ЖУРНАЛ РАДИОЭЛЕКТРОНИКИ. ISSN 1684-1719. 2023. №7
Оглавление выпуска

Текст статьи (pdf)

DOI: https://doi.org/10.30898/1684-1719.2023.7.9

УДК: 621.373, 621.391.822

АНАЛИЗ И РАЗРАБОТКА ВЫСОКОТОЧНОГО ГЕНЕРАТОРА

ЧАСТОТЫ W-ДИАПАЗОНА С НИЗКИМ УРОВНЕМ

ПАРАЗИТНЫХ ГАРМОНИК

А. Шаншо, И.О. Дорофеев, Г.Е. Дунаевский, Е.В. Емельянов

Национальный исследовательский Томский государственный университет

634050, Томск, пр. Ленина, 36

Статья поступила в редакцию 3 июля 2023 г.

Аннотация. Для приложений миллиметрового диапазона в W-диапазоне 93,5‑95,5 ГГц востребованы усовершенствованные синтезаторы частоты. Такой синтезатор частоты должен быть перестраиваемым, с высоким частотным разрешением и обладать низкими фазовыми шумами, низким уровнем паразитных гармоник и коротким временем синхронизации. Эти требования при разработке высокоточного генератора частоты с чистым спектром, являются противоречивыми. Поэтому необходимо найти оптимальные соотношения между ними. В данной работе построен синтезатор частоты на основе диода Ганна, двух стабильных перестраиваемых источников частот, контура ФАПЧ и субгармонического смесителя 10-го порядка в цепи обратной связи. Проанализированы фазовый шум, уровни паразитных гармоник и размер шага перестройки генератора ФАПЧ, и проведена оценка влияния каждого параметра на остальные. Для проверки работоспособности предлагаемого синтезатора частот с помощью анализатора спектра был измерен выходной спектр промежуточной частоты на субгармоническом смесителе, который соответствует спектру генератора с ФАПЧ. Результаты показывают, что предлагаемый генератор с ФАПЧ можно перестраивать с шагом менее 1 Гц, а первые две паразитные гармоники далеки от основной гармоники (200 МГц). Полученные результаты могут быть использованы для разработки усовершенствованного высокоточного синтезатора частоты с низким уровнем побочных гармоник и низкими фазовыми шумами в приложениях миллиметрового диапазона.

Ключевые слова: фазовый шум, диод Ганна, субгармонический смеситель, паразитные гармоники, гетеродин.

Автор для переписки: Шаншо Ахмад, ahmadsho1@gmail.com

Литература

1. Macfarlane D. G., Robertson D. A. SAFIRE: A close range real time millimetre wave radar for public education //2007 Joint 32nd International Conference on Infrared and Millimeter Waves and the 15th International Conference on Terahertz Electronics. – IEEE, 2007. – P. 924-925. https://doi.org/10.1109/ICIMW.2007.4516794

2. Chen J. et al. Design of silicon based millimeter wave oscillators //2016 IEEE International Conference on Microwave and Millimeter Wave Technology (ICMMT). – IEEE, 2016. – V. 1. – P. 261-263. https://doi.org/10.1109/ICMMT.2016.7761742

3. Futatsumori S., Shibagaki N. 96 GHz Millimeter-Wave Radar System for Airport Surface Detection Purpose //2022 IEEE Conference on Antenna Measurements and Applications (CAMA). – IEEE, 2022. – P. 1-2. https://doi.org/10.1109/CAMA56352.2022.10002564

4. Nguyen K. N. et al. Millimeter wave dielectric permittivity measurements of common materials //2006 Joint 31st International Conference on Infrared Millimeter Waves and 14th International Conference on Teraherz Electronics. – IEEE, 2006. – P. 483-483. https://doi.org/10.1109/ICIMW.2006.368691

5. Korolev K. A., Afsar M. N. Complex dielectric permittivity measurements of materials in millimeter waves //2005 Joint 30th International Conference on Infrared and Millimeter Waves and 13th International Conference on Terahertz Electronics. – IEEE, 2005. – V. 2. – P. 594-595. https://doi.org/10.1109/ICIMW.2005.1572681

