[Sergey Beltchicov 0]

А нужен ли вообще МШУ? Нет, я, конечно, понимаю, для чего он используется. Но, вот, смотрю на терминологию, применяемую в КСС (интерферометр, умножение добротности и т.д.), и становится немного не хорошо. От природной лени вникать в теорию не хочется, поэтому попробую развернуть проблему по-простому.

...Так нужен ли этот самый МШУ? Может оставить чистую ООС, а разницу в дБ вытягивать, закачивая большую мощность в резонатор?

Опыт показывает следующее. Если при одной и той же настройке резонатора и одной и той же мощности, подводимой к нему, выбросить МШУ, то шумы генератора однозначно возрастают практически на коэфициент усиления МШУ. При этом сохраняется наклон шума 30дБ на декаду. У меня возникает вопрос: откуда берется такой наклон? Если мы выбросили МШУ, что в петле шумит по закону 1/F? Мощность, подводимая к резонатору, в приведенном примере +17дБм.

 

Вы предполагаете, что мы можем компенсировать проигрыш в шумах (из-за удаления МШУ) увеличением мощности, подводимой к резонатору? Например, на 20 дБ (до значения в +37дБм)? Вероятно, это возможно. Однако укажу на подводные камни. Конкретно с сапфиром работать в этом случае будет практически нецелесообразно, потому что мощность ускоряет его и без того неприятные температурные флуктуации, из-за чего он начинает бегать по частоте значительно быстрее. Что крайне усложняет алгоритмы его частотной стабилизации. Поэтому в этом случае остается переходить на резонатор в виде полированной банки с соответствующим ростом габаритов и потребления (нам же нужно питать 10 ваттный усилок и более навороченный термостат). Может быть работать с DRO, как у Андрея. Лично мне этот вариант по указанным причинам не подходит. Ну и такая деталь: по входу смесителя в этом случае нужно дополнительно ставить ограничитель (иначе он просто будет выгорать на этапе настройки).

 

 

6. Чувствительность приемника.

Понятно, что любой метод имеет свои ограничения. Как определить предел регулировки ООС? В “высшем свете” договорились считать, что обратная связь здесь – это некий приёмник (смеситель + усилитель ПЧ, например, операционник), и, соответственно, просто считать чувствительность приемника (его к-т шума). В принципе, логично.

7. МШУ.

Какой к-т шума такого приемника? Так, навскидку, дБ десять. Каждый знает, чтобы улучшить чувствительность приемника, нужно поставить на его вход МШУ. Если к-т усиления МШУ дБ этак двадцать, то всё за ним можно игнорировать и считать, что к-т шума приемника будет примерно равным к-ту шума МШУ. Т.е. с 10 дБ опускаемся до 3 (к примеру). 7 дБ улучшения. Красота!

Концепция логичная и я сам выступаю её приверженцем. Но говоря о к-те шума такого приемника, почему Вы игнорируете к-т шума выделителя обратной волны? На частоте генерации и малых отстройках он примерно равен подавлению! То есть это может быть величина 40-60дБ (а не дБ десять). И эта величина будет еще умножаться на 1/F^2 в пределах полполосы резонатора. Прилагаю картинку, где я промоделировал подавление в 40 и 60 дБ и выделил участок интересующих нас (в итоговом генераторе) отстроек.

 

Не претендуя на истину в последней инстанции, для себя я пришел к такой оценочной формуле шумов генератора с КСС

Losc FLL = (L(f)converter+L(f)LNA)*(1+(HBWs11/f)^2)

где L(f)converter - шумовой пол "приемника" (но частотно-зависимый!, где основной вклад вносит частотно-зависимый коэффициент передачи выделителя обратной волны с подключенным к одному из его плеч резонатором c ß1~1)

L(f)LNA - частотно-зависимый фазовый шум МШУ (который я представляю как FkT/2Pin(1+Fc/(f*CSmax)). То есть подавление уменьшает фликкерную границу такого МШУ, но "не трогает" его полку.

HBWs11 - полполосы резонатора по отражению (в пределах которых комбинированная система стабилизации "держит в захвате" автогенератор).

В первую скобку можно добавить циркулятор и фазовращатель как аддитивные составляющие, но их влияния мы в экспериментах не видели, поэтому на достигнутом нами уровне шумов (средненьком) я ими пренебрегаю. Когда пытался "прикрутить" к модели параметр T0, то он всегда лишь уводил график модели от графиков экспериментов. Как-то так...

