Белов Л.А. Устройства формирования СВЧ-сигналов и их компоненты (2010) (1095867), страница 4
Текст из файла (страница 4)
В соответствии со стандартом 1ЕЕЕ Я(с(.521- -2002 применяют буквенные обозначения полос (Валс)) частот: 1. — 1-: 2 ГГц; 8 — 2+ 4 ГГц; С вЂ” 4 е 8 ГГц; Х вЂ” 8 -: 12 ГГц; Кн --. 12 —:18 ГГц; К -- 18+265 ГГц; К„-- 26,5+40 ГГц: О--- 30+50 ГГц; () — 40+60 ГГц; Ч --- 50+75 ГГц; Š— 60 —:90 ГГц; зЧ вЂ”- 75+110 ГГц; Р - — 90+140 ГГц; 1) — 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 никронпгны (ппсгозтате), 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 лля 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 (лнниями передачи, резонаторами, объемными структурами). овч увч свч квч а) смв дмв мв ммв ЧНР ()НР Ь К Г ККт К К„(( КГ Мнероеолнн Релночестотн о) 3 1О 30 )ОО Частоте, ГГп Од 20 Рнс.
(.(. Соответствие обозначений лнвпвзонав частот н ллин волн (а), полос СВЧ (й) н интервалов частое (е) ), 1смпп!секим устроистазм формирования и обработки ло иа:е'л СВц и!тел~ являются 1ребования выполнения заланно$о закона функционирования с малыми погрешностями Выбор допустимых зла че нин погрешностей существенно зависит от назначения системы.
Реализация устройства, характеризуемого совокупностью основных параметров с учетом погрешностей, является компромиссной инженерной задачей. решение которой неоднозначно и определяется возможностями текущего состояния рынка электронных компонентов и доступной технологией их соединения, создания конструкции усгройства заданного назначения. Устройства формирования и обработки аналоговых сигналов СВЧ характеризуются (12 — ! 5) следующими основными параметрами; формой входных и выходных сигналов (или близкой к синусондальной.
или близкой к двухуровневой -- трапецеилальной либо произвольной); полосой частот входных (молулнруюших, опорных радиочастотных) и выходных (модулированных радиочастотных, детектированных, пропорциональных вариациям параметров) сигналов; мощностью входных и выходных сигналов на опрелеленной нагрузке (по умолчанию — на активной нагрузке сопротивлением 50 Ом) или значением уровней тока (напряжения) на опрелеленной нагрузке: полныч сопротивлением входных и выходных цепей, лопустимым значением коэффициента отражения лля них; допустимым уровнем паразитных параметров выходных сигналов (сосредоточенных спектральных компонент, высших гармоник„ шумовых составляющих при определенных отстройках, неравномерности спектральной плотности мощности (СПМ)„мешающей модуляции и др.); интервалом допустимых внешних климатических (температуры, лавления, влажности, проникающей радиации с учетом цикличности) и механических (вибраций, ударов с учетом направления) воздействий; присоелннительными характеристиками (видом соединителей, разъемов): характеристиками коммутации режимов функционирования (механнческое, электрическое аналоговое, цифровое переключение, вид интерфейса, быстродействие по цепям управления); массогабаритными показателями, характеристиками энергопотребления.
надежностью, сроком службы и т.д. Ввиду большого разнообразия сочетаний параметров важнейшие из них будут рассматриваться при анализе характеристик отдельных компонентов. Для правильно~о функционирования лю(хно элскэронного среде~на необходим источник опорных периодических колебаний с достаточно высокой стабильностью частоты повторения, предназначенный для синхронизации процессов„для модуляции сигналов по закону передаваемого сообщения илн для выделения полезной информации, Сигнал на выходе автономного опорного генератора можно записать в виде (г) =- и(1) соа (2 с1„~ е(!)), (1.12) где Е/(!) —.
амплитуда; Д~ — несущая частота; с(!) --. случайные отклонения фазы от линейного во времени закона 2л~~~ь Опорные сигналы для цифровых схем часто имеют несинусоидальную, например трапецеидальную, форму изменения во времени. В этом случае вместо непрерывной случайной функции с(г) рассматривается последовательность (Ь,) отклонений моментов времени перехода сигнала через установленное граничное значение между верхним н нижним уровнями. Случайный процесс Л, называют дрожаниен фронта (Уй1ег), его среднее квадратическое значение измеряется в пикосекундах. После нормирования к периоду повторения сигнала Т„=: 1 ')„и перехода к ралианной мере величина 2фф, имеет смысл последовательности значений отклонения вариации фазы с(г) в моменты нулевых значений сигнала и(!), Радиочастотная СПМ опорного сигнала 5>,(У') по отношению к мощности несущего колебания в полосе 1 Гц измеряется в децибелах на герц (дБ Гц).
Основная часть мощности сосредоточена в окрестности несущей частоты Д (рис. 1.2). Форма несущего колебания опорного источника всегда не вполне синусоидальна, а для цифровых схем используют источники колебаний двухуровневой (трапецеидазьной) формы. Поэтому зависилюсть бл(~ ) в широкой полосе частот имеет заметные гармоники вблизи удвоенной 2Д и утроенной 3$о несущей частоты.
