Номенклатура ГУН

В мире свыше 35 фирм выпускают более 3500 моделей ГУН (табл. 1, 2). Выходная мощность ГУН обычно варьируется в пределах от -5 дБмВт до +16 дБмВт. Как правило, пониженный уровень Рвыхотносится к моделям, в которых встроен выходной буферный каскад, ослабляющий влияние нестабильной фазы нагрузки. С другой стороны, ГУН шведской фирмы Sivers IMA (см. табл.1) имеют выходную мощность до +28 дБмВт в диапазоне миллиметровых волн.

ГУН на основе LC-генераторов предназначены для диапазона частот от 5 МГц до 26 ГГц. В интегральных схемах (ИС) ГУН миллиметрового диапазона длин волн иногда включают широкополосный буферный умножитель частоты на 2 или на 4, который играет роль развязывающего каскада для ослабления влияния нагрузки, а пониженная частота автогенератора облегчает построение колебательной системы с управлением частотой на варикапе. Именно так построена ИС HMC398QS16G (рис.3). Кроме того, она содержит направленный ответвитель (НО) и широкополосный предварительный делитель частоты (prescaier) на 4 с дополнительными выходами когерентных противофазных колебаний дециметрового диапазона, что облегчает организацию системы фазовой автоподстроики частоты (ФАПЧ) для стабилизации дискретной сетки частот.

Рис. 3. Структурная схема ГУН миллиметрового диапазона HMC398QS16G

Таблица 1

Относительная ширина полосы перестройки частоты современных ГУН лежит в пределах от 1-10 % до октавы и более. Ее ограничивают такие факторы, как предел изменения емкости варикапа, недопустимые изменения выходной мощности, нелинейность модуляционной характеристики. Среди ГУН с октавным интервалом перестройки (k_f= 2) можно выделить ИС POS-500W для диапазона 0,5 ГГц и М3500-0613 для диапазона 1,3 ГГц. Фирма Micronetics также разработала ИС MW500-1414 специально для сверхширокополосных систем диапазона 4 ГГц с kf = 2,3 при выходной мощности (+11+0,75) дБмВт. Электронную перестройку частоты с k_f = 1,7 в 4-см диапазоне допускают и микросхемы VO3262C/00 с повышенной мощностью в нагрузке.

Таблица 2

Шумовые свойства ГУН различного диапазона можно сопоставить следующим образом. Допустим, надо определить, что с точки зрения шумов более предпочтительно в радиосистеме с несущей частотой f_г = 1100 МГц и зоной отстроек на F = 1 МГц: ГУН JCOS-1100LN или ИС POSA-138 с выходной частотой 137,5 МГц и последовательным малошумящим умножителем частоты на 8. Шумовые характеристики некоторых ГУН представлены на рис. 4. Из графика видно, что при одинаковых отстройках (125 кГц) Sepf/7) для POSA-138 на 13 дБ лучше, чем для JCOS-1100LN. Однако при требуемой отстройке 1 МГц применение JCOS-1100LN обеспечивает Scp(1 МГц) = -150 дБ/Гц (точка А на рис.4). В то же время, при умножении несущей частоты после POSA-138 на N= 8 отношение уровня фазовых нестабильностей к несущей не изменится и останется таким же, как и при отстройках на 125 кГц. На выходе умножителя шум Scp(1 МГц) будет равен шуму ГУН POSA-138 &р(125 кГц) = -146 дБ/Гц (точки В и Б на рис.4, соответственно) без учета дополнительного шума при умножении. Таким образом, JCOS-1100LN по уровню шума предпочтительнее POSA-138 на 4-6 дБ.

Рис. 4. Шумовые характеристики ГУН

Типовые значения S_φбел составляют -120...-130 дБ/Гц для рабочих частот менее 500 МГц и -95...-102 дБ/Гц для ГУН с выходной частотой 2-3 ГГц. Среди малошумящих ГУН можно выделить MW500-1343 (Micronetics) с уровнем шума -147 дБ/Гц на частоте fr= 150 МГц при отстройке F= 100 кГц и -100 дБ/Гц при отстройке F= 1 кГц и JTOS-25 (Mini-circuits), величина СПМ фазового шума которого составляет -115 дБ/Гц при отстройке F= 10 кГц. Для указанных ИС зона белого частотного шума соответствует отстройкам F= 10-20 кГц, а уровень S_{f бел} существенно зависит от шумовых свойств источников напряжений E0 и Еу

Содержание высших гармоник в выходном сигнале ГУН зависит от вида колебательной системы, режима активного элемента автогенератора и от рабочей точки варикапа. Уровень второй гармоники А2 изменяется в пределах от -7 дБ (HMC385LP4) до -35 дБ (JTOS-100) или -40 дБ (POSA-138). Для снижения уровня высших гармоник в выходную цепь некоторых ГУН встраивают фильтры нижних частот, подавляющие вторую и высшие гармоники. В результате этого в MW500-1343 уровень второй гармоники не более -20 дБ, а третьей менее -40 дБ; в VO3262K/00 благодаря такому фильтру А2 = -30 дБ. Нужно отметить, что при использовании встроенных умножителей и делителей частоты в спектре выходного колебания появляются дополнительные дискретные комбинационные компоненты на половинной и на полуторной частотах (у HMC398QS16G их уровень - -20 дБ и -30 дБ, соответственно).

