ОТ РЕДАКЦИИ. В ходе заседания экспертного совета «Центра импортозамещения» по вопросам импортозамещения в отрасли связи, телекоммуникаций, приборостроения и радиоэлектроники 04 декабря 2015 года (протокол опубликован в «ЭС» № 19, март 2016) одним из докладчиков был Алексей Борисович Устинов, про­фессор кафедры физической электроники и технологии Санкт-Петербургского государственного электротехнического универси­тета «ЛЭТИ». Он сообщил о положительных результатах работы группы ученых, а именно – о разработке электронно-перестраи­ваемых СВЧ-генераторов двух типов. Эти устройства, имеющие выдающиеся характеристики на фоне импортных и отечественных аналогов, по формальным признакам должны были уже вызвать ажи­отажный спрос со стороны разработчиков и производителей целого ряда радиоэлектронных систем оборонного и двойного и назначения. Но нет, всё тихо-спокойно… В принципе, объяснить такое отсут­ствие реакции не сложно. Если речь идет о применении новых эле­ментов в системах, которые уже приобретаются в рамках госзаказа, то любые изменения в их конструкции (даже улучшающие) практи­чески невозможны. Значит, речь должна идти об учете полученных учеными результатов в перспективных изделиях. Близорукий подход с оценкой рыночной окупаемости проекта в ближайшей перспективе тут не годится. Петербургские разработчики открыты к сотрудниче­ству с теми российскими компаниями, чьи интересы имеют стратеги­ческую глубину. С теми, кто соотносит свои перспективы с интере­сами развития страны.

РАДИОФОТОННЫЕ ГЕНЕРАТОРЫ СТАЦИОНАРНОГО И ХАОТИЧЕСКОГО СВЧ СИГНАЛОВ

В настоящее время на кафедре физической электроники и технологии СПб ГЭТУ «ЛЭТИ» интенсивно развивается направление, называемое радиофотоникой. Оно объединяет в себе оптоэлектронные и микроэлектронные СВЧ технологии, что позволяет соче­тать преимущества обеих технологий при разработке новых устройств. Одним из достоинств оптоэлектронных компонентов является их широкополосность. Мгновенная полоса частот у промышленно выпускаемых компонентов достигает 100 GHz и имеет потенциал для дальнейшего расширения. Это делает сравнительно простой возможность создания широкополосных оптоэлектронных генераторов как стационарного, так и хаотического СВЧ сигналов.

Сначала остановимся на малошумящих генераторах монохроматиче­ского СВЧ сигнала. В настоящее время электронно-перестраиваемые      микроэлектронные СВЧ генераторы произво­дятся, в основном, за рубежом фирмами Microlambda, Gigatronics, Omniyig, Teledyne и др. Среди российских произ­водителей можно назвать только НПФ «Микран».

Анализ параметров представ­ленных на рынке генераторов (как импортных, так и отечественных) показывает, что они не являются малошумящими. Типичное значение уровня шума при отстройке от несущей частоты на 10 кГц составляет около минус 100 дБн/Гц. Из имеющихся данных о конструкции таких генера­торов известно, что они обычно изго­тавливаются на основе сфер железоиттриевого граната, которые служат частотозадающим резонансным эле­ментом генератора.

Для организации производства малошумящих генераторов в СПбГЭТУ «ЛЭТИ» проведен комплекс научных исследований — поиск нетрадици­онных электронно-перестраиваемых резонансных и волноведущих эле­ментов, обеспечивающих большое время задержки СВЧ сигнала и, как следствие, высокую крутизну фазочастотной характеристики (ФЧХ). При увеличении крутизны ФЧХ происходит снижение фазового шума. Требова­ниям высокой крутизны фазочастотной характеристики, а также электронной перестройке частоты отвечают пле­ночные ферромагнитные волноведущие элементы с малыми СВЧ потерями, в частности, эпитаксиальные пленки железоиттриевого граната (ЖИГ).

На рисунке 1 показан типичный экс­периментальный макет радиофотон­ного СВЧ генератора на диапазон частот 4–8 ГГц и характеристика его фазового шума, измеренная на частоте 5.1 ГГц. В результате экспериментального исследования уровня фазовых шумов были получены величины в –124 дБ и –140 дБ при отстройке на 10 и 100 кГц соответственно. На характеристике видны спектральные составляющие на больших отстройках, которые соот­ветствуют соседним шумовым гар­моникам в спектре генерации. Таким образом, использование технологий радиофотоники позволяет существенно снизить фазовый шум СВЧ генера­торов, а использование спинволновых компонентов, позволяет реализовать перестройку частоты генерируемого сигнала.

Теперь рассмотрим радиофотонный генератор широкополосного хаотиче­ского и шумового сигнала. Он имеет похожую схему. Однако, в отличие от предыдущей схемы, в нем, вместо узкополосного частотозадающего эле­мента можно использовать либо широ­кополосный фильтр, либо (в его отсут­ствие) полосу хаотической генерации будет задавать СВЧ тракт. На рисунке 2 показаны спектры генерируемых сиг­налов для случая, когда полоса гене­рации ограничивается снизу фильтром нижних частот (частота среза 3.5 ГГц), а сверху верхней граничной частотой СВЧ усилителя (8 ГГц).

Полученные результаты исследо­вания   описанных   здесь   генераторов и их характеристики опубликованы в следующих научных статьях:

◆ А. А. Никитин, Б. А. Калиникос, «Теория перестраиваемого спинволнового оптоэлектронного сверхвысо­кочастотного генератора» ЖТФ, т. 75, вып. 9. стр. 141–145 (2015).

◆ А. Б. Устинов,     А. А. Никитин,Б. А. Калиникос, «Электронноперестраиваемый спинволновой оптоэлектронный генератор сверхвысокоча­стотных сигналов» ЖТФ, т. 75, вып. 9. стр. 136–140 (2015).

◆ A. B. Ustinov,       A. A. Nikitin, B. A. Kalinikos, «Magnetically Tunable Microwave SpinWave Photonic Oscillator» IEEE Magnetics Letters, Vol. 6, article# 3500704 (2015).

◆ A. B. Ustinov,       A. V. Drozdovskii, A. A. Nikitin, B. A. Kalinikos, «Spinwave bandpass filters based on yttrium iron garnet films for tunable microwave photonic oscillators» J. of Phys.: CS 661, 012058 (2015).

◆ А. Б. Устинов, А. В. Кондрашов, Б. А. Калиникос, «Радиофотонный гене­ратор хаотического и шумового сиг­налов» Письма в ЖТФ, том 42, вып. 8, стр. 28–36 (2016).

Кафедра ФЭТ СПбГЭТУ открыта к партнерству с профильными про­мышленными предприятиями для дальнейшей проработки описанных здесь технологических решений в создании генераторов и для их ско­рейшего внедрения в производство.

А. Б. Устинов,

Д-р физ-мат. наук

Санкт-Петербургский

государственный электротехнический

университет «ЛЭТИ»