Малошумящие высокочастотные генераторы на ПАВ

Наряду с увеличением стабильности, основными тенденциями развития устройств генерации сигналов являются увеличение рабочих частот и уменьшение фазовых шумов и габаритных размеров. Частым требованием для генераторов в диапазоне частот от 100 до 2000 МГц является обеспечение низкого уровня спектральной плотности мощности фазовых шумов (СПМФШ) (-145…-135 дБ/Гц при отстройке 10 кГц и –170 дБ/Гц при отстройках выше 1 МГц) и малого джиттера (менее 100 фс).

Примечание: ЖИГ – резонаторы на основе железо-иттриевого граната; ПАВ – резонаторы на основе поверхностно-акустических волн; КР – коаксиальные резонаторы; ДР – дисковые диэлектрические резонаторы; МПЛ – микрополосковые резонаторы

Из рисунка 1, на котором представлена классификация резонаторов по частоте и добротности, видно, что в данном диапазоне частот наивысшей добротностью обладают ПАВ-резонаторы. С точки зрения габаритных размеров ПАВ-устройства также имеют ряд преимуществ.

Результаты измерения СПМФШ генераторов частот 224 и 857 МГц на ПАВ-резонаторах представлены на рисунках 2 и 3. Данные генераторы по габаритным размерам и электрическим параметрам находятся на уровне устройств фирмы Crystek Crystals [2], позиционирующихся как Ultra-Low Phase Noise.

Реализация высокодобротных (5000… 20 000) ПАВ-резонаторов на частоты до 1000 МГц не вызывает технологических трудностей, так как ширина линии ПАВ-структуры больше 1 мкм. Для реализации генераторов с частотами от 1000 до 2000 МГц оптимально использовать генераторы на ПАВ-резонаторах с умножением частоты. Это вынужденная мера, связанная, во-первых, с трудностями реализации топологий (<1 мкм), а во-вторых, с тем, что подобная ПАВ-структура со временем может деградировать, что недопустимо для высоконадёжных устройств.

Помимо ПАВ-резонаторов, в генераторах также применяются ПАВ-фильтры. Наиболее эффективным их применение является в диапазоне частот от 100 до 300 МГц. К примеру, миниатюрные термокомпенсированные кварцевые SMD-генераторы обладают относительно высокой температурной и долговременной стабильностью (±1…5×10^-6) и, как правило, их частота не превышает 100 МГц (М54003, АО «ОНИИП»), при этом СПМФШ не опускается ниже отметки -150 дБ/Гц. Применение узкополосных фильтров на ПАВ позволяет одновременно снизить СПМФШ на 20 дБ/Гц в дальней зоне и выделить третью гармонику выходного сигнала КМОП. Данное решение позволяет реализовать высокостабильные миниатюрные генераторы в диапазоне частот от 100 до 300 МГц в металлокерамических SMD-корпусах. Результаты измерения СПМФШ и джиттера 100 МГц генератора М54003 с ПАВ-фильтром на 300 МГц представлены на рисунке 4.

Схожее решение используется в генераторах фирмы Vectron, например в модели VS-702 [3].

Заключение

Современные материалы и технологии позволяют реализовать генераторы на отечественной элементной базе, обеспечивающие низкий уровень фазовых шумов в широкой полосе отстройки от несущей в высокочастотном диапазоне от 200 до 2000 МГц, с габаритными размерами не более 12,7×9,2×5,0 мм. Кроме того, за счёт применения кварцевых подложек ПАВ-структур генераторы обладают высокой температурной стабильностью (±50…200×10^-6). В диапазоне частот от 100 до 300 МГц может быть использовано сочетание кварцевого SMD-генератора и ПАВ-фильтра, что обеспечивает джиттер меньше 70 фс и температурную стабильность (±1…5×10^-6).

Во всех генераторах также может быть реализована возможность управления напряжением, что позволяет использовать их в качестве ключевых компонентов в различных высокочувствительных радионавигационных и радиолокационных системах.

Литература

1. Горевой А. Выбор генераторов для построения малошумящих СВЧ-синте-заторов. Компоненты и технологии. 2012. № 6. С. 87–92.
2. Crystek Crystals: www.crystek.com
3. Vectron International: www.vectron.com