Высокодобротный резонатор для VCO?, Выбор технологии Опции

[khach]

Помогите выбрать технологию для резонатора малошумящего VCO в диапазоне 1.5- 2.5 ГГц с перестройкой 30%. Какой резонатор будет иметь наибольшую добротность?
1- микрополосок
2- продвинутый микрополосок как в генераторах от Synergy microwaves
3- посеребренный пруток над проводящей поверхностью
3а- посеребренная прямоугольная в сечении скоба над проводящей поверхностью
4- коаксиальный из медной трубы
5- коаксиальный диэлектрический (керамика)
6- коаксиальный из отрезка полужесткого кабеля.
Хочется не особо разгонятся с габаритам и весом и иметь возможность подстройки частоты.

[FDS]

Ещё вариант DCFO35105-5 и умножить на 2

Прикрепленные файлы

 DCFO35105_5_1_.pdf ( 284.17 килобайт ) Кол-во скачиваний: 154

 

[wjs]

Смоделировал гун на обычном мпл резонаторе с одним варикапом (схема на рисунке) при перестройке в 500 мгц (1500-2000) в худшем случае при Vvar = 0.5 V как раз получается шум около -105 dbc/hz на 10 кгц

[rloc]

Смоделировал гун на обычном мпл резонаторе с одним варикапом (схема на рисунке) при перестройке в 500 мгц (1500-2000) в худшем случае при Vvar = 0.5 V как раз получается шум около -105 dbc/hz на 10 кгц

У фирмы Synergy для обычного microstrip получается намного хуже:

На частоте 2500MHz при отстройке на 10kHz шумы ~85dBc/Hz, для сравнения с вашими шумами нужно добавить ~4.4dB => ~90dBc/Hz (для 1500MHz). Скорей всего в вашей модели что-то не учтено.

И так, продолжая разговор о добротности варикапов, обратимся к эквивалентной схеме:


На основании которой можно приблизительно оценить добротность варикапа по следующей формуле:

Имея достаточное количество данных из даташита, легко посчитать добротность варикапа на любой частоте. Также можно сделать следующие выводы:
1) При уменьшении емкости варикапа, добротность его возрастает.
2) Последовательное соединение варикапов уменьшает добротность (сопротивление Rs увеличивается), параллельное - увеличивает (сопротивление Rs уменьшается).
3) Путем параллельного или последовательного соединения варикапа и конденсатора (с заведомо большей добротностью), можно увеличить добротность, но с одновременным сужением диапазона перестройки емкости.
Если я где ошибся, поправьте меня пожалуйста.
У меня получилось, что для частот 1500-2500ГГц, чтобы получить добротность выше 150, нужно выбирать варикапы с емкостью <1pF, и далее соединять нужное количество параллельно для обеспечения нужной емкости (рассматривались фирмы Macom и Infineon). Теоретически можно получить добротность и больше 200, тогда имеет смысл использовать коаксиальный резонатор с воздушным диэлектриком. Но мне почему-то кажется, что проще и дешевле использовать несколько связанных линий типа stripline или microstrip на подложках фирмы Rogers, ведь их суммарная добротность растет прямо пропорционально количеству линий (можно взять 3-4 связанных линии).

Варикапы что-то типа BB833 от спутниковых тюнеров высоковольтные (до 30 В). Хуже всего, что добротность варикапа на таких частотах известна весьма приблизительно.

Такие скорей всего не подойдут. Посмотрите лучше на BBY58. Там еще приведена схема VCO на 2300MHz, но шумы у него никудышные - 90dBc/Hz на 10kHz. Очень большой выбор у фирмы Macom, особенно в серии MA46

[khach]

И так, продолжая разговор о добротности варикапов, обратимся к эквивалентной схеме:

