Е.В. Егоров1, С.Б. Макаров2, В.М. Малышев3 

1 ООО «Специальный технологический центр», (Санкт-Петербург, Россия)

2-3 Санкт-Петербургский политехнический университет Петра Великого (Санкт-Петербург, Россия)

Постановка проблемы. Высокостабильные генераторы сантиметрового диапазона длин волн (СМ-диапазон) широко применяются в радиотехнических устройствах различного назначения. Применение термостатированных кварцевых генераторов и цепочки умножителей частоты приводит к схемотехническому усложнению с множеством паразитных спектральных составляющих на выходе. Использование наилучших образцов кварцевых генераторов с уровнем фазового шума (ФШ) −180 дБн/Гц (на частоте анализа F = 10 кГц от несущей 100 МГц) и идеальных умножителей позволяет теоретически получить на частоте f0 = 10 ГГц уровень ФШ −140 дБн/Гц (F = 10 кГц). Однако, за счет избыточных шумов умножителей уровень ФШ на 10−20 дБ выше потенциального. В настоящее время коммерческие опорные автогенераторы (ОАГ) с диэлектрическим резонатором (ДР) редко достигают уровня Sφ|F = 10 кГц −115 дБн/Гц. Поэтому создание опорного автогенератора для рабочих частот 10 ГГц с Sφ|F = 10 кГц менее −120 дБн/Гц является актуальной задачей.

Цель. Разработать ОАГ со сверхнизким уровнем ФШ и резонансной системой на основе ДР и провести исследование его характеристик.

Результаты. Проведено моделирование резонансной системы на основе отечественного дискового ДР на резонансной частоте, близкой к 10 ГГц. Экспериментально определены параметры колебательной системы, влияющие на потери и нагруженную добротность. Разработан малошумящий усилитель на основе SiGe-транзисторов. Представлен макет ОАГ, работающего на частоте, близкой к 10 ГГц, с уровнем ФШ менее −122 дБн/Гц (F =10 кГц) во всем диапазоне электрической перестройки.

Практическая значимость. Предложенный подход к построению сверхмалошумящих ОАГ СМ-диапазона может быть использован при разработке аналогичных генераторов.

Егоров Е.В., Макаров С.Б., Малышев В.М.  Сверхмалошумящий опорный автогенератор сантиметрового диапазона волн на основе диэлектрического резонатора // Радиотехника. 2021. Т. 85. № 12. С. 103−115. DOI: https://doi.org/10.18127/j00338486-202112-09

