Замедляющие системы. Генераторы с электрическим управлением электронным потоком. Методы и устройства стабилизации частоты и фазы колебании в задающих генераторах простых и сложных сигналов, страница 31

до 3 ГГц.

По значению реализуемой добротности колебательные системы автогенераторов на ПАВ-приборах занимают   промежуточное положение между кварцевыми, и   объемными   резонаторами. Характеристики автогенераторов на ПАВ, LC- и объемных резонаторах приведены в таблице 5.1 [70]. Схемы автогенераторов с резонаторами на ПАВ   во   многом сходны со схемами кварцевых генераторов (ом. п. 3.4). В частности, с использованием одновходных резонаторов могут быть реализованы трехточечные схемы,   например,   емкостная   трехточка (см. рис. 5.13). Используя ПАВ-резонатор на частоте последова­тельною резонанса, может быть реализована схема, подобная изо­браженной на рис. 5.14 При этом, в отличие от кварцевых резонаторов на объемных типах  акустических колебаний, в резонаторах на ПАВ затухание на гармониках основной частоты превосходит затухание на основной частоте и паразитные резонансы на гармо­никах практически не влияют на стабильность и спектральный состав генерируемых колебаний.

Автогенераторы с широкой перестройкой частоты  до несколь­ких процентов  могут быть реализованы на основе усилите­ля с цепью положительной обратной связи, в которой в качестве частотно-изберательного элемента включается резонатор, линия задержки или фильтр па ПАВ (рис. 5.18). Усилительная часть автогенератора

представляет собой двухкаскадный усилитель, ком­пенсирующий затухание в ПАВ-резонаторе. Для развязки с на­грузкой используется еще один каскад усиления. Согласующие цепи (СЦ) обеспечивают компенсацию статических емкостей ВЩП на частоте генерации, что способствует снижению потерь в резо­наторе, повышению стабильности колебаний и КПД автогенера­тора. В простейшем случае СЦ представляет собой последовательный контур, образованный внешней индуктивностью и статичес­кой емкостью ВШП. Фазовращающая цепь (ФЦ) представляет собой LC — контур, в емкостную ветвь которой включен варикап.

С помощью этой цепи осуществляется необходимый сдвиг фазы в кольце обратной связи, а следовательно, управление частотой автоколебаний под действием напряжения . Частота автоко­лебаний определяется известным условием , из которого вытекают условия баланса амплитуд  и баланса фаз , где n=1,2,..и  — комплексные коэффициен­ты передачи усилителя с фазодвигающей цепью и ПАВ-резонатора (фильтра или линии задержки) на частоте генерации ;  — фазовые сдвиги в усилителе с ФЦ и в ре­зонаторе на ПАВ. Полоса перестройки частоты колебаний автогениратора приблизительно равна ширине полосы пропускания резонатора (фильтра или ЛЗ) на ПАВ.

Температурная стабильность частоты колебаний генераторов на ПАВ определяется свойствами резонатора, а также тепловы­ми сдвигами фазы в усилителе, согласующих и фазосдвигающих цепях. При применении термокомпенсации максимальный уход частоты не превышает  при изменении температуры от —60 до +60 С.

На рис. 5.19 для сравнения шумовых характеристик представ­лены зависимости от частоты анализа спектральных плотностей мощности фазовых шумов  колебаний автогенераторов на ПАВ  кварцевого с умножителем

частоты (2) и LC — автогенератора (3), работающих на час­тоте  =375 МГц. Здесь же приведена зависимость  квар­цевого автогенератора (4) без умножителя частоты. Как видно из рисунка, начиная с частот анализа около 10 Гц, фа­зовый шум колебаний генератора на ПАВ значительно меньше, чем у кварцевого автогенератора с умножителем частоты.   В  то же время генераторы на ПАВ по уровню фазовых шумов пока ус­тупают лучшим кварцевым генераторам. Однако следует ожидать существенного уменьшения этих различий по мере совершенство­вания технологии изготовления приборов на ПАВ.

5.3.5. Стабилизация частоты СВЧ автоколебаний внешним высокодобротным резонатором

Данный метод стабилизации используется в тех случаях, ког­да кварцевая стабилизация невозможна или нецелесообразна, например, три стабилизации частоты колебаний автогенерато­ров СВЧ.

Возможность стабилизации основана на явлении затягивания частоты колебаний автогенератора внешним высокодобротным объемным или диэлектрическим резонатором, связанным с основной колебательной системой. При добротности внешнего резонатора  значительно большей нагруженной добротности  основной колебательной системы и их настройке примерно на

одинаковые частоты крутизна фазочастотной характеристики эквивалентной системы повы­шается и определяется внеш­ним резонатором. Следователь­но, как показано в п.п. 5.3.2, фиксирующая способность ав­тогенератора и стабильность частоты его колебании повы­шается.

Эквивалентная схема авто­генератора с внешним высокодобротным резонатором изображена на рис. 5.20.

Получим выражение для фиксирующей способности та кого автогенератора. Как известно, система из двух связанных контуров с одинако­выми резонансными частотами при величине связи  между кон­турами меньше критической обладает одной резонансной часто­той. Полное сопротивление основного контура с учетом вноси­мых со стороны внешнего резонатора сопротивлений равно

(5.1 Г)

Где в области    малых    расстроек    по    частоте ,

Продифференцировав (5.16) по частоте, находим выражение для фиксирующей способности рассматриваемого автогенератора

 (5.17)

Сопоставляя это выражение с выражением для фиксирующей способности автогенератора с одноконтурной резонансной системой  (см. выражение (5.11) и рис. (5.4) и учитывая, что ,

a  видим, что стабильность частоты автогенератора с подключением внешнего высокодобротного резонатора повыша­ется примерно в  раз.

5.3.6. Стабилизация частоты и фазы колебании автогенераторов простых и JI4M сигналов методом фазовой синхронизации

Фазовая синхронизация осуществляется путем подачи на авто­генератор, работающий на частоте  , внешнего сигнала с час­тотой , близкой к частоте  или находящейся с ней в дробно кратном   отношении , где n,m — положительные целые числа. В результате внешнего воздействия частота колеба­ний автогенератора изменяется и после   окончания   переходного