных в документации Кроме того, сосредоточенные
и распределенные по частоте компоненты S'(F) могут оказывать
различное мешающее воздействие в радиосистеме, поэтому исполь-
зуют отдельные нормы на шумовые и на дискретные составляющие
спектра.
3.2. Прямые цифровые вычислительные синтезаторы
В ЦВС выходной сигнал формируется на выходе цепочки из после-
довательно включенных накопителя кода частоты (НКЧ — Digital
Frequency Accumulator), накопителя кода фазы (НКФ — Digital Phase
Accumulator), модулятора кода фазы — МКФ, преобразователя кода
фазы в код амплитуды (ПК — Phase-to-Amplitude Converter) и —
цифроаналогового преобразователя — ЦАП (рис 3 1) При фиксиро-
ванных частоте и фазе выходного сигнала в НКФ на каждом
импульсе тактовой частоты fT происходит накопление значений кода
частоты Кг. Частота повторения циклов переполнения счетчика НКФ
244

Рис. 3.1. Структурная схема ЦВС
пропорциональна коду частоты /вых « (Ks/R)fT, где R — объем счет-
чика НКФ Погрешность установки частоты (минимальный шаг син-
теза) определяется погрешностью дискретизации при некратных зна-
чениях R и Кг Относительное значение этой погрешности обратно
пропорционально объему счетчика Ar=fT/R и задается разрядностью
кода частоты Накопитель кода частоты может использоваться в
режиме автоматической перестройки частоты код Ка задает скорость
изменения Кг на соседних тактах суммирования. Модуляция фазы
выходного сигнала кодом Kfn мпп вводится в МКФ В блоке памяти ПК
ф МОД
по коду фазы К считываются коды синусного Ks и/или косинусного
Кс отсчетов выходного сигнала, которые в ЦАП преобразуются в
выходные напряжения ujj) и uc(t). Для ЦВС значение тактовой час-
тоты /т определяет высшую частоту выходного гармонического сиг-
нала, которая в соответствии с теоремой отсчетов не превосходит
половины частоты дискретизации. Низшая синтезируемая частота
при этом равна шагу Ду =/т/2 , где к — разрядность НКФ
В настоящее время ведущими производителями интегральных
ЦВС выступают фирмы с электронным адресом (сайтом)
www analog com, www.elvees.ru В табл. 3 1 представлены параметры
некоторых моделей цифровых вычислительных синтезаторов.
Значение Ду для синтезатора STEL-2375B составляет 0,23 Гц на
выходной частоте 100 МГц. Для синтезатора AD9854 использование
48-разрядного регистра частоты позволило резко снизить шаг по час-
тоте Повышение тактовой частоты заставляет разработчиков искать
способы формирования высокостабильных опорных колебаний с
частотой в несколько сотен мегагерц. В связи с этим в моделях
AD995* введены буферный генератор с подключаемым внешним
кварцевым резонатором на частоту, например, 20 МГц и программи-
руемый умножитель частоты в 4—20 раз, выходной сигнал которого
используется как тактовый. Качество выходного сигнала ЦВС опре-
деляется разрядностью ЦАП, близостью выходной частоты к поло-
вине частоты дискретизации и шумовым спектром источника такти-
245

и
QQ
Я
о
а
ато
S
син
ных
н
5
S
2
эвых
а
■е-
S
В
2
ы прям
аметр
а
я
С
—
s
к
Н
чхэоннэдоэо
а%
кинвхии эинэжкс!ивн
Эо '/ dXxBdauwax
xHhogBd HOEBUBHtf
yw 'мохиотлшчд
HHtiKirXcow nffHg
9*
'эитсмки-авхэоэ эиньодоц
ее >• <u
>»U «
ее 9- Q.
•e-to с
S
Ю
1
fS
о
1
ее
О.
я
и
о
а
*
—
ПНХхИШШВ
1Я£Вф СОМ
NXOXDBh
uvn
BXOXOBh КВЯОХМВJ,
J
4
о
2
JS
и
,
о
<Чсм
U1 1
1Л О
<5§
1
2
3"
ч
о
1
СМ
1
1
1
о
СМ
го
00
о
о
о
0Q
1--
ГО
ш
сл
£
о
и
0>
о
1
£
cl м
с х
ГО
ГО
°«о
Т °°
6§
о
II
з-е
1
1
о
■ч-
1
2
■ч-
СМ
с»
см
-
о
о
ГО
'Ч-
00
On
Q
<г
ПР/ПС,
См, ФД
ГО
ГО
°<л
т°°
6§
о
2
У
ч
1
1
>о
■ч-
1
1
2
<N
о
8
о
00
оо
On
Q
<-
аГ
с
00
—
Ои->
■ч- о
6§
">
2
е
1
1
о
см
1
2
2
СМ
ГО
■ч-
1
„
ON
ON
а
<
f=
о
00
о
с
£
>>" *' С
го * s
00
—
О ио
■ч- о
6§
2
^"1
с; з-е
1
1
о
CN
1
2
2
го
2
о
о
TJ-
ON
ON
Q
<
е-* о.
оо
""
1
1
*п
?'ll
с; тв
о
1
1
сч
"х
СМ
ЧО
СМ
оо
см
о
"х
о
о
о
ь
с=:
с
оо
2
§2
О ел
"a w
6-5
£ £
1> Ч
о и
О. со
о h «и
2 S Ё
« I s
Is*
I 5 2
s II
■5 I Э
e з i
is So,
Q.3C
h ffl 0
§?l
Ms
i 2 a
Tf
1 I
i ss
4 ч 3
leg
5 * «
1 =?
111
f II
ё 8.1
15
s сё x
О. О. 3
246

рования. В большинстве моделей используется достаточно высокая
(10—14) разрядность ЦАП, что обеспечивает содержание высших
гармоник не более -15 дБ В некоторых моделях (см., например,
AD9854) используются два ЦАП с квадратурными выходными сигна-
лами, каждый из которых формирует по два противофазных напряже-
ния. При этом на любой выходной частоте образуется ансамбль из
четырех сдвинутых по фазе на 90° сигналов одинаковых амплитуд,
необходимый для использования в квадратурных модуляторах или
демодуляторах, в однополосных преобразователях полосы частот
В структуре ЦВС отсутствует ГУН, поэтому собственный фазо-
вый шум синтезатора (Residual Phase Noise) незначителен- для
AD9858, например, 5ф (100 кГц) = -152 дБ/Гц при выходной частоте
5 МГц и частоте тактирования 300 МГц На рис. 3 2 показана харак-
теристика СПМ фазового шума для синтезатора STEL-2375B, снятая
при выходной частоте 325 МГц и тактовой частоте 800 МГц. Мощ-
ность выходного сигнала ЦВС определяется способностью ЦАП
поддерживать на нагрузке ток, определяемый выбранным отсчетом.
Поэтому обычно производители ее нормируют по току в миллиампе-
рах на резистивной нагрузке порядка 4 кОм
Уникальные возможности предоставляют ЦВС для перестройки
выходного сигнала по частоте Частота задаются вводом фиксирован-
ного кода Кг или автоматически перестраивается по линейному во
времени закону линейно-частотной модуляции ЛЧМ (Chirp Function)
в весьма широких пределах при сохранении формы выходного колеба-
ния. Разработчики синтезатора AD9954 предусматривают возмож-
■V дБ/Гц
'
JIII
тщП
i 1 мШ-
1 1^
III 1 1
1
Ш1
шы
■и in™
Ю 102 103 104 105 F, Гц
Рис. 3.2. Характеристика СПМ фазового шума вблизи несущей для синтезатора
STEL-2375B
247

ность запоминания нескольких частотных профилей для нелинейного
закона качания (свипирования) частоты. В AD9854 предусмотрены
режимы формирования сигналов с манипуляцией частоты или фазы
при стабильной несущей частоте Для этой цели в кристалл введены
два 48-разрядных переключаемых регистра установки дискретов час-
тоты и два 14-разрядных регистра установки фазы Продолжитель-
ность перехода на новую частоту в ЦВС не превосходит длитель-
ности одного периода выходного колебания без учета времени записи
кода частоты
В синтезаторе AD9854 имеется цифровой аппаратный перемно-
житель кодов выходных отсчетов на 12-разрядный код амплитуды,
который используется при статическом управлении амплитудой или
при амплитудной модуляции Возможность вводить код /Сф МОд позво-
ляет цифровым способом формировать сигналы с непрерывной
фазой (КАМ, ЧМ) при переключении частоты
Российское предприятие НПЦ «Элвис» выпустило синтезатор
1508ПЛ8Т (рис. 3 3). Этот двухканальный ЦВС обеспечивает форми-
рование гармонических квадратурных колебаний и сигналов без
модуляции, с фазовой, частотной, амплитудно-фазовой, кодоимпуль-
сной модуляцией КАМ, с модуляцией частоты по линейному закону
ЛЧМ, с гауссовским сглаживанием фронтов манипуляции при час-
тоте дискретизации до 1 ГГц Полоса частот по каналу модуляции
при квадратурной схеме до 350 МГц, скорость передачи в каждом
канале до 100 Мвыб/с. Каждый канал содержит 48-разрядный нако-
питель кода частоты НКЧ, 48-разрядный накопитель кода фазы НКФ,
15-разрядный преобразователь фазы в амплитуду ПФА, 16-разряд-
ный регистр смещения фазы, модулятор амплитуды в виде 13-разряд-
ного четырехквадрантного перемножителя кодов ПК, 12-разрядный
регистр смещения постоянной составляющей, 10-разрядный быстро-
действующий ЦАП В каждом канале имеется возможность выбрать
один из 64 профилей модуляции, содержащих коды скорости модуля-
ции £о, начальной частоты Ь0, начальной фазы к 0, амплитуды ка и
смещения синтезируемого сигнала ксм и производится линейная
интерполяция между записанными отсчетами Выбор регистра
памяти осуществляется либо асинхронно, либо аппаратно по задан-
ному алгоритму, либо подачей положительного фронта на соответ-
ствующие входы
В режиме ЛЧМ память профилей используется для частотно-зави-
симой кусочно-линейной коррекции синтезируемого сигнала Такая
коррекция позволяет исправить искажения АЧХ вида sine х = (sin х)1х
и ввести предыскажения для компенсации погрешностей аналоговой
части тракта На входной делитель тактовой частоты +п с коэффици-
ентами деления п = 1, 2 и 4, построенный по логической схеме
248

249

с переключателями тока, можно подавать сигнал с частотой до
4 ГГц. Вид модуляции (ЧМ, ФМ, AM, KAM и тд) определяется
содержимым соответствующих профилей и выбранным положением
мультиплексора МП. Для уменьшения нежелательного расширения
спектра синтезируемого сигнала при переключении профилей име-
ется функция плавного изменения параметров модуляции. Суть ее
состоит в сглаживании фронтов модуляции гауссовским фильтром
(ГФ). Для снижения уровня сосредоточенных спектральных состав-
ляющих спектра выходного сигнала введены рандомизаторы фазы
(РФ — код Крф) и амплитуды (РА — код К ) Выходные сигналы
Вых1 и Вых2 могут быть независимыми или изменяться синхронно
со сдвигом на 90° Входные данные могут быть представлены в пос-
ледовательном (ПС) или параллельном (ПР) коде. Линк-порт служит
для связи с внешними устройствами. Аналоговый компаратор с поло-
сой частот до 500 МГц может использоваться для синхронизации
начала модуляции с внешним сигналом По совокупности парамет-
ров данный синтезатор может замещать ЦВС моделей AD9830,
AD9850, AD9852, AD9854, AD9858, AD9952
3.3. Синтезаторы частот с системой
фазовой синхронизации
Синтезаторы частот с ФАПЧ различаются: по применению фикси-
рованного (целочисленного — Integer-N Divider) или периодически
коммутируемого (Fractional-N Divider) делителя частоты в цепи
обратной связи. Тип дискриминатора в большинстве серийных моде-
лей — частотно-фазовый со схемой подкачки заряда (СПЗ — Charge
Pump). На рис. 3.4 показана типовая структурная схема СЧ с цело-
численным делителем частоты Она включает в себя фазовый диск-
риминатор (ФД) (Phase Detector), делитель опорной частоты
(Reference Divider) +M, делители частоты (Loop Divider) -WV, +P в
цепи обратной связи и фильтр нижних частот (ФНЧ). Необязатель-
ный делитель частоты -Р отличается от делителя +N лишь конструк-
'о(')
V
д
-м
ФД
*фд 1
-N
Д
ФНЧ
' 1
еу t
~,~|
ГУН
/гун
, ■ 1 w)
а
Рис. 3.4. Структурная схема СЧ с ФАПЧ и целочисленным делителем частоты в цепи
обратной связи
250

тивно: +Р выполняется на частоте/гун с фиксированным коэффици-
ентом деления, кратным степени 2, a -N работает как управляемый
счетчик с произвольным коэффициентом деления. Необязательный
умножитель частоты вне цепи ФАПЧ — хК служит для повышения
выходной частоты и дополнительной развязки ГУН от влияния
нестабильности нагрузки.
В ФД на частоте /0/М происходит сравнение приведенных фаз
опорного и подстраиваемого генераторов. Если в цепи ФАПЧ устано-
вился режим фазовой синхронизации, то приведенные частоты сов-
падают, а разность фаз колебаний на ФД, напряжение на его выходе
вфд и напряжение е на выходе ФНЧ постоянны. Коэффициент про-
порциональности между частотой опорного генератора и частотой
ГУН представляет собой отношение целых чисел / = NPf0/M
При различных М, Р и N выходная частота СЧ может принимать дис-
кретные значения с шагом Лу = Kf0/M Для перехода на другую рабо-
чую частоту производится переключение коэффициентов М и/или N.
В результате этого в цепи авторегулирования ФАПЧ происходит пере-
ходный процесс, длительность которого х составляет 10—20 периодов
частоты сравнения: т « 30М//0.
Для уменьшения времени переходного процесса без увеличения
шага сетки по частоте используется схема ФАПЧ с делителем частоты
дробно-переменного коэффициента деления (Fractional-N Divider)
(рис 3.5) На этой схеме обозначены: -s-/? — делитель частоты на R;
двухмодульный делитель частоты (Dual Modulus Prescaler) образован
схемой поглощения импульса -N/(N+ 1) и поглощающим счетчиком
(ПС) (Swallowing Counter); I-A — сигма-дельта-модулятор для кор-
рекции помех дробности Узел +N/(N + 1) производит деление час-
тоты импульсов от ГУН в N раз, если на его вход управления посту-
пает логический нуль, или в N + 1 раз, если на его входе управления
логическая единица. Счетчик ПС выдает на выходе логическую еди-
ницу, если число в его счетном регистре не превышает q < R; в против-
ио(')
/о
т*
I-A
еФД,
-R
W
Сброс
JUL
/ГУН^ |«вых(')
ПС
TF
lJ
п.
:^J
Рис. 3.5. Структурная схема СЧ с ФАПЧ и дробный делителем частоты в цепи обрат-
ной связи
251

ном случае формируется логический нуль Выходной импульс пере-
полнения делителя +R сбрасывает содержание счетчика ПС в нуль. Во
время работы СЧ на выходе узла -N/(N + 1) чередуются последова-
тельности из q импульсов с периодом (N + \)Plf\y\\ u(R-q) импульсов
с периодом А/Р//гун. Для схемы на рис. 3 5 средняя частота дробным
образом связана с частотой опорного генератора/вых = (N + q/R)Kf0/MP.
Шаг сетки частот Ау= Kf0/(MR) значительно меньше, чем в схеме на
рис 3 4, так как значение R может составлять 2 —2 . При этом дли-
тельность переходного процесса определяется частотой сравнения
f0/M Однако в схеме с дробным делителем частоты возникают регу-
лярные фазовые погрешности и соответственно паразитные спект-
ральные составляющие (Spurious) из-за периодического переключе-
ния коэффициента деления прескалера +N/(N + 1) Для их
уменьшения используют сигма-дельта-модулятор (S-A), который нару-
шает регулярность циклов переключения узла +N/(N + 1), что сни-
жает уровень ПСС
Иногда используют вместо ФД частотно-фазовый детектор (ЧФД),
который имеет на выходе схему поддержания заряда (Charge Pump)
на комплементарных полевых транзисторах с малыми токами управ-
ления и утечки Она эквивалентна интегратору постоянного тока и
создает эффект астатизма по разности фаз, т.е снижает ее установив-
шееся значение до единиц или долей градуса. В цепи обратной связи
на входе управления ГУН включается усилитель постоянного тока,
совмещенный с фильтром нижних частот (ФНЧ) Вид частотной
характеристики ФНЧ W{F) и параметры фильтра выбираются из сле-
дующих соображений* а) подавления нежелательных частотных ком-
понент (помех) на выходе ФД; б) снижения длительности переход-
ного процесса при переключении рабочей частоты; в) обеспечения
достаточного запаса по устойчивости процесса автоподстройки час-
тоты, при котором возможные скачки фазы уменьшаются во времени
по слабоколебательному или апериодическому закону; г) уменьше-
ния установившейся разности фаз опорного колебания и сигнала
ГУН Выбор параметров ФНЧ проводят на основе эквивалентной
схемы системы авторегулирования для малых фазовых нестабиль-
ностей, которая включает в себя соединенные в кольцо ГУН в виде
интегратора с коэффициентом передачи Sy, ФНЧ, делитель фазы на
NP и ФД с коэффициентом передачи 5ф = с1вфд/с1ф
Учет шумов ГУН, ФД и опорного генератора позволяет найти
результирующий уровень выходного фазового шума СЧ при замкну-
той цепи ФАПЧ На рис. 3 6 для примера сопоставлены шумовые
характеристики синтезатора Выбором полосы синхронизма BWC и
параметров ФНЧ добиваются требуемого снижения уровня шумов
252