1. Chenakin A. Frequency Synthesis. Current status and Future Projection // Microwave Journal. 2017. V. 60. №. 4. P. 22−36.
2. Nikitin A.B., Khabitueva E.I. A 6-12 GHz wideband hybrid VCO // 2018 IEEE Int. Conf. Electr. Eng. Photonics, EExPolytech. 2018. P. 37–39. St. Petersburg. Russia.
3. Nikitin A.B., Khabitueva E.I. Microwave Ultra-Wideband VCO Design // 2018 Int. Conf. Actual Probl. Electron Devices Eng. APEDE 2018. P. 108–112. Saratov. Russia.
4. Khabitueva E.I., Nikitin A.B. The PLL synthesizer based on 6-12 GHz wideband hybrid VCO // Journal of Physics: Conference Series. 2019. V. 1326. 
5. Akhmetov D.B., Korotkov A.S., Rumyancev I.A. 2.4-2.5 GHz fractional-n frequency synthesizer with integrated VCO in 0.18 um CMOS for RFID Systems // 2018 IEEE Int. Conf. Electr. Eng. Photonics, EExPolytech 2018. P. 64–6. St. Petersburg. Russia. 
6. Petrov A.A., Shabanov V.E., Zalyotov D.V., Davydov V.V., Bulyanitsa A.L., Shapovalov D.V. Modernization of the frequency synthesizer of cesium atomic clock // 2018 IEEE Int. Conf. Electr. Eng. Photonics, EExPolytech 2018. P. 52–55. St. Petersburg. Russia.
7. Akhmetov D.B., Korotkov A.S. The reference spur reduction technique for frequency synthesizers // 2018 IEEE Conf. Russ. Young Res. Electr. Electron. Eng. ElConRus 2018. P. 164–166. Russia. 
8. How to Optimize Local Oscillator Phase Noise for EVM Measurements, https://blogs.keysight.com/blogs/tech/rfmw.entry.html/ 2020/05/08/optimize_phase_noisefYkg.html. last accessed 2021/03/14. 
9. Synergy Microwave Corporation DRO100. Datasheet, https://synergymwave.com/products/dro/datasheet/DRO100.pdf. Дата обращения: 12.11.2021. 
10. Z-Communications, DRO10000A. Datasheet, https://www.zcomm.com/pdfs/datasheets/DRO10000A.pdf. Дата обращения: 12.11.2021. 
11. Raditek, RDRO-A-8.0-15d-6-18v-E-a1. Datasheet, https://raditek.com/IC-OSCILLATORS/DRO/RDRO-A-8.0-10.7-14d-8-18v-Ea1.pdf. Дата обращения: 12.11.2021.
12. Miteq, DRO series G. Datasheet, https://nardamiteq.com/docs/DROG12000.PDF. Дата обращения: 12.11.2021
13. Analog Device, HMC-C200. Datasheet, https://www.analog.com/media/en/technical-documentation/data-sheets/hmc-c200.pdf. Дата обращения: 12.11.2021.
14. ООО Керамика. Диэлектрический резонатор. Продукция. https://ramics.ru/%d0%bf%d1%80%d0%be%d0%b4%d1%83%d0% ba%d1%86%d0%b8%d1%8f/. Дата обращения: 12.11.2021.
15. Khabitueva E., Nikitin A., Okulov D. Comparison of various em simulators in the design of a wideband microwave VCO // 2020 IEEE International Conference on Electrical Engineering and Photonics. EExPolytech 2020. P. 26−29. St. Petersburg. Russia. 
16. Karpova V., Ivanov N.A. Symmetrical Design of a Microstrip Tunable Bandpass Filter // Part of the Springer Proceedings in Physics book series. 2021. V. 255. P. 159−167. 
17. Egorov E.V., Ivanova A.V., Makarov S.B., Malyshev V.M. Ultra-Low-Noise Reference Oscillator Based on a Dielectric Resonator with Mechanical and Electrical Frequency Tuning // Part of the Springer Proceedings in Physics book series. 2021. V. 255. P. 621−628.
18. Yakimov, A.V., Klyuev, A.V., Krevskii, M.A. The Nature of Introduced Phase 1/f Noise in Microwave Oscillators // Journal of Communications Technology and Electronics. 2020. V. 65. № 1. P. 84−89.
19. Ченакин А. Фазовые шумы в СВЧ-генераторах. Методы решения проблемы // ЭНТБ. 2011. № 4. С. 52−61.
20. Rubiola E. Phase Noise and Frequency Stability in Oscillators. Cambridge University Press; 1st edition. 2010. 228 p.
21. Петров Б.Е., Романюк В.А. Радиопередающие устройства на полупроводниковых приборах. М.: Высшая школа. 1989. 232 c.
22. Kurokawa K. Some basic characteristics of broadband negative resistance oscillator circuits // Bell System Technical Journal. 1969. V. 48. P. 1937 – 1955.
23. Егоров Е.В., Малышев В.М. Экранированная колебательная система опорного СВЧ-генератора с торцевым возбуждением дискового диэлектрического резонатора // Научно-технические ведомости СПбГПУ. Информатика. Телекоммуникации. Управление. 2017. Т. 10. № 2. C. 45–57.
24. RO4000 Series High Frequency Circuit Materials. Datasheet, https://rogerscorp.com/-/media/project/rogerscorp/documents/advanced-electronics-solutions/english/data-sheets/ro4000-laminates-ro4003c-and-ro4350b---data-sheet.pdf. дата обращения 2021/12/11. 
25. Yu M. X. A Novel Microstrip-to-Microstrip Vertical Via Transition in X-Band Multilayer Package // International Journal of Antennas and Propagation. 2016. V. 2016. Article ID 9562854. 8 p. https://www. hindawi.com/journals/ijap/2016/9562854 
26. Effendy A. High Tuning Sensitivity Dielectric Resonator Oscillator from Optimization oF Dielectric Resonator TE01δ Mode // Microwave Journal. 2011. P. 128−142. 
27. MA46H120 Series. GaAs Constant Gamma Flip-Chip Varactor Diode. Э Datasheet, https://cdn.macom.com/datasheets/MA46H120%20 Series.pdf. Дата обращения: 02.04.2018.
28. MA46H120 ADS/Spice Diode Model. https://cdn.macom.com/files/MAVR-000120_MA46H120SPICE-ADSModel.pdf. Дата обращения: 22.11.2021.
29. Никитин А.Б., Хабитуева Е.И. Особенности разработки сверхширокополосных перестраиваемых генераторов СВЧ-диапазона в гибридном исполнении // Научно-технические ведомости СПбГПУ. Телекоммуникации. Управление. 2017. Т. 10. С. 41−50.
30. Спецификация BFP843. https://www.infineon.com/cms/en/product/rf-wireless-control/rf-transistor/ultra-low-noise-sigec-transistors-for-use-up-to-12-ghz/bfp843/. Дата обращения: 11.12.2021
31. NI AWR Design Environment. https://www.awr.com/awr-software/products. Дата обращения: 11.12.2021.
32. Никитин А.Б., Хабитуева Е.И. СВЧ-модель бескорпусного резистора // Научно-технические ведомости СПбГПУ. Информатика. Телекоммуникации. Управление. 2015. № 5(229). С. 39–46.
33. Analog Device, ADM7151ACPZ. Datasheet, https://ru.mouser.com/datasheet/2/609/ADM7151-1503180.pdf.
34. Технические характеристики PNA20. https://anapico-russia.com/wp-content/uploads/2019/05/pna-datasheet.pdf. Дата обращения: 11.12.2021
35. Egorov E.V., Makarov S.B., Malyshev V.M. Research of X-band Oscillator Based On SiGe Amplifier with Dielectric Resonator. 2021 International Youth Conference on Electronics, Telecommunications and Information Technologies: Proceedings of the YETI 2021. Springer Proceedings in Physics. 599 p.