Управляемый автогенератор на поверхностных акустических волнах

 

СОЮЗ СОВ С ИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ. СССР

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4823134/22 (22) 10.05,90 (46) 07.10.91. Бюл. М 37 (7Ц Московский научно-исследовательский институт радиосвязи (72) В.Д,Кац, В.С.Орлов, В,Н.Банков, Г.П.Петин и А.И.Заковоротный. (53) 621.373,121.13 (088.8) (56) Речицкий В.И. Акустозлектронные радиокомпоненты, — М,: Советское радио, 1980, с. 202 — 208.

Дворников А.А. и др. Стабильные генераторы с фильтрами на ПАВ. — M. Радио и связь, 1983, с. 123 и 124. (54) УПРАВЛЯЕМЫЙ АВТОГЕНЕРАТОР НА

ПОВЕРХНОСТНЫХ АКУСТИЧЕСКИХ ВОЛНАХ (57) Изобретение относится к радиоэлектро- нике. Целью изобретения является увеличе„„SU0„., 1683171 А1 (st)s H 03 В 5/3.., Н 03 Н 9/42 ние диапазона перестройки частоты без ухудшения кратковременной стабильности.

Устройство содержит усилитель 9, в цепь обратной связи которого включены четные линии 1 — 4 задержки, выполненные в виде пар входных 5 и выходных 6 встречно-штыревых преобразователей (В LLlrl), размещенных в параллельных акустических каналах на рабочей поверхности пьезоэлектрического звукопровода 7, и фазовращатели 8, каждый из которых последовательно соединен с соответствующей линией задержки.

Расстояния между центрами входных 5 и выходных 6 ВШП каждой линии задержки выбраны из условия

l ) — lz = 1/4 (li+h+la+t4);

1 -lZ =- З-l4:

И+1г — lç — l4 = 1/8 (l >+lz+la+l4), где l<-l4 — расстояния между центрами входных 5 и выходных 6 ВШП в первом — четвер1683171

Р 2, тОм акустических каналах сООтВетств8ннО, м; а протяженность каждого из ВШП выбрана из соотношения Li 1/32 (11+ Iz+ 1з+ I4), ГД6 Li — f!PQTJI>KBHHOCTb ВХОДНОГО ИЛИ ВЫходного В Ш П,в I-ом акустическом канале, м, при этом соотношение приращений фазь1 фазовращателей выбрано из услоИзобретение относится к радиоэлеcrронике и может б frb использовано в cNcT8MGx сВязи и радиолокации для получения высокостабильных гармонических колебаний при низком уровне шумов.

Известен автогенератор на поверхностHbix акустических волнах (ПАВ), содержаший усилитель и частотозадающий элемент в виде линии задержки (ЛЗ) на ПАВ в цепи обратнОЙ сВязи, При соблюдении условий баланса GMII.: литуд и фаз генерируется грубенчатый спекто с NHT6pBGJlOM между ОтдОльными ча= стотами (модами), обратно пропорциональн ым расстОянию между Вхбди ыM v

BbIxQpHbfM встречно-штыоевыми преобразователями ВШПП в ЛЗ

Недостатком известного генератора является ииз(<ая кратковременная стабильность из-за Возможного "перескока" с

0BH0Yi JIQPbI HG PPYf gI0 N Высокий IIIPQBBHb шумов из-за генерации сразу нескольких мод. Единственным условием одномодового генератора является совпадение всех частот гребенчатого спектра, кроме центральной, с нулями амплитудно-частотной хара.,:теристики (Ач р) частотозадающего элемента ЛЗ на ПАВ.

11- YGQJ!86 близким K предлагаемому ff0 техиичес <ой сути и конструктивному исполнению является управляемый автогенератор, реализующий принцип конкуренции тылОВ колебаний с ОДноВременнОЙ фильтра" цией паразитных мод, кОторыЙ содержит усилитель, частотозадающий элемент в виде двухканальной ЛЗ на ПАВ в цепи обратной связи и элемент управления частотой (фазовращатель). Двухканальная ЛЗ на

ПАВ, в свою очередь, содержит два выход»bix широкополосных и общий полосозадающий входной BLLI fl, Протяженность палосозадающего В Ш П, расстояния между входным и выходным BLLIll выбраны так, что нули АЧХ ЛЗ на ПАВ совпадают с частотами