5ф(Л,дБ
-10
-20
-30
-40
-50
-60
-70
-80
-90
-100
-400 -200 0 200 F, кГц
а)
5ф(А),дБ
-50
-60
-70
-80
-90
-100
-ПО
-120
-130
-140
102 103 104 105 ^,Гц
б)
Рис. 3.6. Спектр выходного сигнала на частоте 1960 МГц (а) и СПМ фазового шума
вблизи несущей (б) для синтезатора AD4106
СЧ в нужной зоне отстроек Обычно в составе СЧ ФАПЧ предусмот-
рены схемы индикации захвата частоты и ускоренного входа в
полосу синхронизации
Из-за значительного разнообразия технических требований к СЧ,
как правило, синтезатор частоты с ФАПЧ выполняется на основе
нескольких узлов: а) ГУН; б) схемы приведения частоты с ЧФД;
в) средств контроля и управления режимами; г) цепи обратной связи
с ФНЧ. Кроме того, вне цепи авторегулирования могут использо-
ваться умножитель частоты, буферный усилитель мощности, энерго-
независимая память параметров, модулятор выходного сигнала. Син-
тезаторы частот с ФАПЧ в виде единой интегральной схемы или
блока выпускаются для определенных сочетаний параметров, напри-
мер, соответствующих стандартизованным системам связи массового
применения или универсальному измерительному прибору.
В табл. 3 2 представлены примеры серийных синтезаторов частот
с ФАПЧ. Такие микросхемы необходимо подключить к источнику
253
H44J
Шн\
i У
III! 111
J щ и,! 11
1 щи |
llillL/t Li
mil
i urn
шиШкШЧ&ЯШШШ
111(1 РТII
1
llllll 111
llllll 1'
III
iillll
llllll 1
Ш
Ш
I
feu
rti
jfl
L J 1
i
PI
m

чхооннэдоэо
Питание
yw '°/ мох
a'°j
эинэж1«1ивн
Диапа-
зон
рабо-
чих
темпе-
ратур,
°С
СПМ
фазового
шума 5ф,
дБ/Гц, при
отстройке
TiJ»001
nj» I
njw.«u.«by
KHH3HaBdo вюхэвь
xgwgff 'uoj bitbhjho
ojoHdouo чхэонтоуу!
xgwgtf «xnV
ввнсохма чхэонПюу\[
ээ1год эн 'TijjAIiU0/
BXOXDBh KBHdoUQ
Шаг по
частоте
A/5 Гц
Частота
выходная
Модель
С
го
из
2
о
От-40
до 85
-90
-85
Я
От-5
доО
От-15
доО
250
1
0,5—6
ADF4106
х2, Преск
2
<п
От-40
до 85
1
-91
</-)
</-)
От-5
доО
Ог-10
доО
115
1
0,2-3
ADF4213
ДелВЧ,
Ц,Д,
ПрВ БЗ
о
00
СП
От-40
до 85
о
ON
00
(N
60 мкА*
6§
10—105
1
0,14—4,4
ADF4350
www.analog com
Ц, Преск,
Пм, ПрВ
£
in
От-40
до 85
-116
-92
»
CQ
о'
7
10—250
о
0,35—1,8
ADF4360-7
М,У
370
2
1
-1,5
-77
1
1
1
1
,25
11,8—12,6
PLYIG-12600-01
.
О
</->
2
От-40
до 85
-105
о
1
От-5
доО
1
2—125
in
0,35—0,7
SLMS-700-01
com
400
3,3;
6,20
От-40
до 85
-92
-85
о
о
(N
О
1,2
5,5—10,5
НМС-С070
I
4
3
Д,пм
о
ON
"
От-40
до 85
00
ON
-92
160
СО
о'
2
225
m
7,3—8,2
HMC764LP6CE
>
254

ц, пм,
Преск
.,
Г
От-40
до 85
-87
1
о
-60
От-10
доО
о
1
0,1—2,8
LMX2326
£
с
с
с
с
9
2,8
«
От-40
до 85
-90
1
о
От-5
доО
От-15
доО
1—256
1
1—5
LMX2434
*
х2, Д, ПС
ч-
т
От-40
до+85
-60
1
о
0,5 В
От-10
до 5
о
1
0,3—1,8
РЕ3293
ПР/ПС,
Ц, Преск
о
Г«")
От-40
до 85
1
1
о
Г-4
От -2 до
10
От-5
до 5
100
1
0,05—3
РЕ3336
www.peregrine-semi
com
Ц,ЭНП
о
Г-4
С1
От-40
до 85
-85
1
о
Г-4
От-5
до 5
От-5
до 5
100
1
0,3—3
РЕ3342
1
«л
г«1
От-35
до 85
-105
-54
1
1
о
о
"о
5,8-5,9
PLL801-5840
www.sirenza com
х2, Kb,
ЛЧМ,ПС,
AM, РПС
-
г<->
От-40
до 85
о
оо
1
m
1
ОтО
до+2
о
«о
400
0,4—6,1
СХ72302
www.skyworksinc
СП
ш
Г-4~Ч
и
г~
гп
От-40
до
+ 100
-85
1
~
-30
От-15
доО
о
<10
0,1—2,6
СХ74038
com
е g а
5 8.
3 cj
Q. X
fl
Ч 3 £» [
1 I ? \
§§£
|§3
I I I
0 « I •
8.1 « j
с - | '
£« |
!§■?
i * У
1 g т
4 о ё '
5 s £ '
= 35 1
о л «
lg I
1 сх£
50е:
SOCX
•е- с о
fir"
Q, Л
II
g ?
f" JS
I I
О О =
i 11
У 3* О
I S Э
I ,я О.
-3 Л 00
Q. *
5 Ш «
5 •- О
о. Я сх
255

эталонных опорных колебаний и дополнить подстраиваемым ГУН, а
также корректно выбранной цепью обратной связи
В большинстве моделей СЧ с ФАПЧ формируется выходной сиг-
нал индикации захвата частоты (Lock Detect), имеются средства
поиска полосы захвата и перехода в ждущий режим Схема быстрого
захвата частоты (Fast Lock) способствует ускорению поиска полосы
захвата при потере синхронизации, а при переходе на другую частоту
увеличивает ток ФД во время переходного процесса, что уменьшает
время установления частоты. В СЧ с целочисленными коэффициен-
тами деления иногда используется двухмодульный делитель частоты
(прескалер) для уменьшения погрешности установки желаемой час-
тоты при фиксированной частоте опорного сигнала (модели РЕ83341,
РЕ3238).
При создании СЧ с ФАПЧ в диапазоне десятков гигагерц исполь-
зуют предварительные делители частоты с фиксированным коэффи-
циентом деления +Р в цепи ФАПЧ или широкополосные малошумя-
щие умножители частоты хА^ вне цепи авторегулирования. В моделях
РЕ3342, РЕ83341 предусмотрена встроенная программируемая энер-
гонезависимая память. Модель РЕ3293 отличается малым энергопо-
треблением- 3 В х 4 мА В модели СХ72302 программируются пара-
метры ФНЧ и коэффициент передачи ФД, поэтому имеется
возможность оперативно изменять полосу синхронизации. Продол-
жительность перестройки на другую частоту т зависит от частоты
сравнения, а поскольку эта частота изменяется в зависимости от
коэффициента деления частоты опорного источника +М, то трудно
нормировать СЧ с ФАПЧ по этому показателю. Обычно производи-
тели, разрабатывающие СЧ с малым временем перестройки, приво-
дят соотношение т = \0/BWc, которое связывает время установления
с полосой синхронизма BWC В модели СХ74038 за счет оптималь-
ного выбора схемы подкачки Charge Pump достигнут малый уровень
среднеквадратической остаточной фазовой погрешности (Афуст = 5°).
Среди ФАПЧ с дробным коэффициентом деления микросхема
СХ72302 отличается прецизионно малым шагом установки средней
частоты (Ау-= 0,01 Гц) при выходной частоте около 6 ГГц.
Для фирм — производителей СЧ с дробным делителем особой
проблемой является снижение помех дробности (Fractional Spur).
Многие из них применяют патентуемые технические решения,
направленные на существенное увеличение периода регулярности
переключения двухмодульного делителя частоты В моделях
РЕ83363, СХ74038 в результате применения дельта-сигма (A-I)
модулятора 3-го порядка получен уровень ПСС не более -60 дБ при
отстройках более 100 кГц.
256

Ряд производителей выпускают микросхемы, в которые включены
одна или две ФАПЧ радиочастотного диапазона и дополнительная
ФАПЧ на промежуточной частоте. Использование единого опорного
колебания в нескольких СЧ обеспечивает возможность когерентной
обработки сигналов цифровой радиосвязи. Например, в синтезаторе
РЕ3293 (рис 3.7) из опорного колебания с частотой 50 МГц (опор-
ный генератор — ОГ) синтезируются когерентные сигналы стабиль-
ных частот fRF = (300- 1800) МГц nfIF = 45-г 550 МГц. Синтезатор
включает в себя микросхему РЕ3293 (обведена пунктиром на
рис 3.7), два внешних ГУН и два внешних ФНЧ Встроенный
регистр последовательного интерфейса (ПИ) сохраняет значения
установленных параметров. Количество дискретных значений сред-
ней частоты по каждому из выходов достигает 4,7 • 10 При вариа-
циях коэффициентов деления Ми N производятся проверка их значе-
ний на наличие общих множителей и автоматическое сокращение
дроби M/N, например 24/64 заменяется на 3/8 В результате для
таких значений частоты повышается частота сравнения и сокраща-
ется продолжительность переходного процесса Погрешности дроб-
ности в цепях ФАПЧ компенсируются с помощью корректоров
(Корр), меняющих параметры схем подкачки (СП). Мультиплексер
(МП) формирует контрольный сигнал синхронной работы (КС)
Модель СХ72300 представляет собой сдвоенный синтезатор-модуля-
тор со встроенным опорным кварцевым генератором. Вводом 12-раз-
рядного управляющего слова можно установить в нем режим фикси-
рованной частоты с 262144-дискретными значениями или режимы
Ч
-32/33
50 МГц
-2дБмВт
л/ГТтН чфд1
=я~™т
*| Корр
0,01-10 МГц
Ц*| сп|
-16/17
*
ЧФД2 h** СП
|о,01-10 МГц Т
-Э| Корр |
/вых=300-1800 МГц
I От-7 до +5дБмВт
I ФНЧ,
111
I ФНЧ2
lj__L
iii
j/Bb.x=45-550Mru
От-10до+5дБмВт|
Рис. 3.7. Структурная схема сдвоенного синтезатора частоты РЕ3293
257

бинарной, многоуровневой, квадратурной манипуляции частоты,
включая модуляцию МЧМ с минимальным фазовым сдвигом
На рис 3 8 показана функциональная схема сдвоенного синтеза-
тора ADF4252 В этой схеме по цепи опорного колебания в первом из
названных каналов предусмотрена возможность подключения умно-
жителя частоты в 2 раза и/или делителя частоты в 2 раз (R1), а во
втором канале — умножителя частоты в 2 раза и/или делителя частоты в
2 раз (R2). Это позволяет раздельно в каждом из каналов выбирать зна-
чение частоты сравнения до 55 МГц Значение радиочастоты на входе
предварительного делителя частоты в первом из каналов может быть
выбрано в пределах от 100 МГц до 3 ГГц, а во втором — от 50 МГц
до 1,2 ГГц. Схема подкачки заряда (СПЗ) в первом канале рассчи-
тана на максимальный ток подкачки 4,3 мА, а во втором — на 5 мА.
На рис. 3 9 представлена типовая электрическая принципиальная
схема включения синтезатора ADF4217L и двух ГУН с цепями обрат-
ной связи для создания двух источников когерентных колебаний на
радиочастоте и на промежуточной частоте, фаза которых синхрони-
зирована с фазой опорного источника с частотой 10 МГц
Применение однокристального СЧ с ФАПЧ заметно упрощает
монтажную схему и настройку, но такие конструкции выпускаются с
набором параметров, предназначенным для массового производства
применительно, например, к определенному стандарту системы
связи. На рис.3 10 показана принципиальная схема двухдиапазон-
Рис. 3.8. Структурная схема сдвоенного синтезатора ADF4252:
МП — мультиплексер, СПЗ — схема подкачки заряда, ДД — дробный делитель частоты,
ЦД — целочисленный делитель частоты, ИС — индикатор синхронизма, х2 — умножитель
частоты, ЧФД — частотно-фазовый детектор, Буф — буферный усилитель
258

259

4LD
47 пФ
MM20
12,6 МГц
-бдБмВт
100 пФ
1 0,63-0,77 ГГц
+2дБмВт
100 пФ
НИ
1 1,27-1,39 ГГц
+2дБмВт
Рис. ЗЛО. Двухдиапазонный синтезатор частот 0,63—0,77 ГГц и 1,27—1,39 ГГц при
опорной частоте 12,6 МГц на LMX2525
ного СЧ на микросхеме LMX2525, которая требует минимального
количества вспомогательных и блокировочных элементов поверхно-
стного монтажа. Внешний индуктивный элемент L подключается
между контактами 1 и 2 при необходимости изменения средней час-
тоты одного из двух встроенных ГУН. Входные сигналы ввода пара-
метров поступают по последовательному интерфейсу DATA. Выход-
ной сигнал LD (Lock Detect) позволяет контролировать наличие
синхронизма по двум радиочастотным выходам. В режиме ускорен-
ного переключения шаг по частоте составляет Ау = 20 кГц, а время
перестройки х не более 300 мкс. За счет применения 10-разрядной
схемы сигма-дельта-модулятора уровень помех дробности ПСС при
отстройке 25 кГц снижен до -45 дБ, в зоне отстроек 25—100 кГц до
-60 дБ, а при отстройках более 100 кГц он не превышает -75 дБ Благо-
даря правильному выбору параметров схемы подкачки заряда (СПЗ —
Charge Pump) установившаяся фазовая погрешность в полосе 1 кГц —
10 МГц составляет А ско = 1,3°
Для улучшения шумовых характеристик в однокристальные СЧ с
ФАПЧ серии HFS фирмы «ЕМ Research, Inc » встроены дополнитель-
ные резонаторы, что позволило, например, в модели HFS-5040-01 на
частоте 5 ГГц получить 5ф (10 кГц) = -95 дБ. Такие СЧ из-за встро-
енных резонаторов имеют узкую полосу перестройки или даже
фиксированную выходную частоту Для защиты СЧ от нестабиль-
ности нагрузки и одновременного повышения выходной мощности
в HFS-5040-01 используется буферный усилитель сигнала ГУН.
260

Такой же эффект с дополнительным повышением рабочей частоты
достигается при использовании умножителя частоты вне цепи
ФАПЧ. Синтезаторы частоты серии SLMS этой же фирмы имеют
широкую полосу перестройки (до октавы), поэтому в них встроен
автоматический регулятор усиления по цепи обратной связи ФАПЧ
В них предусмотрена возможность работы с внешним кварцевым
резонатором на опорную частоту. Серия PLYIG сантиметрового диа-
пазона использует встроенный ГУН с перестройкой частоты в преде-
лах до 1 ГГц объемным резонатором на железоиттриевом гранате
(ЖИГ) Серия МСХ имеет повышенную радиационную стойкость.
Синтезатор MTS2000-DS отличается малым шагом установки час-
тоты 1 Гц в октавном диапазоне 1—2 ГГц Это создает ограничение
скорости перестройки с одной частоты на другую, которая не превы-
шает 2 мс.
Синтезатор Si4133W (рис. 3 11) предназначен для использования
в мобильных приемниках Зв-стандарта сотовой связи W-CDMA
(Wideband Code Division Multiple Access). В нем интегрированы три
цепи ФАПЧ со встроенными ГУН и ФНЧ Два радиочастотных сиг-
нала с частотами/вых1 = 2,3 -5-2,5 ГГц и/вых2 = 0,75-г 1,65 ГГц могут
подаваться на первый выход программно, а сигнал с частотой /ВЬ1х3 =
= 62,5-г 1000 МГц подключен постоянно на выход ПЧ Среднюю час-
тоту сигнала /вых2 можно корректировать подключением внешнего
индуктивного элемента. Шаг по частоте в 10 раз меньше, чем час-
тота сравнения, которая может изменяться в широких пределах.
Однако длительность переходного процесса по частоте не превышает
ог 1^
о->
-м\
—>
ЧФд1
'
-Л/2
—>
>£Л
\У 1
ЧФД2
-л/з
—>
-NI
гун:
J
Лых1
1 >
Л^
V^
ЧФДЗ
'
-N2
ГУН П
/^^
ху
-N3
W
\
МП >
^ыход СВЧ
у^Х)
>^
Sf
l/T
С Упр1
ч
ч| 1 1 Л О 1 Ч
1 ^^'
—Выход ПЧ
У J>*J
\у^
^J ЛыхЗ
Рис. 3.11. Структурная схема трехдиапазонного синтезатора частот модели Si4133W:
У — усилитель, МП — мультиплексер
261

