Тороид. Производство электротехнической продукции
(49831) 4-66-21
(925) 790-73-23
toroid2011@mail.ru

Главная Продукция и услуги Статьи Полезная информация Сертификаты Награды Отзывы Контакты

Продукция и услуги

Белов Л. А.
Устройства формирования СВЧ-сигналов и их компоненты

Рекомендовано
Учебно-методическим объединением вузов Российской Федерации по образованию в области радиотехники, электроники, биомедицинской техники и автоматизации в качестве учебного пособия для студентов высших учебных заведений, обучающихся по направлению 210300 «Радиотехника»

Москва
Издательский дом МЭИ
2010

Рецензенты:
О.А. Челноков, доктор техн. наук, профессор, ведущий научный сотрудник ОАО «Российские космические системы»;
Ю.Е. Лавренко, канд. техн. наук, доцент Санкт-Петербургского государственного электротехнического университета «ЛЭТИ» им. В.И. Ульянова (Ленина)

Белов Л.А. Устройства формирования СВЧ-сигналов и их компоненты: учеб. пособ. / Л.А. Белов. — М.: Издательский дом МЭИ, 2010.

Представлены схемы формирования радиосигналов дециметрового, сантиметрового, миллиметрового и оптического диапазонов; способы стабилизации частоты и модуляции параметров; характеристики серийных компонентов СВЧ-устройств. Анализируются параметры тактовых генераторов, источников стабильных по частоте колебаний на основе кварцевых и диэлектрических резонаторов, генераторов с использованием поверхностных акустических волн и оптоэлектронных линий задержки, стандартов частоты и времени, твердотельных и вакуумных усилителей СВЧ различной мощности, умножителей и делителей частоты, смесителей, быстродействующих фазовых модуляторов, синтезаторов частот и т.д. Приведены примеры структурных схем устройств, выполненных на таких компонентах. Дана обширная справочная база по производителям компонентов, узлов и устройств СВЧ-диапазона.

Для студентов старших курсов высших учебных заведений радиотехнических специальностей и слушателей курсов повышения квалификации. Может быть полезной разработчикам современной электронной аппаратуры СВЧ-диапазона.

Редактор М.П. Соколова
Технический редактор Т.А. Дворецкова
Корректоры Е.П. Севостьянова, В.В. Сомова
Компьютерная верстка В.В. Пак

© Л.А. Белов, 2010
© ЗАО «Издательский дом МЭИ», 2010

Содержание книги
Устройства формирования СВЧ-сигналов и их компоненты

Список обозначений
Список сокращений
Предисловие

Глава первая. Устройства формирования сигналов СВЧ-диапазона
1.1. Общие сведения о радиосигналах
1.2. Технические требования к устройствам формирования СВЧ-сигналов
1.3. Формирование опорных колебаний
1.4. Формирование сигналов СВЧ с модуляцией фазы и амплитуды
1.5. Формирование сигналов с модуляцией частоты
1.6. Формирование многочастотных сигналов
Контрольные вопросы к гл. 1

Глава вторая. Компоненты устройств СВЧ
2.1. Компонентная база
2.2. Источники колебаний СВЧ-диапазона
2.2.1. Параметры и классификация источников колебаний
2.2.2. Стабилизация частоты с помощью кварцевых и ПАВ-резонаторов
2.2.3. Генераторы с диэлектрическими резонаторами
2.2.4. Тактовые генераторы
2.2.5. Генераторы с повышенной стабильностью частоты
2.2.6. Генераторы, управляемые напряжением
2.2.7. Генераторы с оптоэлектроэлектронной линией задержки
2.2.8. Стандарты частоты и времени
2.3. Усилители сигналов СВЧ
2.3.1. Малошумящие усилители
2.3.2. Твердотельные усилители средней и высокой мощности
2.3.3. Широкополосные твердотельные усилители
2.3.4. Усилители с расширенными функциональными возможностями
2.3.5. Вакуумные усилители мощности
2.3.6. Нелинейные искажения СВЧ-сигналов в усилителях мощности
2.4. Умножители и делители частоты
2.4.1. Умножители частоты
2.4.2. Делители частоты
2.5. Смесители и модуляторы
2.5.1. Смесители
2.5.2. Модуляторы фазы (задержки) и амплитуды СВЧ-сигналов
2.6. Пассивные компоненты СВЧ-трактов
2.6.1. Чип-резисторы, чип-конденсаторы, чип-индуктивные катушки, цепи блокировки
2.6.2. Частотные фильтры
2.6.3. Коммутаторы цепей
2.6.4. Ослабители, разветвители, согласованные нагрузки
2.6.5. Коаксиальные и волноводные соединители
Контрольные вопросы к гл. 2

