Мальцев В. А., Мякіньков В. Ю., Рудий Ю. Б., Горюнов І. В., Гусєв А. П. Лебедєв В. Н., Тиртишніков А. В. Чугуй А. П. ФГУП «НПП« ІСТОК »191120, Росія, Московська обл., м. Фрязіно, вул. Вокзальна, д. 2а тел. (095) 465-88-87, (095) 465-86-96, e-mail: “Maltsev”

Анотація – Представлена ​​класифікація СВЧ-генераторів малої потужності і пристроїв на їх основі, що розробляються і випускаються в ФГУП «НПП« Исток ». Показано різноманіття областей їх застосування, що пред’являють до генераторів часто суперечливі вимоги. Відзначається специфіка комплексу параметрів приладів, пов’язана з різноманітністю класів приладів.

Виділено найважливіші галузі використання СВЧ генераторів малої потужності:

– для військової апаратури – це РЕБ, РЛС різного призначення і зв’язкова апаратура;

– для цивільного застосування – це вимірювальна техніка, системи радіо і телевізійного зв’язку, радіовисотоміри і радіоуровнемери, охоронні системи і різні датчики, медична апаратура;

-а також безліч інших застосувань.

Відзначено, що одночасне розвиток вакуумних і напівпровідникових СВЧ генераторів різних класів дозволило оптимально реалізувати притаманні їм комплекси параметрів і характеристик, розширити можливості розробників РЕА.

I. Вступ

Серед численних приладів, розроблених за останні роки, СВЧ генератори малої потужності виділяються різноманіттям характеристик та областей застосування. Більшість твердотільних НВЧ генераторів виконані по гібрідноінтегральной технології з використанням мікро-полоськових ліній, нанесених найчастіше на полі-коровиє плати. Як правило, генератори мають модульну конструкцію, що включає в себе автогенератор і розв’язують пристрій (феритовий вентиль або буферний підсилювач), у більш складних виробах – помножувачі, подільники частоти, підсилювачі потужності, pin-атенюатори, змішувачі, перетворювачі, стабілізатори живлять напруг.

II. Основна частина

Генератори з електричною перебудовою частоти. Генератори керовані напругою знаходять широке застосування в навігаційній апаратурі літаків, в радіовисотометріі. Діапазон від 1 до 8 ГГц перекривається чотирма генераторами (1 +2 ГГц, 2 +4 ГГц, 4 +6 ГГц, 6Н-8 ГГц), виконаними на основі біполярних транзисторів і варакторних діодів зі сверхрезкім переходом. Вихідна потужність понад 10 мВт. Перепад по крутизні електричної перебудови частоти – не більше 15 разів, при максимальній крутизні не більше 500 МГц / В. Як розв’язки від зовнішнього тракту в цих приладах використовуються буферні підсилювачі на польовому транзисторі.

Була розроблена технологія нанесення захисного шару діелектрика на напилені резистори для забезпечення збереження номіналу опору з високою точністю навіть при впливі температури до 450 ° С при пайку кристалів транзисторів золото-кремнієвої евтектикой. Діапазон частот від 8 до 18 ГГц перекривається п’ятьма типами генераторів на діодах Ганна (8-ІОГГц; 10 +12 ГГц; 12-І4ГГц; 14 +16 ГГц; 16-І8ГГц). Рівень гетеродинних шумів менше мінус 160 дБ / Гц. Маса генераторів – від 50 до 150 г. У ході цих робіт були створені: безкорпусні діоди Ганна; варакторние діоди з сверхрезкім переходом на основі GaAs і Si; чіпи конденсаторів, що працюють аж до 20 ГГц з можливістю пайки до 400 ° С.