200 мкс Собственная нестабильность частоты ГУН не более 1 •10~ .
Синтезатор может подавлять высшие гармоники не хуже -28 дБ, а
уровень ближайших ПСС при отстройке 150 кГц не более -60 дБ;
интегральная фазовая погрешность в полосе 100 Гц— 1 МГц состав-
ляет 1,7° для радиочастотных выходов и 0,7° для выхода на промежу-
точной частоте.
Корпорация «Hittite Microwave» предлагает двухканальный блок
синтезатора сетки стабильных частот модели НМС-Т1000А. Это уст-
ройство обеспечивает в диапазоне частот 10 МГц — 8 ГГц независи-
мую программную установку двух выходных сигналов с прецизи-
онно чистым спектром. Шаг по частоте 0,001 Гц, время перестройки
на соседний дискрет не более 10 мкс, мощность не менее 10 дБмВт
во всем диапазоне частот и погрешность установки амплитуды
0,01 дБ Уровень фазового шума выходного сигнала (рис 3.12) состав-
ляет -135 дБ/Гц при отстройке 100 кГц и -107 дБ/Гц при отстройке
1 кГц
На рис 3 13 для примера показана принципиальная схема СЧ
дециметрового диапазона (/вых = 1500-г 4000 МГц) на трех микросхе-
мах, который использует опорные колебания с частотой 5—550 МГц,
делитель частоты обеспечивает погрешность установки частоты
менее 1 кГц, время перестройки 200 мкс и уровень белого фазового
шума менее -173 дБ при отстройке на 1 МГц от несущей частоты
За счет оптимального выбора параметров СПЗ и цепи обратной
связи ФАПЧ с дробным коэффициентом деления может быть достиг-
нут уровень средней квадратической остаточной фазовой погрешности
5ф(^), дБ/Гц
—50Е—ГТТТТТТТ1—! !!!!1!!|—i I iiiiiii I i пищ ; ;; ;м;;|—; ; ;i;;|i
Рис. 3.12. СПМ фазового шума двухканального синтезатора частот модели
НМС-Т1000А для разных значений выходной частоты:
1 — 7 ГГц, 2 — 5 ГГц, 5 — 3 ГГц, 4 — 1 ГГц
262

HI
1 нФ
l н
rv\
Загрузка
т
|^ М3500-
Om1aD829>M 2235
100 пФ
П Выход
i .. 180м i
100 пФ 1
18 Ом И
Рис. 3.13. Синтезатор частоты с ФАПЧ диапазона 1,5—4 ГГц на трех интегральных
микросхемах
менее сотых долей герца при выходной частоте до 6 ГГц При вклю-
чении на выходе СЧ широкополосного малошумящего умножителя
частоты вне цепи ФАПЧ можно в несколько раз повысить частоту
выходного сигнала и обеспечить развязку от нестабильной нагрузки,
а функции стабилизации и управления реализовать с помощью более
простого СЧ.
Фирма «Analog Devices» выпускает микросхемы синтезаторов
частот со встроенным ГУН (серии ADF4350 и ADF4360-7) для час-
тоты выходного сигнала от 1,1 МГц до 4,35 ГГц при погрешности
установки частоты не более 3 Гц, длительности переходного про-
цесса до 400 мкс и выходной мощности от -13 до -6 дБмВт Значение
средней частоты поддиапазона определяется индуктивностью внут-
ренней или внешней катушки Код частоты используется для уста-
новки коэффициентов деления схемы приведения частот и для гру-
бой установки средней частоты ГУН, благодаря чему диапазон
изменения выходного напряжения ЧФД снижается до 1—2 В.
Фирма «Hittite» выпускает серию синтезаторов со встроенными
ГУН для частот от 0,66 до 13,4 ГГц. Например, микросхема
HMC764LP6CE (диапазон перестройки 7,3—8,2 ГГц) имеет выход-
ную мощность +15 дБмВт, шаг установки частоты менее 3 Гц, время
перестройки частоты менее 40 мкс; низкий уровень собственного
фазового шума несущего колебания (-98 дБ/Гц при отстройке
10 кГц на частоте 7,8 ГГц). Микросхема позволяет формировать сиг-
налы с манипуляцией частоты
263

Полностью интегрированный модуль синтезатора НМС-С070
этой фирмы обеспечивает в диапазоне 5,5—10,5 ГГц установку
частоты с погрешностью 1,2 Гц при уровне S (10 МГц) = -98 дБ/Гц.
Опорный сигнал с частотой 10 МГц может иметь мощность от -6 до
+ 12 дБмВт, выходной сигнал синусоидальной формы имеет
мощность +21 дБмВт с уровнями второй гармоники -20 дБ и третьей
-30 дБ. В модуль встроены малошумящий регулятор напряжения,
буферные усилители, ГУН, делители частоты, встроенные средства
перестройки по ступенчатому закону (время перестройки на 20 МГц
с фазовой погрешностью 3° составляет 150 мкс). Модуль потребляет
2,6 Вт от трех источников напряжения, имеет герметичное
исполнение в корпусе из ковара с 16-ю внешними выводами и
размером 35x19x6 мм, защиту от статического напряжения 2 кВ и
рабочий интервал температур от -40 до +85 °С
При проектировании синтезаторов частоты с ФАПЧ на базе
серийных микросхем возникает достаточно сложная задача выбора
параметров внешней цепи обратной связи между выходом СПЗ и
входом управления частотой ГУН. Часто изготовителями рекоменду-
ется принципиальная схема в виде последовательного включения
(см. рис. 3.9) накопительной емкости С0, изодромного звена R\, С\ и
фильтра нижних частот R±, C^ Для ориентировочного выбора номи-
налов ее элементов можно использовать методику, основные этапы
которой состоят в следующем
1) по исходным требованиям к шагу установки частоты и к
уровню ПСС уточняется выбор параметров синтезатора* N — коэф-
фициент деления делителя частоты между ГУН и ЧФД; S — средняя
крутизна управления частотой ГУН; /пз — ток подкачки заряда в
СПЗ;/ср — частота сравнения в ЧФД; к0 = АЕу/Е2 — коэффициент
превышения диапазона управляющего напряжения ГУН АЕ над
напряжением Е2 питания СПЗ (если Е2 > Д£у, то можно принять
к0= 1); F~ — граничная частота учитываемых собственных шумов и
нестабильностей ГУН;
2) выбираются обобщенные параметры системы автоподстройки,
обеспечивающие определенный запас устойчивости и показатель
колебательности переходного процесса. Для запаса устойчивости по
амплитуде 10 дБ, по фазе 30° и неравномерности АЧХ разомкнутого
кольца авторегулирования 3 дБ установлено [61], что эти параметры
нужно выбрать такими: коэффициент передачи разомкнутого кольца
264

ФАПЧ К0 = /п 3S k0/2nf C0N = 0,29; нормированные постоянные
времени ФНЧ Г, = Л,С,/0П = 3,44; Т2 = *,C0 —^- = 0,59;
3) из выражения для К0 находим номинальную накопительную
емкость С0 Из выражений для нормированных постоянных времени
Tj и Т2 находим номиналы емкости С] и резистора /?j изодромного
звена;
4) задаваясь емкостью Сф, заметно превышающей входную
емкость управителя частотой ГУН, находим сопротивление
резистора фильтра из соотношения F = \/2nR^C^.
Полученные значения параметров цепи обратной связи могут
быть взяты в качестве первого приближения. Если k0 > 1, то надо
использовать масштабирующий усилитель постоянного тока в цепи
обратной связи Непостоянство крутизны ГУН S и коэффициента
деления N по диапазону синтезируемых частот, а также близость час-
тоты сравнения / в ЧФД к граничной частоте F могут привести к
необходимости проводить более сложные расчеты Параметры, кото-
рые указывают некоторые производители в паспортных данных
выбранных моделей схемы приведения и ГУН, почти наверняка не
соответствуют исходным данным проектируемого синтезатора по п. 1
данной методики
3.4. Комбинированные синтезаторы частот и сигналов
Значительные перспективы имеют комбинированные СЧ, в кото-
рых применяются одновременно ЦВС и схемы ФАПЧ [63]. Напри-
мер, в состав синтезатора AD9858, кроме ЦВС включены дополни-
тельно автономные узлы: а) ЧФД на частоте до 150 МГц со схемой
СПЗ; б) два программируемых делителя частоты; г) аналоговый сме-
ситель. Это позволяет при использовании внешнего ГУН поднять
значения частоты синтезированных колебаний до 2 ГГц
Используя синтезатор AD9858 с внешним ГУН, включают ЦВС в
состав СЧ с ФАПЧ в качестве делителя частоты опорного сигнала.
При этом средняя частота и параметры модуляции устанавливаются с
высокой точностью и с мелким шагом в диапазоне частот ГУН, сни-
жается погрешность установки номинала частоты
Узел ЦВС может выполнять функции дробного делителя частоты
в цепи ФАПЧ (рис. 3 14) Это позволяет получить мелкий шаг пере-
265

<эог
-N
iH&-
П
Рис. 3.14. Схема включения ЦВС в состав синтезатора частот с ФАПЧ в качестве
источника квадратурных сигналов прямого СВЧ-модулятора
стройки частоты при сохранении малой длительности переходного
процесса
Двухканальный ЦВС может быть скомбинирован с прямым квад-
ратурным модулятором, в качестве опорного сигнала в котором
используется колебание источника, синхронизированного по фазе с
опорным кварцевым с помощью системы ФАПЧ (рис 3 15).
Оог
ЦВС
—1*
L
J
у
ФНЧ ГУН
1 Г~\ 1в
= 1-232 JV= 1-64
а)
ч-
HSb
^
НЗь
тг
Выход
>
б)
Рис. 3.15. Схемы включения ЦВС в состав синтезатора частот с ФАПЧ:
а — ЦВС в качестве делителя частоты опорного генератора, б — ЦВС в качестве дробно-
переменного делителя частоты, КвМод — квадратурный модулятор
266

Контрольные вопросы к гл. 3
1 Какие технические преимущества имеют цифровые вычислительные син-
тезаторы стабильных частот ЦВС по сравнению с синтезаторами на основе сис-
темы ФАПЧ9
2 Укажите технические параметры, ограничивающие область применения
ЦВС
3 В чем различие схем и параметров синтезаторов частот с ФАПЧ, имею-
щих целочисленный и дробно-переменный коэффициент деления частоты в
кольце9
4 Укажите преимущества и недостатки использования частотно-фазовых
детекторов и схем подкачки заряда в синтезаторах с системой ФАПЧ
5 При каких сочетаниях технических условий целесообразно использовать
однокристальный синтезатор частот с ФАПЧ, имеющий встроенные ГУН, схему
приведения и цепь обратной связи, по сравнению с синтезатором с ФАПЧ,
использующим схему приведения, внешние ГУН и цепь обратной связи9
6 Какие технические параметры достижимы в комбинированных синтезато-
рах с ФАПЧ, использующих ЦВС в качестве компонента9
267

Глава четвертая
ПРИМЕРЫ ПОСТРОЕНИЯ УСТРОЙСТВ
ФОРМИРОВАНИЯ И ОБРАБОТКИ СИГНАЛОВ СВЧ
4.1. Автомобильный радиолокационный датчик
доплеровского смещения частоты
На рис 4.1 показана типовая структурная схема радиолокацион-
ного датчика скорости сближения движущегося объекта с препят-
ствием [22], работающего в диапазоне частот 24 ГГц Датчик выпол-
нен на серийных микросхемах В соответствии со схемой на рис. 4.1
в канале радиопередающего устройства формируется немодулиро-
ванный сигнал с частотой, стабилизированной по высокостабиль-
ному кварцевому генератору ТСХО, а отраженный от препятствия
сигнал с доплеровским смещением частоты поступает на вход коге-
рентного //^-приемника, где выделяются квадратурные составляю-
щие I и Q для цифровой обработки.
В качестве опорного кварцевого генератора ТСХО с выходной
частотой 10—50 МГц может быть использована микросхема OSC2A1
производства фирмы «Vectron», которая обеспечивает сигнал с разма-
хом напряжения 1 В, нестабильность частоты 1 • 10~ , фазовый шум
-145 дБ/Гц при отстройке 1 кГц, потребляет ток 1,5 мА от источника
ГУН
24 ГГц Атг
Ь^
НтгН^>—]
Антенна
Дуплексер
Рис. 4.1. Структурная схема радиолокационного датчика сближения с препятствием
268

с напряжением 5 В и размещена в корпусе размером 10x12x2 мм.
В качестве радиочастотного подстраиваемого генератора (ГУН)
может быть применена микросхема HMC583LP5E, имеющая основ-
ной выход с мощностью +11 дБмВт на частоте 11,5—12,8 ГГц и вспо-
могательный выход на частотно-фазовый детектор с поделенной в 4
раза частотой 2,8—3,3 ГГц Спектральная плотность мощности соб-
ственного фазового шума этого ГУН на основной частоте не превы-
шает -ПО дБмВт при отстройке 100 кГц; напряжение управления
частотой 2—12 В при токе не более 10 мкА; микросхема размещена в
корпусе размером 5x5 мм Фазовая синхронизация колебаний ГУН
по сигналу от опорного источника обеспечивается микросхемой син-
тезатора частоты HMC700LP4. Активный удвоитель частоты х2
может быть выполнен на микросхеме HMC576LC3B, которая при
входном сигнале мощностью до 6 дБмВт на частоте 9—14,5 ГГц
обеспечивает выходной сигнал мощностью +15 дБмВт на частоте
18—29 ГГц Пассивный аналоговый аттенюатор (Атт) служит для
изменения выходной мощности и выполнен на микросхеме
HMC578LP2. Он обеспечивает исходное ослабление 2,2 дБ, регули-
руемое ослабление до 30 дБ в полосе частот до -25 ГГц; размещен в
корпусе размером 4x4 мм. Усилитель средней мощности (У1) выпол-
няется на микросхеме HMC442LC3B, которая обеспечивает коэффи-
циент усиления +13 дБ, выходную мощность на нагрузке 50 Ом в
линейном режиме +22 дБмВт, в режиме насыщения 23 дБмВт с КПД
26 %, потребляет ток 84 мА от источника с напряжением +5 В и раз-
мещена в корпусе размером 3x3 мм. Весь приемник отраженного
сигнала выполнен на одной микросхеме HMC571LC5, которая рас-
считана на входные радиочастотные сигналы частотой 21—25 ГГц и
мощностью не менее -6 дБмВт, частота опорного колебания 9—14 ГГц
удваивается встроенным умножителем частоты; обеспечивается
выходной сигнал с промежуточной частотой до 3,5 ГГц и имеет мощ-
ность на 9 дБ выше, чем входной радиочастотный сигнал; ослабление
зеркального канала приема составляет -22 дБ, коэффициент шума
малошумящего входного каскада NF = 3 дБ; микросхема потребляет
ток 125 мА от источника с напряжением +5 В и размещена в корпусе
размером 5x5 мм. Выходные квадратурные сигналы / и Q промежу-
точной частоты имеют фазовый разбаланс не более 4° и амплитуд-
ный разбаланс не более 0,3 дБ
Для формирования нужной мощности +13 дБмВт опорного коле-
бания с частотой 6,5—13,5 ГГц используется усилитель средней
мощности У2 модели HMC441LP3E, который имеет усиление 14 дБ,
выходной сигнал +18 дБмВт на нагрузке 50 Ом в линейном режиме,
269

коэффициент шума 4,5 дБ, потребляет ток 90 мА от источника с
напряжением +5 В и размещен в корпусе размером 3x3 мм Удвои-
тель частоты х2 формирует опорное колебание с частотой 24 ГГц
Для выполнения устройства могут быть выбраны микросхемы
аналогичного функционального назначения других производителей.
4.2. Модем телевизионного вещания и IP-телефонии
на частотах диапазона 5—2150 МГц
На рис 4 2 представлена типовая схема модема пользователя сис-
темы кабельного телевидения CATV, прямого телевизионного веща-
ния DBS, голосовой IP-телефонии (VoIP) в диапазоне 5—2150 МГц
На вход управляемого аттенюатора (УАтт) поступает широкополос-
ный сигнал 5—2150 МГц с частотным разделением каналов В смеси-
теле (См1) производится преобразование полосы частот вниз на про-
межуточную частоту IF, с помощью переключателя (Пер1), одного
из полосно-пропускающих фильтров (ППФ) и второго переключателя
(Пер2) производится выделение нужного частотного канала, в смеси-
теле (См2) осуществляется преобразование выделенной полосы частот
вверх для подключения к входному каскаду приемника соответствую-
щей системы Стабильный гетеродинный сигнал формируется источни-
ком с фазовой синхронизацией частоты на основе опорного кварцевого
генератора ТСХО, частотно-фазового детектора (ЧФД), управляемого
напряжением генератора (ГУН) и делителя частоты (+N)
В качестве УАтт может быть использована микросхема
HMC542LP4E производства фирмы «Hittite», которая в полосе частот
Рис. 4.2. Структурная схема модема кабельного телевидения, прямого телевизионного
вещания, IP-телефонии
270