Глава третья. Синтезаторы стабильных частот
3.1. Общие положения
3.2. Прямые цифровые вычислительные синтезаторы
3.3. Синтезаторы частот с системой фазовой синхронизации
3.4. Комбинированные синтезаторы частот и сигналов
Контрольные вопросы к гл. 3

Глава четвертая. Примеры построения устройств формирования и обработки сигналов СВЧ
4.1. Автомобильный радиолокационный датчик доплеровского смещения частоты
4.2. Модем телевизионного вещания и IP-телефонии на частотах диапазона 5—2150 МГц
4.3. Приемопередающее устройство фиксированной беспроводной связи с диапазоном 2—6 ГГц
4.4. Симплексное приемопередающее устройство с диапазоном 55—64 ГГц
4.5. Дуплексное высокоскоростное приемопередающее устройство с диапазоном 72 — 82 ГГц
4.6. Приемопередающее устройство для базовой станции сотовой связи
4.7. Устройство радиочастотной идентификации объектов
4.8. Приемопередающее устройство сигналов стандартов TD-SCDMA
4.9. Селективный ретранслятор сигналов дециметрового диапазона
4.10. Оконечное устройство волоконно-оптической линии передачи данных
4.11. Приемопередающее устройство сантиметрового диапазона
4.12. Коммутируемый двунаправленный ретранслятор сигналов стандартов CDMA/GSM/G3
4.13. Двухчастотный многоканальный приемник базовой станции сотовой связи
4.14. Приемопередающее устройство базовой станции стандарта WiBro
4.15. Радиопередающее устройство диапазона дециметровых волн (ДМВ)
Контрольные вопросы к гл. 4

Приложение. Интернет-адреса, наименования и область компетентности фирм — производителей компонентов электронных узлов и устройств
Список литературы
Предметный указатель

ПРЕДИСЛОВИЕ

Памяти моей дочери Юлии Леонидовны Роговой
Автор

Настоящая книга написана как учебное пособие для студентов, обучающихся по направлению подготовки 210300 «Радиотехника» и выполняющих курсовое и дипломное проектирование по тематике «Формирование и обработка радиосигналов СВЧ». Она является развитием учебного пособия [1], рекомендованного Учебно-методическим объединением высших учебных заведений России по этому направлению в соответствии с действующим Государственным образовательным стандартом для специальностей, входящих в направление 210300 «Радиотехника». Устройства генерирования колебаний и формирования сигналов изучаются студентами всех специальностей этого направления, выполнение курсовых проектов предусмотрено по этой или ряду смежных дисциплин, затрагивающих устройства формирования и обработки радиосигналов СВЧ- и оптического диапазона, тракты их передачи и усиления, радиосистемы на основе сигналов с цифровыми видами модуляции.

Начальные представления, развивающие материал, изложенный в [1] по вопросам построения устройств формирования сигналов СВЧ и оптического диапазонов, могут быть получены из учебного пособия [2], а также из другой специальной литературы. В то же время систематическое изложение современного состояния этой техники и разнообразных узлов и субсистем, являющихся компонентами устройств СВЧ, в учебной литературе отсутствует.

Современный этап развития радиоэлектроники характеризуется разветвленной системой международного разделения труда в разработке и выпуске материалов, компонентов и субсистем электронных устройств СВЧ и оптического диапазона, быстрым обновлением продуктового ряда в связи с жестокой конкуренцией разработчиков и производителей в этой области и информационной революцией в отношении доступа к сведениям об основных параметрах и характеристиках серийных изделий на мировом рынке. Расширяется зона радиотехнических применений микроэлектромеханических систем (МЭМС) и нанотехнологии выращивания многофункциональных твердотельных структур; осваиваются коротковолновая часть сантиметрового и миллиметровый диапазоны длин волн; повышается пропускная способность волоконно-оптических линий передачи данных; заметны революционные достижения в направлении повышения энергетической эффективности и линейности усилителей мощности, стабильности частотно-временных параметров источников опорных колебаний и др.

