ITMI20091685A1 - Circuito risonante per oscillatori a microonde e oscillatore dotato di tale circuito risonante - Google Patents

Description

DESCRIZIONE del Brevetto per Invenzione Industriale

Formano oggetto del presente trovato un circuito risonante perfezionato per la riduzione del rumore di fase di un oscillatore ad elevata banda di sintonia per microonde e un oscillatore dotato di tale circuito risonante .

E' nota, nel settore tecnico delle telecomunicazioni, la necessità di disporre di oscillatori sinusoidali per trasmissioni radio a microonde e sono anche note varie tecniche di realizzazione di detti oscillatori. Una delle tecniche più utilizzate si basa sull'accoppiamento di un circuito risonante LC ad un circuito attivo che opera come una resistenza di valore negativo.

In figura 1 è illustrato lo schema di un esempio di oscillatore noto da JP 60210013 nel campo delle microonde e realizzato per mezzo di un circuito integrato, in cui: l'induttanza è realizzata tramite una microstriscia conduttrice L, depositata su un substrato dielettrico, la lunghezza i della quale è

legata alla prefissata frequenza di risonanza, e il contributo capacitivo, per la realizzazione del circuito risonante LC, prevede l'utilizzo di due condensatori C1,C2, di cui almeno uno variabile e costituito da un diodo varactor, che viene disposto all'ingresso del circuito attivo.

L'utilizzo di due condensatori variabili è atto a determinare un aumento dell'ampiezza di banda di sintonizzazione, ma non dà, tuttavia, contributo effettivo per la diminuzione del rumore di fase che è il disturbo principale responsabile della diminuzione della qualità degli oscillatori, particolarmente alle alte frequenze delle microonde.

Tale disturbo è dovuto ad un insieme di cause, non direttamente collegate, quali ad esempio il rumore termico, il rumore di quantizzazione del dispositivo, il rumore nel substrato dei circuiti integrati, il rumore dell'alimentazione, che causano instabilità temporale del periodo di oscillazione (timing jitter) e dispersione spettrale.

La conseguenza di tale rumore è l'introduzione di una modulazione di fase e di ampiezza parassita tale da trasformare un punto relativo ad uno stato (simbolo) di modulazione in una nube dispersa di punti con conseguente riduzione del margine di rumore. Tale fenomeno è particolarmente dannoso nei moderni sistemi di trasmissione di segnali digitali con modulazione QAM, in cui l'aumento della quantità dei livelli trasmessi riduce progressivamente la distanza fra i punti delle costellazioni, diminuendo il margine di rumore, e rendendo il sistema molto sensibile al rumore di fase con conseguente aumento della probabilità di errori nel collegamento.

Si pone, pertanto, il problema tecnico di mettere a punto un circuito risonante per oscillatori impiegati in ricetrasmettitori a microonde, il quale sia atto a ridurre il rumore di fase rispetto alla tecnica nota, al fine di adeguare gli oscillatori degli attuali ponti radio digitali alla sempre crescente richiesta di maggior capacità di trasmissione che richiede un conseguente miglioramento del rapporto segnale/rumore.

Nell'ambito di tale problema si richiede inoltre che il circuito risonante sia realizzabile in modo semplice e con costi contenuti.

Tali risultati sono ottenuti secondo il presente trovato da un circuito risonante per oscillatori a microonde secondo le caratteristiche di rivendicazione 1 e un oscillatore a microonde dotato di detto circuito secondo le caratteristiche di rivendicazione

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Maggiori dettagli potranno essere rilevati dalla seguente descrizione di esempio non limitativo di attuazione del circuito risonante secondo il presente trovato effettuata con riferimento ai disegni allegati, in cui si mostra:

in figura 1 : lo schema circuitale di principio di una forma di attuazione di un oscillatore secondo tecnica nota;

in figura 2 : lo schema circuitale di principio di una forma di attuazione di un oscillatore secondo il presente trovato e

in figura 3 : il grafico del "rumore di fase" in funzione dei rapporti di lunghezza fra le microstrisce induttive con curve corrispondenti a tre casi di variazione delle stesse.

Come descritto nella parte introduttiva, in fig.l è illustrato un circuito risonante attuato secondo tecnica nota tramite due condensatori C1,C2, almeno uno dei quali variabile, separati da una linea L che costituisce la parte induttiva del circuito risonante; tale struttura, pur risultando efficace in relazione ai requisiti di allargamento della banda utile di sintonia, non è in grado di fornire alcun contributo per il miglioramento del rumore di fase.

In figura 2 è illustrato un esempio di attuazione del circuito risonante LC secondo il presente trovato in cui si prevede che la parte induttiva L del circuito sia frazionata in tre induttanze L1,L2,L3, realizzate tramite corrispondenti microstrisce di rispettiva lunghezza ix , I2, ix , e che la componente capacitiva C

sia frazionata in altrettanti condensatori C1,C2,C3, almeno uno dei quali variabile, disposti in serie lungo la linea, in modo da alternarsi con le microstrisce induttive.

