Бабковскій А. П., Селезньов Н. Е. ФГУП НДІ вимірювальних систем ім. Ю. Є. Седакова ГСП-486, Н. Новгород 603950, Росія тел.: 8312-666202, доб.295, e-mail: babkovsky@niiis.nnov.ru

Анотація Розглядаються питання проектування НВЧ-синтезаторів частоти на основі мікросхем з ФАПЧ-синтезаторів з дробовим змінним коефіцієнтом ділення.

I. Вступ

Для відпрацювання і перевірки радіолокаційних пристроїв використовуються контрольно-моделюючі комплекси на основі або стандартної вимірювальної апаратури при простих видах радіолокаційного сигналу, або набори спеціалізованих функціональних блоків імітації поверхні, затримки сигналу, ослаблення та формування доплерівського зсуву частоти у разі тестування та перевірки пристроїв ближньої радіолокації з складними видами модуляції [1].

Рис. 2 Fig. 2

Рис. 1 Fig. 1

Структурна схема блоку формування доплерівського зсуву частот зображена на малюнку 1. До складу блоку входять два СВЧ-генератора, що дозволяють вводити в досліджуваний сигнал доплеровский зсув частоти. При цьому необхідно забезпечити когерентність обох СВЧ-генераторів, що досягається застосуванням єдиного опорного генератора частоти.

В даний час найбільш поширеними СВЧ-генераторами є генератори на базі цифрових синтезаторів частоти.

При розробці СВЧ-генераторів частоти для перевірки пристроїв ближньої радіолокації виникає проблема реалізації малого кроку перебудови частоти (сотні Гц) на частотах СВЧ-діапазону.

Реалізація синтезаторів частоти з малим кроком перебудови частоти можлива різними способами:

1) цифрові синтезатори прямого синтезу (DDS) практично дозволяють реалізувати крок одиниці мікрогерц при перебудові частоти, але в даний час верхній діапазон частот, що формується ними, не перевищує 500 МГц;

2) можливе використання гібридних синтезаторів [2], що представляють собою комбінацію синтезаторів з фазовою автопідстроюванням частоти (ФАПЧ) і цифрових синтезаторів прямого синтезу (DDS). Однак така схема побудови приводить до значного ускладнення конструкції СВЧгенераторов;

Найбільш оптимальним варіантом побудови НВЧ-генераторів в діапазоні від 1 до 6 ГГц при вирішенні проблеми є використання дробових (Fractional-N PLL) ФАПЧ-синтезаторів.

У зв’язку із загальною тенденцією автоматизації вимірювань, управління синтезаторами частоти, що входять до складу контрольно-моделюючого комплексу, повинно здійснюватися за допомогою локальних мікропроцесорів, пов’язаних по загальній шині з керуючою обчислювальною системою на основі персональної ЕОМ. Режими моделювання, обробки результатів та їх документування задаються програмним забезпеченням ЕОМ.

II. Основна частина

Тут розглядається результат проектування і дослідження синтезатора частоти на діапазон від 970 до 2150 МГц. Блок-схема цього синтезатора приведена на малюнку 2.

Синтезатор містить наступні функціональні вузли:

1. Опорний кварцовий генератор (ОГ);

2. Мікросхему ФАПЧ-синтезатора;

3. Фільтр нижніх частот;

4. Масштабуючий операційний підсилювач

5. Генератор, керований напругою

6. Резистивний дільник потужності;

7. Аттенюатор;

8. СВЧ-підсилювач.

В якості генератора, керованого напругою, використовується широкосмуговий ГУН ROS-2150WV компанії Mini-Circuits [3] на діапазон робочих частот від 970 МГц до 2150 МГц.

Для посилення сигналу помилки на виході фазового детектора включений швидкодіючий операційний підсилювач компанії Analog Devices OP-37.

Для розв’язки виходу гуна з виходом пристрою і посилення сигналу застосований пасивний аттенюатор типу РАТ-5 з ослабленням 5 дБ і НВЧ-підсилювач

GALI-3 компанії Mini-Circuits. Вони забезпечує розв’язку не менше 25 дБ.

В синтезаторі використовується ІМС ФАПЧ СХ72300-11 [4] з дробовим змінним коефіцієнтом ділення.

Робота синтезаторів з дробовим коефіцієнтом ділення в колі зворотного зв’язку докладно розглянута в роботі [5].

Розглянемо особливості та основні характеристики мікросхеми ФАПЧ синтезатора СХ72300-11.

■ максимальна вихідна частота основного каналу 2,1 ГГц;

■ допоміжного 500 МГц;

■ гранична робоча частота фазового детектора -25 МГц;

■ мінімальний крок перебудови по частоті менше 100 Гц;

■ гарантований час перемикання частоти менше 100 мкс;

■ швидкість програмування по послідовному інтерфейсу-до 100Мбіт / с;

■ допускається можливість цифрової модуляції.