Эээ, схема конечно правильная, но позвольте заметить, что обычно параметры R верны только для отдельно взятой частоты, и их нельзя аппроксимировать на другую произвольно выбранную частоту.
Т.е если они померянны для частоты 400 Мгц (обычно для ВЧ варикапов), то принимать их за истину на 2.5 ГГц мягко говоря самонадеяно.
В связи с этим вопрос- кто как меряет добротность варикапов (и других пассивных SMD элементов)? В наличии грубая копия бонтоновского резонатора для измерения добротности, сделанная из водопроводных медных труб (лучшая собственная добротность по сравнению со всеми извратами инструментального и гальванического цеха). Но вот с измерением этой собственной ненагруженной добротности и есть проблема- у тестового генератора (Г4-78 Г4-79) полоса шумов слишком широкая (кто бы еще подсказал, какая она на самом деле должна быть у 25 летнего прибора).
Ну и вопрос по конструкции зажима для исследуемых приборов (test fixture). Кто что применяет?

[rloc]

Эээ, схема конечно правильная, но позвольте заметить, что обычно параметры R верны только для отдельно взятой частоты, и их нельзя аппроксимировать на другую произвольно выбранную частоту.
Т.е если они померянны для частоты 400 Мгц (обычно для ВЧ варикапов), то принимать их за истину на 2.5 ГГц мягко говоря самонадеяно.

Я бы сказал, что не от частоты, а от напряжения. Мне очень понравились варикапы фирмы Toshiba. У них как раз и приведены зависимости Rs от V.
На днях почитал немного литературы, проще всего использовать керамический резонатор (CR), если лень считать и оптимизировать генератор на микрополосках. Резонансная частота его берется чуть выше верхней границы диапазона. Слышал что у нас в стране их тоже делают, но никак не могу вспомнить кто.

[wjs]

Я бы сказал, что не от частоты, а от напряжения. Мне очень понравились варикапы фирмы Toshiba. У них как раз и приведены зависимости Rs от V.
На днях почитал немного литературы, проще всего использовать керамический резонатор (CR), если лень считать и оптимизировать генератор на микрополосках. Резонансная частота его берется чуть выше верхней границы диапазона. Слышал что у нас в стране их тоже делают, но никак не могу вспомнить кто.

керамические резонаторы делает ООО Керамика www.ceramics.sp.ru
но на стандартных CR (закароченные, длиной лямбда/4) не получить даже 5% перестройки да и длина микрополоска скажем на частоте 2 гига в том генераторе что я моделировал была около 10 мм т. е. приблизительно лямбда/10, просто нет смысла городить CR для реализации такой короткой линии.
А вот если использовать резонатор на обертоне т. е. лямбда/10+лямбда/2 то да CR очень даже подойдет, для этого даже можно использовать стандартный 600...800 меговый CR лямбда/4, у генератора на таком резонаторе можно выжать шум -112 dbc/hz на 1 кгц правда перестройка частоты будет не более 10 %. Если кому интересно могу выложить расчет для малошумящего 2 гигового гуна как на микрополоске так и на CR.

[khach]

А вот если использовать резонатор на обертоне т. е. лямбда/10+лямбда/2 то да CR очень даже подойдет, для этого даже можно использовать стандартный 600...800 меговый CR лямбда/4, у генератора на таком резонаторе можно выжать шум -112 dbc/hz на 1 кгц правда перестройка частоты будет не более 10 %. Если кому интересно могу выложить расчет для малошумящего 2 гигового гуна как на микрополоске так и на CR.

Выложите пожалуйста, очент интересно посмотреть на моделирование на обертонах. А как предотовращается перескок на основной тон? Мы что-то подобное пытались делать, но при большом шаге перестройки фапч он перескакивал на основной тон и выгнать его на обертон удавалось только касанием пальца к резонатору.

[wjs]

Выложите пожалуйста, очент интересно посмотреть на моделирование на обертонах. А как предотовращается перескок на основной тон? Мы что-то подобное пытались делать, но при большом шаге перестройки фапч он перескакивал на основной тон и выгнать его на обертон удавалось только касанием пальца к резонатору.