до 3 ГГц производит ослабление сигнала до 31,5 дБ с шагом 0,5 дБ
с помощью встроенного драйвера последовательного 6-разрядного
кода с уровнями TTL/CMOS и тактовой частотой 30 МГц; длитель-
ность фронта не более 800 не; допустимый уровень входной мощ-
ности в линейном режиме 20 дБмВт (по уровню компрессии 0,1 дБ);
изменение фазового сдвига не более 40° (при вариации ослабления до
31,5 дБ и в полосе частот до 4 ГГц); микросхема размещена в 20-вывод-
ном корпусе размером 4x4 мм; подключается к источнику питания с
напряжением +5 В и током не более 5 мА
В качестве смесителя (См1) рекомендуется использовать пассив-
ный балансный смеситель модели HMC207S8E, предназначенный
для частот 0,7—2 ГГц, частота на /^-выходе до 300 МГц, уровень
мощности гетеродинного сигнала от 10 до 13 дБмВт Смеситель
имеет потери мощности 7,5—10 дБ, собственный шум 9 дБ, изоля-
цию портов IsoLO/RF 45 дБ, IsoRF/IF 23 дБ, уровень мощности по
линейности со входа RF не менее 11 дБмВт. Микросхема размещена
в 8-выводном корпусе размером 5x6 мм и не требует подключения к
источникам питания
Ко входу опорной частоты LO подключен усилитель (УЗ) на микро-
схеме НМСЗ11SC70E, выполненный в виде миниатюрного InGaP-узла,
функционирующего в полосе частот до 8 ГГц с выходной мощностью
линейного режима до +15 дБмВт, уровнем выхода Рвых/рз не менее
+30 дБмВт, усилением 15 дБ, собственным шумом NF не более 5 дБ.
Микросхема имеет входное и выходное сопротивления по 50 Ом, раз-
мещена в 6-выводном корпусе размером 2,2x1,3 мм, потребляет ток
55 мА от источника питания напряжением +5 В.
Выходной сигнал промежуточной частоты усиливается (У1) мик-
росхемой HMC476SC70E, которая представляет собой миниатюрный
усилительный узел на SiGe-биполярном транзисторе с полосой час-
тот до 6 ГГц, имеющем коэффициент усиления в линейном режиме
20 дБ, коэффициент шума не более 3 дБ, выходную мощность в линей-
ном режиме +12 дБ, уровень Рвых/Р2 не менее +24 дБмВт, входное и
выходное сопротивления по 50 Ом. Микросхема размещена в 6-вывод-
ном корпусе размером 2,2x2 мм и потребляет ток 35 мА от источника
питания напряжением +5 В
Подключение одного из серии фильтров (ППФ) производится с
помощью многопозиционного полупроводникового переключателя
Пер1 и Пер2, например, на микросхеме HMC245QS16GE. Эта микро-
схема представляет собой неотражающий GaAs-переключатель сиг-
налов с полосой частот до 3,5 ГГц, она имеет встроенные согласую-
щие резисторы по 50 Ом на неподключенные порты; собственные
потери в подключенном состоянии 0,5 дБ; изоляция разомкнутого
порта 30—40 дБ; две (вместо обычных шести) линии входного управ-
271

ляющего сигнала; предусмотрено состояние «все отключены»; дли-
тельность переключения 40 не Микросхема размещена в 16-выводном
корпусе размером 5x6 мм и потребляет ток 3 мА от источника пита-
ния с напряжением +5 В В качестве ППФ используются ПАВ-филь-
тры с параметрами, соответствующими решаемой задаче
Выходной сигнал после частотной фильтрации усиливается в У2
на микросхеме HMC479ST89E, которая представляет собой мини-
атюрный усилительный узел на SiGe-биполярном транзисторе с
полосой частот до 5 ГГц, имеющий коэффициент усиления в линей-
ном режиме 15 дБ, коэффициент шума 4 дБ, выходную мощность в
линейном режиме 13—18 дБ, уровень Рвых/рз не менее +30 дБмВт,
входное и выходное сопротивления по 50 Ом, минимальное количе-
ство внешних компонентов Микросхема размещена в 4-выводном
корпусе размером 2,6x4,6 мм и потребляет ток 75 мА от источника
питания с напряжением +8 В.
В качестве смесителя См2 рекомендуется использовать пассив-
ный балансный GaAs-смеситель на диодах Шоттки модели
HMC304MS8E, предназначенный для частот на RF- и LO-входах в
полосе 1,3—3 ГГц, полосы частот на /F-выходе до 800 МГц, уровня
мощности гетеродинного сигнала +17 дБмВт Смеситель имеет
потери мощности 9 дБ, собственный шум NF = 9 дБ, изоляцию пор-
тов IsoLOiRF 30 дБ, IsoRF/IF 20—25 дБ, уровень мощности по линей-
ности со входа RF не менее 19 дБмВт, высокое значение Рвых/р2 =
= +33 дБмВт В микросхеме использованы встроенные широкополос-
ные симметрирующие трансформаторы (baluns). Смеситель не тре-
бует внешних компонентов и подключения источников питания и
размещен в 8-выводном корпусе размером 5x6 мм На гетеродинный
вход смесителя См2 подключен рассмотренный выше усилительный
узел на микросхеме HMC479ST89E
Опорный гетеродинный сигнал формируется в ГУН на микро-
схеме HMC384LP4E Этот генератор на полосу частот 2,05—2,25 ГГц
выполнен на GaAs и InGaP-биполярном транзисторе с гетероперехо-
дом, имеет встроенный резонатор, варакторные диоды и выходной
буферный усилитель, обеспечивает выходной сигнал мощностью
+3,5 дБмВт, СПМ собственного фазового шума -112 дБ/Гц при
отстройке на 100 кГц, потребляет ток 35 мА от источника с напряже-
нием +3 В. Изменение фазы отраженной волны при КСВН 2:1 приво-
дит к вариации частоты несинхронизированного генератора не более
2,5 МГц Напряжение управления частотой изменяется в пределах
0—10 В, ток по цепи управления не более 10 мкА, крутизна управле-
ния 20—40 МГц/В Генератор размещен в 24-выводном корпусе раз-
мером 4x4 мм
272

Предварительный делитель частоты +N выполнен на микросхеме
HMC394LP4E, которая представляет собой программируемый циф-
ровой счетчик с входной частотой до 2,2 ГГц и коэффициентом деле-
ния частоты от 2 до 32, который устанавливается параллельным 5-раз-
рядным кодом с уровнями CMOS Входная мощность допустима в
пределах от -20 до +10 дБмВт, СПМ собственного фазового шума не
более -153 дБ/Гц при отстройке на 100 кГц. Два дифференциальных
выхода создают сигнал с размахом 800 мВ (при делении частоты в
2 раза выходная мощность составляет 4 дБмВт); длительность фронта
выходного сигнала 100 пс Микросхема размещена в корпусе разме-
ром 4x4 мм и потребляет ток 194 мА от источника питания с напря-
жением +5 В
Частотно-фазовый детектор ЧФД выполняется на микросхеме
HMC439QS16GE, которая предназначена для входных (простых или
дифференциальных) сигналов на tfF-входе с частотой 10—1300 МГц
и мощностью от -10 до +10 дБмВт Спектральная плотность тока
собственного фазового шума составляет -153 дБ/Гц при отстройке
10 кГц. Микросхема размещена в 16-выводном корпусе размером
5x5,8 мм и потребляет ток 96 мА от источника питания с напряже-
нием +5 В Выходное дифференциальное напряжение имеет размах
2 В на каждом из выходов, ток подкачки заряда 10 мА Рекомендуе-
мая схема цепи обратной связи с полосой 1 МГц выполняется на
дифференциальном операционном усилителе THS4031DGN
Для выполнения устройства в зависимости от конкретных техни-
ческих параметров могут быть выбраны микросхемы аналогичного
функционального назначения других производителей
4.3. Приемопередающее устройство фиксированной
беспроводной связи с диапазоном 2—6 ГГц
На рис 4 3 показана типовая функциональная схема приемопере-
дающего устройства фиксированной связи типа WiMAX с диапазо-
ном 2—6 ГГц. По этой схеме синтезатор частот на основе ГУН, ЧФД
и делителя частоты -WV с фазовой синхронизацией по опорному квар-
цевому генератору ТСХО формирует несущее колебание, поступаю-
щее на опорный вход LO квадратурного модулятора На его информа-
ционные входы подключаются дифференциальные и квадратурные
составляющие сигналов информации /(/) и Q(i) для выбранного вида
цифровой модуляции, например GMSK, UMTS, CDMA, QAM. Мощ-
ный излучаемый сигнал формируется в передающем тракте в виде
последовательно включенных аттенюаторов (УАтт1) и (УАтт2), уси-
лителей (У1, У2, УЗ) и усилителя мощности (УМ) Детектор мощ-
ности (ДМ) контролирует уровень излучаемого сигнала. В приемном
273

Рис. 4.3. Структурная схема приемопередающего устройства WiMAX с диапазоном
2—6 ГГц
тракте включены малошумящий усилитель (МШУ), полосно-пропус-
кающий фильтр (ППФ), преобразователь полосы частот вниз на смеси-
теле (См) и предварительный усилитель промежуточной частоты (У4),
выход которого является выходом принятого сигнала всего устройства
В качестве ГУН рекомендуется микросхема HMC389LP4E, представ-
ляющая собой управляемый генератор со встроенными резонатором,
управляющими варикапами и буферным выходным усилителем на
частоту 3,35—3,55 ГГц. Выходная мощность составляет 4,7 дБмВт,
СПМ собственного фазового шума -112 дБ/Гц при отстройке
100 кГц. Генератор отличается повышенной стойкостью по отноше-
нию к вариациям температуры (0,4 МГц/°С), вибрациям, ударам и
нестабильности сопротивления нагрузки (затягивание частоты гене-
рации составляет 3,3 МГц). Управляющее напряжение может изме-
няться от нуля до 10 В, ток по цепи управления не превышает
10 мкА, чувствительность к вариациям питающего напряжения не
более 3 МГц/В. Микросхема размещена в 24-выводном корпусе раз-
мером 4x4 мм и потребляет ток 41 мА от источника питания с напря-
жением +3 В
В качестве ЧФД может быть использована микросхема
HMC439QS16GE, описанная в § 4 2 В качестве делителя частот (+N)
можно применить микросхему НМС432Е, которая представляет
собой делитель частоты в 2 раза со встроенным буферным усилителем
выходного сигнала, имеющий допустимую полосу частот входных
сигналов до 8 ГГц Эта микросхема имеет малый уровень СПМ собст-
венного фазового шума (-148 дБ/Гц) при отстройке 100 кГц на частоте
4 ГГц; допустимый уровень мощности входного сигнала от -12 до
+ 12дБмВт; выходную мощность -3 дБмВт; длительность фронта
выходного сигнала 145 пс Она размещена в 6-выводном корпусе раз-
мером 3x2,6 мм и потребляет ток 42 мА от источника питания с
напряжением +3 В.
274

Прямой широкополосный квадратурный модулятор выполняется
на микросхеме HMC697LP4E, которая предназначена для несущих
частот 200—4000 МГц, имеет высокое подавление несущей частоты
(от -43 до -45 дБ), широкий динамический диапазон линейности,
повышенный уровень выходной мощности модулированного сигнала
в линейном режиме (+9 дБмВт), СПМ собственного фазового шума
-165 дБ/Гц при отстройке 100 кГц. Уровень мощности сигнала несу-
щей частоты составляет от -6 до +6 дБмВт Ток потребления по входу
модулирующего сигнала не превышает 90 мкА на нагрузке с емко-
стью 4,5 пФ. Микросхема размещена в 24-выводном корпусе разме-
ром 4x4 мм и потребляет ток 168 мА от источника питания с напря-
жением +5 В
Усилитель У1 выполняется на микросхеме HMC476MP86G, явля-
ется SiGe-узлом на биполярном транзисторе с полосой частоты до
6 ГГц, имеет коэффициент усиления 20 дБ, выходную мощность в
линейном режиме +13 дБмВт, Рвых/Р2 = 25 дБмВт, входное и выход-
ное сопротивления по 50 Ом, собственный коэффициент шума NF =
= 2,5 дБ Микросхема потребляет ток 35 мА от источника питания с
напряжением +5 В. Одноразрядный аттенюатор УАтт1 выполнен на
микросхеме HMC541LP3 и может иметь коэффициент ослабления 0,5
или 10,5 дБ в полосе частот до 5 ГГц Усилитель У2 выполняется на
микросхеме HMC480ST89E, которая представляет собой узел с коэф-
фициентом усиления 16—19 дБ и выходной мощностью в линейном
режиме +19 дБмВт для полосы частот до 5 ГГц; коэффициент шума
3,2 дБ; Рвых/Р2 = +33 дБмВт Усилитель размещен в корпусе разме-
ром 4,6x2,3 мм с четырьмя выводами, потребляет ток 82 мА от источ-
ника питания с напряжением +8 В. Шестиразрядный аттенюатор
УАтт-2 выполняется на микросхеме HMC424LP3E, которая в полосе
частот до 13 ГГц меняет коэффициент ослабления от 0,5 до 31,5 дБ с
шагом 0,5 дБ. Предварительный усилитель УЗ на микросхеме
HMC326MS8GE имеет коэффициент усиления 21 дБ и уровень выход-
ной мощности +21 дБмВт Усилитель мощности УМ на микросхеме
HMC409LP4E имеет выходную мощность 1 Вт, коэффициент усиле-
ния 31 дБ, уровень Рвых 1рз = + 45 дБмВт, КПД 40 % при мощности
насыщения 32,5 дБмВт
Детектор мощности ДМ на микросхеме HMC614LP4E вычисляет
мгновенную (instaneous — iPWR), пиковую и среднюю мощности
СВЧ-сигнала в полосе частот от 100 МГц до 3,9 ГГц, а также норма-
лизованное значение пик-фактора (PARP) и крест-фактора (Crest
Factor) Эта микросхема отличается широким динамическим диапа-
зоном входных мощностей (от -57 до +15 дБмВт), малой погрешно-
стью измерений (не более ±1 дБ), слабым влиянием интермодуляци-
онных компонент (не более -69 дБ). Выходной сигнал при измерении
275

пик-фактора имеет логарифмическую крутизну 37—50 мВ/дБ в зави-
симости от частотного диапазона; максимальное выходное напряже-
ние составляет 1,6 В Такой узел незаменим при использовании
сложных сигналов с высоким значением пик-фактора, например сиг-
налов OFDM.
Принятый антенной сигнал поступает на малошумящий усилитель
МШУ, выполненный на микросхеме HMC604LP3E Этот узел в полосе
частот 4,8—6 ГГц отличается малым коэффициентом шума NF = 1,5
при усилении 15 дБ и высоким значением Рвых/рз = +26 дБмВт,
а также возможностью быстрого (за 7 не) переключения в режим
шунтирования, когда ослабление сигнала составляет 2 дБ; в режиме
шунтирования потребление тока снижается до 10 мкА. Микросхема
получает питание от источника с напряжением 3 или 5 В и током
менее 42 мА, размещена в корпусе размером 3x3 мм
После предварительной полосовой фильтрации в ППФ в соответ-
ствии с параметрами используемого сигнала производится преобра-
зование полосы частот вниз в смесителе (См) на микросхеме
НМСЗЗЗЕ, которая отличается низким уровнем мощности гетеродин-
ного сигнала благодаря встроенному усилителю по порту LO Полоса
частот по портам RF и LO составляет 3—3,8 ГГц, по выходному
порту IF она изменяется до 1 ГГц, коэффициент передачи по мощ-
ности -8,5 дБ Усилитель промежуточной частоты (У4) на микро-
схеме НМС476МР86Е с полосой частот до 6 ГГц имеет усиление
20 дБ, коэффициент шума 2,8 дБ, сопротивления входа и выхода по
50 Ом и выходную мощность в линейном режиме +12 дБмВт.
Для выполнения устройства в зависимости от конкретных техни-
ческих параметров могут быть выбраны микросхемы аналогичного
функционального назначения других производителей
4.4. Симплексное приемопередающее устройство
с диапазоном 55—64 ГГц
На рис. 4.4 показана функциональная схема симплексного прие-
мопередающего устройства миллиметрового диапазона длин волн с
коэффициентом шума менее 4 дБ, выходным уровнем в режиме насы-
щения +18 дБмВт и субгармоническим дважды балансным смесите-
лем в приемном тракте. Такое устройство находит применение для
кратковременной высокоскоростной передачи информации, пикосе-
кундной телефонии, сетевых передач, в качестве беспроводных узлов
телевидения высокой четкости HDTV Wireless Передаваемый сигнал
в полосе частот 14—16 ГГц по схеме на рис. 4 4 поступает на пассив-
ный умножитель х2 на микросхеме HMC-XDB112. Выходной сигнал
имеет удвоенные значения частоты с коэффициентом ослабления по
276

Рис. 4.4. Структурная схема приемопередающего устройства миллиметрового диапа-
зона длин волн
мощности -13 дБ, а составляющие входной частоты ослабляются не
менее чем на 30 дБ Узел не требует подключения к источнику пита-
ния и имеет размеры 2,2x0,65x0,1 мм Второй умножитель частоты
(х2) выполнен на микросхеме HMC-XDH151. Он является актив-
ным удвоителем частоты со встроенным выходным усилителем,
выходными частотами 55—64 ГГц, выходной мощностью не менее
-6 дБмВт и изоляцией по входной частоте не менее 36 дБ, его раз-
меры 1,8x0,8 мм.
Ключ (Кл) типа SPDT миллиметрового диапазона на микросхеме
HMC-SDH126 или HMC-SDD112 функционирует в полосе частот
55—86 ГГц, имеет ослабление в замкнутом состоянии 2 дБ и изоля-
цию в разомкнутом состоянии 30 дБ, встроенные блокировочные эле-
менты и цепи питания, рассчитан на сопротивление по всем портам
по 50 Ом, его размеры 2x1x0,1 мм, потребляет ток 22 мА по цепи
управления с напряжением +5 В и 63 мА по цепи управления с
напряжением -5 В
Принятый сигнал в полосе частот 55—64 ГГц поступает через
усилитель (У2) на микросхеме HMC-ALH382 (усиление 21 дБ; NF =
= 3,8 дБ; Рвых]дь = +12 дБмВт; напряжение питания +2,5 В; сопро-
тивления по 50 Ом) на гармониковый смеситель (См) на микро-
схеме HMC-MDB218 Этот узел рассчитан на сигнал порта RF с
полосой частот 54—64 ГГц и мощностью -2 дБмВт, сигнал на опор-
ном порте с полосой частот 27—32 ГГц и мощностью 10 дБмВт, а
также обеспечивает выходной сигнал с полосой частот до 3 ГГц,
ослабленный по мощности на 12,5 дБ. Выходные сигналы квадратур-
ных каналов с сопротивлениями по 50 Ом имеют фазовый разбаланс
1° и амплитудный разбаланс 0,3 дБ
Для выполнения устройства могут быть выбраны микросхемы
аналогичного функционального назначения других производителей
277