Изменено 20 января, 2018 пользователем Sergey Beltchicov

[rloc 43]

Так нужен ли этот самый МШУ? Может оставить чистую ООС, а разницу в дБ вытягивать, закачивая большую мощность в резонатор?

 

Добавлю свои пять копеек.

 

Усиление = линейность (шумы)

Простой пример. Возьмем RF усилитель и зафиксируем его усиление путем введения обратной связи (Feedback), допустим на уровне 10 дБ. Зависимость прибавки к линейности в зависимости от собственного усиления будет выглядеть следующим образом:

 

 

Абсолютно тоже самое с частотной стабилизацией, пусть с преобразованием на низкую частоту. В данном случае коэффициент усиления заменяется коэффициентом преобразования, и он больше 1, даже при отсутствии МШУ, иначе по теории не получим компенсации. А как лучше повысить этот коэффициент - выбор разработчика.

[Sergey Beltchicov 0]

Кстати, Андрей, извините, но еще два вопроса: а Ваш DRO на 4ГГц сильно бегает по частоте? Реагирует ли он на вибрацию?

 

 

Изменено 20 января, 2018 пользователем Sergey Beltchicov

[rloc 43]

Раз мы заговорили о частотной стабилизации, у меня вопрос по схеме со стабилизируемым резонатором и выделением обратной волны. Как в этой схеме гарантируется ортогональность смешиваемых сигналов на ФД?

[Sergey Beltchicov 0]

Раз мы заговорили о частотной стабилизации, у меня вопрос по схеме со стабилизируемым резонатором и выделением обратной волны. Как в этой схеме гарантируется ортогональность смешиваемых сигналов на ФД?

Дополнительным фазовращателем. Электронным или механическим.

[rloc 43]

Дополнительным фазовращателем. Электронным или механическим.

Странно, почему о таких моментах мало кто упоминает. Интересно, где ставят фазовращатели? В какой фазе складывается пролаз несущей с обратной волной на циркуляторе? Вместе с конечной развязкой смесителя (ФД) возможно детектирование амплитудных шумов и попадание на УПТ.

[Dr.Drew 4]

От природной лени вникать в теорию не хочется, поэтому попробую развернуть проблему по-простому.

Так нужен ли этот самый МШУ? Может оставить чистую ООС, а разницу в дБ вытягивать, закачивая большую мощность в резонатор?

Александр, мне кажется как раз из-за этой лени наши споры ходят по кругу. 5 и 9 пункты это по-моему одно и то же, а умножение добротности - это красивый маркетинговый ход.

Далеко не факт, что закачивание большой мощности в резонатор приведет к снижению шумов. Их картина формируется исходя из доступной энергетики сигнала на входе усилителя, что в общем-то логично. Так что, применение 1 Вт или 100 мВт усилителя с может помочь, если усиление остается 10 дБ, а может и не помочь, если мощный усилок имеет 20 дБ против 10 дБ маломощного. Удобнее выбирать усилитель хотя бы исходя из P1/G. Ну и веский аргумент Сергея - температурные эффекты. Я качал 300 мВт в резонатор и он прилично нагревался. Да, Сергей, он прилично дрейфовал по частоте и, как у Вас, чувствовал вибрацию.

МШУ, действительно, нужен, так как без него чутье определяется КШ смесителя на уровне 8-10 дБ. Ну и фликкерит он тоже.

[Sergey Beltchicov 0]

Александр, мне кажется как раз из-за этой лени наши споры ходят по кругу. 5 и 9 пункты это по-моему одно и то же, а умножение добротности - это красивый маркетинговый ход.

