Основные параметры ГУН

Основные технические характеристики и параметры ГУН, которые надо учитывать при создании электронной аппаратуры на их основе, можно разделить на три группы: характеристики качества сигнала, характеристики управления частотой и параметры чувствительности к внешним воздействиям.

Качество выходного сигнала ГУН характеризуют:

• выходная мощность (power output) Рвых. Определяется как мощность на номинальной согласованной нагрузке (Rн=50 Ом) в середине рабочего интервала управляющего напряжения при номинальной температуре окружающей среды (+25°С). Величина Рвых измеряется, применительно к СЧ, в децибелах относительно мощности 1 мВт: Рвых[дБмВт] = 10lg (Рвых[мВт]/1 мВт). В англоязычной литературе используют обозначение 1 dBm = 1 дБмВт;
• диапазон частот (frequency range) fвых измеряется в мегагерцах и определяется как максимальная частота, на которую может быть настроен ГУН путем изменения управляющего напряжения;
• спектральная плотность мощности (СПМ) фазового шума (phase noise) Sφ(F), где F = |f - fг| - отстройка от несущей частоты (carier offset). Величину Sφ(F) измеряют анализатором фазы (например, типа Agilent 4352S), включающим опорный генератор с прецизионной фазовой стабильностью. В таком анализаторе выделяется фазовое расхождение e(t) сигнала ГУН от опорного колебания анализатора на заданной частоте fг и вычисляется спектр мощности, то есть Фурье-образ e(t) в зависимости от частоты отстройки F. Зависимость Sφ(F) приводится как односторонняя (Single Side Band - SSB) спектральная плотность мощности, т.е. величина, на 3 дБ меньшая, чем суммарная мощность фазового шума при положительных и отрицательных отстройках, которая появляется на выходе фазового дискриминатора в анализаторе фазовых нестабильностей. Величина Sφ(F) измеряется в децибелах среднего квадрата фазовых отклонений от опорного колебания по отношению к 1 рад² в полосе 1 Гц для каждого значения частоты отстройки [дБ/Гц]. В англоязычной литературе используется размерность [dBc/Hz]. Графики Sφ(F) строятся в логарифмическом масштабе по двум осям (Bode diagram). Величина Sφ(F) падает по мере увеличения F, достигая минимального уровня "белого фазового шума" Sφбел при отстройках порядка полосы пропускания колебательной системы автогенератора. Для простоты вместо графика Sφ(F) уровень фазового шума характеризуют значениями СПМ для нескольких значений отстройки, например 100 Гц, 1 кГц, 10 кГц, 100 кГц и т.д. По характеристике Sφ(F) можно определить СПМ частотных отклонений от номинальной частоты Sf(F) = F²Sφ(F), которая измеряется в единицах квадрата отклонения частоты (Гц²) на единицу полосы отстроек [Гц²/Гц]. Величина Sf(F) также уменьшается с увеличением отстройки, достигая уровня "белого частотного шума" Sfбел, характерного для каждой модели ГУН. Оценочная кратковременная нестабильность частоты (residual FM) определяется интегральным среднеквадратичным паразитным отклонением

, где Fн Fв- граничные частоты. По умолчанию принимают Fн = 50 Гц, Fв = 3 кГц. Относительная нестабильность частоты Δfско/fг для LC-генераторов радиочастотного диапазона составляет величину 10^-5-10^-7. При измерении шумовых характеристик в качестве источников напряжений Ео и Еу используют аккумуляторные батареи, чтобы снизить влияние СПМ шума источника питания на уровень фазового шума ГУН;

• подавление высших гармоник (harmonic suppression). Уровень синусоидальности выходного сигнала ГУН характеризуется мощностью второй А2, третьей А3, иногда четвертой А4 гармоник в спектре выходного сигнала по отношению к мощности несущего колебания и измеряется в децибелах [дБ] или [dBc];
• значения питающего напряжения Eо [В] и потребляемого тока Iо[мА];
• продолжительность процесса включения и выключения τ_вкл. Для ГУН, работающих в импульсном режиме, эта величина измеряется как отрезок времени, в течение которого после подключения питающего напряжения выходная мощность ГУН достигает 0,9 от номинального значения.

К характеристикам управления частотой относятся:

• модуляционная характеристика (frequency tuning characteristic) -зависимость частоты генерации от квазистатического изменения управляющего напряжения f_г(Еу). Для простоты вместо кривой f_г(Еу) указывают наименьшее fн и наибольшее fв значения частоты при электронной перестройке, пределы допустимых значений управляющего напряжения Еумин и Еумакс, а также характеризуют линейность модуляционной характеристики (tuning linearity), например, указывая пределы изменения крутизны управления частотой (tuning sensitivity) Sy =(Δfг/ΔEу) [МГц/В] по диапазону перестройки управляющего напряжения. Относительную полосу перестройки BW = [fв - fн/fcp где fcp = (fв + fн)/2 - середина полосы, измеряют в процентах. Для ГУН с широкой полосой перестройки удобнее использовать коэффициент перекрытия по частоте kf= fв/fн. Например, для октавного ГУН kf= 2;
• изменение выходной мощности (output power variation) в диапазоне управляющих напряжений Рвых(Еу). В качестве численных параметров вместо кривой Рвых(Еу) для простоты указывают в [дБмВт] наибольшую и наименьшую мощности выходного сигнала в допустимом интервале изменения управляющего напряжения при номинальных нагрузке и температуре;
• полоса пропускания по цепи управления Fмод (tuning bandwidth). Эта величина является мерой инерционности вариаций частоты по отношению к быстрым изменениям управляющего напряжения. Она определяется как частота (в кГц) гармонического напряжения на входе управления ГУН, при которой девиация частоты выходного сигнала уменьшается в √2 раз по сравнению с девиацией при медленном (квазистатическом) изменении Еу в тех же пределах;
• ток в цепи управления частотой Iу. Варикап в качестве управляющего частотой элемента обычно заперт, поэтому постоянная составляющая тока управления Iу в середине интервала изменения Еу ничтожна - менее 10 мкА. Но ток через варикап может существенно возрасти при близких к нулю управляющих напряжениях из-за открывания рn-перехода высокочастотным напряжением, что приводит к падению выходной мощности ГУН. Наибольшее значение Еу ограничено открыванием рn-перехода варикапа высокочастотным напряжением в области пробоя. Отметим, что амплитуда высокочастотного напряжения на варикапе может заметно превышать напряжение источника питания.

Чувствительность к влиянию внешних факторов характеризуют:

• вариации частоты при изменении питающего напряжения Eo (frquency pushing) So = Δf/ΔEo [МГц/В] при номинальных температуре и нагрузке;
• температурный коэффициент изменения частоты ТКЧ = Δf/ΔT, измеряемый в [МГц/^°С] при номинальной температуре +25°С. Кроме того, указываются уходы частоты от номинального значения для предельно допустимых значений температуры окружающей среды, например -55°С и +85°С;
• изменения частоты Δf_φp-p при вариациях фазы коэффициента отражения от нагрузки (frequency pulling). Величина Δf_φp-p определяется как разность между максимальным и минимальным значениями (peak-peak) частоты [МГц р-р] для всех значений фазы коэффициента отражения от 0 до 180° при подключенном непосредственно к выходу ГУН согласованному аттенюатору на 6 дБ или при фиксированном коэффициенте стоячей волны = 2.