Вия L! f/fi, Л(Щ; Lg®з, "ff".4 i ; I2,,з, !4 где off(f>, hrpz, Apj, h., -- .".р Оашения фазы фазовраща ело!4 е соеди ненных последовате .b!!0 .; л: ииям, задержки перво о --;8Y - ;60ТОГО !;Gналов соответственно,:. ад. 2 ил, Всех мод, кроме рабочей Цеи, ральной моды, ЬБРЬИРОБВ !!4i8I" фаЗОБОГО Hc. .38! Б fr Можн измеиить ifслОБля конкуренции 1 иГ!ОБ

Йедос(атком извес íî — î GBTaf 6H6pG гора на ПАВ явлЯегся малый и. - :те:;:>Бал пеоестройки часто ы ЬЕ, 0 раиичениый

1п IfäB08Hным часто - ым инт pB - ii i" ("ех д соседними мОдами Лf.

Цель изобретения — увеличение диа!-(азана перестройки без у;<удшеиия кратковременной стабильности.

I "QCTGBJl -.И ИGЯ UBGb QQCTI4(арTC> TBM Что

" yI-i .:, fß6f40M автогеиераторе на ПАВ, соД8рх<ащем силитель, Б Ц: Г ь Об рати ОЙ связ 4

I 0T0poT Bi<(! foч8ны ЛЯ "iQ f

2Î виде BKOpf40(o и выходного ВШП, pGGM6щеииых Б параллельных акустических KGHG лах иа рабОчей грани пьезозлектрическоГ!i звукопровода, и фазовращатели, каждый из

КОТОРЫХ flQCJIar408GT6J!bb!if СОЕДИИегi С СООТГ) ."-Ь БетствуюЩей ЛЗ, количестВО электрических !

4 акустичес, <их каналов выбраио авиь!и чеTI Ip6M, расстояния между цеHTpамv: зход" ных и БыхОДиь1х В!и П Б каждой Л " Бы JpGHь О из / ловия

I l I7 = 1г 4 (i)+I9+I,"з+l4);

1 -- р = з-4. (1 1 г

1!+I2 — 3 — 4 =- 1/О (I "f+I2+IPi+I4) где I3, I2 13, (4 расстояния меж(l" Це!,:трами

"2 ;, а;. Входных и выходных ВЙП =. QepBO!:. :— четВ6рТоМ каналах coQГБетстBBHHQ, м, а протя>К8НН0с» каждого из ВИП Выбрана и:

Выражения

4 " 1/32 (1+ 4+ IG+ 4), ГДВ Li ПРОТЯ. КБНИОСТЬ ВХОД;Qf<;!i,",";И ВЫХОД"

ЯОГО В 1 Ы i Б; м вкус ическОм KGHGJ!6.,м;

f1P!N ЗТОМ СООТИОШБНИ8 ПРИ ОВIJJ8r(ИЙ фаз фаБОБращателеЁ. зыбранО из услОБНЯ

4(.

1683171

4/1: Ьф2: Лфз: ф4 = 11:12:13:14 (3) где Лу1, Лpz, Лрз, A — nð ".оетдения фаз фазовращателей, соединенных последовательно с ЛЗ в первом — четвертом акустических каналах соответственно, рад, На фиг.1 показана схема автогенератора на ПАВ; на фиг,2 — график формирования

АЧХ четырехканальной ЛЗ на ПАВ в автогенераторе.

Управляемый автогенератор на ПАВ 1О (фиг.1) содержит четыре канальные ЛЗ на

ПАВ 1 — 4 из входных 5 и выходных 6 ВШП на поверхности пьезоэлектрического звукопровода 7, регулируемые фазовращатели 8, усилитель 9. 15

Управляемый автогенератор на ПАВ работает следующим образом, При включении напряжения питания. усилителя 9 в случае обеспечения баланса фаз и баланса амплитуд в цепи обратной связи усилителя 9 начинает циркулировать 5 электрический сигнал, приводящий к устойчивой генерации выходного сигнала.

При выполнении ЛЗ в цепи обратной связи усилителя 9 одноканальный генератор работает на центральной моде f<, соот- 10 ветствующей минимальному затуханию по амплитуде и сдвигу на p = 2 K его фазы в цепи обратной связи (ОС), При изменении сдвига фазы, например, за счет фазовращателя 8, в полосе пропускания каждой ка- 15 наль ной ЛЗ, определяемой АЧХ соответственно входного A x(fj и выходного

Ав х (f) преобразователей, возможна генерация уже двух мод fo> и f02, имеющих одинаковую амплитуду. Поэтому в таком 20 автогенераторе уже возможна перестройка по частоте за счет управления фазовым сдвигом р в цепи ОС.