Небольшое рассуждение об "умножении добротности". Начну немного издалека - с практического опыта настройки генератора с КСС. Представим, что наш генератор собран, кольцо КСС замкнуто, а мы проверяем, как он работает, крутя фазу фазовращателем в петле основного кольца. Что мы будем наблюдать на спектроанализаторе? Допустим, что в начальный момент генерации нет, сигнала нет. Затем в какой-то момент соблюдается баланс фаз и амплитуд в основном кольце, и появляется сигнал автогенератора. Крутя дальше фазовращатель, мы видим как сигнал свипирует через 3дБ полосу нашего резонатора (так, кстати, можно определить реальную нагруженную добротность в режиме генерации). Пройдя через всю 3дБ полосу, сигнал пропадает, генерация срывается. Примерно в середине такого свипа мы наблюдаем, что генератор попадает в захват кольца КСС. То есть мы продолжаем крутить фазу, но сигнал автогенератора, какое-то время стоит на месте, сопротивляясь нашей регулировке (он в захвате), потом мы принудительно срываем его из захвата, а крутя дальше, срываем и генерацию. Если, вместо спектроанализатора, подключить E5052, мы увидим, что сначала проявится ФШ основного кольца (простой автогенераторный), потом в точке захвата шумы провалятся, когда же мы пройдем диапазон захвата, шумы снова станут автогенераторными. Этот рассказ иллюстрирует вот что. Автогенератор работает в определенном диапазоне ФЧХ, диапазон же захвата имеет ФЧХ существенно более узкую. В формулах фазовых шумов лучше говорить не о добротности, а о половине полосы резонатора, в пределах которой есть генерация. А что такое полполосы резонатора. Это величина, обратная ГВЗ, то есть производной фазы. То есть, чем выше крутизна фазовой характеристики резонатора, тем ниже фазовый шум. Когда мы захватываем автогенератор системой КСС, то мы фактически привязываем его к ФЧХ S11 резонатора, которая имеет намного более крутой наклон, чем ФЧХ S21 (в чем легко убедиться при помощи VNA). Стало быть, в захвате ГВЗ больше, а полполосы уже. Что соответствует "большей добротности".

Изменено 21 января, 2018 пользователем Sergey Beltchicov

[khach 33]

Есть проблема с диэлектрическим резонатором на шепчущей галерее- любит перескакивать на соседние моды. Кто-нибудь делал связь с резонатором как в патенте US7777583?

ЗЫ. Вот размышляю, а если не обьединять выводы стабилизирующей моды "звездочки" в общий вывод, а вывести два "луча" раздельно через LNA на ФД и замкнуть по ним ОС по АПЧ задающего генератора. Насколько такой вариант дискриминатора работоспособен?

[Chenakin 12]

Странно, почему о таких моментах мало кто упоминает. Интересно, где ставят фазовращатели? В какой фазе складывается пролаз несущей с обратной волной на циркуляторе? Вместе с конечной развязкой смесителя (ФД) возможно детектирование амплитудных шумов и попадание на УПТ.

Почему не упоминает? Это ”классика” интерферометра для подавления несущей. Вот, хороший обзор – шаг за шагом (см рис. 9).

 

Oscillators_Review.pdf

 

Абсолютно тоже самое с частотной стабилизацией, пусть с преобразованием на низкую частоту.

Интересно, преобразовывать можно действительно на низкую частоту, а не на DC. Метод известен ещё с 40-х годов, в частности был описан в 1946 г.: R. Pound, ”Electronic Frequency Stabilization of Microwave Oscillators,” Rev. Sci. Inst., Vol. 19, pp. 490-505, 1946. Ещё ради интереса можно почитать здесь:

 

s1.pdf

s2.pdf

Так что, всё новое - это хорошо забытое старое.

 

Опыт показывает следующее. Если при одной и той же настройке резонатора и одной и той же мощности, подводимой к нему, выбросить МШУ, то шумы генератора однозначно возрастают практически на коэфициент усиления МШУ

Может в петле КСС просто не хватает усиления? Ставите ли Вы усилитель (операционник) после смесителя?

 

При этом сохраняется наклон шума 30дБ на декаду. У меня возникает вопрос: откуда берется такой наклон?

Действительно, непонятно. Всегда считал, что смысл КСС – заменить шумы петлевого усилителя (к-т шума, фликкер) шумами КСС, в частности, отодвинуть влево 30 дБ участок. Вероятно, это всё же фликкер МШУ или операционника?

 

Losc FLL = (L(f)converter+L(f)LNA)*(1+(HBWs11/f)^2)

Не совсем понял. Что здесь понимается под Lconverter? Если Вы подразумеваете под этим к-т потерь выделения несущей в резонаторе и считаете, что Lconverter >>L(LNA), то в чем тогда смысл LNA? Если Lconverter – это к-т потерь преобразователя, стоящего за МШУ, то может лучше использовать классику (c добавлением 1/f cоставляющей):

 

умножение добротности - это красивый маркетинговый ход.

Вот! Наконец-то наши взгляды теперь совпадают. А сколько копий было сломано :). Как по мне, термин (не метод) "интерферометр" - это тоже красивый маркетинговый ход.

 

МШУ, действительно, нужен, так как без него чутье определяется КШ смесителя на уровне 8-10 дБ.

А с МШУ будет 2-3. Т.е. вся ”интерферометрия” стОит 6 дб?