4.5. Дуплексное высокоскоростное
приемопередающее устройство
с диапазоном 72—82 ГГц
На рис 4.5 показана функциональная схема дуплексного приемо-
передающего устройства для высокоскоростной передачи информа-
ции в миллиметровом диапазоне длин волн с частотой 72—82 ГГц
На схеме рис. 4 5 входной сигнал в полосе частот до 10 ГГц преобра-
зуется в несущую частоту 72 ГГц, а принятый сигнал на несущей
частоте 82 ГГц преобразуется в полосу частот до 10 ГГц.
Пассивный смеситель (См1) с двойной балансировкой на микро-
схеме HMC-MDB277 имеет мощность гетеродинного входа +14 дБмВт
на частоте 70—90 ГГц и при полосе частот до 10 ГГц на входе обеспе-
чивает преобразование спектра частот вверх на частоту 72 или 82 ГГц
с ослаблением мощности на 12 дБ Сигнал миллиметрового диапа-
зона усиливается в усилителе (У1) (микросхема HMC-ALH459, или
HMC-ALH509, или HMC-ALH320), коэффициент усиления 14 дБ;
NF = 5 дБ; Рвых j дБ = +7 дБмВт, ток потребления 50 мА от источника
с напряжением +2 В, сопротивления по 50 Ом) Управляемый атте-
нюатор (УАтт), выполненный по балансной схеме с сопротивлениями
по 50 Ом на микросхеме HMC-VVD104, обеспечивает в полосе час-
тот 70—86 ГГц изменение коэффициента передачи от -2 до -16 дБ за
счет вариации управляющего напряжения в пределах от -5 до +5 В
Усилитель (У2) на микросхеме HMC-AUH317 или HMC-AUH318
имеет усиление 24 дБ и выходную мощность +17,5 дБмВт при питании
от источника с напряжением +4 В. Усилитель мощности (УМ) на мик-
росхеме HMC-AUH633 повышает выходную мощность до +23 дБмВт
Вход
информации
с полосой
доЮГГц
Опорный
генератор
с частотой
НЕ>-
Выход информации
с полосой до 10 ГГц
См I УАтт
Делитель
мощности
<^-<^шуК-
Радиочастотный
выход 69—87 ГГц
Радиочастотный
вход 69-87 ГГц
Рис. 4.5. Структурная схема приемопередающего устройства диапазона 72 и 82 ГГц
для высокоскоростной линии связи
278

на несущей частоте 72 или 82 ГГц. Принятый сигнал поступает на
малошумящий усилитель (МШУ), выполненный на микросхеме
HMC-ALH459 или HMC-ALH509, имеет усиление 14 дБ, NF = 5 дБ,
Рвых j дБ = +7 дБмВт, сопротивления по 50 Ом, питание от источника
напряжением +2 В. Пассивный смеситель входного сигнала (См2) с
двойной балансировкой выполняется на микросхеме HMC-MDB277,
имеет коэффициент передачи по мощности -12 дБ и преобразует
полосу частот принятого сигнала на базовую до 10 ГГц
4.6. Приемопередающее устройство
для базовой станции сотовой связи
На рис 4 6 показана функциональная схема приемопередающего
устройства (Transceiver) базовой станции беспроводной (сотовой)
связи, работающей на частоте 2,1 ГГц с сигналами стандартов GSM,
CDMA, WLL, WAN, WiFi, WiMAX, 2G, 3G и т.д. По схеме на рис. 4.6
передаваемый поток данных в виде двух квадратурных цифровых
последовательностей поступает на входные цифроаналоговые преоб-
разователи (ЦАП), а выходные аналоговые сигналы / и Q модули-
руют несущее колебание от генератора (Г2) с синтезированным зна-
чением частоты. Усилители (У5, УУ, У6 и УМ) формируют
излучаемый сигнал, частотный фильтр (ППФЗ) — частотную маску
для выполнения норм электромагнитной совместимости В приемном
тракте усилители радиочастоты (МШУ, У1 и УУ 1) поднимают уровень
мощности принятого сигнала, а частотный фильтр (ППФ1) снижает
уровень внеполосного шума Преобразователь частоты вниз выпол-
нен на смесителе (См1) с гетеродинным сигналом от генератора (П)
Усиление промежуточной частоты и фильтрация нужной полосы
КвМод L-/^
Рис. 4.6. Структурная схема приемопередающего устройства базовой станции сотовой
связи диапазона 2,1 ГГц
279

производятся в усилителях (У2, УУ2, УЗ, У4) и фильтре (ППФ2),
а выходной аналого-цифровой преобразователь (АЦП) с тактовой
частотой^ формирует последовательность Rx для цифрового демоду-
лятора
Усилитель У1 может быть выполнен на микросхеме АН 1-1 произ-
водства фирмы «TriQuint Semiconductor» Микросхема представляет
собой усилитель для полосы частот 250—4000 МГц с широким дина-
мическим диапазоном (NF = 3 дБ, усиление G = 13,5 дБ, Рвых\аь =
= +21 дБмВт, Рвых ;рз = 41 дБмВт, срок службы свыше 100 лет). Уси-
литель с управляемым усилением (УУ1) выполняется на микросхеме
VG111 той же фирмы Он предназначен для полосы частот 1,7—2,2 ГГц,
его коэффициент передачи изменяется от +12 до -14 дБ, выходная
мощность +22 дБмВт, Рвых 1ръ = +39,5 дБмВт, NF = 4,3 дБ.
Смеситель (См1) выполняется на микросхеме ML485 той же
фирмы. Он представляет собой пассивный GaAs-смеситель с широ-
ким динамическим диапазоном и встроенным усилителем по входу
опорной частоты. Полоса рабочих частот составляет 1,6—3,2 ГГц, по
порту LO 1,4—3,5 ГГц, по порту IF 50—300 МГц. Необходимая мощ-
ность гетеродинного сигнала 1 мВт, коэффициент передачи по мощ-
ности RF/IF составляет 8 дБ, РВЬ1Х 1РЗ = +35 дБмВт.
Усилитель промежуточной частоты (У2) выполняется на микро-
схеме WJA1500 (каскадируемый с сопротивлениями по 50 Ом высоко-
линейный узел с полосой частот 50—1000 МГц, G = 19 дБ, Ръых\дь =
= 20,5 дБ, РВЫХ}РЗ = +43,5 дБмВт, NF= 5 дБ)
Усилитель промежуточной частоты (УЗ) выполняется на микро-
схеме АН31 (диапазон частот 50—1000 МГц, G = 19 дБ, Ръых\аъ =
= +22 дБмВт, Рвых 1рз = +42 дБмВт, NF=\,9 дБ
Усилитель (У4) выполняется на микросхеме АНН, которая пред-
ставляет собой сдвоенный усилитель для балансного мостового и/или
двухтактного сложения мощностей (полоса частот 150—3000 МГц,
Рвых jp2 = 48 дБмВт в двухтактной конфигурации, G = 13,5 дБ,
Рвых1дБ = 21 дБмВт в каждом канале, NF = 2,7 дБ, возможно двух-
тактно-параллельное сложение мощностей четырех каналов в двух
микросхемах)
В передающем тракте усилитель (У5) рекомендуется выполнять
на микросхеме AMI (полоса частот 60—3000 МГц, G = 14 дБ, NF =
= 2,4 дБ, Рвых //>3 = 39 дБмВт, Рвых j дБ = +18 дБмВт, сопротивления
по 50 Ом).
Усилитель с переменным усилением (УУЗ) может быть использо-
ван такой же, как УУ1. Усилитель У6 выполняется на микросхеме
280

АН215 (400—2300 МГц; />вых1дБ = 31,5 дБмВт; G = 18 дБ; Рвых /рз =
= +46 дБмВт), а выходной усилитель мощности (УМ) — на микро-
схеме АР601, АР602 или АР603 (800—2400 МГц; />вых1дБ = 1,8^-7 Вт;
усиление G = 13,5 дБ на каскад; КПД 15—17 %; КСВН < (7:1); пита-
ние от источника с напряжением +28 В и током 245 мА).
4.7. Устройство радиочастотной идентификации
объектов
В устройствах RFID (Radio Frequency Identification) — автомати-
ческой радиочастотной идентификации объектов (считывателей гру-
зов, вагонов, автомобилей, предметов логистической сортировки и
торговли, книг, людей, животных и др.) объект облучается (рис 4 7)
монохроматической волной диапазона частот 860—960 МГц. Сигнал,
ретранслированный прикрепленным к объекту транспондером
(RFID-меткой) на той же частоте, содержит модуляцию фазы, которая
имеет уникальный код объекта. Приемник считывателя RFID выде-
ляет квадратурные составляющие / и Q, поступающие в процессор
обработки По схеме на рис. 4.7 в каскадах RFID используются недо-
рогие миниатюрные усилители широкого применения, например,
серий AG, EC и ECG производства фирмы «TriQuint Semiconductor»,
имеющие в полосе частот до 6 ГГц усиление около 20 дБ, Рвых\дъ =
= +18 дБмВт, NF = 3-J-5 дБ; Рвых IP3 = 20-J-35 дБмВт. Для выходного
^^j^H^J
^Г Делитель ^
Делитель
мощности
Е-А
Рис. 4.7. Структурная схема модуля радиочастотной идентификации объектов
(RFID-считыватель)
281

каскада с мощностью до 4 Вт могут использоваться микросхемы
FP31QF или АН312 той же фирмы Перспективные разработки RFID
выполняются этой фирмой в виде интегральных микросхем серии
WJW, включающих в себя радиочастотное приемопередающее уст-
ройство и микроконтроллер идентификации
4.8. Приемопередающее устройство сигналов
стандарта TD-SCDMA
Стандарт мобильных сетей третьего поколения TD-SCDMA (Time
Division — Synchronous Code Division Multiple Access) подобен
патентованным протоколам CDMA200 и WCDMA широкополосного
кодированного радиодоступа к услугам типа 3G Он обеспечивает ско-
рость передачи данных до 2 Мбит/с с несущей частотой около 2 ГГц,
импульсной мощностью абонентской станции до 250 мВт, шириной
полосы радиочастот до 5 МГц На рис. 4.8 показана типовая струк-
турная схема радиочастотного блока базовой станции. Ориентируясь
на элементную базу фирмы «TriQuint Semiconductor», в радиопереда-
ющем тракте схемы на рис 4.8 можно использовать усилители сигна-
лов базовой полосы IF на микросхемах AG302, WJA1510, АН31, уси-
лители радиочастот на микросхемах АН212, АР602. Усилитель
УУ1 1 с управляемым коэффициентом передачи ан микросхеме
VG111 (полоса частот 1,7—2,7 ГГц, G от +14 до -14 дБ, Рвых j дБ =
= +22 дБмВт, Рвых jp^ = 39,5 дБмВт) применяется для изменения
уровня излучаемой мощности с динамическим диапазоном 26,5 дБ.
Усилитель мощности АР603 рассчитан на максимальную мощность в
линейном режиме до 7 Вт в полосе частот 800—2200 МГц В тракте
радиоприемного устройства используются усилительные узлы с
широким динамическим диапазоном на микросхемах AMI, FH1 для
радиочастот, на микросхемах WJA1500, АН 118, АНЗ1, АН 11 для уси-
ления сигналов базовой полосы частот Смесители в передающем и в
приемном трактах на микросхемах ML485 отличаются высокой линей-
ностью преобразования частот (Ръых //>з = +35 дБмВт) и наличием
встроенного усилителя опорного сигнала LO, поэтому от источника
колебаний опорной частоты потребляется мощность не более 1 мВт.
4.9. Селективный ретранслятор сигналов
дециметрового диапазона
На рис. 4 9 показан пример принципиальной схемы селективного
ретранслятора сигналов дециметрового диапазона длин волн, в кото-
ром переизлучается с усилением мощности сигнал, полоса частот
282

н <
us
283

284

Антенна 1
1 УУ1
HJmJi^ 1
Л '©
Антенна2
Рис. 4.10. Структурная схема селективного ретранслятора сигналов с диапазоном
до 2,1 ГГц
которого задана фильтром на ПАВ На рис.4 10 показана типовая
схема такого ретранслятора.Особенность этой схемы состоит в воз-
можности применить миниатюрные преобразователи частоты (ПрЧ1
и ПрЧ2) модели CV111-ЗА, которые рассчитаны на преобразование с
высокой линейностью (Рвых /рз = +38 дБмВт) сигналов стандарта
UMTS (RF- 1,9—2,2 ГГц; IF- 65—300 МГц) с помощью встроенных
в микросхему балансного смесителя МН103А и усилителей по всем
портам RF, LO, IF
4.10. Оконечное устройство волоконно-оптической
линии передачи данных
Схема типовой системы передачи данных по волоконно-оптиче-
ской линии показана на рис 4 11. Для передачи данных со скоростью
до 50 Гбит/с используются двоичная модуляция интенсивности света
лазерного источника на одном конце волоконно-оптической линии
связи (ВОЛС) и быстродействующий детектор оптической мощности
на другом ее конце При указанной скорости передачи тракты форми-
рования модулирующих и обработки детектированных сигналов реа-
лизуются с помощью быстродействующих узлов цифровой логики,
тактирования, модуляции и детектирования с полосой рабочих час-
тот от единиц мегагерц до десятков гигагерц, в которых использу-
ются двухуровневые (трапецеидальные с малой длительностью
фронта) сигналы в выбранном стандарте логических уровней Для
таких устройств необходимы простейшие узлы цифровой логики
(инверторы, логические сумматоры, мультиплексеры, демультиплек-
285

Коррректрр
временных
интервалов
Рис. 4.11. Структурная схема оконечных устройств волоконно-оптической линии
передачи данных:
МП — мультиплексор, ДМП — демультиплексер, РУ — регулятор усиления
серы, буферы увеличения нагрузочной способности (Fanouts), диск-
ретные линии задержки для выравнивания фронтов, преобразователи
кодов, разветвители тактовых импульсов, умножители и делители
частоты тактирования, различные триггеры, усилители для согласо-
вания логических узлов с модуляторами света и фотодетекторами в
сверхширокой полосе частот Микросхемы для таких узлов с такто-
вой частотой от 10 до 50 Мвыб/с производят несколько интернацио-
нальных корпораций Среди них можно выделить «Inphi», «Hittite»,
«On-semi» и др. Например, корпорация «Hittite» выпускает интег-
ральную микросхему разветвителя тактовых импульсов
HMC724LC3C на две выходные цепи с тактовой частотой 13 Гбит/с и
длительностью фронта 19 пс. Усилительная микросхема этой фирмы
HMC-AUH312 имеет полосу пропускаемых частот 0,5—65 ГГц, уси-
ление 10 дБ, размах выходного сигнала до 2,5 В и предназначена для
обработки импульсов с частотой следования до 40 Гбит/с. D-триггер
модели HMC723LC3C предназначен для скорости передачи 13 Гбит/с,
имеет длительность фронта 18 пс, задержку передачи 105 пс, размах
выходных дифференциальных сигналов 1,3 В, сопротивления вхо-
286

дов/выходов по 50 Ом. Корпорация «Inphi Corp » предлагает для
стандартов SONET OC-768 и STM-256 узел разветвителя на два
канала в виде блока модели 50717CF со скоростью передачи данных
до 50 Гбит/с, длительностью фронта 8 пс, частотой тактирования
30 ГГц и размахом выходного сигнала 1,2 В Могут быть выбраны
другие варианты компонентной базы подобных систем.
4.11. Приемопередающее устройство
сантиметрового диапазона
На рис. 4.12 показана структурная схема приемопередающего
устройства с несущей частотой до 23 ГГц, отличающаяся двухсту-
пенчатым преобразованием частоты вверх, выполненная на компо-
нентах фирмы «Hittite» В передающем тракте первый преобразова-
тель частоты на См1 из диапазона 3 ГГц в диапазон 10—12 ГГц
выполняется на микросхеме HMC213MS8E с двойной балансиров-
кой. Второй преобразователь частоты выполняется на субгармони-
ческом смесителе (См2) со встроенным усилителем по порту LO
модели HMC264LC3B, который рассчитан на опорный сигнал порта
LO с низкой частотой 10—16 ГГц и мощностью от -4 до +4 дБмВт
ё
"^&-Ч>^р£>з.
Антенна
U||-je<^myK-
Qotr
Рис. 4.12. Структурная схема приемопередающего устройства с двухступенчатым пре-
образованием полосы частот вверх и прямым преобразованием частот вниз
287