Во избежание одновременной генерации нескольких мод за пределами полосы пропускания ЛЗ на ПАВ, приводящей к увеличению кратковременной нестабильности (росту шумов), нули АЧХ ЛЗ выбирают совпадающими с частотами возможных мод.

Условие подавления всех мод, кроме од- 3О ной центральной, для каждого канала имеет вид;

11 = 1вых = Ns 1в, 1вх =1в (4) где 11 — расстояние между центрами входно- 35 го 5 и выходного 6 ВШП;

I> — протяженность секции выходного, ВШП;

Iв — протяженность входного ВШП;

N„, 1вы, — число секций в выходном ВШП 40 и его протяженность соответственно.

Фазочастотная характеристика (ФЧХ) такой канальной ЛЗ на ПАВ с подавленными модами является линейной, а диапазон плавной электронной перестройки частоты

ЛЕ в канал составляет половину максимального меж;-,".дового v,òåîíàëà, что соответствует иэмз:-снию фазы управляющего элемента 8 на .=-т 2 .

При увели-. нии числа каналов N. например, до дву:; (N = 2) каждая канальная ЛЗ на ПАВ 1 и 2 формирует свою сетку генерируемых частот, г в полосе пропускания АЧХ уже возможна одновременная генерация трех мод (за исключением 1-3). Если расстояния между це гтрами входных и выходных

ВШП канальных ЛЗ выбраны из соотношения I>:b = 3:2 и в этом же соотношении выбраны изменения фазы фазовращателей

8 Лр, h,pz -3:2, то обе сетки частот могут смещаться вправо или влево без изменения взаимного расположения, а значит, генерация будет осуществляться на тех же модах (1 — 3). ФЧХ такого частотозадающего элемента в виде двухканальной ЛЗ остается линейной, а изменение фазы в цепи ОС может составлять + л без перескоков с моды на моду, Таким образом, диапазон перестройки частоты увеличивается в два раза по сравнению с автогенератором на основе с одноканальной ЛЗ.

При нечетном количестве каналов N = 3, 5, 7 и т,д„а также при N = 6, хотя диапазон перестройки и расширяется, но ФЧХ частотозадающего элемента становится нелинейной, что требует резкого усложнения фазовращателей 8 и цепей управления ими, а также может привести к генерации непредсказуемых мод.

При N = 2, 4, 8 ФЧХ сохраняется линейной, а при N = 2, 4 система управления фаэовращателями наиболее проста, Однако техническая реализация восьмиканальной

ЛЗ на ПАВ и восьмиканального фазовращателя 8 затруднена.

Поэтому с точки зрения простоты реализации при одновременном расширении диапазона перестройки частоты за счет подавления паразитных соседних мод (на основе принципа конкуренции мод) оптимальным вариантом является использование четырехканальной (N = 4) ЛЗ на ПАВ в качестве частотозадающего элемента.

При условии устойчивой работы автогенератора частотный спектр сигнала, циркулирующего по петле ОС с четырехканальной

ЛЗ на ПАВ, можно записать в виде (5) е +е е

1683171 где Нвх (fj, Нвых (f) — передаточные функции соответственно входных 5 и выходных 6

8 LUfl канальных ЛЗ 1-4;

tI = lI/÷ — время задержки сигнала в каждом i-м канале; 5

lI — расстояние между центрами входных 5 и выходных 6 ВШП;

v — скорость ПАВ; (/7(— начальные фазы в каналах 8; в = 2 mf — текущая частота. 10

При соблюдении соотношения (1) для каналов выполняются условия

Т1 — Х2 =ÕÇ вЂ” т4

Р1 Р2 =P3 . P4 (6)

Тогда функция передачи в цепи ОС (без учета частотозависимых свойств усилителя

9) будет иметь вид

v„+ 1

H((7= 4((sõ((7 "8ыхЯ (" (" гг j"

=с+Н„(Е) сов(л,.ф,7 cos(x

Из уравнения (7) видно, что эффективное время задержки в экспоненциальном показателе составляет т вф = (т1 + т2 + <3 + A )/4 соответственно межмодовый интервал будет

hf= М,ф

Если входной 5 и выходной.6 ВШП канальных ЛЗ на ПАВ 1-4 не обладают дисг(ерсией, т.е. имеют линейную собственную

ФЧХ, то можно считать, что и5

Hr (fj=- Нвх(1) Hang(f) As)((f) As ;((f)=А (1), (8) где Авх (f) и Авых (fj — АЧХ соответственно

ВШП 5 и 6(фиг.2), Тогда и четырехканальный частотозада- 40

Ющий элемент в целом не обладает диспер- .