 

Когда мы захватываем автогенератор системой КСС, то мы фактически привязываем его к ФЧХ S11 резонатора, которая имеет намного более крутой наклон, чем ФЧХ S21 (в чем легко убедиться при помощи VNA). Стало быть, в захвате ГВЗ больше, а полполосы уже. Что соответствует "большей добротности".

А если попробовать заменить S21 на S11 в схеме генератора с однопортовым резонатором:

Изменено 31 января, 2018 пользователем Chenakin

[Sergey Beltchicov 0]

Может в петле КСС просто не хватает усиления? Ставите ли Вы усилитель (операционник) после смесителя?

Разумеется, ставим. А как иначе:)

 

Не совсем понял. Что здесь понимается под Lconverter? Если Вы подразумеваете под этим к-т потерь выделения несущей в резонаторе и считаете, что Lconverter >>L(LNA), то в чем тогда смысл LNA? Если Lconverter – это к-т потерь преобразователя, стоящего за МШУ, то может лучше использовать классику (c добавлением 1/f cоставляющей)

 

Под Lconverter (f) я понимаю динамику "конвертера" по фазовому шуму (которая аддитивно складывается с ФШ LNA и которая в пределах полполосы резонатора вырастет по закону 1/F^2)

Lconverter (f) = (S(f) +(Flna-1)*S(f) + (Fmixer -1)*S(f)/Glna +(Fservo amp -1)*S(f)/(Glna*CLmixer))/(2*Pres)

Где S(f) - частотно-зависимый к-т шума устройства выделения обратной волны;

К-т передачи устройства выделения обратной волны это 1/S(f), он <<1 на малых отстройках;

K-т передачи миксера это CLmixer, он <1.

Pres - мощность, подводимая к резонатору;

Flna, Fmixer, Fservo amp - к-ты шума МШУ, миксера и операционника, соответственно.

То есть, понятное дело, что используется "классика" (формула Фриса). Только помним, что на интересующих нас отстройках к-т шума S(f) это функция, а не постоянное число.

Которую примерно оценить можно как S(f) = ((sqrt (1+(2Q*f/F0)^2))/(2Q*f/F0+Smax))^2. По мощности. S max - максимальное подавление, которое определяет плоский участок в начале оси отстроек.

 

Поскольку Lconverter(f) это частотно-зависимая функция, она >>L(f) lna отнюдь не на всех отстройках. Конкретно на отстройках (10...100)кГц определяющее значение приобретает "полка" шумов LNA.

 

А если попробовать заменить S21 на S11 в схеме генератора с однопортовым резонатором

 

Теоретически выглядит разумно. Но на практике такой генератор запустить (т.е. добиться генерации) крайне проблематично (и это очень мягко сказано). В такой схеме мы все время будем перескакивать на паразитные моды (потому что на них легче будет соблюдаться баланс амплитуд). Это надо просто почувствовать на уровне практических ощущений :rolleyes:

Изменено 1 февраля, 2018 пользователем Sergey Beltchicov

[Sergey Beltchicov 0]

Вдогонку к предыдущему сообщению: я не претендую на истинность, а пытаюсь разобраться. Просто беру данные измерений, параметры отдельных функциональных узлов (которые плюс-минус известны), загоняю в Excel и смотрю, как они согласуются с различными моделями генераторов с КСС.

Изменено 1 февраля, 2018 пользователем Sergey Beltchicov

[VCO 0]

Господа, я временно с 50 ГГц ушёл на 50 Гц (а может быть мне там самое место?)!

 

Пытался помочь человеку, но тщетно. Может Вы знаете это: https://electronix.ru/forum/index.php?showtopic=145529

[Dr.Drew 4]

Внесу интригу. Синтезатор на LMX2594. Шагает по 1 Гц с палочками менее 60 дБ. Занимает, примерно, 60х40 мм, включая генераторную часть MOXO-100, сдвоенный импульсник LT3570, микроконтроллер в LQFP64. Измерен на половине максимальной частоты. Первое включение.

Изменено 8 февраля, 2018 пользователем Dr.Drew

[Electrovoicer 0]

Внесу интригу. Синтезатор на LMX2594. Шагает по 1 Гц с палочками менее 60 дБ. Занимает, примерно, 60х40 мм, включая генераторную часть MOXO-100, сдвоенный импульсник LT3570, микроконтроллер в LQFP64. Измерен на половине максимальной частоты. Первое включение.

Красиво. Но у меня первое впечатление было испорчено жирными и многочисленными спурами на их евалюэйшн борде.