При полосе частот по входному порту до 6 ГГц он обеспечивает
выходной сигнал в полосе частот 21—31 ГГц с подавлением несущей
(удвоенной частоты сигнала на порте LO) на 30 дБ и коэффициентом
передачи -9 дБ В приемном тракте применение квадратурного сме-
сителя HMC523LC4 со встроенным гибридным разветвителем сиг-
нала LO на квадратурные каналы и подавлением зеркальной полосы
позволяет из входных сигналов на портах RF и LO с частотой 15 —
23 ГГц выделить квадратурные компоненты информационных сигна-
лов с полосой частот до 3,5 ГГц, с подавлением по зеркальному
каналу на 25 дБ и опорному каналу на 22 дБ
4.12. Коммутируемый двунаправленный ретранслятор
сигналов стандартов CDMA/GSM/G3
Показанная на рис. 4 13 схема ретранслятора сигналов стандартов
CDMA/GSM/G3 отличается коммутацией направления ретрансляции
между двумя антеннами с помощью мощных переключателей
режима приема и передачи на микросхеме HMC484MS8GE. Эта мик-
росхема рассчитана на коммутацию СВЧ-сигнала в полосе частот
до 3 ГГц с мощностью до 10 Вт, обеспечивает уровень РВЬ1Х 1РЗ =
= +70дБмВт и длительность фронта переключения не более 15 не
Рекомендованный фирмой «Hittite» входной усилитель на микро-
схеме HMC618LP3E отличается сверхнизким уровнем шума NF =
= 0,75 дБ и коэффициентом усиления 19 дБ По схеме на рис.4 13
принятый сигнал усиливается, преобразуется на промежуточную
частоту с помощью первого смесителя (См1), фильтруется в
полосно-пропускающем фильтре (ППФ1) на ПАВ от мешающих
составляющих, преобразуется по частоте вверх на другую несущую
частоту, усиливается до 1,6 Вт в У1 на микросхеме HMC453QS16GE
Рис. 4.13. Структурная схема коммутируемого ретранслятора сигналов стандартов
CDMA/GSM/G3
288

и переизлучается Логарифмический детектор (ЛогД) СВЧ-сигналов
на микросхеме HMC618LP3E обеспечивает измерение мгновенной и
средней мощности с динамическим диапазоном 75 дБ и чувствитель-
ностью 19 мВ/дБ для коррекции излучаемой мощности в зависи-
мости от изменяющегося расстояния до абонента в соответствии с
мощностью сигнала в обратном канале
4.13. Двухчастотный многоканальный приемник
базовой станции сотовой связи
На рис 4.14 показана типовая схема многоканального приемного
устройства станции сотовой связи с диапазоном частот 0,38—2,2 ГГц
Корпорация «Hittite» рекомендует использовать следующую компо-
нентную базу. Многопозиционный переключатель (Кл1) типа SP4T
подключает приемную антенну к одному из нескольких усилительно-
преобразовательных трактов, различающихся видом модуляции и зна-
чением несущей частоты. Комбинация из последовательно включен-
ных двух малошумящих усилителей на микросхеме HMC375LP3E
(NF= 0,9 дБ, G = 17 дБ, Рвых 1РЗ = +34 дБмВт), управляемого ослаби-
теля на микросхеме HMC306MS10E (ослабление 0,5—15,5 дБ с шагом
по 0,5 дБ) и шунтирующего ключа на микросхеме HMC199MS8E, а
также управляемых усилителя на микросхеме HMC625LP5E (G от -13,5
до +18 дБ с шагом по 0,5 дБ) и ослабителя на микросхеме
HMC539LP3E (ослабление 0,25 — 7,75 дБ с шагом по 0,25 дБ) позво-
ляет весьма точно скорректировать изменение мощности входного
сигнала для обеспечения заданного уровня искажений Преобразова-
промежуточной у
частоты СХ Г~~У-
См УАтт! УУ
£^—^vr~<^yh
РПУ2
РПУЗ
Тест
ёЧс
Приемная
антенна
Калибровка МШУ
f^jj-^-<^t]
^5
-LJ-Г
Шунт
Рис. 4.14. Структурная схема многоканального приемного устройства станции сото-
вой связи диапазона частот 380—2200 МГц
289

тель частоты из диапазона 1—2,2 ГГц вниз на базовую полосу микро-
схемы HMC687LP4E отличается использованием высоколинейного
смесителя с двойной балансировкой и встроенного усилителя по
порту LO. Ключ (Кл2) типа SPDT, подключающий в качестве источ-
ника опорного сигнала один из двух синтезаторов стабильных частот,
отличается высокой изоляцией отключенного порта (-70 дБ). Для
вариантов такого приемника с несущими частотами 380—500 МГц
или 700—1000 МГц фирма «Hittite» предлагает на своем сайте под-
ходящие варианты МШУ и смесителя
4.14. Приемопередающее устройство базовой
станции стандарта WiBro
Стандарт мобильной интернет-связи WiBro (Wireless Broadband
Internet) подобен известному международному стандарту IEEE
802.1 бе (мобильный WiMAX) Он использует временное разделение
каналов для мультиплексирования и частотное уплотнение OFDMA в
полосах радиочастот 1,8—1,9 ГГц, 2,3—2,5 ГГц, 3,48—3,52 ГГц с
канальной полосой частот 8,75 МГц и скоростью передачи данных до
50 Мбит/с. На рис. 4.15 показана типовая структурная схема приемо-
передающего устройства базовой станции такого стандарта
Ориентируясь на элементную базу корпорации «Hittite», в схеме
на рис 4.15 можно использовать следующие компоненты В качестве
усилителей сигналов базовой полосы до 5 ГГц радиопередающего
тракта могут быть использованы микросхемы HMC476SC70E (G =
= 19 дБ; />вых/РЗ = +24 дБмВт), НМС479МР86Е (G = 15 дБ; />вых1дБ =
Рис. 4.15. Структурная схема приемопередающего устройства базовой станции стан-
дарта WiBro
290

= +18 дБмВт; Рвых 1РЗ = +34 дБмВт) Преобразователь полосы частот
вверх — микросхема HMC215LP4E (Рвых/Р2 = +25 дБмВт; мощность
на порте LO от +2 до +6 дБмВт; IsoLO/Rf = 32 дБ; встроенный уси-
литель по порту LO) Усиление радиочастот 2,2—2,8 ГГц выполня-
ется на микросхеме НМСЗ11SC70E (G = 15 дБ; Рвых\лъ = +15 дБмВт;
Лшх IP3 = +3° ДБмВт) или HMC414MS8GE (G = 29 дБ; РВЬ1Х нас =
= 1 Вт, КПД 32 %). Для контроля уровня мгновенной пиковой и
средней квадратической мощности и для измерения пик-фактора
используется логарифмирующий детектор радиочастот на микро-
схеме HMC614LP4E (динамический диапазон до 71 дБ; чувствитель-
ность -37 мВ/дБ). В приемном тракте для защиты от сигнала соб-
ственного передатчика рекомендован к применению радиочастотный
ключ на микросхеме HMC546LP2 (SPDT; Pmax до 40 дБмВт; потери в
открытом состоянии 0,4 дБ, в закрытом — 35 дБ, разомкнутый канал
нагружается на согласованное сопротивление 50 Ом, возвращение в
исходное состояние без сигнала управления Failsafe, фронт переклю-
чения 21 не) Малошумящий усилитель на микросхеме HMC667LP2
имеет NF = 0,8 дБ, G = 19 дБ, Рвых 1ръ = +29 дБмВт, РВЬ1х1дБ = 16 дБмВт;
усилитель радиочастот на микросхеме HMC480ST89E имеет NF =
= 3,2 дБ, G = 16 дБ, Рвых1РЗ = +34 дБмВт, Рвых1дБ = 19 дБмВт Управ-
ляемый ослабитель на микросхеме HMC629LP4E с 4-разрядным
цифровым управлением и встроенным последовательно-параллель-
ным драйвером изменяет коэффициент передачи от -3 до -45 дБ
Преобразователь частоты на базовую полосу выполняется на микро-
схеме HMC688LP4E, имеющей встроенный усилитель по порту LO.
Усиление сигнала IF производится микросхемой HMC478ST89E (NF =
= 3 дБ, G = 19 дБ, Рвых 1РЪ = +30 дБмВт, РВЬ1х1дБ = 18 дБмВт), затем
микросхемой HMC580ST89E (NF = 2,8 дБ, G = 22 дБ, Рвых 1РЗ =
= +37 дБмВт, Рвых1дБ = +22 дБмВт).
4.15. Радиопередающее устройство диапазона
дециметровых волн (ДМВ)
Рассмотрим эскизный проект компактного радиопередающего
устройства (РПДУ), предназначенного для формирования сигналов
передачи цифровой информации с фазовой манипуляцией при скоро-
сти передачи до 5 Мбит/с на несущей частоте, синтезируемой в
полосе от 1820 до 2000 МГц с шагом не более 3 Гц при выходной
мощности до 10 Вт.
Выберем структурную схему РПДУ в виде последовательного
включения (рис.4 16) следующих узлов* 1) опорного генератора;
291

292

2) синтезатора частоты; 3) фазового модулятора; 4) каскадов предва-
рительного усиления; 5) выходного усилителя мощности.
Начнем проектирование с выходного каскада. Усилитель СВЧ сиг-
налов с мощностью до 10 Вт (+40 дБмВт) на нагрузке с волновым
сопротивлением 50 Ом (соединитель XI), может быть выполнен
(см. рис 4 16) на транзисторе VT1 типа КТ919А с выходной цепью
согласования на отрезках микрополосковых линий Z7—Z9. Расчет
электрического режима транзистора и цепей согласования выполня-
ется по методике [62] Напряжение питания коллекторной цепи +24 В
поступает от источника Ек Возможны другие варианты выполнения
выходного каскада, в том числе, по ключевой высокоэкономичной
схеме (см. например, [41]). Коэффициент передачи по мощности кас-
када с учетом потерь в цепях согласования оценим в 10 дБ, так что
его входная мощность составит Рвх = +30 дБмВт (1 Вт) на нагрузке
50 Ом
В качестве предвыходного усилителя мощности выбираем уси-
лительный модуль XP1066-SD фирмы «Mimix Broadband», который
имеет следующие основные параметры* выходная мощность
Лшх1дБ = +30 дБмВт на нагрузке 50 Ом; коэффициент усиления не
менее +10 дБ в полосе частот от 1500 до 2300 МГц; предельная по
искажениям выходная мощность Рвых 1РЗ = + 46 дБмВт (40 Вт); напря-
жение питания VP2 = + 5 В с током 0,42 А Микросхема этого усили-
теля размещена в 8-выводном корпусе размером 4,9x6,1x1,5 мм
и предназначена для поверхностного монтажа Внешние микропо-
лосковые линии Zl—Z3 и высокодобротные чип-конденсаторы
С13—С15 типоразмера 0402 фирмы «Murata» образуют цепи согла-
сования, остальные конденсаторы и чип-резистор R3 используются
для блокировки и подключения питания; изменением потенциала на
выводе BIAS можно переводить каскад в режим малого потребления
мощности
Необходимую мощность в 100 мВт на входе предвыходного кас-
када можно получить от усилителя средней мощности модели
ADL5542 фирмы «Analog Devices», который имеет следующие
основные параметры: выходная мощность Рвых\аъ = 20 дБмВт на
нагрузке с сопротивлением 50 Ом в полосе частот от 50 до 6000 МГц;
малосигнальный коэффициент усиления 19,7 дБ; входная мощность
каскада 1 мВт; питание от источника VP1 с напряжением +5 В при
токе 93 мА; возможен перевод каскада в режим малого потребления
мощности изменением потенциала на выводе VPOS с помощью
схемы BIAS; каскад размещен в 8-выводном корпусе для поверхност-
ного монтажа с размером 3,0x3,0x0,9 мм.
293

Для фазового модулятора выбираем квадратурный модулятор
модели AD8349 фирмы «Analog Devices», которая имеет следующие
основные параметры: рабочая частота от 700 до 2700 МГц; выходная
мощность Рвых = 3,8 дБмВт (2,4 мВт) на нагрузке с сопротивлением
50 Ом; полоса частот модулирующего сигнала до 160 МГц; подав-
ление несущего колебания -45 дБ; подавление зеркальной полосы
-35 дБ; средняя квадратическая фазовая погрешность 0,3 град ; пита-
ние осуществляется от источника VCC с напряжением +5 В и током
135 мА; дифференциальный входной сигнал несущей частоты LO
должен иметь мощность от -10 до 0 дБмВт на нагрузке 50 Ом; вход-
ные квадратурные дифференциальные модулирующие сигналы имеют
напряжение по 0,4 В с током 11 мкА; модулятор размещен в 16-вывод-
ном корпусе для поверхностного монтажа размером 5,1x6,4x1,2 мм
Для согласования по уровням мощности между выходом модулятора
VOUT и входом предварительного усилителя RFIN включен фикси-
рованный ослабитель Атт2 на 6 дБ модели TS0306W3S фирмы «ЕМС
Technology».
В качестве синтезатора частот выберем микросхему
НМС831LP6CE фирмы «Hittite» со встроенным подстраиваемым гене-
ратором (ГУН), которая имеет следующие основные параметры: выход-
ной сигнал с частотой от 1815 до 2010 МГц; мощность +7,5 дБмВт
(5,8 мВт); крутизна управления частотой ГУН 15 МГц/В; уровень
белого фазового шума ГУН -162 дБ/Гц при отстройке на 10 МГц;
уровень собственного шума свободного ГУН -88 дБ/Гц при
отстройке на 10 кГц Кроме того, имеются режимы целочисленного
или дробного (24 разряда) синтеза частоты с шагом 3 Гц; входной
опорный сигнал с частотой от 100 кГц до 200 МГц должен иметь раз-
мах напряжения ±1 В на входной емкости 5 пФ; частота сравнения в
частотно-фазовом детекторе составляет от 100 кГц до ПО МГц; пре-
дусмотрена возможность программировать ток подкачки заряда от
20 мкА до 2,54 мА с шагом 7 мкА; собственный фазовый шум ЧФД
не превышает 149 дБ/Гц при отстройке на 10 кГц; имеются режимы
автокалибровки ГУН и ускоренного входа в синхронизм, обеспечива-
ющие длительность переходного процесса 90 мкс (при полосе ФНЧ
в цепи обратной связи 100 кГц и шаге по частоте 100 МГц). Питание
микросхемы синтезатора производится от двух источников* VC1
с напряжением +5 В при максимальном токе 100 мА и от источника
VC2 с напряжением +3,3 В при максимальном токе 60 мА Пара-
метры синтезатора устанавливаются в последовательном коде
по линиям DATA Для индикации можно использовать выходной
сигнал контроля синхронизма Lock Detect (LD). Синтезатор разме-
щен в 40-выводном корпусе для поверхностного монтажа размером
294

5,9x6,1x0,9 мм. Структура и параметры внешней цепи обратной
связи С4, R1, С5, R2, С6 рассчитываются, исходя из конкретных тре-
бований с шумовым и спектральным характеристикам этого синтеза-
тора (на схеме рис. 4 16 показан один из отладочных вариантов, пред-
лагаемый фирмой-разработчиком)
Для согласования уровней мощности между выходом RF-P синте-
затора и входом LOIP модулятора включается фиксированный осла-
битель Атт1 на 8 дБ модели TS0308W3S фирмы «EMC Technology».
Если вместо микросхемы HMC831LP6CE применить 24-выводную
микросхему модели ADF4360-2 фирмы «Analog Devices» со встроен-
ным ГУН, то необходимость в использовании ослабителя Атт1 отпа-
дет, так как она обеспечивает мощность выходного сигнала от -13 до
-6 дБмВт Она отличается в несколько раз большим значением кру-
тизны управления частотой, наличием встроенного делителя частоты
ГУН в 2 раза, питанием цифровых узлов от источника с напряжением
1,8 В с током 80 мА, меньшими пределами регулировки тока под-
качки заряда и увеличенным временем установления синхронизма
В качестве источника опорного сигнала выбираем микросхему
кварцевого генератора модели VCC4 фирмы «Vectron International»,
которая имеет следующие основные параметры* выходной сигнал с
заказываемой частотой от 1,544 МГц до 75 МГц с трапецеидальной
формой и уровнями +0,5 В и +4,5 В при токе 16 мА; погрешность
установки частоты и ее относительная нестабильность в интервале
температур от -40 до +85 °С не более ±25-Ю- ; возможность
отключения изменением потенциала на выводе E/D; среднеквадрати-
ческое значение нестабильности положения переднего фронта 0,5 пс
в полосе частот от 12 кГц до 20 МГц; питание от источника VDD с
напряжением +5 В при токе 10 мА; встроенный буферный усилитель
для ослабления влияния нестабильности нагрузки; генератор разме-
щен в 4-выводном корпусе для поверхностного монтажа размером
3,2x5,0x1,3 мм Номинал значения частоты опорного генератора
можно выбрать, например, 20 МГц и учесть его при расчете устанав-
ливаемых в синтезаторе коэффициентов деления частоты
Контрольные вопросы к гл. 4
1 Какие альтернативные компоненты можно применить при технической
реализации устройства по схеме, приведенной на рис 4 19
2 Какие компоненты ограничивают наибольшую мощность излучаемого
сигнала в схеме на рис 4 29
3 Предложите варианты технической реализации дуплексера в схемах по
рис 4 1 и 4 15
295

4 Оцените мощность сигнала, подключаемого на вход опорного сигнала в
схеме на рис 4 3
5 Предложите вариант реализации СВЧ-ключа по схеме на рис 4 5
6 Какая необходима мощность источников опорных сигналов П и Г2 в
схеме на рис 4 б9
7 Рассчитайте необходимую мощность на выходе буферного усилителя БУ
в схеме на рис 4 8
8 Рассчитайте значения частот и мощностей во всех узлах схемы на
рис 4 13
9 Выберите основные параметры синтезатора частот в схеме на рис 4 12
10 Рассчитайте параметры генераторов ОП и ОГ2 в схеме ВОЛС на
рис 4 11