С.И Ей.

ПодОбрав Авх(f), Авых(f), tI, p, i = 1, 2, 3, 4, можно в передаточной функции (7) и, следовательно, в спектре автогенератора подавить все моды, кроме одной, т.е, обеспечить одномодовый режим работы (или низкий уровень шумов).

Поскольку с помощью четырехканальной ЛЗ на ПАВ формируются четыре конкурирующие сетки частот, а интервал между модами составляет м=4fo 1 +1 +1 +i (9) где fo — частота акустического синхронизма;

3 = — — длина ПАВ на этой частоте, ч

fo то, полагая (/7I= 0 и 6I-- О, т,= I,!.

lI/Яо fo, из УРавнениЯ (7) полУчают Условие подавления мод

-(г - 1= —

1 1, г (Р, Е„) - (,-рг)

О. о — (e -г -r. - 3=2f г з

Подставив в (10) соотношение (9) для интервала между модами, получают окончательные соотношения для подавления мод за счет сомножителей соз х1 и cos х2 (фиг,2):

e„- е,=-" (e,-e,.e,-e,);

В Общем же случае протяженности

ВШП 5 и 6 выбираются из условия достаточного подавления выходного сигнала на частотах (фиг.2), т.е, из условия

fo, ZI

888 f (и) что при учете (9) приводит к соотношению

LI 1/ л2 (11+ 12+ 13+ 14).

В этом случае первые нули множителя

Ar (fj обеспечивают ослабления паразитных мод, не подавленных за счет сомножителей

С0$ Х I И СОВ Х2, В наиболее удобном случае входной и выходной ВШП могут быть выполнены идентичными, поэтому

Аг (f) =- (sin x/õ), где х = N K(f — fo)/fo, N — число пар электродов в БШП.

Тогда

1-1 = 1/32 (11+12+13+14) и паразитные моды подавляются полностью в диапазоне +. 4 Л f (фиг.2).

В результате возможный диапазон перестройки частоты без опасности появления паразитных мод, т,е, без ухудшения кратковременной стабильности, увеличивается в четыре раза.

При этом условием приблизительного сохранения рассмотренного соотношения амплитуд между рабочей и подавляемыми паразитными модами при изменении фаз в управляющих элементах (канальных фазовращателях 8) в случае необходимой перестройки частоты является соотношение

Л(/71 ° AP2 ° Aф3: 5, 4 = 11;12. !3:14, где Л(/4 — приращение фазы во внешних цепях (фазовращателях 8); i = 1, 2, 3, 4, !

О так, как при выполнении условия (3) и росте (уменьшении) Ар в канат!;ьх м."...=;::.-; рации fp« и сомножители сов ê1, с,«В х2 -,epeve-щаются по оси частот впра:-:а (влево) безизменения взаимного расположения. а со- 5 множитель A! (f) не смещается относительно центральной моды fo. Таким образом, при условии {3) диапазон перестройки частоты генерации Л Г составляет около двух межмодовых интервалов при идентичных вход- 10 ных и выходных ВШП.

Необходимое прира!ценив фазы

Ар реализуется за счет последовательного с канальными ЛЗ i-4 включения управляемых напряжени8м фазоВращателей 8 в виде мчогозвениых! С-линий задержки, напр!лмер, на варикапах, а условие (3) реализуется г ри подача на каждое звена зтай LC ЛЗ управлЯ8 I}OI o напрЯж8ниЯ L.ó!1ð, через сОст"

ВетстВ}«Ю}Л!}!Е ДелитеЛИ, 20

Таким образам, при иoïoëbçoâBíèè г!редложен!!Ого автагенератора по сравнению с известным а-с=т-оты увеличивается в

Ч6тыр8 раЗа Ip!4 линейной 60pbT частотной характеристике без «худшеиия кратковременной стаби}льнасги} (уровня шумов), чта определяется ri 4II6AI4oé Оч:ь четырехканальной ЛЗ -IB ПАВ и подавлением паразитиых мод в ией, В качестве примера исполнения изготовлен автогеиератар на широкополосном ма}}олитнам усилителе типа I}}1)2)f«-1, в цепи QC которого включена четырехканальная ЛЗ иа RАВ са звукапровадом из

ЬТ-кварца. В качестве фазовращателей ис- 35 пользавана LC-линия на варикапах типа

2В124, управляе 4bi?: от напояжения в интервале I..IТЯI«. = 0 — }О B.

