Поширені схеми кварцових генераторів забезпечують рівень фазових шумів не гірше -155 дБ/Гц щодо рівня несучої (по потужності). Множення до 245 ГГц погіршить цей параметр у вихідному сигналі до -87 дБ/Гц. При використанні NBFM, наприклад, рівень шуму в смузі 16 кГц буде становити (-87+42) дБ, тобто тільки на 45 дБ нижче несучої. При цьому динамічний діапазон приймача складе всього 45 дБ, а в режимі передачі випромінюваний широкосмуговий шум буде на 45 дБ менше рівня основного сигналу.
У розділі "Покращення стабільності" показано, що кварцові резонатори мають температурну нестабільність ±10 ppm (10-5) від 0°С до +70°С. Це відповідає ±100 кГц на 10 ГГц, при множенні 100-мегагерцового сигналу. Температурною компенсацією можна домогтися нестабільності не гірше 0,3 ppm (3*10-7) або ±3 кГц на 10 ГГц, або ±7 кГц на 24 ГГц, або ±75 кГц на 250 ГГц. Забезпечити "кам'яну" нестабільність гетеродина допоможе система ФАПЧ з опорним генератором, відповідним рубидиевому частотного стандарту.
Такі генератори застосовувалися в застарілих радіонавігаційних приладах і їх можна знайти в американських магазинах неліквідів. Вони мають температурну нестабільність ±10-9 або 0,001 ppm і дозволили автору домогтися довгострокової нестабільності ±250 Гц після множення на любительському діапазоні 241...250 ГГц. У розділі "Зменшення фазового шуму" на прикладі схеми традиційного кварцового генератора Батлера на біполярному транзисторі показано (рис.1), що рівень шуму в вихідному сигналі визначає в основному шум входу транзистора, до якого підводиться сигнал з кварцевого резонатора і помітно знижується після збільшення опору цього входу.
Рис.1
Для схеми на рис.Рівень шуму 45 -155 дБ/Гц, а після заміни біполярного 2N5179 на польовий транзистор J310 із загальним затвором, автор отримав рівень фазового шуму -172 дБ/ Гц. У розділі "Схема ГУН" представлена схема генератора керованого напругою (рис.2) - основного вузла тихого кварцового генератора з ФАПЧ (low-noise phase-locked crystal oscillator - LNPLXO) розробленого автором.
Рис.2
Підсилювальний каскад із загальним затвором на Q1 забезпечує високий імпеданс входу для сигналу з кварцового резонатора Y1, а емітерний повторювач Q2 - низький вихідний опір ГУН і, відповідно, мале опір кола збудження резонатора. Y1 порушується на п'ятій гармоніці послідовного резонансу, має АТ-зріз і С0=30 пФ, R0<60 Ом. Контур L1C1C2 виділяє необхідну гармоніку. R14 шунтує його для поліпшення лінійності і встановлює необхідний коефіцієнт передачі ланцюга ПОС генератора. Ланцюг D2C9R2R3 обмежує амплітуду неискаженного вихідного сигналу. В точці з'єднання R2R3 встановлено 1,6 Ст. Коли пікове значення ВЧ сигналу на стоці Q1 досягне -2, D2 відкриється і обмежить подальше зростання амплітуди вихідного сигналу без зміни робочої точки Q1, що позитивно позначається на лінійності і шумових характеристик генератора. З допомогою R2 можна підібрати рівень вихідного сигналу так, щоб на Y1 розсіюється не більше 1 мВт. Для забезпечення мінімального впливу навантаження на ГУН, вихідний сигнал знімається з колектора Q2 з допомогою трансформатора Т1 9:1. Система ФАПЧ для LNPLXO (рис.3) виконано за стандартною схемою.
Рис.3
Її основа U1 (МС145158), що включає дільник частоти сигналу R високостабільного рубидиевого опорного генератора(вхід 1/U1); ДПКД, попередньо поділеної мікросхемою U2 на 20/21 (МС12019) або 32/33 (МС12015), частоти ГУН (вхід 8/U1); фазовий детектор - вихід 5/U1. Сигнал з фазового детектора подається на ФНЧ R19C13, параметри якого не зовсім відповідають рекомендаціям фірми Motorola і були підібрані експериментально з урахуванням високої добротності кварцу в ГУН (рис.46). Роботою системи ФАПЧ управляє мікроконтролер PIC16F83 (U4), керуючу програму для якого (файл STEP1199.ZIP можна взяти на http:// www.arrl.org/files/qex/. Для трансвертера на 24,192 ГГц автор використовує змішувач на зустрічно-паралельних діодах, при цьому гетродин повинен працювати на вдвічі меншій частоті, рівній 11,448 ГГц при ПЧ 1296 МГц. Щоб сигналу LNPLXO (рис.46, 47) частотою 95,4 МГц отримати 11,448 ГГц, необхідний помножувач на 120. Це вирішено послідовним множенням на 2, 3,4 і 5.
Автор: Джон Стефенсен (KD6OZH); Публікація: М. Большаков, rf.atnn.ru