Малошумящий синтезатор частот с высокой скоростью перестройки

Разработан новый прецизионный синтезатор частот. Его основные особенности: широкий диапазон синтезируемых частот, низкий уровень фазового шума, малое время переключения, высокое разрешение по частоте. Внешний вид синтезатора представлен на рис. 1.

Рис. 1. Внешний вид синтезатора частот

Основные технические характеристики синтезатора представлены в таблице 1.

Синтезатор формирует синусоидальный сигнал в диапазоне 80 МГц…20 ГГц с разрешением менее 1 Гц. Возможна работа от встроенного источника опорной частоты или от внешнего 10‑МГц источника. Время перестройки частоты во всем диапазоне рабочих частот не превышает 50 мкс. Уровень выходного сигнала регулируется в пределах –20…10 дБм. Уровень паразитных спектральных составляющих в спектре выходного сигнала: не более –60 дБ. Уровень фазовых шумов для частот 1, 10 и 20 ГГц приведен в таблице 2.

Для управления синтезатором используются интерфейсы Ethernet, USB и SPI. Разработано специальное программное обеспечение для управления синтезатором частот, которое обеспечивает режимы перестройки по частоте, амплитуде и работу по списку. Количество точек для перестройки не превышает 400. Главное окно программы представлено на рис. 2.

Рис. 2. Окно программы для управления синтезатором частот

Структурная схема синтезатора частот приведена на рис. 3.

Рис. 3. Структурная схема синтезатора частот

Сигнал опорного кварцевого генератора ГК317 100 МГц умножается на 8 и используется в качестве тактовой частоты ЦВС AD9912, которая формирует сигнал в диапазоне 20–90 МГц. Сигнал 800 МГц, умноженный на 4, с добавлением частоты ЦВС используется для формирования частоты подставки F0. Частота F0 поступает на плату смесителей, где формируются ее производные для использования в офсетной схеме синтеза. Для грубой настройки основного ГУН HMC787 используется микросхема ФАПЧ ADF4108 с делителем частоты. После грубой настройки синтезатор переходит на точную петлю, что сопровождается значительным снижением уровня фазовых шумов (рис. 4).

Рис. 4. Фазовый шум синтезатора частот при работе на грубой петле (верхний график) и точной петле (нижний график)

Диапазон рабочих частот ГУН HMC787 составляет 10–20 ГГц. Для получения более низких частот используются делители частоты с полосовыми фильтрами, расположенные в модуле переключателя диапазонов. В этом же модуле находятся аттенюатор и усилители. Плата управления формирует все необходимые сигналы для работы синтезатора и обеспечивает работу с внешними интерфейсами.

Рис. 5. Время переключения синтезатора частот

Время переключения с любой частоты на любую не превышает 50 мкс (рис. 5). Фазовые шумы синтезатора частот приведены на рис. 6.

Рис. 6. Фазовые шумы синтезатора частот на частотах:
1 ГГц (фиолетовый);
5 ГГц (коричневый);
10 ГГц (зеленый);
20 ГГц (голубой)