12-2012

Design
Eine neue Generation von kleinen
Ultra-Low-Noise-DROs
Viele Anwendungen und Geräte
in der Industrie, der Medizin, der
Test- und Messtechnik sowie im
militärischen Bereich benötigen
eine sehr stabile Referenzfrequenz
mit verbessertem Phasenrauschverhalten
und niedriger
thermischer Drift. Besonders bei
höheren Frequenzen im Bereich
von 3 bis 18 Gigahertz liefern
Oszillatoren mit dielektrischen
Bild 1: Blockdiagramm
Resonatoren (DRO) das beste
Phasenrauschverhalten zu einem
angemessenen Preis. Speziell
Systeme für die Festfrequenz-
Übertragung hoher Datenraten,
wie z.B. LMDS, digitale Punktzu-Punkt-Funkverbindungen
bzw. Satelliten-Links benötigen
einen lokalen Oszillator,
freilaufend oder gerastet, mit
niedrigst möglichem Jitter. Für
diese Anwendungen sind DROs
prädestiniert.
Der freilaufende DRO100 von
Synergy Microwave Research,
der mechanische und elektrische
Frequenzabstimmung ermöglicht,
wurde mit dem Ziel entwickelt,
das beste Phasenrauschverhalten
eines 10-GHz-DRO´s
für den Einsatz in High-end-
Märkten wie speziellen Labor-
Referenzen zu bieten.
Die Herausforderung bestand
darin, das Phasenrauschverhalten
aller auf dem Markt angebotenen
10-GHz-DRO´s zu übertreffen,
ohne in neue Technologien
investieren zu müssen und
gleichzeitig die Produktionskosten
niedrig zu halten. Bild
1 zeigt das typische Blockdiagramm
eines DRO´s.
Die Verwendung traditioneller
Schaltungsblöcke und die Optimierung
der elektrischen Parameter
sowie des Hohlraumresonators,
unter Verwendung
modernster Simulations-Software
wie Ansys HFSS und Agilent-Eesof
ADS/Momentum, war
unser wesentlicher Lösungsansatz
als wir begannen.
Beste Spezifikationen konnten
dadurch erreicht werden, dass
das vollständige DRO-Design
erprobt und durch konsequente
Nutzung von Schaltungs- und
EM-Co-Simulation optimiert
wurde. Dieser Lösungsweg
ermöglichte es, eine hohe Güte
des dielektrischen Resonators bei
Belastung (QL) in Verbindung
mit dem Oszillatorkern zu erreichen,
was eine der Vorbedingung
für niedriges Phasenrauschen
ist. Das aktive Bauelement des
Oszillatorkerns wurde sorgfältig
in Bezug auf Rauschzahl und
Flicker-Rauschen ausgewählt.
Die Höhe der Pegel spielt ebenfalls
eine wichtige Rolle, wenn
man niedriges Phasenrauschen
erreichen will.
Das Diagramm in Bild 5 verdeutlicht
die Auswirkungen verschiedener
Beeinträchtigungen
des Phasenrauschverhaltens.
Währen die rote Linie dem Phasenrauschen
des DRO100 von
Synergy entspricht, gehört die
blaue Linie zu einem Resonator
mit niedrigerem QL bei identischen
Oszillatorkern-Rauscheigenschaften.
Die schwarzen
und magentaroten Spuren ent-
Bild 2: Dielektrisches 4-Port-
Resonatormodell
Bild 3: E-Feldvektordiagramm innerhalb
des DRO bei Resonanz
Bild 4: H-Feld-Vektordiagramm in der
YZ-Ebene
40 hf-praxis 12/2012