Питающие напряжения ГУН для большинства изделий составляют 3 В (POS-1605PV; VCO191-2750U), 5 или 12 В. Ток потребления обычно не превышает 20-30 мА. В ряде ГУН встроен буферный усилитель для увеличения развязки от вариаций нагрузки (например, ZOS-1025). В таких изделиях потребляемый ток достигает 140 мА. ГУН повышенной выходной мощности (VO3262K/00) потребляют до 300 мА. Для некоторых моделей ГУН нормируется время установления и спада мощности после коммутации питания: для МАХ2753 τ_вкл = 10 мкс,τ_выкл = 8 мкс.

Модуляционные характеристики ГУН монотонны и, как правило, достаточно линейны (рис.5). Для выбора рабочей точки по управляющему напряжению с точки зрения линейности модуляции удобно использовать зависимость SJEJ. На рис.6 видно, что у генератора JCOS-820WLN, оптимизированного разработчиком как малошумящий, крутизна модуляционной характеристики изменяется в заметных пределах 3,8-10 МГц/В. В ГУН ROS-150 приняты меры по линеаризации модуляционной характеристики, поэтому ее крутизна изменяется от 4,9 до 6,2 МГц/В.

Рис. 5 Модуляционные характеристики октавного ГУН ROS-150. Сплошной линией показана зависимость fr(Ey), пунктиром - соответствующая Рвых(Еу)

У ГУН интервалы значений управляющего напряжения Еу могут быть различны. В качестве нижней границы Еу большинство производителей указывают 0,5 или 1 В. Дело в том, что при Еу, близком к нулю, рл-переход варикапа открывается положительной полуволной высокочастотного напряжения и через него начинает течь прямой ток. Поэтому значение Еу=0 обычно безопасно, но не соотвествует номинальному режиму. Однако есть модели, в которых Еу = 0 входит в рекомендуемые пределы (М3500-0613, ROS-900PV). Некоторые ИС ГУН разработаны для схем с напряжением управления не более 3 В (VCO191-2750U), не более 5 В (JTOS-300P) и свыше 20 В (MW500-1262). Можно выделить микросхему МАХ2753, у которой при низковольтной цепи управления высокая крутизна модуляционной характеристики Sy>150 МГц/В.

Рис. 6. Зависимость модуляционной чувствительности ГУН от управляющего напряжения

Полоса модулирующих частот в большинстве изделий не опускается ниже F_MOД = 100 кГц. Но для низкочастотных ГУН, например POS-50P, она снижается до 50 кГц. Поскольку данный параметр ограничен только номиналами блокировочных цепей, то можно выбрать ГУН с заметно более широкой полосой по цепи управления. Так, в М3500-0613 полоса модулирующих частот достигает 17,6 МГц.

Коэффициент чувствительности частоты к вариациям температуры окружающей среды изменяется в пределах от 20 МГцГС для М3500-0613 диапазона 6 ГГц до 0,02 МГцГС для MW500-1343 диапазона 160 МГц. Для ROS-900PV повышение температуры от 25° до 85°С приводит к снижению частоты на 5 МГц (0,6%) и мощности на 0,6 дБ, понижение же температуры до -55°С увеличивает частоту на 5 МГц, а мощность на 0,4 дБ. Типичная чувствительность ГУН к изменению температуры в широких пределах показана на рис. 7.

Рис. 7. Изменения частоты в широком температурном интервале для МАХ2753

Если в ГУН встроены буферные широкополосные усилители или удвоители частоты, чувствительность к фазе коэффициента отражения уменьшается. Например, при ослаблении на 6 дБ в ИС MW500-1343 Δfφ_p-p снижается до 0,13 МГц на частоте 160 МГц, в ГУН HMC398QS16G - до 4 МГц на частоте 15 ГГц. Встроенный буферный усилитель позволяет в некоторых моделях (VO3262C/00) иметь два взаимно развязанных выхода для подключения нагрузки.

В заключение отметим, что данные об основных мировых производителях ГУН, а также массу иной полезной информации, например таблицу соответствия единиц измерения мощности [Вт] и [дБмВт], можно найти на сайте www.radiocomp.ru.

Автор: Л.Белов