Введение

Базовыми элементами многих современных радиотехнических комплексов и систем являются генераторы гармонических колебаний. Основными требованиями, предъявляемыми к таким генераторам, являются все более жесткие требования по стабильности и эталонности частоты. В то же время в соответствии с тенденциями развития современной радиотехники и электроники генераторы должны иметь малые габариты и массу, быть высокочастотными, надежными, устойчивыми к механическим перегрузкам и вибрациям, технологичными в изготовлении.

Наиболее широко в качестве источников стабильных высоко-частотных колебаний в современных радиотехнических системах используются кварцевые генераторы. Высокая стабильность частоты здесь обеспечивается большой добротностью (5000-2000000) и эталонностью применяемых в них кварцевых твердотельных резонаторов. Эти резонаторы работают на объемных типах акустических (механических) колебаний. Их основным элементом является кварцевая пластина, толщина которой и определяет рабочую частоту резонатора.

Технологические трудности изготовления тонких кварцевых пластин ограничивают верхнюю границу рабочих частот кварцевых резонаторов около 50 МГц на основном типе колебаний. Ее увеличение за счет работы на нечетных механических гармониках объемных колебаний также не безгранично, поскольку при номерах гармоник выше седьмой добротность и эффективность работы кварцевых резонаторов начинают существенно уменьшаться. Обычно для поднятия частоты источника колебаний применяют последующее умножение частоты, но это усложняет схему и приводит к увеличению шумов, ухудшает чистоту спектра колебаний.

Таким образом, существенным недостатком кварцевых генераторов является их относительная низкочастотность, определяемая технологическими возможностями изготовления кварцевой пластины. Кроме того, достаточно сложное механическое крепление и малая толщина высокочастотных кварцевых пластин затрудняет использование генераторов в условиях повышенных механических нагрузок и вибраций.

Широко применяемые LС-автогенераторы обладают невысокой стабильностью частоты. Ее можно поднять лишь за счет использования сложных систем автоподстройки и термостабилизации частоты, а также громоздких и дорогих резонаторов. Очень характерен в этом отношении пример сверхпроводящих резонаторов, на основе которых можно делать вторичные эталоны частоты. В наиболее технологичном, микрополосковом исполнении LC-автогераторы существенно нестабильны. Добротность их колебательной системы обычно не превышает 100, а параметры не обладают достаточной стабильностью и эталонностью.

Сказанное выше объясняет актуальность создания и исследования новых типов СВЧ автогенераторов, обладающих высокой стабильностью частоты, достаточной механической прочностью и возможностью микроэлектронного исполнения. Современное развитие технологической базы позволяет изготовлять подобные автогенераторы на основе избирательных звеньев на поверхностных акустических волнах (ПАВ) [1-31]. Устройства на ПАВ все более широко используются в радиотехнике и электронике, например при построении линий задержки, резонаторов, полосовых и дисперсионных фильтров, фазовращателей, конвольверов и других элементов многофункциональных устройств обработки сигналов [11-13, 28, 32, 33].

Рассматриваемые в предлагаемой книге автогенераторы на ПАВ занимают по стабильности промежуточное положение между кварцевыми (на объемных акустических волнах) [34-36] и LC-автогенераторами (кроме автогенераторов со сверхпроводящими резонаторами [37]). Добротность колебательной системы автогенераторов на ПАВ лежит в пределах 100-10000. На основном типе колебаний они работают в диапазоне частот от 10 МГц до 3 ГГц. Технологичность изготовления устройств на ПАВ, а также возможность построения автогенераторов без использования индуктивностей позволяет легко осуществить их микроэлектронное исполнение в едином технологическом цикле вместе с производством самого избирательного звена на ПАВ.

Достоинствами автогенераторов на ПАВ являются малые габариты, масса, высокая механическая прочность и малая чувствительность к вибрациям. При массовом производстве они должны быть дешевы. Все это указывает на перспективность их производства и широкого внедрения в радиотехническую практику и вызывает необходимость разработки вопросов теории и проектирования.

К сожалению, для широкого круга специалистов подобные автогенераторы являются относительно малоизвестными, поскольку в имеющейся литературе достаточно полных работ по автогенераторам на ПАВ нет. Автогенераторы на ПАВ конструируются исходя из опыта разработки традиционных кварцевых и LC-автогенераторов, оптимизацию их характеристик проводят главным образом экспериментально. При этом значительно возрастает время проектирования генераторов, затрудняется реализация их достоинств. Указанные обстоятельства и побудили авторов написать данную монографию. Основные цели, которые преследовались при ее написании, были:

ознакомить читателей с физическими основами работы и эквивалентными схемами основных элементов автогенераторов на ПАВ - резонаторов и линий задержки на ПАВ;

изложить прикладную теорию автогенераторов на ПАВ и выработать рекомендации по их расчету и проектированию;

обсудить практические схемы автогенераторов на ПАВ.