Генератори, стабілізовані по частоті. Найважливішим елементом генераторів з параметричною стабілізацією, що дозволив поряд із забезпеченням високої стабільності частоти сигналу і низького рівня шумів зберегти їх малі габарити і масу, стали розроблені в ФГУП «НПП« Исток »високодобротні мініатюрні діелектричні резонатори (ДР), виготовлені з матеріалу 2БТ9, ЦТО з діелектричною проникністю «40, добротністю Q« 5000, і температурної нестабільністю «1 • 10_6. Низькочастотні генератори цього ряду (4 +9 ГГц) працюють на основній частоті автоколивань, а високочастотні (9-И8 ГГц) – за схемою подвоєння частоти. Вихідна потужність цих генераторів становить 10 +30 мВт, рівень частотних шумів не перевищує мінус 100дБ/Гц при відбудові від несучої 10 кГц, а нестабільність частоти в інтервалі температур від -60 ° С до +80 ° С не більше +2> <10 ‘4 при високій стійкості до механічних впливів (девіація частоти f <1 кГц при прискоренні 10 g в діапазоні частот вібрації до 2000 Гц і вище. Відносна нестабільність частоти вихідного сигналу була не гірше ± 1×10 ‘5 Вихідна потужність не менше 30 мВт.

Рівень частотних шумів при відбудові від несучої на 10 кГц не перевищував – (110 +115) дБ / Гц. Маса приладу склала 350 г.

Настільки високі параметри були досягнуті завдяки застосуванню в модулях автогенераторів з четирехконтурной схемою стабілізації частоти з використанням ДР, а також термостата, що підтримує температуру елементів автогенератора, що дорівнює +55 ° С при зміні температури навколишнього середовища в межах від -50 до +50 ° С. Крім цього в схему модулів були введені стабілізатор напруги і феритовий вентиль з метою ослаблення впливу змін напруги, харчування і навантаження на частоту автоколивань. Зниження масогабаритних характеристик і розширення частотного діапазону при створенні малопотужних СВЧ генераторів стабілізованих ДР, досягається:

– застосуванням нових матеріалів для діелектричних резонаторів з різною діелектричною постійної с в від 10 до 100 типу БЦНТ, ЦТО се-40 і з БСТ в ~ 80, (розробка ФГУП «НПП« Исток »);

– підвищенням добротності (Q до 10 000 і вище);

– використанням дільників і помножувачів частоти, (взявши за основу конструкцію генераторів на фіксовані частоти від 4 до 9 ГГц).

Генератори з кварцовою стабілізацією частоти. Серія високочастотних малошумящих кварцових генераторів з віброзахистом для використання як гетеродинів і опорних джерел коливань в різній бортовий і наземної РЕА (РЛС, системи зв’язку, синтезатори частоти і т. д.).

Діапазон фіксованих частот 50-300 МГц з вихідною потужністю до сотень мВт.

Відносна нестабільність частоти вихідного сигналу в інтервалі температур від -60 ° С до +85 ° С не більше +1-10′5, А рівень частотних шумів при відбудові від несучої на 5 кГц до -150дБ/Гц на частоті 200 МГц.

Рівень вібрацій до 10 g (10н-2000 Гц).

Генератори на ПАР. Створені прилади працювали на фіксованих частотах і з підстроюванням частоти (не менше 0,1%) в діапазоні 100-800 МГц з вихідною потужністю десятки, а в деяких випадках і сотні мВт.

Відносна нестабільність частоти вихідного сигналу становила в інтервалі температур від – 60 ° С до +85 ° С не більше +1-10′4, А рівень частотних шумів при відбудові від несучої на 5 кГц знаходився в межах від -125 до -150дБ/Гц в залежності від типу приладу. ПАР-генератори з підстроюванням частоти в смузі 0,1% при тих же діапазонних і енергетичних характеристиках мають на порядок гірший рівень частотних шумів.

Генератори на лейкосапфіровом резонаторі.

Подальше зниження рівня частотних шумів було досягнуто в ОКР «Засіки», при створенні транзисторного СВЧ генератора 3-см діапазону, в якому стабілізація частоти здійснювалася сверхвисокодобротним (Q > 105) Лейкосапфіровим резонатором. Частотні шуми у цього генератора не перевищують мінус 140 дБ / Гц на 10 кГц від несучої.

Генераторні пристрої з комутацією джерел НВЧ сигналів на одне навантаження. Розвиток в ФГУП «НПП« Исток »твердотільних НВЧ генераторів, створення швидкодіючих pin перемикачів дозволило розробити СВЧ пристрої, здатних комутувати джерела НВЧ сигналів на одне навантаження. Можливе створення генераторного модуля з перемиканням на єдину навантаження сигналів генераторів як стабілізованих по частоті, так і перебудовуються по частоті.

