13. 1. 3. О фазовых шумах аг

Р

Рис. 13. 3

ассмотрим вопрос о фазовых шумах АГ (ФШ). Найдем спектральную плотность шумов, создаваемых КК. К параллельному RLC контуру (рис. 13. 3) присоединен нешумящий АЕ, с помощью которого в контуре возбуждены колебания. Согласно Найквисту среднеквадратичное значение э.д.с. шума, создаваемого сопротивлением в полосе , может быть определено как , где постоянная Больтцмана, температура в градусах Кельвина, полоса частот, в которой измеряется напряжение. Найдем шумовое напряжение на контуре . Его среднеквадратичное напряжение будет равно: , здесь сопротивление параллельного соединения , которое при замене и, учитывая соотношение , приближенно равно и тогда . Спектральная плотность этого напряжения определится как . Мерой ФШ является отношение их спектральной плотности к квадрату напряжения частоты, генерируемой АГ, который равен , где мощность АГ. Полученное выражение имеет вид: . Обычно оно представляется в логарифмическом масштабе: . На этом этапе мы учли только тепловые шумы, вносимые за счет активных сопротивлений потерь. Если учесть также фликкер шумы и дробовые шумы, создаваемые АЭ генератора то . Примерный вид этой зависимости изображен на рис. 13. 4. Здесь участок с частотной зависимостью определяется фликкер-шумами АЭ, участок с зависимостью - тепловыми шумами, равномерная часть определяется з

Рис. 13. 4

начением . Для уменьшения ФШ надо использовать АЭ с минимальными шумами, использовать КК с возможно более высокой добротностью и большую мощность . Имея в виду, что помехи могут проникать из источников питания АГ и создавать дополнительные источники ФШ, необходимо тщательно фильтровать питающие напряжения.

13. 2. Конструкции автогенераторов свч

СВЧ АГ принципиально не отличаются от низкочастотных АГ. Основным отличием является замена LC колебательного контура резонатором на отрезках ЛП. На рис. 13. 5 приведена обобщенная схема СВЧ АГ. В качестве резонатора используется отрезок ЛП с последовательно включенной настроечной емкостью, с которым индуктивно (с помощью проволочных петель) связаны вход и выход АЕ и выходная цепь АГ. О

Рис. 13. 5

трезок ЛП вместе с емкостью представляет собой полуволновый резонатор. Так как оба его конца заземлены, электрическое поле обращается в ноль на концах и максимально в центре, магнитное поле максимально на концах и меняет знак, проходя через ноль в центре. Ввиду этого фаза сигнала, возбужденного АЭ в резонаторе правой нижней петлей, поворачивается на 180° на входе АЭ. Если сравнивать этот АГ с низкочастотными, то он представляет собой вариант трансформаторной схемы. На рис. 13. 6 показан другой АГ, в котором АЭ включен по схеме с заземленным стоком. Конструкция подобного АГ (с АЭ в виде биполярного транзистора, включенного по с

Рис. 13. 6

хеме с общей базой) показана на рис. 13. 7. Здесь выводы коллектора и эмиттера соединены с петлями, возбуждаемыми магнитным полем коаксиального резонатора. В схеме с общей базой напряжения на зажимах эмиттер-база и коллектор-база синфазны и поэтому цепь обратной связи не должна вносить фазового сдвига. Коэффициент обратной связи определяется размерами и местоположением петель связи. На рис. 13. 8 п

Рис. 13. 7

редставлена подобная конструкция с АЭ в виде диода Ганна. Напряжения питания выбирается так, чтобы рабочая точка находилась в середине участка ВАХ с отрицательным наклоном.

В

Рис. 13. 8

Рис. 13. 9

этом случае диод вносит в резонатор отрицательное сопротивление, которое обеспечивает работу АГ. Верхняя крышка резонатора отделена от его остальной части очень тонкой диэлектрической прокладкой и напряжение питания подключается между верхней крышкой и остальной частью. Выходной разъем АГ связан с магнитным полем резонатора с помощью петли. На рис. 13. 9 показана конструкция АГ на ферритовом резонаторе. Сферический резонатор из монокристалла ЖИГ находится внутри магнитной системы АГ. Там же находится и плата с АЭ с которой связан выходной разъем. Магнитная система заключена в кожух из мю-металла (пермаллой) с высокой магнитной проницаемостью, защищающий резонатор от внешних магнитных полей. Магнитопровод имеет Ш-образную форму, на центральном стержне находится основная обмотка для создания управляющего частотой магнитного поля. На торце стержня находятся пазы, в которых помещается дополнительная обмотка для точной подстройки магнитного поля. Вся конструкция помещается в термостат для обеспечения постоянной температуры резонатора.

Необходимо отметить, что вплоть до частот порядка 10 ГГц конструкции АГ (обычно в виде ГУН) выполняются так же, как и конструкции низкочастотных АГ. Разница только в том, что используются навесные элементы (сопротивления, емкости, индуктивности, транзисторы, диоды) очень малых размеров в виде «чипов». Вся схема создается на маленькой печатной платке, размеры которой малы по сравнению с длиной волны, методом поверхностного монтажа.