ф
5
X
Ф
X
о
<
а
н
Z
<
о
оа
«*»
z
О
а
о"
t
I
Z ^
I- X
I!
S3
г*
о <
Z «
* Я
И
g«
gl
И
z о
о*
Z
о
о
ф
а
<
о
Z
а
Z
Область компетентности
Наименование фирмы, страна*
Адрес
№п/п
Стандарты частоты и времени
AccuBeat Limited, Израиль
www.accubeat com
-
Соединители и кабельные узлы СВЧ-диапазона
Applied Engineering Products
www.aepconnectors.com,
www.radiall com
(N
Ферритовые изделия, мощные резисторы,
коаксиальные компоненты подсистемы для частот
до 60 ГГц и с мощностью до 1 кВт
Aeroflex Microelectronic
Solutions
www.aeroflex.com/ams/micro-rfmw.cfm
m
Усилители радиосигналов СВЧ-диапазона
Aethercomm
www.aethercomm com
■<fr
Интегральные усилители, аттенюаторы, ключи,
делители частоты для диапазона миллиметровых
волн, оборудование
Agilent Technologies, Inc
www.agilent com
in
СВЧ-усилители
Aldetec, Inc
www.aldetec com
ЧО
Делители мощности, ВЧ-компоненты
American Microwave Corporation
www.americanmicrowavecorp com
-
Усилители мощности для систем радиосвязи
AmerAmp Company
www.ameramp com
00
Соединители, кабельные узлы
Amphenol RF
www.amphenolrf com
Os
Усилители мощности и компоненты для линий
радиосвязи
Amplidyne, Inc
www.amplidyneinc com
о
Усилители, генераторы, аттенюаторы,
диэлектрические резонаторы, ключи, смесители
для систем СВЧ
Spectrum Microwave Inc
www.amphfonix.com
-
297

Область компетентности
Наименование фирмы, страна
Адрес
1
Малошумящие и средней мощности усилители
для частот 40 кГц — 40 ГГц
AmpliTech Inc
www.amplitech com
(N
Генераторы с диэлектрическими резонаторами и
фазовой синхронизацией для частот 0,5—24 ГГц
Amplus Communication,
Сингапур
www.amplus.com sg
со
Активные и пассивные компоненты СВЧ
для военных и гражданских применении
Atlantic Microwave Ltd,
Англия
www.amrf со uk
^r
Аналого-цифровые компоненты высокоскоростных
линии передачи данных
Fiber-Span
www.anacomsystems.com
in
Электронные компоненты СВЧ на основе арсенида
галлия
Anadigs, Inc
www.anadigics.com
ЧО
Усилители, синтезаторы частот, ЦАП, АЦП, ГУН
Analog Devices, Inc
www.analog com
-
Мощные транзисторные и вакуумные усилители,
оборудование для систем радиосвязи и вещания
RF/Microwave Instrumentation
www.ar-worldwide com,
www.ar-amps.com
00
Конденсаторы, резисторы и индуктивности
для частот до 40 ГГц
American Technical Ceramics
www.atceramics.com
Os
Оборудование и компоненты для радиочастотной
и микроволновой промышленности
AtlanTecRF,
Англия
www.atl antecrf com
о
<N
Конденсаторы, индуктивности, резисторы, фильтры,
соединители, блокировочные элементы для частот
до 10 ГГц
с
о
о
в-
о
и
X
www.avx.com
CN
Производство радиационно-стойких компонентов
BAE Systems, Inc
www.baesystems.com,
www.bae-radhard ru
fN
298

Межправительственная лаборатория, хранительница
мирового стандарта частоты и времени, основана в
1875 г, в состав ее основных и ассоциированных
членов входят 78 государств мира
Bureau International des Poids et
Mesures, Франция
www.bipm com
Полупроводниковые компоненты
для радиочастотных и волоконно-оптических линий
связи
California Eastern Laboratories
www.cel com
Высокоскоростные электронные компоненты
для волоконно-оптических линий связи
Centellax Inc
www.centellax.com
Конденсаторы всех типов для частот до 2 ГГц
Cornell Dubilier Electronic
www.cde com
ЧО
Усилители, умножители частоты, СВЧ-компоненты,
антенны
CERNEX, Inc
www.cernex.com
(N
Микроволновые усилители и устройства на их
основе для военных и гражданских применений
Ciao Wireless, Inc
www.ciaowireless.com
оо
Разработка и производство электронных систем,
модулей и компонентов для связи и медицинской
промышленности
С-MAC Micro Technology,
Англия
www.cmac com/mt
On
Радиочастотные соединители, адаптеры и кабельные
комплекты
Coaxial Components Corporation
www.coaxicom com
о
Разработка и поставка новейших авиакосмических
систем для наземных, воздушных и морских
приложений
Cobham PLC,
Англия
www.cobham com
m
Чип-компоненты и мощные индуктивные элементы,
фильтры, широкополосные трансформаторы,
блокировочные элементы для электронной
аппаратуры
Coilcraft Corp
www.Coilcraft com
299

Область компетентности
Наименование фирмы
Адрес
1
Кабельная продукция широкого профиля, в том числе
СВЧ
Coleman Cable, Inc , CCI
www.Colemancable com
en
Разработка и производство частотных фильтров
для электронной аппаратуры
Coleman Microwave Company
www.colemanmw.com
Твердотельные усилители мощности
Comtech PST Corp
www.comtechpst com
4~>
Кварцевые генераторы и устройства с частотным
управлением
The Connor-Winsfeld Corp
www.conwin com
Электровакуумные усилители мощности
и генераторы микроволнового диапазона
Communications & Power
Industries, Inc
www.cpii com
Генераторы колебаний с кварцевыми и
диэлектрическими резонаторами,
фазосинхронизированные генераторы, синтезаторы
частот с ФАПЧ
Communication Techniques, Inc
www.cti-inc com
00
Кварцевые генераторы, керамические фильтры,
чип-резисторы, синтезаторы частот, дуплексеры,
триммеры, ключи
CTS Corporation
www.ctscorp com,
www.tdsiaz.com
Микроволновые усилители и устройства управления
для систем связи и аэрокосмическои электроники
DAICO Industries, Inc
www.daico com
о
Микроволновые компоненты (фильтры, усилители)
для частот от 1 МГц до 40 ГГц
Delta Microwave Company
www.deltamicrowave com
■<t
СВЧ-соединители и разъемы
Delta Electronics Manufacturing
Corp
www.deltarf com
Конденсаторы, резонаторы и фильтры для частот
до 60 ГГц
Dielectric Laboratories
www.dilabs.com
en
300

Координация функционирования свыше 40 фирм по
производству материалов и изделий
для СВЧ-электроники
с
о
е
о
е-
о
и
(5
о
Q
Е
о
о
с
о
е
о
е-
о
g
о
ТЗ
Коаксиальные соединители и переключатели
С ВЧ-сигналов
Dow-Key Microwave Соф
www.dowkey.com
Производство усилителей мощности на ЛБВ
для измерительных и коммерческих задач
Dynamic Wave Telecom, Inc ,
Австралия
www.dynamicwave com
чо
Мощные вакуумные и полупроводниковые
генераторы
E2V Technology PLC,
Англия
www.e2vtechnologies.com,
www.e2v.com, www.eev.com
^
Смесители, удвоители частоты, детекторы,
ограничители, эквалайзеры, делители мощности
для частот до 26 ГГц
Eclipse Microwave
www.eclipsemicrowave com
00
Кварцевые и МЭМС-генераторы и резонаторы
с высокой ударостойкостью
Ecliptek Corporation
www.ecliptek com
Широкополосные радиочастотные модули
и подсистемы для частот до 40 ГГц
Elcom Technologies
www.elcom-tech com
о
Проектирование и выпуск больших интегральных
схем, синтезаторов частот
НПЦ «Элвис», Россия
www.elvees.ru
ч~>
Мощные и широкополосные усилители, модуляторы,
соединители для радиовещания
Empower RF Systems, Inc
www.empowerrf com
U4
Источники колебаний и компоненты
для миниатюрных синтезаторов стабильных частот
ЕМ Research, Inc
www.emresearch com
Усилители мощности, малошумящие усилители,
синтезаторы, преобразователи частоты до 100 ГГц
с
о
о
в-
о
и
ТЗ
с
ш
www.endwave com
301

Генераторы, усилители, детекторы, переключатели,
умножители, смесители для частот от 100 кГц до 50 ГГц
Herotek, Inc
www.herotek com
ЧО
Делители частоты, умножители частоты,
синтезаторы частот, усилители, демодуляторы
с
о
о
е-
о
и
о
о
2
в
в
DC
www.hittite com
чо
Радиочастотные соединители, коаксиальные кабели
HUBER + SUHNER, Inc , Канада
www.hubersuhnermc com
00
чО
Высокостабильные генераторы и изделия с
частотным управлением
ILSI America, LLC
www.ilsiamerica com
чО
Высококачественные аналоговые и логические
интегральные микросхемы для СВЧ- и оптических
приложений
Inphi Corporation
www.inphi-соф com
о
Электронные приборы СВЧ для всех видов связи
и радиолокации
НПП «Исток», г Фрязино,
Россия
www.istok-mw.ru
-
Усилители, управляющие элементы, приемники,
преобразователи частоты для СВЧ
Jersey Microwave
www.jerseymicrowave com
(N
Интегральные пассивные компоненты
микроволновых цепей чип-конденсаторы,
резисторы, индуктивные катушки, дроссели питания,
диплексеры, гармониковые фильтры, подстроечные
элементы
Johanson Technology
www.johansontechnology.com
г»">
Генераторы с диэлектрическими резонаторами
для связи и управления
JSB Service Company
www.jsbservice com
^
Конденсаторы всех типов для поверхностного
монтажа на частоту до 1 ГГц
КЕМЕТ Electronic Соф
www.kemet com
in
Частотные фильтры и мультиплексеры
K&L Microwave
www.klmicrowave com
чо
303

Область компетентности
Наименование фирмы
Адрес
№п/п
Твердотельные и вакуумные компоненты для
микроволнового и миллиметрового диапазонов
(усилители малошумящие, ограничивающие,
мощности и др )
КМ 1С Technology, Inc
www.kmictech com
www kmictechnology com
r--
Компоненты для беспроводных систем связи
KMW Inc , Англия
www.kmwinc com
00
Производство компонентов цепей СВЧ,
измерительной аппаратуры, стандартов частоты и
времени
ННИПИ «Кварц»,
г Нижний Новгород, Россия
www.kvarz.com
Лазерные стандарты частоты, оптические часы
Институт лазерной физики РАН,
Сибирское отделение,
г Новосибирск, Россия
www.laser nsc ru
о
00
Аналоговые и цифровые интегральные микросхемы
для связи, вычислительной техники и
промышленных приложений
Linear Technology Corporation
www.linearcom
=
Волноводные изделия, вращающиеся сочленения
ПАВ-фильтры, фазовращатели
Link Microtek Limited,
Англия
www.linkmicrotek com
(N
00
Вакуумные и полупроводниковые усилители
мощности с повышенной линейностью для наземных
и бортовых спутниковых линий связи
Linearizer Technology, Inc
www.lintech com
со
oo
Производитель диэлектрических резонаторов
и генераторов, усилителей мощности и
преобразователей частот для микроволновых линий
связи
Lucix, Inc
www.lucix com
00
304

307

Область компетентности
Наименование фирмы
Адрес
1
Федеральное агентство США по стандартизации
измерении
National Institute of Standarts and
Technology USA
www.nist gov; www.ncsli org
00
Логические и аналоговые интегральные микросхемы
для датчиков, контроллеров управления, линий
передачи данных
ON Semiconductor
www.onsemi com
119
Высоколинейные, твердотельные, широкополосные,
микроволновые и радиочастотные усилители
для беспроводных систем связи
OPHIR RF, Inc
www.ophirrf com
120
Ферритовые циркуляторы, фильтры, частотные
мультиплексеры, смесители, удвоители частоты,
эквалайзеры, диплексеры
Orion Microwave, Inc
www.ononmicrowave com
121
Компоненты для радиолокационных,
радионавигационных и связных систем морского
базирования
Pascall RF & Microwave,
Англия
www.pascall со uk
122
Усилители, РЧ-соединители, кабельные узлы
Pasternack Enterprises, Inc
www.pasternack com
123
Стандарты частот и времени, оборудование частотно-
временных измерении
Pendulum Instruments, XL
Microwave Inc , Швеция
www.pendulum-instruments com
124
Высоколинейные микросхемы UltraCMOS
микроволнового диапазона, защищенные от влияния
окружающей среды
Peregrine Semiconductor, Inc
www.peregrine-semi com
125
Микромощные опорные и тактовые генераторы,
высокоскоростные коммутаторы сигналов
микроволнового диапазона
Pericom Semiconductor Corp
www.pericom com
126
308

Высокомощные и малошумящие усилители,
аттенюаторы, фазовращатели, компоненты СВЧ
Planar Monolithics Industries, Inc
www.planarmonolithics.com
r-
Разработка и производство электровакуумных
приборов СВЧ-диапазона
ОАО «Плутон», г Москва,
Россия
www.pluton msk ru
00
Усилители радиочастоты
Polyfet RF Devices
www.polyfet com
On
CN
Квадратурные детекторы, модуляторы
Polyphase Microwave, Inc
www.polyphasemicrowave com
о
en
Пассивные компоненты СВЧ, аттенюаторы, делители
мощности, фазорегуляторы
Pulsar Microwave Corporation
www.pulsarmicrowave com
en
Кварцевые генераторы широкого профиля
для военных и коммерческих применении
Q-Tech Corporation
www.q-tech com
en
Компоненты для беспроводных сетей связи
QUALCOMM, Inc
www.qualcomm com
сп
сп
Кварцевые и ПАВ-генераторы, диэлектрические
фильтры, ГУН
QuartzCom, Inc ,
Швейцария
www.quartzcom com
сп
Прецизионные источники сигналов точного времени
и частоты
Quartzlock UK Ltd,
Англия
www.quartzlock com
in
сп
Электронные изделия для микроволнового
и миллиметрового диапазонов
QuinStar Technology, Inc
www.quinstar com
чо
сп
Коммутационные изделия, коаксиальные
соединители СВЧ, кабельные узлы
Radiall
www.radiall com
сп
Группа компаний по поставке электронных
компонентов для российских производителей
ЗАО «РАДИАНТ», г Москва,
Россия
www.radiant su
00
сп
Радиокомпоненты мировых производителей
Официальный представитель «Mini-Circuits»,
«Dow-Key», «Coaxicom» и др
ЗАО «РАДИОКОМП», г Москва,
Россия
www.radiocomp net
On
СП
309

310

Усилители радиочастоты, компоненты СВЧ,
соединители, разъемы, узлы питания и блокировки
до 50 ГГц
«SHF» Communication
Technologies AG, Berlin,
Германия
www.shf de
о
1П
Разработка передатчиков и приемников в диапазоне
частот 20 МГц — 6 ГГц
Научно-производственный отдел
«Системы телевидения»
МТУСИ, г Москва, Россия
www.sigma-mtuci ru
V)
Высококачественные микросхемы для аналоговых и
смешанных сигналов систем связи и телевидения
Silicon Laboratories, Inc
www.silabs.com
Мощные полупроводниковые изделия и микросхемы
микроволнового диапазона для аэрокосмических
приложений
Vishay Siliconix
www.siliconix.com
1П
Объединившаяся с RFMD корпорация по
производству электронных компонентов
для СВЧ-устройств
Sirenza Microdevices
www.sirenza com,
www.rfmd com
in
Тактовые генераторы, ГУН и резонаторы на
кремниевой основе с высокой ударостойкостью по
технологии МЭМС
с
о
S
о
в-
о
и
1
ь
СЛ
www.SiTime com
in
in
Перестраиваемые СШП-генераторы и синтезаторы
частот микроволнового и миллиметрового
диапазонов
Sivers IMA, Швеция
www.siversima se
чо
in
Полупроводниковые аналоговые и смешанные
компоненты для высоколинейных систем мобильной
связи, промышленных и медицинских приложений
Skyworks Solution, Inc
www.skyworksinc com
>n
Усилители, умножители частоты, смесители,
генераторы Ганна, фильтры для миллиметровых волн
Spacek Labs, Inc
www.spaceklabs.com
00
in
Квантовые стандарты частоты и времени
SpectraTime, Швейцария
www.spectratime com
in
311