для генератора на обертоне нужно выбрать схему так чтоб на основном тоне баланс фаз не выполнялся....но сперва лучше посчитаем более простой генератор (а потом на обертоне).
Рассмотрим такую схему



это почти обычная емкостная трехточка но для фазировки в нее добавлена емкость Сp она необходима потому как транзистор на частотах 1.5...2 ГГц дает сдвиг фазы около 90 град. (на нч 180)
анализировать и оптимизировать эту схему можно с помощью характеристик разомкнутой петли. Для этого отсоединим Ср от базы получим такую схему



здесь нагрузка RL добавлена для учета импедансов транзистора и она рассчитывается по спец. формулам вобще весь анализ делается с помощью малосигнальных S-параметров транзистора короче азы теории цепей не более, а результат вот такой



как видим генерить будет на 1.75 ГГц и элементы подобраны так что добротность петли фактически равняется добротности контура (100) и при этом запас по усилению около 5 дб

а вот характеристики петли в широкой полосе



здесь я ввел паразитные элементы, но генерация будет только на 1.75 гига


завтра продолжим расчет

[khach]

для генератора на обертоне нужно выбрать схему так чтоб на основном тоне баланс фаз не выполнялся....но сперва лучше посчитаем более простой генератор (а потом на обертоне).
Рассмотрим такую схему

Ну это весьма древняя схема, хорошо известная, широкополосная, но она шумит страшно (40-60 дБ на 10 кГц). Если усложнить фазосдвигающую цепь (сделать ее на перестраиваемом полосковом фильтре) то получим хорошо известную схему S53MV. Кстати, ее почти удалось довести до ума, применив фазосдвигатель на коаксиальных резонаторах из полужесткого кабеля. Только нетехнологично весьма получается- связь регулировалась стачиванием медной рубашки кабеля. Или надо делать полноразмерную бандуру на коаксиальных воздушных резонаторах и винтами настраивать связь.

Эскизы прикрепленных изображений

 

[wjs]

Ну это весьма древняя схема, хорошо известная, широкополосная, но она шумит страшно (40-60 дБ на 10 кГц). Если усложнить фазосдвигающую цепь (сделать ее на перестраиваемом полосковом фильтре) то получим хорошо известную схему S53MV. Кстати, ее почти удалось довести до ума, применив фазосдвигатель на коаксиальных резонаторах из полужесткого кабеля. Только нетехнологично весьма получается- связь регулировалась стачиванием медной рубашки кабеля. Или надо делать полноразмерную бандуру на коаксиальных воздушных резонаторах и винтами настраивать связь.

шумит? страшно? вот еще раз ам/фм шум смоделированного генератора



откуда вы взяли 40-60 дБ на 10 кГц?

а вот схема из симулятора



чтоб убедиться можете сами смоделировать

Сообщение отредактировал wjs - Nov 9 2007, 20:13

[khach]

шумит? страшно? вот еще раз ам/фм шум смоделированного генератора
откуда вы взяли 40-60 дБ на 10 кГц?
а вот схема из симулятора
чтоб убедиться можете сами смоделировать

Из измерения макета. Хотя честно говоря это был довольно паршивый макет (варикапы хрен знает какие, выдранные из спутникового тюнера и сильно заляпанные оловом микрополоски).
Модели верю, а вот как оно будет в реальности? Какая добротность резонатора получается из модели? И что в реале выходит? Снять АЧХ резонатора с реальным варикапом можете и сравнить с модельным?
Кстати, а что за варикап в модель заложен, что у него с собственной добротностью и диапазоном изменения емкости? А то там идеальный диод вроде нарисован (без потерь, хотя могу и ошибаться, незнаю, как в ads диод моделируется). Хотя резисторы потерь на конденсаторах стоят и материал с потерями определен. Обычно модель проверяем снятием АЧХ реального резонатора и сравнением с моделью. Если добротность модели больше реальной- безжалостно вносим потери в модель. И как модельный варикап реагирует на амплитуду ВЧ колебаний? Нелинейности лезут? Извините за ламерские вопросы, с ADS работать мало приходилось. Кстати, я так и непонял, схема генератора с управляемым фазосдвигателем или с полноценным резонатором в коллекторной цепи? Вроде там полная емкостная трехточка нарисована (С51, С52)? И что за цепь в базе (TL6)- она настроенна на какую частоту?