Le capacità e le induttanze sono dimensionate per risuonare alle prefissate frequenze di utilizzo del circuito e dell'oscillatore cui il circuito è collegato .

In particolare, la prima induttanza LI è disposta immediatamente a monte della porta PI di un generatore G che opera in modo noto come una resistenza negativa. Le prove sperimentali effettuate con il circuito risonante secondo il trovato hanno evidenziato un abbattimento del rumore di fase come illustrato in fig.3 nella quale si mostra un grafico che riporta in ordinate il rapporto rumore di fase/segnale dBc/Hz e in ascisse i valori L· di un rapporto L· — ioxw/ (ii+£2+ix) in cui:

IAÌO/T,— lunghezza della microstriscia di volta in volta

assunta come riferimento della singola prova e ii+Ì2ix = àat = COST

In dettaglio:

CASO 1

Partendo da valori iniziali di:

li =2000μ.ηι; li=10 μπι; h=10 μτη,

si è proceduto mantenendo costante l'induttanza L3, e quindi la lunghezza li, incrementando il valore

dell'induttanza L2 e diminuendo corrispondentemente l'induttanza LI per mantenere li+li+li=COST e ai fini

della rappresentazione grafica di figura, si è assunto

che :

i valori del rapporto rumore/segnale sono rappresentati dalla curva con linea a tratti indicata

con Caso 1.

CASO 2

Partendo dagli stesi valori iniziali di:

si è mantenuta costante l'induttanza L3, e quindi la lunghezza h, incrementando il valore dell'induttanza

L2 e diminuendo corrispondentemente 1'induttanza LI LA per mantenere li+li+I3=COST.

In questo caso si è assunto che:

i valori del rapporto rumore/segnaie sono rappresentati dalla curva con linea continua indicata

con Caso 2, la quale evidenzia un minimo molto marcato.

CASO 3

Partendo dagli stessi valori iniziali di:

μπι,

si sono incrementate entrambe le induttanze L3 ed L2, aumentando le relative lunghezze li ,h mantenendo L2=L3,

e diminuendo corrispondentemente l'induttanza LI per mantenere ii ù+L· = COST, assumendo:

i valori del rapporto rumore/segnale sono rappresentati dalla curva con linea a tratto e punto indicata con Caso 3.

Come rilevabile, tutte le curve di fig.3 mostrano una riduzione del rumore di fase rispetto alla tecnica nota rappresentata dal valore iniziale iQ= li+£2+£3= i

corrispondente alla configurazione nota da JP 60210013 .

Secondo il trovato si prevede inoltre che il circuito risonante sia realizzato con struttura monolitica integrata (MMIC) e che in una forma preferita di attuazione la microstriscia induttiva preveda un conduttore centrale a più strati conduttivi separati da un dielettrico e collegati alle sole opposte estremità secondo quanto previsto da una copendente domanda di brevetto a nome della stessa attuale richiedente .

Risulta pertanto come il circuito risonante secondo il presente trovato consenta di ottenere, in modo semplice ed economico, oscillatori in grado di fornire dei valori di rumore di fase particolarmente bassi su un'ampia banda di sintonizzazione, effetto particolarmente utile alle alte frequenze delle microonde comprese tra 4 e 20 GHz e ai fini delle sempre più spinte modulazioni QAM richieste dalla tecnica delle trasmissioni digitali.

Benché descritta nel contesto di una forma preferita di attuazione si intende che l'ambito di protezione del presente brevetto sia determinato solo dalle rivendicazioni che seguono.

Claims (6)

1. RIVENDICAZIONI 1. Circuito risonante (LC) per oscillatori a microonde e comprendente una parte capacitiva (C), e una parte induttiva (L) caratterizzato dal fatto che detta parte capacitiva comprende almeno tre condensatori (C1,C2,C3) almeno uno dei quali variabile e la parte induttiva comprende almeno tre induttanze (LI,L2,L3) alternate in serie ai detti condensatori (C1,C2,C3) e dal fatto che una (LI) delle tre induttanze (L1,L2,L3) è disposta in posizione corrispondente all'ingresso (PI) di un circuito bipolare attivo (G) associabile al circuito risonante.
2. 2. Circuito secondo rivendicazione 2 caratterizzato dal fatto che è realizzato con struttura monolitica integrata.
3. 3 . Circuito secondo rivendicazione 1 caratterizzato dal fatto che le induttanze (L1,L2,L3) sono realizzate in microstriscia di rispettiva lunghezza il,Ì2,ÌS tali che il+Ì2+Ì3=i
4. 4. Circuito secondo rivendicazione 1 caratterizzato dal fatto che la somma delle tre induttanze (L1,L2,L3) è costante e pari al valore (L) dell'induttanza di risonanza.
5. 5. Oscillatore per trasmissioni a microonde comprendente un circuito bipolare attivo (G) e un circuito risonante (LC) caratterizzato dal fatto che detto circuito risonante è attuato secondo rivendicazione 1.
6. 6. Oscillatore secondo rivendicazione 5 caratterizzato dal fatto che la frequenza di oscillazione è compresa tra 4 e 20 GHz.