Средняя частота автагеиератора составляет fp = 100 МГц при диапазоне плав- 40

Ной Перестройки } ь F =- 160 КГI, -,e, болев

1 10 указанные параметры реализова!!ы при следу:ащих конструктивных характеристах

«!3, pBcc Yo«II-lI4A между ц6нтрами В0. П I1 =

3;. 58 мм i2 = 15 УО0 мм l3 = 47 3-г0 мм

31„530 мм. Рходнье и выходные ВШП выполнены }!Дентичными и }"Одер?Кат fp, 8 г =125 пар штырей или имеют прОтяжеинасть

LI = 3,957 мм. 50

В результате диапазон Врес« pа1, i,;и ";-i.-i ,;-га}.ь: .-...., .Ввляет Л Г = 160 кГц, уровень

Ii3}, " o}B "!i} } сч ст„ }ОЙK8 на; «кГц не

Хь ?! .— . }.. Д:«,. ".;"8«lbна II}3 УL,;.й !1Р!1 Д;бра.::,О}сти.г!«-: . - I? 00.

"; - . . }4 } 3 I H B:" }Да Р Ч Е Н 14 Я С а С Е!1! iI !; 1 Х I }i O L"„Н Е.

Меие:-. 1,.р } r )„"".,,«Хад «аСТат,l Г1P,.! !!ЗМЕНЕ}ь нии Tei :;перат-.гр}„-} ст+40 lo+70 p составляет

23 КГц, ЧТС СООГВ6ТСтвувттЕМПЕр. туриай 1-:}ь стаоильна ти 31: ". B S f среза.

Форму«!3 1забрете} !4ÿ

У} } (}авл}Я}6!4}, .:, ВВТОГЕНВРВТОР HB ПОВЕ!?ХHOOT?iЫ; BK}««CTИ -;:СКИХ ВОЧНВХ, СОД8Ржс}РI!1 i

УСI44I«ITBJ Ь. E} U,.: } ООРВТ Най} Связи IOTOPOI D включено лиг-::.и задержки па кал!!«ест(1;. злектрических каналов. выполненные ках<дая в виде входного и выходного встречнаштыревы; преобразователей (ВШ! !)!.

РВЗМев!6«! Н Ь!Х 9 Па Ралл8«ь Ь ! ЫХ В КУСТИ«8С!:.ИХ

I!.BI 3.3B? на рабочей грани пьезазлектрическа} О 3вукапООВада, и фазаврагцател11, каждый из которых соединен с саатве}ствуюгцей линией задержки, а т л и «а ю гц "; и с я ем, «та, с цель}О увеличения диапазона пе}?е стройки сез у, удшения краткавр}еменнай OTB бильиости, количество электрических ч акустических каналов выбрана равнь;м четь}рем, Оасстсяиия !иежду центрами ВхОдных |1 вь!Ход!!ь}х БШ!1 в каждой линии задер«кк:;

Выбрань! и3 YCJ1o}6!,1!I !! !2 = !, 4 (!1+ 2+ 3 }4) 1

2 = l3 !4

/ -:+i2 — !3 — !4 -- ": /8 (I.+I2+iç+I4). ! де !:,--!4-- расстаяни ме?кду це}ч-.рами Входных и !зыхадных ВШИ в первом — четвертом акь}СТИ«ВСКИ:;;BHB«I BX СООТВЕтстеенна, М, а и p i.:. TBI 8 H } I o 8T b KB ?I! po i 0 I l 3 В ! Г В ь} б р а нн аа из Вь:ражеиия . /32 (I i+ !2- I3+ I4), rp8! 4 — протяженность входного или выходного ВШП в I-I I акусчическом канале, м; при атом соотношение np!4pBIL}eI фBBb! фазаврас.;ателей выбрано из условия

ЛГ}1. Л!}2«, ЛРЗ, /ьо4 !l, I2:!3:I4,, где }i!. I — Л р! — приращения фазы фазавРВЩаьтЕЛ}ЕЙ, 806PNH8HHbtX ПОСЛЕДаВатЕЛЬНО с линиями задержки в первом — «етвертам акусти-:.еских каналах соответственна, рад.

1683171

Составитель 8. Орлов

Техред М,Моргентал

Редактор А, Козориз

Корректор М. Кучерявая .

Производственно-издательский комбинат "Патент", г, Ужгород, ул,Гагарина, 191

Заказ 3421 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., 4/5