[wjs]

Из измерения макета. Хотя честно говоря это был довольно паршивый макет (варикапы хрен знает какие, выдранные из спутникового тюнера и сильно заляпанные оловом микрополоски).
Модели верю, а вот как оно будет в реальности? Какая добротность резонатора получается из модели? И что в реале выходит? Снять АЧХ резонатора с реальным варикапом можете и сравнить с модельным?
Кстати, а что за варикап в модель заложен, что у него с собственной добротностью и диапазоном изменения емкости? А то там идеальный диод вроде нарисован (без потерь, хотя могу и ошибаться, незнаю, как в ads диод моделируется). Хотя резисторы потерь на конденсаторах стоят и материал с потерями определен. Обычно модель проверяем снятием АЧХ реального резонатора и сравнением с моделью. Если добротность модели больше реальной- безжалостно вносим потери в модель. И как модельный варикап реагирует на амплитуду ВЧ колебаний? Нелинейности лезут? Извините за ламерские вопросы, с ADS работать мало приходилось. Кстати, я так и непонял, схема генератора с управляемым фазосдвигателем или с полноценным резонатором в коллекторной цепи? Вроде там полная емкостная трехточка нарисована (С51, С52)? И что за цепь в базе (TL6)- она настроенна на какую частоту?

1. Варикап в модели с реальными параметрами (почти с реальными там я их менял для проверки модели поэтому на рисунке они немного другие) посмострите внимательно на символ диода в квадратике там еще diode_model написано. А варикап smv-1413 cм. приложенный файл.

 200068D.pdf ( 156.23 килобайт ) Кол-во скачиваний: 300


2. Нелинейности конечно же лезут вот сравните два шумовых спектра

спектр для гуна с кондером вместо варикапа



и спектр для гуна с варикапом Vvar = 10 v



как видете эффект ам-фм конверсии на лицо

3. А схема гуна и есть та самая трехточка ачх и фчх которой я вам привел



С51 это С3
С52 это С1
TL6 это Ср
resonator это C2+L2+r
земля в точке 1

4. По поводу измерений параметров варикапа - не это я сейчас делать не буду я просто вам показал что,
у самого простенького гуна на мпл резонаторе может быть требуемый шум и для этого совсем не требуется высокодобротный резонатор. При 30 % эл. перестройки шум будет определяться ам-фм конверсией в варикапе. Если использовать 2а гуна с 15 % тогда связь варикапа с резонатором будет меньше и эффект ам-фм конверсии будет тожа меньше и кроме того и его Rs будет слабее влиять на добротность резонатора. И коль уж речь зашла о CR я предложил сделать гун на таком резонаторе и посмотреть (смоделировать) какой шум и перестройку получим, но пока что отложим это удовольствие на завтра.

[wjs]

расчет гуна на CR

схема как и для гуна на мпл трехточечная



CR представлен как резонансный контур L2,C2,r все остальные элементы обеспечивают фазировку только на выбранном обертоне с частотой около 2 ГГц

вот схема разомкнутой петли и ее ачх и фчх





условия генерации в этой схеме выполняются только на третьем обертоне на 2 ГГц, при расчете я вместо L2,C2 использовал импеданс CR с длинной лямбда. Если поместить землю в точку 1 получается схема которую легко реализовать на свч. кстати гун на мпл тоже можна делать по этой же схеме.
Ориентировочные значения элементов такие L3 = 0.3..0.4 nH C1 = 20...30 pF Lp = 15...18 nH rp = 50 Ohm (нагрузка), транзистор любой sige hbt.

 CR_VCO_resp.bmp ( 690.02 килобайт ) Кол-во скачиваний: 104


Сообщение отредактировал wjs - Nov 14 2007, 05:36