В ДНВП «Исток» проводилася робота по створенню широкодиапазонного генератора, перекриває діапазон частот від 8 до 18 ГГц за допомогою трьох літерних генераторів на основі польових транзисторів підключаються на одну загальне навантаження за допомогою pin діодного перемикача.

Розроблені генераторні модулі, являють собою комбінації з декількох, від 4-х до 8-и, високостабільних автогенераторів, кожен з яких налаштований на задану частоту і володіє можливістю швидкого порушення та зриву коливань без зміни електричного і теплового режиму транзистора. В цьому випадку час встановлення частоти коливань в автогенераторах не перевищує кількох мкс. Зрив коливань у непідключених до навантаження автогенераторів гарантує повну відсутність паразитних складових в робочому діапазоні частот. Перемикання генераторів здійснюється за допомогою комутатора, керованого сигналами ТТЛ рівня. Створені генераторні пристрої мають вихідну потужність 10 н-20 мВт. Кількість фіксованих частот – від 4 до 8.

В СВЧ пристрій, що працює вище 9 ГГц, входить блок подвоєння частоти.

Час перемикання з однієї фіксованої частоти на будь-яку іншу складає 1 н-3 мкс. Нестабільність частоти в інтервалі температур від – 60 ° С до +70 ° С не більше +2,5-10 ‘4. Рівень частотних шумів залежно від схеми автогенератора і значень робочих частот лежить в межах від -95 до -125 дБ / Гц на 10 кГц відбудови.

Багаточастотний перебудовується генератор на РОАВ з перебудовою частоти МСВ елементом.Устройство складається з широкополосного генератора, виконаного на основі малошумящего транзистора, що працює на однією з мод резонатора на об’ємних акустичних хвилях (шаруватого резонатора). В залежності від геометричних розмірів і використовуваних матеріалів можливе порушення в резонаторі цілого спектра резонансних частот з добротністю десятки тисяч і дискретом від 5 до 100 МГц. Для селекції потрібних частот резонансна система будується як двоконтурна. Це безпосередньо резонатор на вищих типах об’ємних акустичних хвиль і пов’язаний з ним перебудовується магнітним полем високодобротних резонатор на МСВ, що володіє високою фазовою добротністю в діапазоні частот, що збігається з об’ємними акустичними колебаніямі.В Залежно від струму керуючої котушки відбувається перебудова і стабілізація генератора на частотах, що визначаються спектром об’ємних акустичних коливань.

Важливою особливістю даних пристроїв є те, що об’ємні акустичні хвилі не надають взаємного електромагнітного впливу на відміну, наприклад, від діелектричних резонаторів і ОАВ – резонатори володіють дуже малими геометричними розмірами (0,5> <1,5> <3 мм), що дозволяє розміщувати кілька резонаторів на малій площі і створювати мініатюрні пристрої, що працюють на десятках частот.

Враховуючи, що об’ємні акустичні хвилі з не меншою інтенсивністю і добротністю утворюються не тільки в діелектриках, але і в напівпровідникових структурах, відкривається чудова можливість створення повністю монолітних схем стабільних малошумящих СВЧ генераторів.

перебудовувані МСВ-генератори для синтезаторів систем зв’язку. МСВ-генератори передбачається використовувати в синтезаторах частот для систем зв’язку цивільного застосування. Частотозадающіх елементи – резонатори і вузькосмугові лінії затримки на МСВ в СВЧ – генераторах становлять серйозну конкуренцію добре зарекомендували себе генераторам на ЖИГ – сферах.

СВЧ-генератори з ФАПЧ. СВЧ-генератори з ФАПЧ знаходять широке застосування в якості збудників передавачів і гетеродинів приймачів РЕА. Для сучасних релейних ліній телевізійного зв’язку були розроблені твердотільні НВЧ генератори з модуляцією сигналу з фазової автопідстроюванням частоти «Оазис-4, 6» з внутрішньої кварцовою стабілізацією працюють в діапазонах частот від З.Здо 3,8 ГГц і от5, 6до6, 1 ГГц (по 16літер).

Тривала відносна нестабільність частоти в діапазоні температур від -10 до +55 ° С не гірше +1-10′5. Рівень частотних шумів наЮкГц від несучої -105 дБ / Гц. Потужність вихідного сигналу 30 н-45 мВт. Напруга живлення +20 В. Габаритні розміри 200x100x58 мм. Маса не більше 1,5 кг.