Миграция научно-технических кадров и развитие новых технологий приводят к углублению различия в уровнях достижений и возможностей между передовыми разработчиками и производителями, с одной стороны, и рядовыми предприятиями, с другой.

В силу отмеченных выше особенностей высшее профессиональное образование по радиотехническому направлению сталкивается с исключительными трудностями в связи с обилием вариантов компонентов аппаратуры формирования и обработки СВЧ-сигналов на мировом рынке, быстрым внедрением новых сложных видов радиосигналов с цифровыми видами модуляции и обновлением достижимых значений технических параметров.

Большие проблемы возникают при выполнении курсового и дипломного проектирования из-за отсутствия единого методического подхода к сравнению вариантов создания устройств, использующих разнообразную компонентную базу серийных элементов, недостаточного понимания обучающимися деталей англоязычных технических описаний компонентов и необходимости комплексного подхода к проектированию СВЧ-устройства. Процесс обучения молодых специалистов серьезно отстает от потребностей отечественных научно-исследовательских и промышленных предприятий. Специалистам в области радиотехники становится все труднее следить за развитием науки, понимать новые технические решения. Пособия и материалы, доступные для студентов при выполнении курсового и дипломного проектирования по дисциплинам формирования радиосигналов, в значительной мере устарели и не отражают современного состояния техники.

Цель данного пособия — облегчить адаптацию обучающихся к быстро меняющемуся миру радиосигналов с цифровыми видами модуляции и к открытому мировому рынку электронных компонентов, чтобы сгладить указанные противоречия.

Данное пособие явилось результатом многолетней деятельности автора и его коллег по Институту радиотехники и электроники им. В.А. Котельникова Московского энергетического института (технического университета) в сотрудничестве с рядом предприятий электронной и радиотехнической отрасли по подготовке специалистов в направлении устройств формирования радиосигналов СВЧ- и оптического диапазонов с высокими требованиями к погрешностям.

Расположение материала в книге в известной мере условно. Автор старался дать, с одной стороны, введение в многообразный мир современных сигналов и электронных СВЧ-компонентов с неизбежными техническими погрешностями, привести определения их основных параметров, а с другой стороны, показать более широкий взгляд на различные аспекты характеристик и свойств сигналов, цепей, узлов и подсистем современной электроники СВЧ, сравнить известные на мировом рынке продукты, обладающие разными сочетаниями важных свойств. Материал пособия призван не дать полный набор сведений для проектирования таких устройств, а стимулировать и облегчить самостоятельную работу обучающихся при освоении мировых достижений в области радиотехники и электроники СВЧ.

Книга содержит четыре главы и приложение. В главе 1 рассмотрены общие сведения о современных сигналах цифровых систем разного назначения и изложены структурные схемы устройств формирования высокостабильных опорных колебаний и манипулированных по фазе, частоте и/или амплитуде сигналов.

Обширная глава 2 содержит анализ конкретных типов компонентов и узлов устройств формирования и обработки сигналов радиочастотного, микроволнового и оптического диапазонов. Оставляя в стороне вопросы выбора радиотехнических материалов и технологии монтажа, оказалось необходимым охватить не только активные электронные узлы в их линейных и нелинейных режимах, но и так называемые пассивные (частотные фильтры, аттенюаторы, блокировочные и подстроечные элементы, соединители и др.), которые в диапазоне СВЧ оказывают существенное влияние на характеристики устройства в целом. Для каждого класса компонентов приведены корректные определения технических параметров, которыми характеризуется их качество.

Глава 3 содержит минимальные сведения об интегральных микросхемах, представляющих собой субсистемы синтеза стабильных по частоте колебаний, в ряде случаев с модуляцией параметров.

В главе 4 даны примеры структурных схем ряда устройства формирования и обработки СВЧ-сигналов на основе имеющейся на мировом рынке компонентной базы.

Каждая глава заканчивается контрольными вопросами, которые могут служить для самопроверки обучающимися понимания изложенного материала. В приложении даны подборка электронных адресов и области интересов основных фирм — производителей рассмотренных в книге компонентов.

