用于微波和转换器的稳定低噪声晶体振荡器。方案、说明

用于微波和转换器的稳定低噪声晶体振荡器。无线电电子电气工程百科全书

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对于无线电爱好者使用窄带类型调制 CW、SSB、NBFM 高达 411 GHz 的情况，确保微波转换器中本地振荡器频率的高稳定性尤为重要。一个不太为人所知的问题是相位噪声，大多数业余无线电振荡器设计都有过高的噪声水平，会降低转换器的动态范围。公开了这些问题，并在文章的 5 个主要部分中提出了解决这些问题的方法。在解释相位噪声问题的部分中，注意到毫米波转换器振荡器通常在 100 MHz 左右的频率下工作，它们的相位噪声水平是一个非常关键的参数，因为。进一步的加倍步骤将信号中的噪声电平增加 6 dB。因此，例如，将 100 MHz 石英频率连续加倍至 10 GHz 将使输出噪声增加近 40 dB，最高可达 250 GHz - 增加 68 dB 或更多。

晶体振荡器的常见电路提供的相位噪声水平相对于载波水平（在功率方面）不低于 -155 dB / Hz。乘以 245 GHz 会使输出信号中的这个参数降到 -87 dB/Hz。例如，当使用 NBFM 时，16 kHz 频段中的噪声电平将为 (-87 + 42) dB，即仅比载波低 45 dB。在这种情况下，接收器的动态范围将仅为 45 dB，在传输模式下，辐射的宽带噪声将比主信号的电平低 45 dB。

在“提高稳定性”部分中，表明石英振荡器的温度不稳定性为 ±10 ppm（10^-5) 从 0°С 到 +70°С。当乘以 100 MHz 信号时，这对应于 10 GHz 时的 ±100 kHz。温度补偿可实现不差于 0,3 ppm (3 * 10^-7）或±3 kHz（10 GHz），或±7 kHz（24 GHz），或±75 kHz（250 GHz）。具有与铷频率标准相对应的参考振荡器的 PLL 系统将有助于提供本地振荡器的“石头”稳定性。

这种发电机用于过时的无线电导航仪器，并且可以在美国非流动性商店中找到。它们的温度不稳定性为 ±10-9 或 0,001 ppm，并允许作者在业余频段 250...241 GHz 上相乘后实现 ±250 Hz 的长期不稳定性。在“相位噪声降低”部分，以双极晶体管上的传统巴特勒石英振荡器电路为例，表明（图1）输出信号中的噪声水平主要决定晶体管输入的噪声，来自石英谐振器的信号被施加到该信号，并且在增加该入口的电阻后明显减小。

用于微波和转换器的稳定低噪声晶体振荡器
Ris.1

对于图45中的电路，噪声水平为-155 dB/Hz，用J2共栅场效应晶体管替换双极5179N310后，作者得到的相位噪声水平为-172 dB/Hz。 “VCO电路”部分介绍了压控振荡器的电路（图2）——作者开发的低噪声PLL（低噪声锁相晶体振荡器-LNPLXO）晶体振荡器的主要节点。

用于微波和转换器的稳定低噪声晶体振荡器
Ris.2

Q1 上的共栅放大级为来自石英谐振器 Y1 的信号提供高输入阻抗，射极跟随器 Q2 提供低 VCO 输出阻抗，相应地，谐振器激励电路的电阻也低。 Y1 在串联谐振的第五次谐波处被激励，具有 AT 截止且 C0=30 pF，R0<60 Ohm。 L1C1C2 电路选择必要的谐波。 R14 对其进行分流以提高线性度并设置 POS 发生器电路所需的增益。电路 D2C9R2R3 限制不失真输出信号的幅度。连接点R2R3设置为1,6V，当Q1漏极处的峰值射频信号达到-2V时，D2打开并限制输出信号幅度的进一步增加，而不改变Q1的工作点，具有对发电机的线性度和噪声特性产生积极影响。使用 R2，您可以选择输出信号电平，以便 Y1 上消耗的功率不超过 1 mW。为了确保 VCO 上的负载影响最小，输出信号使用 T2 1:9 变压器从 Q1 集电极获取。 LNPLXO 的 PLL 系统（图 3）是根据标准方案制作的。

用于微波和转换器的稳定低噪声晶体振荡器
Ris.3

其基础是U1（MC145158），包括一个高稳定铷参考振荡器信号的分频器R（输入1/U1）； VCO频率的DPKD由U2芯片预分为20/21（MS12019）或32/33（MS12015）（输入8/U1）；鉴相器 - 输出 5/U1。来自相位检测器的信号被馈送到 LPF R19C13，其参数并不完全符合摩托罗拉的建议，而是根据 VCO 中石英的高品质因数通过实验选择的（图 46）。 PLL 系统由 PIC16F83 (U4) 微控制器控制，其控制程序（文件 STEP1199.ZIP）可在 arl.org/files/qex/ 中找到。对于 24,192 GHz 转换器，作者使用反并联二极管混频器，而外差应工作在一半频率，等于 11,448 GHz，IF 为 1296 MHz。为了从频率为 46 MHz 的 LNPLXO 信号（图 47、95,4）中获得 11,448 GHz，需要乘以 120，这是通过连续乘以 2、3,4 和 5 来解决的。

作者：约翰斯蒂芬森（KD6OZH）；出版：N. Bolshakov, rf.atnn.ru

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