Малошумящие генераторы, управляемые по частоте напряжением, на коаксиальных керамических резонаторах

• Автор: Кувшинов, Вадим Владимирович
• Шифр специальности: 05.12.04
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2012
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 208 с. : ил.

АННОТАЦИЯ
В диссертации обоснована и разработана методика проектирования малошумящих генераторов, управляемых по частоте напряжением (ГУН) с коаксиальными керамическими резонаторами (ККР).
Предложена и обоснована система приближённых методов расчёта стационарного режима, параметров и флуктуационных характеристик ГУН с ККР. Получена формула для расчёта фазовых шумов, которая представляет собой обобщение известной формулы Лисона для ГУН. В разработанной методике сочетается использование приближённых методов на первых этапах проектирования с применением современных средств моделирования на завершающем этапе.
Разработанная методика иллюстрируется примером проектирования малошумящего и экономичного ГУН с ККР на 3,5 ГГц с полосой перестройки 1,5%. На завершающем этапе проектирования в этом примере использован программный пакет Microwave Office. Экспериментальное исследование спроектированного ГУН с ККР, показало хорошее согласование с результатами расчета и моделирования. При напряжении питания 3 В ГУН с ККР имел КПД 10,5%, выходную мощность 1 мВт и уровень фазовых шумов (-100) дБн/Гц при отстройке от несущей частоты на 10 кГц. Приведены результаты экспериментальных исследований еще двух ГУН с ККР, спроектированных с использованием той же методики и имеющих более низкие уровни фазовых шумов.

СОДЕРЖАНИЕ
ВВЕДЕНИЕ °
1. ГЕНЕРАТОРЫ, УПРАВЛЯЕМЫЕ ПО ЧАСТОТЕ НАПРЯЖЕНИЕМ,
С КОАКСИАЛЬНЫМИ КЕРАМИЧЕСКИМИ РЕЗОНАТОРАМИ И МЕТОДЫ ИХ ПРОЕКТИРОВАНИЯ
1Л История создания и разработок ГУН с ККР
1.2 История и эволюция схемотехнических решений ГУН с ККР
1.3 Развитие теории и методов проектирования ГУН с ККР
1.4 Некоторые характеристики современных ГУН с ККР и уточнение постановки задач диссертации
1.5 Основные результаты
2. ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ МЕТОДИКИ ПРОЕКТИРОВАНИЯ
ГУН с ККР
2.1 Схема и модели ГУН с ККР и их использование в процессе проектирования
2.2 Анализ простейшей модели ККР с варикапом и построение одномодовой модели ГУН
2.3 Расчёт параметров модели ГУН с ККР и характеристик стационарного режима
2.4 Укороченные уравнения модели ГУН с ККР
2.5 Флуктуационные уравнения модели ГУН с ККР и спектральные характеристики флуктуаций фазы и амплитуды колебаний
2.6 Квазистационарный метод расчёта флуктуаций в ГУН с ККР и обобщённая формула Лисона
2.7 Количественные оценки флуктуаций в ГУН с ККР с использованием квазистационарного метода и обобщённой формулы Лисона
2.8 Основные результаты главы

3. МОДЕЛИ КОМПОНЕНТОВ, ИСПОЛЬЗУЕМЫХ ПРИ ПРОЕКТИРОВАНИИ ГУН С ККР
З Л Уточнение моделей компонентов при проектировании ГУН с ККР
3.2 Модели пассивных линейных компонентов
3.2.1 Модели конденсаторов
3.2.2 Модели чип-индуктивностей
3.2.3 Модели резисторов
3.3 Модели и некоторые характеристики коаксиальных керамических резонаторов
3.4 Модели варикапов
3.5 Исследование влияния полосы перестройки по частоте на добротность рабочей моды колебательной системы, состоящей из ККР, варикапа и емкости связи
3.6 Экспериментальное исследование ККР с перестройкой по частоте
при помощи варикапа
3.7 Исследование влияния амплитуды колебаний на характеристики КС
3.8 Модели транзисторов
3.9 Основные результаты главы
4. МОДЕЛИРОВАНИЕ И ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЕ
ИССЛЕДОВАНИЕ ГУН С ККР
4.1 Цели и место моделирования ГУН с ККР в процессе проектирования
4.2 Моделирование характеристик кольца обратной связи ГУН с ККР и коррекция параметров его схемы
4.2.1 Коррекция параметров схемы, связанная с уточнением
модели внутреннего транзистора
4.2.2 Коррекция параметров схемы, связанная с уточнением модели колебательной системы

автогенераторах почти гармонических колебаний методом укороченных символических уравнений [71,75] и другими эквивалентными ему методами.
Исследования флуктуаций в автогенераторах на биполярных транзисторах (БТ) начались в конце 60-х - начале 70-х годов прошлого века. В работах [78-80] основные результаты были получены с использованием методов, предложенных и развитых в работах [64,65,71,75,76] и нелинейных моделей БТ, разработанных и применённых к анализу автогенераторов в работах С.И.Евтянова и представителей его школы [44,66]. Они стали основой для исследования флуктуаций в транзисторных ГУН с управлением частотой колебаний при помощи варикапов.
Детальное исследование режимов и флуктуаций в транзисторных ГУН метрового и длинноволновой части дециметрового диапазонов волн проведено в работах [40,81-83,85]. Следует отметить, что во всех упомянутых ранее работах исследовались и рассчитывались как флуктуации фазы, так и флуктуации амплитуды автоколебаний, хотя для практики значительно более важна оценка спектральных характеристик фазовых флуктуаций выходных колебаний. Однако при анализе механизмов формирования спектров фазовых флуктуаций колебаний в ГУН расчёт флуктуаций амплитуды может оказаться важным, поскольку в таких автогенераторах существует механизм преобразования флуктуаций амплитуды во флуктуации частоты, связанного с нелинейностью вольт-фарадной характеристики варикапа. В работах [40,81-85] расчёты флуктуаций в ГУН выполнялись с учётом этих преобразований.
Общей чертой упомянутых выше работ является использование при расчётах флуктуаций в автогенераторах одногармонического приближения, в рамках которого не учитывается отличие реальной формы колебаний от гармонической из-за влияния высших гармоник токов и напряжений, возникающих в активных нелинейных элементах и в варикапах. Одним из путей оценки погрешностей этих приближённых методов и уточнения