Автор выражает глубокую благодарность Г.П. Беловой и безвременно ушедшей Ю.Л. Роговой за поддержку, бесконечное терпение и помощь; искреннюю признательность В.Н. Кочемасову за содействие в выборе направления работы и базы данных электронных компонент; О.А. Челнокову и В.И. Гусевскому за помощь в разработке практически значимых задач электроники, устройств формирования и обработки сигналов. Автор с большой благодарностью и признательностью отмечает вклад в создание книги своего учителя М.В. Капранова и коллег по Институту радиотехники и электроники им. В.А. Котельникова МЭИ (ТУ), а также коллектива кафедры формирования колебаний и сигналов.

Пособие предназначено для студентов старших курсов радиотехнических специальностей, слушателей курсов повышения квалификации и разработчиков современной электронной аппаратуры СВЧ-диапазона.

Профессор Л.А. Белов

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Генерирование колебаний и формирование радиосигналов / под ред. В.Н. Кулешова и Н.Н. Удалова. — М.: Издательский дом МЭИ, 2008.
2. Белов Л.А. Формирование стабильных частот и сигналов. — М.: ИЦ «Академия», 2005.
3. Акимов П.С., Сенин А.И., Соленов В.И. Сигналы и их обработка в информационных системах. — М.: Радио и связь, 1994.
4. Спутниковая связь и вещание: Справочник. —3-е изд. / под ред. Л.Я. Кантора. — М.: Радио и связь, 1997.
5. Прокис Дж. Цифровая связь : пер. с англ. — М.: Радио и связь, 2000.
6. Скляр Б. Цифровая связь. — М.: Издательский дом «Вильямс», 2003.
7. Защищенные радиосистемы цифровой передачи информации / П.Н. Сердюков, А.В. Бельчиков, А.Е. Дронов и др. — М.: АСТ, 2006.
8. Баскаков С.И. Радиотехнические цепи и сигналы: учеб. для вузов. — 3-е изд., перераб. и доп. — М.: Высшая школа, 2000.
9. Денисенко А.Н. Сигналы. Теоретическая радиотехника: Справочное пособие. — М.: Горячая линия-Телеком, 2005.
10. Аналого-цифровое преобразование : пер. с англ.; под ред. У. Кестера. — М.: Техносфера, 2007.
11. Сборник рабочих материалов по международному регулированию планирования и использования радиочастотного спектра. В 5 кн. — М.: НПФ «Гейзер», 2004.
12. Bandwidth — efficient Modulations / Report Consultative Сommittee for Space Data Systems CCSDS-413.0.G-1. NASA. Green Book, Issue 1, Washington, April 2003.
13. Белов Л. Компоненты генераторов стабильной частоты. Генераторы, управляемые напряжением // Электроника: НТБ. 2004. № 1.
14. Белов Л. Опорные генераторы // Электроника: НТБ. 2004. № 6.
15. Белов Л., Хилькевич В. Генераторы СВЧ с диэлектрическими резонаторами для стабилизации частоты // Электроника: НТБ. 2006. № 7.
16. Белов Л. Кварцевые генераторы и фильтры фирмы Vectron International // Электроника: НТБ. 2007. № 2.
17. www.vectron.com — сайт корпорации, разрабатывающей генераторы сигналов, частотные фильтры и датчики на основе акустоэлектронных узлов.
18. www.ecliptek.com — сайт фирмы, разрабатывающей источники СВЧ-сигналов на основе кварцевых и микроэлектромеханических узлов.
19.www.mtron.com — сайт фирмы, выпускающей высококачественные кварцевые генераторы и фильтры.
20. www.miteq.com — сайт многопрофильной корпорации, выпускающей компоненты устройств СВЧ для гражданских и военных применений.
21. www.microwave-dynamics.com — сайт фирмы, выпускающей микросхемы высокостабильных источников колебаний.
22.www.synergymwave.com — сайт многопрофильной корпорации, выпускающей компоненты устройств СВЧ в виде микросхем.

Скачать книгу Устройства формирования СВЧ-сигналов и их компоненты. Москва. Издательский дом МЭИ, 2010

143502 МО, г.Истра-2, ул. Заводская, 43А. Тел. (49631) 4-66-21. E-mail: toroid2011@mail.ru