СОВРЕМЕННАЯ ЭЛЕКТРОНИКА №2/2015

ПРИБОРЫ И СИСТЕМЫ 32 WWW.SOEL.RU СОВРЕМЕННАЯ ЭЛЕКТРОНИКА ◆ № 2 2015 Отечественный синтезатор частот с высоким быстродействием и низким уровнем фазовых шумов В статье описан новый отечественный синтезатор частот UNO-10M. Представлены результаты измерения его фазовых шумов и быстродействия. Показано, что по многим параметрам синтезатор не уступает импортным приборам инструментального класса. Пётр Бобкович, Андрей Кузменков (Москва) В ВЕДЕНИЕ Современные широкополосные син- тезаторы частот и генераторы харак- теризуются следующими основными параметрами: уровнем фазовых шумов и побочных спектральных составляю- щих (ПСС) и скоростью перестройки по частоте. К синтезатору, использу- емому в лабораторных исследовани- ях, предъявляются особенно жёсткие требования в части уровня фазового шума и чистоты спектра сигнала. По этой причине в высококачественных СВЧ-синтезаторах используют ферро- резонансные генераторы на железо- иттриевых гранатах (ЖИГ), которые в совокупности с параметрами сиг- нала, полученного умножением часто- ты опорного кварцевого генератора, обеспечивают исключительно высо- кую спектральную чистоту выходно- го сигнала. Однако из-за физических ограничений скорость перестройки ЖИГ-генератора по частоте невысокая. Для снижения уровня фазовых шумов применяется синхронизация высо- кочастотного генератора (реализо- ванного, например, на диэлектриче- ском или лейкосапфировом резона- торе) высокостабильным сигналом, а широкий диапазон частот обеспечи- вает гибридный синтез [1, 2]. В пересчё- те на 10 ГГц, уровень фазовых шумов лучших СВЧ-генераторов составля- ет от –120 до –135 дБн/Гц на отстрой- ке 10 кГц (иногда указывают 20 кГц), а время перестройки обычно состав- ляет десятки или сотни миллисекунд. В таких изделиях, как правило, исполь- зуется самая передовая и совершенная элементная база, нередко разработан- ная самим производителем. Недостатком приборов с рекордны- ми характеристиками является очень высокая цена, которая обусловлена сложностью разработки, уникально- стью компонентов и использованием патентованных технических решений. Например, один из лучших генерато- ров компании Keysight Technologies – N5183B – продаётся в США в базовой комплектации по цене $25 825 [3]. При заказе прибора, дооснащённого функ- цией уменьшения фазовых шумов UNY, цена увеличивается на $12 396. Оснащённый всеми функциями, но без дополнительных принадлежно- стей, прибор будет стоить около $90 тыс. Следует отметить, что приобре- тение генератора с расширенными функциями в России затруднитель- но из-за экспортных ограничений со стороны Бюро промышленности и без- опасности США. Другой класс синтезаторов – мало- габаритные приборы (программно- управляемые модули), которым свой- ственна высокая скорость перестрой- ки по частоте за счёт использования генераторов, управляемых напряжени- ем (ГУН). Такие синтезаторы реализу- ют широкий рабочий диапазон частот (с верхней границей до 20 ГГц), имеют достаточно низкие для большинства приложений уровни фазовых шумов и ПСС и, что очень важно, значитель- но меньшую стоимость. Эти приборы предназначены для встраивания в ком- плексы измерительного оборудования, например, для тестирования и отлад- ки промышленной продукции. Недо- статками малогабаритных синтезато- ров являются упрощённая регулиров- ка мощности выходного сигнала (либо её отсутствие), компромиссные тех- нологии модуляции, недостаточная фильтрация гармоник, узкий диапа- зон ослабления сигнала и некоторые другие. Качественные малогабаритные син- тезаторы частот реализуют уровень фазовых шумов в пересчёте на 10 ГГц от –100 до –125 дБн/Гц на отстройке 10 кГц, а время перестройки частоты составляет десятки или сотни микро- секунд. По сравнению с прибора- ми, реализованными с использова- нием ЖИГ-генераторов, синтезаторы с ГУН характеризуются более высоким уровнем фазовых шумов на отстрой- ке 1…10 МГц. О ТЕЧЕСТВЕННЫЙ СИНТЕЗАТОР ЧАСТОТ UNO-10M В классе малогабаритных приборов продукция отечественных разработ- чиков представлена не очень широ- ко и, в целом, уступает по характери- стикам лучшим зарубежным аналогам. Одним из малошумящих малогаба- ритных синтезаторов частот, произ- водимых серийно и сопоставимых по характеристикам с зарубежными кон- курентами, является UNO-10M – новый прибор российской компании Адван- тех [4], который реализует диапазон выходных частот от 100 кГц до 12 ГГц с шагом 0,001 Гц (см. рис. 1). Синтезатор частот UNO-10M выпол- нен по многокольцевой схеме со сме- щением частоты в тракте обратной связи ФАПЧ. В традиционных, одно- кольцевых, схемах снижение уров- ня фазовых шумов обеспечивается высокой частотой сравнения, благо- даря которой уменьшается коэффи- циент передачи в петле ФАПЧ. Тем не менее, за счёт шума, вносимого частот- но-фазовым детектором (ЧФД), достиг- нуть уровня фазового шума менее –(125…130) дБн/Гц на отстройке 10 кГц от несущей 1 ГГц в таких схемах Рис. 1. Внешний вид синтезатора частот UNO-10M, габаритные размеры 87,5 × 185 × 26,8 мм