6. Korolev K. A., Chen S., Afsar M. N. Dielectric and magnetic measurements on ferrite ceramics at millimeter waves //2007 IEEE Instrumentation & Measurement Technology Conference IMTC 2007. – IEEE, 2007. – P. 1-5., https://doi.org/10.1109/IMTC.2007.379139

7. Siligaris A. et al. A multichannel programmable high order frequency multiplier for channel bonding and full duplex transceivers at 60 GHz band //2020 IEEE Radio Frequency Integrated Circuits Symposium (RFIC). – IEEE, 2020. – P. 259-262. https://doi.org/10.1109/RFIC49505.2020.9218433

8. Fischer A. et al. A 77-GHz SiGe frequency multiplier (× 18) for radar transceivers //2010 IEEE Bipolar/BiCMOS Circuits and Technology Meeting (BCTM). – IEEE, 2010. – P. 73-76. https://doi.org/10.1109/BIPOL.2010.5667947

9. Irimajiri Y. Stabilization of a Lasing Frequency of a THz-QCL in Free Running for Long-Term Phase-Locking //2020 45th International Conference on Infrared, Millimeter, and Terahertz Waves (IRMMW-THz). – IEEE, 2020. – P. 1-2. https://doi.org/10.1109/IRMMW-THz46771.2020.9370396

10. Mohandas R. A. et al. High-resolution frequency and phase control of a terahertz laser //2019 44th International Conference on Infrared, Millimeter, and Terahertz Waves (IRMMW-THz). – IEEE, 2019. – P. 1-2. https://doi.org/10.1109/IRMMW-THz.2019.8873906

11. Fujiwara K. et al. A simple-structure FMCW radar test system using PLL-Gunn oscillator and fundamental mixer in 79 GHz band //2018 International Conference on Radar (RADAR). – IEEE, 2018. – P. 1-6. https://doi.org/10.1109/RADAR.2018.8557238

12. Weber R. et al. A W-Band $\times $12 Multiplier MMIC With Excellent Spurious Suppression //IEEE microwave and wireless components letters. – 2011. – V. 21. – №. 4. – P. 212-214. https://doi.org/10.1109/LMWC.2011.2106486

13. Mazor N., Socher E. X-band to W-band frequency multiplier in 65 nm CMOS process //IEEE microwave and wireless components letters. – 2012. – V. 22. – №. 8. – P. 424-426. https://doi.org/10.1109/LMWC.2012.2207708

14. Ohue K., Kuroki F., Yoneyama T. Analysis on locking characteristics of band-stop type of self-injection locked NRD guide Gunn oscillator at 60 GHz //2009 Asia Pacific Microwave Conference. – IEEE, 2009. – P. 2292-2295. https://doi.org/10.1109/APMC.2009.5385440

15. Fujiwara K. et al. A simple-structure FMCW radar test system using PLL-Gunn oscillator and fundamental mixer in 79 GHz band //2018 International Conference on Radar (RADAR). – IEEE, 2018. – P. 1-6. https://doi.org/10.1109/RADAR.2018.8557238

16. Zhou C., Xiaohong T. A W-Band 2 nd Subharmonic Injection-Locked Phase-Locked Loop with Large Locking Range //2007 International Symposium on Microwave, Antenna, Propagation and EMC Technologies for Wireless Communications. – IEEE, 2007. – P. 351-354. https://doi.org/10.1109/MAPE.2007.4393620

17. Zhou C., Xiaohong T. A W-Band 2 nd Subharmonic Injection-Locked Phase-Locked Loop with Large Locking Range //2007 International Symposium on Microwave, Antenna, Propagation and EMC Technologies for Wireless Communications. – IEEE, 2007. – P. 351-354. https://doi.org/10.1109/ACCESS.2019.2905767

Для цитирования:

Шаншо А., Дорофеев И.О., Дунаевский Г.Е. Е.В. Емельянов. Анализ и разработка высокоточного генератора частоты w-диапазона с низким уровнем паразитных гармоник. Журнал радиоэлектроники [электронный журнал]. 2023. №7. https://doi.org/10.30898/1684-1719.2023.7.9