Таких характеристик вдалося досягти завдяки

застосування в мікросхемі синтезатора сигма-дельта модулятора зі ступенем дробности 218 або 262 144 (в основному каналі). Допоміжний синтезатор мікросхеми має коефіцієнт дробности 210 або 1024 (у цій конструкції не використовується). Для реалізації кроку перебудови по частоті кратного 125 Гц необхідно застосувати опорний кварцовий

генератор з частотою 125-218 = 32,768 МГц. Однак максимальна частота порівняння частотно-фазового детектора не повинна перевищувати 25 МГц. Вітчизняні малошумні опорні кварцові генератори випускаються на частоти від 5 до 16 МГц. Тому в якості опорного генератора використаний ГК62ТС [6] ВАТ «Моріон» на частоту 8,192 МГц. При цьому крок перебудови частоти синтезатора частоти

складає

Рис.1. Зразок розробленого конвертера Fig. 1. Transmitting converter

Конструктивно конвертори виконані в герметичному металевому корпусі, заповненому осушеним інертним газом. У конверторах застосовані НВЧ і НЧ друковані плати на стеклотекстолите, смугові фільтри, виготовлені на Полікор по тонкоплівкової і товстоплівкових технологіями. Використовується елементна база як зарубіжного, так і вітчизняного виробництва. Опорний сигнал синхронізації частоти гетеродина (10 МГц) напруга живлення (+12 В) та інформаційний сигнал Lдіапазона подаються на конвертор від модемного обладнання, що розміщується в приміщенні, за загальним коаксіальному кабелю.

Структурна схема приймального конвертора, зображена на малюнку 2 складається з наступних основних функціональних елементів:

малошумні підсилювача, що складається з 2-х підсилювальних мікросхем і включених між ними схеми корекції АЧХ і смугового фільтра;

– Подвійного балансного змішувача;

– Тракту проміжної частоти, що містить 2 підсилювальні мікросхеми та ФНЧ на зосереджених елементах;

гетеродина, що складається з генератора з ФАПЧ, синхронізованого опорним сигналом 10 МГц, а так само з подвоювач частоти і смугового фільтра, включених між 2-ма підсилювальними мікросхемами;

– Стабілізатора напруги живлення.

Рис. 2. Структурна схема приймального конвертера Fig. 2. Block diagram of receiving converter

Структурна схема передавального конвертора, зображена на малюнку 3 складається з наступних основних функціональних елементів:

– Тракту проміжної частоти, що містить ФНЧ на зосереджених елементах, і аттенюатор, керований напругою;

– Подвійного балансного змішувача;

вихідного підсилювального тракту містить 3 підсилювальні мікросхеми, розділені смуговим фільтром, ГІС балансний підсилювальний каскад, зібраний на кристалах арсенідгалліевих польових транзисторів ЗП612А-5 (Виробник ФГУП «НПП« Исток », г.Фрязіно) і вихідний смуговий фільтр;

Тракт гетеродина та стабілізатори напруги живлення аналогічні з застосовуваними в приймальному конверторі.

III.Експеріментальние результати

Реалізовані електричні характеристики приймального конвертора:

– Коефіцієнт передачі 40 дБ;

– Вихідна потужність у насиченні 25-30 мВт;

– Нерівномірність АЧХ в смузі 300 МГц менше 2 дБ;

зміна коефіцієнта передачі в робочому діапазоні температур не більше + 2дБ;

Рис. 3. Структурна схема передавального конвертера

Fig. 3. Block diagram of transmitting converter

– Допустима вхідна потужність не більше 10 мВт. Реалізовані електричні характеристики

передавального конвертора:

коефіцієнт передачі 25 дБ; вихідна потужність у насиченні 150-200 мВт; нерівномірність АЧХ в смузі 300МГц менше 2 ДБ;

нерівномірність АЧХ в будь смузі 50МГц менше 1 дБ;

зміна коефіцієнта передачі в робочому діапазоні температур (з використанням термокомпенсации) не більше + 2дБ;

-Допустима вхідна потужність не більше 10 мВт.

Розроблено зразки приймального і передавального конверторів діапазону 5.35 5.65 ГГц, що володіють малою нерівномірністю коефіцієнтів перетворення і хорошою стабільністю параметрів у температурному діапазоні, характерному для експлуатації поза приміщеннями. Конвертори пройшли випробування в складі системи зв’язку зі швидкістю передачі даних від до 55 Мбіт / с.

– Нерівномірність АЧХ в будь смузі 50 МГц менше 1 дБ;

OUTDOOR CONVERTERS FOR 5.5GHz WLAN

Krylov В. V., Kishchinskiy A. A., Zimin R. A., Danilov A. V., Syomochkin I. A.

Federal State-Owned Unitary Enterprise ‘Central Research Institute of Radio Engineering’

20 Novaya Basmannaya Str., Moscow, Russia, 105066 phone +7 (95) 2639724; e-mail: amplifiers@mail.ru

Abstract The report presents the results of developing

5.5   GHz outdoor converters for WLAN base and subscriber stations with the data transmission rate of up to 55 Mbps.


Джерело: Матеріали Міжнародної Кримської конференції «СВЧ-техніка і телекомунікаційні технології», 2003р.