Физика \ Техническая электродинамика

Исследование СВЧ генератора, управляемого напряжением, страница 2

1.1.  Основные характеристики ГУН

ГУН должен обеспечивать генерацию гармонического сигнала с заданным уровнем мощности в определенном диапазоне частот, перекрытие которого обеспечивается с помощью варикапа, который представляет собой запертый диод, собственная емкость которого управляется изменением запирающего напряжения. Поэтому одной из важнейших характеристик ГУН является спектр его выходного сигнала. Следующей важной характеристикой является зависимость генерируемой частоты от управляющего напряжения на варикапе. Качество генерируемого сигнала также зависит от его шумовых характеристик. Все активные и пассивные элементы схем генерируют шумовые напряжения. Шумы, создаваемые активными сопротивлениями зависят от величины сопротивления и температуры тела сопротивления, шумы пассивных реактивных элементов определяются их активными сопротивлениями потерь, шумы активных элементов определяются низкочастотными фликкер-шумами (флюктуации протекающих через элементы токов) и широкополосными тепловыми шумами. Эти шумы воздействуют на зависимые от напряжения емкости активных (полупроводниковых) элементов, что приводит к случайным изменением фазы генерируемых колебания. Эти изменения фазы называются «фазовыми шумами» (ФШ) и уровень их определяет качество АГ. Для ГУН наибольший вклад в ФШ дает варикап. Если амплитудная шумовая модуляция может быть уменьшена путем ограничения амплитуды сигнала с последующей фильтрацией гармоник, то фазовая модуляция не может быть уничтожена. ФШ превращаются в амплитудные при демодуляции сигнала фазовыми и частотными детекторами и, в определенной мере, синхронными детекторами.  Плотность ФШ измеряется в дБ по отношению к мощности основной генерируемой частоты, отнесенной к одному Гц. В виду симметричной формы спектра генерируемого сигнала, измеряется зависимость плотности ФШ одной боковой полосы как функция отклонения частоты от основной. Таким образом, характеристика ФШ также является важной. Четвертой характеристикой является форма сигнала ГУН на выходном порте Р1.

Рис. 3

  1. Виртуальный макет ГУН СВЧ

Схема ГУН СВЧ, показанная на рис. 3 использует биполярный СВЧ транзистор BFR360 с частотой единичного усиления порядка 40 ГГц на основе гетероструктуры GeSi (германий-кремний). Его математическая SPICE модель (описывающая только собственно кристалл)  не включает в себя емкости и индуктивности подводящих проводников и корпуса. Эти величины представлены индуктивностями  и емкостями . Частота ГУН управляется с помощью варикапа D353, представленного соответствующей SPICE моделью. Индуктивности  используются в качестве дросселей, элемент COAX2 представляет собой коаксиальный резонатор, используемый в качестве индуктивности колебательного контура ГУН, в который также входят емкости  и, частично, емкости транзистора. V1 – источник питания АГ, V2 – источник управляющего напряжения для варикапа. На схеме также помещены иконки для обеспечения измерений характеристик ГУН – OSKAPROBE и OSCNOISE. Выходной сигнал снимается с порта Р1.

  1. Задание и порядок выполнения работы

В работе исследуются характеристики ГУН СВЧ на виртуальном макете с помощью программного пакета Microwave Office 2004. Откройте файл osc1, в открывшемся окне справа появится схема виртуального макета, изображенная на рис. 3, слева – иерархический список элементов проекта (лабораторной работы). Для выполнения работы необходимо использовать раздел Graphs. Прежде всего, необходимо определить зависимость частоты ГУН от управляющего напряжения на варикапе. Для этого щелкните по строке Osc:OSC_FREQ()[*,X], в открывшемся окне щелкните ОК, затем нажмите на кнопку с желтой молнией для запуска моделирования, после чего появится окошко с «осциллограммой», показывающее ход расчетов. После исчезновения этого окошка (что означает окончание расчета), щелкните по надписи Graph3, в результате чего появится график искомой зависимости, на котором по горизонтали отложено напряжение на варикапе, а по вертикали – частота в ГГц. С помощью маркеров, вызываемых нажатием на правую кнопку мыши (Add Marker), измерьте частоту в ГГц, соответствующую целочисленным значениям напряжения и запишите в таблицу №1. Затем щелкните по строке Osc:DB(Pharm(Port_1)[*,1] и в открывшемся окне щелкните по «птичке» справа от графы DCVSS.V2 и установите наименьшее напряжение из таблицы №1, затем нажмите ОК. Далее щелкните по строке Graph1 и затем по кнопке с желтой молнией, после чего появится график спектра выходного сигнала на данной частоте. С помощью маркеров измерьте мощность всех гармонических составляющих спектра и занесите в таблицу №2. Следующее измерение позволит получить осциллограмму напряжения на выходе порта Р1 на данной частоте. Для этого щелкните по строке Graph 2, после чего появится искомый график. Измерьте уровень сигнала и зарисуйте его примерную форму. Далее необходимо измерить уровень фазовых шумов. Для этого щелкните по строке Graph 4, после чего появится график ФШ. С помощью маркеров измерьте уровень ФШ на частотах (кратных 10) от 10 Гц до 1МГц и занесите в таблицу №3. Повторите эти измерения для всех целочисленных значений напряжения на варикапе из таблицы №1 путем изменения каждый раз значений в графе DCVSS.V2.  Отчет должен содержать схему виртуального макета, таблицы всех измеренных значений, зарисовки формы сигналов, оценки соответствия ее спектру сигнала. При выходе из программы на вопрос о сохранении результатов ответить НЕТ!!

Скачать файл