а также вблизи ее гармоник более высокой кратное~и. В радиотехнических системах с угловой модуляцией исключают влияние амплитудных нестабильностей и в качестве основной характеристики высокостабильного генератора опорных колебаний используют характеристику СПМ фазового ибчна 5 (г) — зависимости среднего квадрата отклонения фазы от ее номинального значения, приходящегося на полосу в 1 Гц, под действием шумов при У Суг.еЫ, — 1ОО 600 700 600 900 1ООО 1100 1200 1300 1400 1'. кГО Рнс. 1д. Примерный аиа СПМ рааночастотното лтлтебанно аагнтн несулчей частоты отстройке частоты г от несущей.
Ее ординаты имеют единицу измерения радиан в квадрате на герц (рад гГц). Поскольку Я,(Е) вызывается действием шумовых полос по обе стороны от несущей, различают двустороннюю (РонЫе Б11е Ванде - — РЯВ) и одностороннюю (Йпй!е %1е Ванде — ББВ) СПМ фазового шума. Ординаты КЯВ в предположении о симметрии формы 5 ()с) в 2 раза (на 3 дБ) выше, чем РВВ. Зависимость 5 (Р) харакгеризует шумовые процессы в источнике колебаний.
Уровень и частотная граница той зоны этой характеристики, в которой фазовый шум не зависит от отстройки, определяет белый фазовый шки, вызванный алдитивными источниками, находящимися вне кольца обратной связи автогенератора. Границы и уровни зоны, в которой значение Я„,(г ) убывает примерно пропорционально 1Ж характеризуют фазовый фянккер-ипш, обусловленный, главным образом. шумами усилителей и умножителей 23 'ас~о~ы в сосшве ~рак~а сигнала опорного 1енеразо(за ' ранним и уровни зоп1К в кото13ои 'начсние 5,1г 1 убывагз примерно пропорционально 1 "Г", характеризуют белый часьчатныи юауи, вызванный псгочникамп адзьпивиого шума на входе управляемого по частоте генератора.
Различают также зону частотного фликкср-шума и зону шума случайных блужданий, в которых показатель степени зависимости 5 (Г) имеет оолее высокие значения, Наряду с СПМ 5„(Г) или вместо нее используют следующие характеристики: СПМ чаеию иваго аж~а (Гц ''Гц) 5-(Г) = Г 5 (Г)„С(УМ относительных гллкза- 2,,- 2 лений частоты (1,' Гц) 5,,(Г) = (Г'Я 5в(Г). 2 'Требования к относительной нестабильности частоты источника опорных колебаний существенно различаются в зависимости от времени 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 нестабильное~и частоты опорных генераторов использузот тысячные (промилле -- %о), мил! лионные (пропромнлле -- рргп, млн ), бцалионные (миллиардные-- ррЬ, млрд ) доли. -! Повышение стабильности частоты источников опорных колебаний 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 периодических колебаний разных частот и диапазонов, связанных между собой условием когереитности: изменения их разности фаз, приведенной к высшей частоте, не должны неограниченно накапливаться с увеличением времени наблюдения.
Поэтому в состав ралиотехнической системы обычно входит хронизатор — устройство формирования ансамбля когерентных межлу собой опорных юлебаний различных частот (например. от долей герца до десятков гигагерц), относительная нестабильность частоты каждого из которых не превосходит заданного значения. На рис. !.3 показан пример структурной схемы хронизатора опорных частот.
Частота До колебаний от эталонного генератора (ЭГ) подвергается умножению в лг раз и делению в М раз, где У и М --- целые числа. Возможны варианты структурных схем, в которых используется синтезатор частот (СЧ), частота выходных колебаний которого в установившемся режиме связана дробно-рациональным соотношением (отношением целых чисел) с опорной частотой и 24 .гг: Дс тггг егго 1 Кггноыг сгв ~ ~ ! Сннтемтор чаг готы: гас мт 2, рнс.
КЗ. Ст ртнткрнан стена тронитвтора онарнмт частот -;:ймвегделяется колом /с. В ряде конструкций эталонных генераторов ::~~уйэдуематривается возможность механической или электронной кор;-'~ф)цзи погрешностей установки и изменения частотыус во времени ;,;:'ывзсцгиалавг от внешнего стандарта с частотойд, г'".'-~;."!::":зчяножение и деление частоты, синтезирование ее номинала в СЧ "!~~фупвождаются ухудшением слектрсьтьной чистоты выходного :~~~)сйяда: изменяется относительный уровень мощности высших гар""'" и„появлякпся сосрелоточенные по частоте побочные ~паразит':р~' "'~),спектральные составляющие (ПСС) на частотах субгармоник '4",'" ":-'пвстота в целое число раз ниже выходной), на комбинационных .'„'~~)~~так.
которые обусловлены нелинейными взаимодействиями и 'г~)~йэстаточной фильтрацией мешающих составляющих в электронХ:узлах хронизатора; изменяются уровни и границы характерных ~~~~~,':,Характеристики 5 (Е) выходного колебания по сравнению с :,:;;-:~~9аиым. ,-~~~~~:;::! ~ля общей опенки уровня паразитных спектральных составляго;,Ф;, т!фей',::наряду с относительным уровнем второй и третьей гармоник, "'~)~)фрльзуют значение свободного от ПСС динамического диапазона г!~флавий (Брцпоцз-ггее Рупапйс Валле -- БНЖ).
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