Низький рівень частотних шумів < -115 дБ / Гц на частоті аналізу 10 кГц;

СВЧ синтезатори для сучасних систем зв’язку. В даний час дешеві і малогабаритні синтезатори частоти можна створювати, або застосовуючи нові схемотехнічні рішення, або використовуючи імпортні мікросхеми. В результаті розробки синтезаторів частоти в ОКР «Оріон» виявилася можливість створення ряду синтезаторів в діапазоні частот від 400 МГц до 8 ГГц з робочою смугою частот 20%, кроком перебудови від 1 до 5 МГц і вихідною потужністю до 10 мВт. У діапазоні частот від 2 ГГц до 8 ГГц використовуються аналогові подільники частоти на 2 або на 4 в гинув-рідної-інтегральному виконанні, розроблені і випускаються в ФГУП «НПП« Исток ». Рівень фазових шумів при остройке від несучої на 1 кГц не перевищує -60 дБ / Гц, на 10 кГц -75 дБ / Гц, на 100 кГц -90 дБ / Гц. При деякому ускладненні схеми можливе зменшення рівня фазових шумів на 10 дБ. Рівень паразитних складових не гірше -60 дБ. Опорна частота зовнішнього кварцового генератора 5 або 10 МГц. Синтезатори мають розміри 70x70x15 мм. Маса одного синтезатора близько 60 грам.

III. Висновок

Розроблено понад 120 типів генераторів та пристроїв на їх основі, що застосовуються більш ніж в 30 системах РЕА бортової і наземної апаратури військового та цивільного призначення.

SOLID-STATE MICROWAVE LOW-POWER OSCILLATORS (TO 60-YEARS OF FEDERAL STATE UNITARY ENTERPRISE «RESEARCH AND PRODUCTION CORPORATION «ISTOK»)

Maltsev V. A., Myakinkov V. Yu, Rudy Yu. B., Goryunov I. V, Gusev A. P., Lebedev V, A, Chuguy A. P., Tyrtyshnikov A. V.

Federal State Unitary Enterprise

«Research and Production Corporation «ISTOK» (FSUE «RPC»ISTOK»)

2a Vokzalnaya str., Fryazino – 191120,

Moscow Region, Russia phone: (095)465-88-87;(095)465-86-96 e-mail: «Maltsev» istokl 7@mail. ru

Abstract – Presented in this paper is classification of microwave low-power oscillators and devices on their basis developed and produced in FSUE «RPC»ISTOK».

I.  Introduction

Microwave oscillators are low-power devices with diversity of characteristics and application fields. The majority of solid- state microwave oscillators are executed using hybrid – integral technology and microstrip lines.

II.  Main part

Oscillators with electric frequency tuning. Such oscillators are widely used in navigation airplanes and cruise missiles.

Oscillators stabilized in frequency. The most important part of oscillator with parametric stabilization is high Q miniature dielectric resonators, produced by FSUE «Istok». Such resonators make it possible to keep low weight and dimensions alongside with high frequency stability and low noise.

Crystal-controlled oscillators. A series of high frequency low-noise crystal oscillators used as local oscillators and reference sources of oscillations in different onboard and terrestrial REA (radar station, communications systems, frequency synthesizers etc.).

Oscillators on SAW. Devices operating at spot frequencies with frequency tuning (not less than 0,1 %) within 100-800 MHz frequency band with output power of tens to hundreds mW.

Sets of driving oscillators having fast frequency switching. Recently multiple frequency oscillator units providing the switching of stable microwave signal sources become widely used. These units provide frequency switching rate below 5 s while keeping the parameters of individual dielectric resonator (DR) – stabilized microwave oscillator. These oscillator units use sharp suppression and excitation of self -induced oscillations within the oscillator circuit.

Multifrequency variable-frequency oscillator on HBAR frequency-tuned by MSW.

Switch MSW oscillators for synthesizers of communications systems.

PLO – microwave oscillators.

Microwave synthesizers for modern communication systems.

III.  Conclusion

We have created more than 120 types of oscillators and devices on their basis, which are used more than in 30 systems of onboard and a ground equipment of military and civil applications.

Джерело: Матеріали Міжнародної Кримської конференції «СВЧ-техніка і телекомунікаційні технології»