Область компетентности
Наименование фирмы
Адрес
1
Частотно-разделительные цепи, фильтры,
блокировочные элементы, резонаторы, соединители
микроволнового диапазона
Spectrum Control, Inc
www.spectrumcontrol com
о
ЧО
Полный спектр микроволновых компонент и систем
коммерческого применения
Spectrum Microwave, Inc
www.specwave com
чо
Твердотельные сверхлинейные усилители СВЧ с мощ-
ностью 1—360 Вт и частотой 0,3—14 ГГц, антенны
Stealth Microwave, Inc
www.stealthmicrowave com
ЧО
Твердотельные усилители мощности, передатчики и
приемники микроволнового диапазона
SSPA Microwave Corporation,
Канада
www. sspamicro wave com,
www.microdry.com
чо
Радиочастотные соединители
SV Microwave
www.svmicrowave com
чо
ГУН, синтезаторы частот, аттенюаторы, ключи,
удвоители частоты, модуляторы, фазовращатели
микроволнового диапазона
Synergy Microwave Corporation
www. synergy mwave com
in
чо
Кварцевые генераторы и кварцевые фильтры для
военных и коммерческих приложении
Tekelec Temex, Франция
www.tekelec-temex.com,
www.temex.com
чо
чо
Компоненты (усилители, фазовращатели, смесители)
и субсистемы для радиочастотного и микроволнового
диапазонов
Tele-Tech Corporation
www.tele-tech-rf com
чо
Генераторы с диэлектрическими резонаторами,
синтезаторы частот, фильтры, ЖИГ-генераторы,
приемники и преобразователи частоты для
микроволнового диапазона
Teledyne Microwave, Inc
www.teledynemicrowave com
oo
чо
Высококачественные кабели и провода для
аэрокосмическои промышленности
Carlisle Interconnect Technologies
Comp
www.tensolite com
ЧО
312

Высококачественные изделия радиочастотного и
микроволнового диапазона на основе МЭМС
TeraVicta Technology
www.teravicta com
о
r-
Мощные СВЧ-модули, мультиплексеры, СВЧ-ключи
Tesat-Spacecom GmbH & Co KG,
Германия
www.tesat de
r-
Производство аэрокосмических и военных систем,
устройств обеспечения безопасности
Thales, Франция
www.thalesgroup com
r-
Стандарты частоты и времени для измерений,
исследовании и анализа
Stanford Research Systems
www.thinkSRS.com
r-
Усилители, мультиплексеры, процессоры цифровой
обработки сигналов
Texas Instruments, Inc
www.ti com
r-
Разработка и производство электровакуумных
генераторных и усилительных приборов СВЧ
TMD Technologies Ltd, Англия
www.tmd со uk
<n
Микроволновые компоненты (источники сигналов,
умножители частоты, смесители, фазовращатели) и
субсистемы
TRAK Microwave Corp
www.trak com
о
Антенны, электронные приборы, твердотельные
усилители
General Dynamics SATCOM
Technologies
www.tripointglobal com
r-
r-
Усилители высокой мощности, фильтры,
преобразователи частоты СВЧ
TriQuint Semiconductor
www.triquint com, www.tqs.com
oo
Фильтры, подстроечные конденсаторы,
коаксиальные резонаторы, блокировочные элементы
микроволнового диапазона
Tusonix, Inc
www.tusonix.com
r-
Коаксиальные кабели, антенны, фильтры,
соединители
Tyco Electronics
www.tycoelectronics.com
о
00
Интегральные микросхемы (генераторы, усилители
малошумящие и мощности, смесители, умножители
частоты) для частот до 100 ГГц
United Monolithic
Semiconductors, Франция
www.ums-gaas.com
oo
313

Область компетентности
Наименование фирмы
Адрес
1
Управляемые напряжением по частоте генераторы,
синтезаторы частот от 500 МГц до 9 ГГц
Universal Microwave Corporation
www.vcol com
fN
00
Широкий профиль кварцевых и ПАВ-генераторов
для частот от 1 кГц до 3 ГГц
Vectron International,
Германия
www.vectron com
г*1
00
Широкий профиль дискретных полупроводниковых
и пассивных компонентов микроволнового диапазона
Vishay Intertechnology, Inc ,
Сингапур
www.vishay.com
00
Аппаратура для систем хранения времени,
водородных и рубидиевых эталонов частоты
ЗАО «Время-Ч», г Нижний
Новгород, Россия
www.vremya-ch ru
00
Радиочастотные усилители для военных и
коммерческих приложений, ферритовые изделия,
волноводные компоненты
WENTEQ Microwave Corp
www.wenteq com
00
Усилители радиочастоты
Wessex Technology Group PLC,
Англия
www.wessexelectronics.co uk
00
Радиочастотные компоненты на основе кремния по
технологии МЭМС
WiSpry
В
о
о
в-
00
00
Радиочастотные и волоконно-оптические
компоненты для систем связи, усилители, смесители
WJ Communication, TriQuint
Semiconductor
www.wj com,
www.triquint com
On
00
Главный метрологический центр Госслужбы времени
и частоты России
Всероссийский НИИ физико-
технических и радиотехнических
измерений, г Троицк, Россия
www.vniiftri ru
о
On
Управляемые генераторы, синтезаторы частот,
усилители мощности на рынке беспроводных
коммерческих технологий
Z-Communications
www.zcomm com
о^
Поставщик электронных компонентов из России,
СНГ и стран Балтии
Мир электроники, Россия
www.eworld ru
(N
On
314

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1 Генерирование колебаний и формирование радиосигналов / под ред
В Н Кулешова и Н Н Удалова — М Издательский дом МЭИ, 2008
2 Белов Л.А. Формирование стабильных частот и сигналов — М ИЦ
«Академия», 2005
3 Акимов П.С., Сенин А.И., Соленов В.И. Сигналы и их обработка
в информационных системах — М Радио и связь, 1994
4 Спутниковая связь и вещание Справочник —3-е изд / под ред
Л Я Кантора — М Радио и связь, 1997
5 Прокис Дж. Цифровая связь пер с англ — М Радио и связь, 2000
6 Скляр Б. Цифровая связь — М Издательский дом «Вильяме», 2003
7 Защищенные радиосистемы цифровой передачи информации /
П Н Сердюков, А В Бельчиков, А Е Дронов и др — М ACT, 2006
8 Баскаков СИ. Радиотехнические цепи и сигналы учеб для вузов —
3-е изд , перераб и доп — М Высшая школа, 2000
9 Денисенко А.Н. Сигналы Теоретическая радиотехника Справочное
пособие — М Горячая линия-Телеком, 2005
10 Аналого-цифровое преобразование пер с англ , под ред У Кестера
— М Техносфера, 2007
11 Сборник рабочих материалов по международному регулированию
планирования и использования радиочастотного спектра В 5 кн — М НПФ
«Гейзер», 2004
12 Bandwidth — efficient Modulations / Report Consultative Committee for
Space Data Systems CCSDS-413 0 G-l NASA Green Book, Issue 1,
Washington, April 2003
13 Белов Л. Компоненты генераторов стабильной частоты Генераторы,
управляемые напряжением // Электроника НТБ 2004 № 1
14 Белов Л. Опорные генераторы//Электроника НТБ 2004 №6
15 Белов Л., Хилькевич В. Генераторы СВЧ с диэлектрическими резо-
наторами для стабилизации частоты // Электроника НТБ 2006 № 7
16 Белов Л. Кварцевые генераторы и фильтры фирмы Vectron
International // Электроника НТБ 2007 № 2
17 www.vectron.com — сайт корпорации, разрабатывающей генераторы
сигналов, частотные фильтры и датчики на основе акустоэлектронных узлов
18 www.ecliptek.com — сайт фирмы, разрабатывающей источники СВЧ-
сигналов на основе кварцевых и микроэлектромеханических узлов
19 www.mtron.com — сайт фирмы, выпускающей высококачественные
кварцевые генераторы и фильтры
20 www.miteq.com — сайт многопрофильной корпорации, выпускающей
компоненты устройств СВЧ для гражданских и военных применений
21 www.microwave-dynamics.com — сайт фирмы, выпускающей микро-
схемы высокостабильных источников колебаний
22 www.synergymwave.com — сайт многопрофильной корпорации,
выпускающей компоненты устройств СВЧ в виде микросхем
315

23 www.resotechinc.com — сайт фирмы, специализирующейся на
выпуске генераторов стабильных по частоте колебаний с диэлектрическими
резонаторами
24 www.lucix.com — сайт фирмы, производящей диэлектрические резо-
наторы и компоненты устройств СВЧ на их основе
25 www.hittite.com — сайт многопрофильной корпорации, выпускающей
компоненты устройств СВЧ для гражданских и военных применений
26 www.jerseymicrowave.com — сайт фирмы, выпускающей компоненты
устройств СВЧ
27 www.specwave.com — сайт многопрофильной корпорации, выпуска-
ющей компоненты устройств СВЧ
28 www.comtechpst.com — сайт фирмы, специализирующейся на
выпуске твердотельных усилителей мощности диапазона СВЧ
29 Белов Л. СВЧ-компоненты фирмы MITEQ // Электроника НТБ 2005
№4
30 Белов Л. Hittite — портрет фирмы // Электроника НТБ 2005 № 8
31 Белов Л. Новая продукция Hittite // Электроника НТБ 2008 № 7
32 Белов Л. Mini-Circuits — профиль корпорации // Электроника НТБ
2005 № 6
33 Белов Л., Житникова М. МЭМС-компоненты радиочастотного диа-
пазона // Электроника НТБ 2006 № 8
34 Белов Л. МЭМС-компоненты и узлы радиочастотной аппаратуры //
Электроника НТБ 2008 №2
35 www.bipm.com — сайт Международной лаборатории мер и весов
(Париж, Франция), сохраняющей мировой стандарт частоты и времени
36 www.accubeat.com — сайт израильской фирмы, производящей вто-
ричные стандарты частоты и времени для военных и гражданских примене-
ний
37 Белов Л. Твердотельные усилители СВЧ // Электроника НТБ 2006
№5
38 Белов Л. Мощные усилители СВЧ // Электроника НТБ 2006 № 6
39 www.amplifonix.com — сайт корпорации, производящей твердотель-
ные усилительные и преобразовательные компоненты устройств СВЧ
40 Генераторы и усилители СВЧ / под ред И В Лебедева — М Радио-
техника, 2005
41 Электронные устройства СВЧ / под ред ИВ Лебедева В 2 кн —М
Радиотехника, 2008
42 Многолучевой клистрод для телевидения / А Королев, М Лопин,
Т Мишкин, А Победоносцев//Электроника НТБ 1998 №2
43 www.e2vtechnologies.com — сайт английской фирмы, специализиру-
ющейся на производстве твердотельных и вакуумных генераторных и усили-
тельных устройств СВЧ высокой мощности
44 www.cpii.com — сайт фирмы, выпускающей вакуумные устройства
СВЧ высокой мощности
45 www.microlambdawireless.com — сайт фирмы, специализирующейся
на производстве компонентов устройств СВЧ на основе ферритовых изделий
46 www.inphi-corp.com — сайт фирмы, выпускающей интегральные
микросхемы для устройств диапазона СВЧ
47 Шарапов Ю.И. Преобразование сигнала без комбинационных частот
в специальных приемниках — М Сайнс-Пресс, 2009
48 Модуляторы СВЧ / Л Белов, А Голубков, А Карутин, А Кондрашов
// Электроника НТБ 2008 № 3
316

49 Белов Л. Преобразователи частоты Современные ВЧ-компоненты //
Электроника НТБ 2004 №2
50 Белов Л. Частотные фильтры // Электроника НТБ 2004 № 5
51 Белов Л. Частотные фильтры фирмы K&L // Электроника НТБ 2007
№7
52 Белов Л Переключатели сверхвысокочастотных сигналов // Электро-
ника НТБ 2006 № 1
53 Белов Л. Микроволновые переключатели фирмы Dow-Key // Электро-
ника НТБ 2007 № 8
54 Белов Л. Аттенюаторы СВЧ // Электроника НТБ 2006 № 2
55 Белов Л. Коаксиальные соединители СВЧ-диапазона // Электроника
НТБ 2007 № 1
56 Джуринский К.Б. Миниатюрные коаксиальные радиокомпоненты
для микроэлектроники СВЧ — М Техносфера, 2006
57 Формирование прецизионных частот и сигналов / под ред
Н В Ямпурина Н Новгород Нижегород гос техн ун-т, 2003
58 Белов Л.А. Современные синтезаторы стабильных частот // Радиотех-
ника 2008 № 1
59 Белов Л. Синтезаторы стабильных частот // Электроника НТБ 2004
№3
60 www.radiocomp.net — сайт фирмы «РАДИОКОМП», представляю-
щей в России высокачественные радиокомпоненты мировых производите-
лей
61 Синтезаторы частот / Б И Шахтарин, ГН Прохладин, А А Иванов
и др — М Горячая линия — Телеком, 2007
62 Проектирование радиопередающих устройств СВЧ / под ред ГМ
Уткина —М Советское радио, 1979
63 Богатырёв Е.А., Ларин В.Ю., Лякин А.Е. Энциклопедия электрон-
ных компонентов Большие интегральные схемы / под ред А Е Еркина Т 1
— М ООО «Макро Тим», 2006

ПРЕДМЕТНЫЙ УКАЗАТЕЛЬ
Автогенератор 56
Адаптер 231
Адаптоаттенюатор 233
Амплитрон 137
Аттенюатор 226, 231
База сигнала 16
Блокировки цепь 196
Вариация Аллана 51
Время запаздывания групповое 197
Гармоника высшая 112
Гармоника, механическая 53
Генератор 60
— квантовый 96
— кварцевый 57, 76, 80, 268
— опорный 49
— оптоэлектронный 95
— с диэлектрическим
резонатором 60 — 63, 64, 70
— тактовый 71,72,75
— микроэлектромеханический 76,
95
— управляемый напряжением
(ГУН) 69,81,89,269
Датчик скорости 268
Делитель частоты 25
двухмодульный 156
дробно-переменный 156,256
параметрический 152
целочисленный 256
Детектор фазовый 166, 252
— частотно-фазовый 252, 273, 274
Диапазон частот 20
динамический 25
октавный 26
Диплексер 201
Дискриминатор фазовый 157
— цезиевый 96
Добротность 192
Дрейф частоты 22
Дрожание фронта 22, 52
Дуплексер 278
Запаздывание групповое 121
Идентификация,
радиочастотная 281
Изоляции коэффициент 160
Индекс модуляции 38
Интервал дискретизации 20
— тактовый 30,
Искажения интермодуля-
ционные 46, 143
— нелинейные 142
Источник опорных колебаний 295
Квадриплексер 201
Клистрод 113, 140
Клистрон пролетный 113
многолучевой 136
Ключ радиочастотный 223
Колебание 15,49
Когерентность 24
Кодер 35
Коммутатор 204
— частотных каналов 204, 213, 231
— цепей 215
Конденсатор подстраиваемый 191
Лазер 107
Лампа бегущей волны 137,140
Линеаризатор 144, 145
Линия волоконно-оптическая 285
— задержки управляемая 170, 173
— микрополосковая 65
Манипуляция 28
— частотная минимальная
(МЧМ) 39,40,42
Модем 270,
Модулятор частоты 37
— бинарный 29
— векторный 35,37, 181, 183
— квадратурный 29,30,41,42,174,
178
— фазовый 29,33, 175, 191
Модуляция 28
— линейная частотная 248
Мультиплексер частотный 212
Нестабильность фазы 26
Нестабильность частоты 50, 94
кратковременная 50
Ослабитель мощности 226
Ответвитель направленный 215
Отстройка частотная 253
318

Переключатель радиочастотных
цепей 215,219
Пик-фактор 18
Плотность мощности 16
фазового шума 22
Погрешность установки 97
Полоса частот 22
Преобразователь цифро-
аналоговый 174
— частоты 157
Разбаланс фазовый 29
— амплитудный 29
Разветвитель мощности 230
Рандомизатор фазы 245
Расширение спектра 74
Резонатор диэлектрический 27, 62
— кварцевый 27, 53—55
Ретранслятор 141, 282, 288
Сигнал 15, 18
Симметрия сигнала 51,72
Синтезатор частот 24, 242, 250,260,
264, 294
вычислительный 37,244
Синхронизация процессов 29
Скорость передачи 28
Смеситель 157,280
— балансный 160, 166, 168
— гармониковый 162
— двухканальный 169
— с подавлением зеркального
канала 162
— субгармонический 162, 166, 170
Совместимость электро-
магнитная 36, 38, 40
Соединитель 231,233
— волноводный 238
— коаксиальный 93, 237
Сопротивление полное 21
Составляющая спектральная
побочная (ПСС) 25
Спектр 19
— амплитудный 16
— зеркальный 175
— манипуляционный 28
— энергетический 15
Спектральная плотность
мощности 16
Стабильность частоты 26, 51
Стандарт частоты 27, 96
вторичный 97,99
квантовый 98, 105
Сумматор мощности 230
Схема подкачки заряда 256
Трансформатор радиочастотный 197
Триплексер 201
Удвоитель частоты 146,150
Умножитель частоты 25, 72, 87, 145,
157
активный 145, 150
волноводный 150
пассивный 147, 150
Усилитель 69
— бескорпусной 131,135
— вакуумный 136
— гиротронный 137
— двунаправленный 112, 135
— магнетронный 137
— малошумящий 113,119
— мощный 128, 129,293
— ограничивающий ПО, 135
— сверхширокополосный 132
— трансформирующий сопротивле-
ние (трансимпедансный) 112,129
Устройство идентификации
объектов 281
— приемопередающее 273, 276,
278,279,282,287,289,291
Утроитель частоты 146,150
Фазовращатель 170
Фазовый сдвиг 170
Фильтр 197
— верхних частот 198,207
— волноводный 211
— гармониковый 204, 207
— дисперсионный 204
— интерполяционный 189
— нижних частот 198
— полосовой 198,208,212
Фликкер-шум 23
Характеристика амплитудная 142
— модуляционная 81
Циркулятор ферритовый 123
Цифроаналоговый преобразователь
(ЦАП) 186,190
Частота дискретизации 19
Чип 194
Шум белый фазовый 23
— белый частотный 24
— фликкерный 23
Эквалайзер частотный 135
Элемент активный 26,113
319