PLL de microondas con tiempo de adquisición reducido

PLL DE MICROONDAS CON TIEMPO DE ADQUISICION REDUCIDO J. Be engue , E. A al, I. Co bella J. Ba a, A. Come 6n. Dp o . de EZec o isica E. T . S. I. de Telecomunicacidn de Ba c elon a, U.P . C. Apa ado 30002 08080 -B a c eZona Espana ABSTRACT The beha iou o a PLL whe e he VCO is in- jec ion-locked o he e e ence equenc y is s udied. I is expe imen ally shown ha he phase acquisi ion ime can be educed ela i e o he non-injec ion locked VCO si ua ion. A he same ime, he phase ela ionship be ween an injec ion-locked oscilla o and he e e ence oscilla o can also be ixed. These echniques can be applied o he local oscilla o s syn hesis in a cohe en ecei e o he 12.5, 20 and 30 GHz beacons o he Olympus sa elli e. 1 . INTRODUCCION La ecnica de sinc onizaclon po inyecclon /1/ hace que la se ial de salida de un osci- lado (llamado en adelan e "oscilado con- olado") siga en ecuencia a la se ial de o o oscilado (llamado en adelan e "oscila do de e e encia") ( ig. 1) . En cuan o a las ca ac e is icas de uido de ase, si la po encia inyec ada en el oscila do con olado po el oscilado de e e en= cia es su icien e en e al a, se an p ac ica- men e las mismas pa a los dos oscilado es en el ancho de banda · de sinc onizaci6n / 1/ . Como es e ancho de banda puede se muy g an de, puede en muchos casos conside a se que la densidad espec al de uido de ase es la misma pa a los dos oscilado es. En esas condiciones, la di e encia de ase ins an anea en e los dos oscilado es depen de de la di e encia en e la ecuencia de- oscilaci6n lib e del oscilado con olado y la ecuencia del oscilado de e e encia. Como esa di e encia puede a ia a lo la go del iempo, en gene al no exis e una ela- ci6n de ase de e minada en e los oscilado es con olado y de e e encia. Tal ela-- ci6n puede ija se u ilizando un bucle de ase (PLL) en el que el VCO sea el p opio oscilado con olado. Al e na i amen e, el oscilado con olado de un PLL puede a da un ie mp o conside a- ble en adqui i el sinc onismo con el osci- lado de e e encia si sus ecuencias di- ie en mucho, dependiendo de la anchu a de banda del PLL. Puede pensa se en disminui 76 el iempo de adquisici6n median e la sinc o- nizaci6n p e ia po inyecci6n del VCO po el oscilado de e e encia. En lo que sigue se discu e el compo amien o de un PLL a ecuencias de mic oondas cuando el VCO es a sinc onizado po inyecci6n al os cilado de e e encia. 2. MODELO TEORICO En la igu a 2b se ep esen a el diag ama de bloques de un PLL clasico /2,3/. Si la un- cion de ans e encia F(s) del il o de la- zo co esponde a un in eg ado impe ec a (impo an e caso p ac ico) F(s) (1) en onces la ase de salida del VCO iene da- da po <l> o (s) 2 '1s + 2 <l> co ( s l ( 2 l T1s +KKDKF(1+T 2 s) donde KD (Vol ad _- 1) es la con s an e del de- ec o de ase, KF( ad s-1 Vol -1) es la cons an e del VCO y q, REF y <l> co ep esen an las ans o madas de la se ial de e- e encia y del VCO lib e espec i amen e. La exp esi6n (2) indica que, den o del ancho de banda del PLL, la ca ac e is ica espec al de ase del oscilado con olado co esponde undamen almen e a la del oscilado de e e- encia, mien as que ue a de ese ma gen de ecuencias se encu~n a la ca ac e is ica de ase del VCO lib e. Si el VCO se encuen a sinc onizado po in- yecci6n po el de e e encia, en las condi- ciones conside adas en la in oducci6n, el diag ama de bloques es el ep esen ado en la igu a 3b. El p oceso de inyecci6n, ademas de modi ica las ca ac e is icas de ase del VCO, hace que su ension de con ol no ac ue sob e su ecuencia, sino sob e la ase, po lo cual las dimensiones de la cons an e K , p qu e ep esen a el modelo linealizado de co n ol, se an aho a de ad Vol -1. Su poniendo la misma unci6n de ans e en- ci a del il o de lazo que en la exp esi6n (1 ), la ase de salida del VCO se a aho a '1s <P o(s)= <P REF(s)+ 6< > (s) (3) ~Kp+( - 1 +~Kp- 2 )s ep esen a la ans o mada de la di e en ci a de ase en e el oscilado de e e encia ~ e l con olado debida a la di e encia en- ~ e la ecuencia del oscilado de e e en- ci a y la ecuencia de oscilaci6n lib e del o scilado con olado que es, en el dominio "e l iempo, una unci6n de a iaci6n gene- :!: almen e len a. ~ compa aci6n de las exp esiones (2) y (3) ~d ica que en un caso, la con ibuci6n del ··eo a la a se de sal ida apa ece il ada ?O un il o paso-al o de segundo o den, ien as que en el o o es il ada po un =il o de p ime o den. En cada caso, las =e spec i as con ibuciones p esen an ca ac- ~e is icas espec ales dis in as. 3. RESULTADOS EXPERIMENTALES En la igu a 4a se ha ep esen ado la a i~ io n de la ension de con ol del VCO co - es po ndien e al mon aje de la igu a 2a ~l o scilado de e e encia es un oscilado de b a ido de labo a o io abajando en CW a un a ecuencia al ededo de 12 GHz. El nco es un oscilado a MESFET es abilizado ?O esonado dielec ico, cu ya ecuencia se a ia al ededo de 12 GHz ac uando sab e _a ension de pue a del ansis o . Como de e c o de ase se u iliza un mezclado equ ilib ado ealizado median e un ci cui o ~ib ido de 90Q con diodes Scho ky como ·i s p osi i os no lineales. ~~ ~ cons an es del diag ama de bloques 6 =l. g._2b) son KD=0 . 38 Vol ad-1 , KF=4 x 10 :!:ad s 1 ol -1, K=1 .36 x 10-2, - 1 =s.6 ms, ~ 2 = 0 .15 ms. Con es os alo es, el ancho ~e b anda calculado del PLL es de 10 KHz. ~1 iempo medido de adquisici6n ( iempo en e los ins an es en que se cie a el la zo y se es abiliza la ensi6n de con olT es de unos 60 s, pa a un o se inicial de =ecuen cia de unos 20 MHz. ~n l a igu a 4b se ep esen a la ension de con ol del VCO cuando es e se encuen a sinc onizado po inyecci6n po la senal de :!:e e encia. Se obse a la ipica espues- ~a a l escal6n de un sis ema de p ime o den. ~os alo es de las cons an es son los mis- s que en el caso an e io , excep o la =on s an e co espondien e al VCO, cu yo a- :o es Kp = 1.53 ad Vol -1. Es cla a la =edu cci6n del iempo de adquisicion de a- se e spec o del caso an e io (ap o x imada- -en e un ac o 20). 4. CONCLUSIONES Se ha comp obado que el iempo de adquisi- =-on de un PLL de mic oondas de segundo o =en puede educi se median e la sinc oniza cion po inyeccion del VCO po el oscila-- =o de e e encia. En ese caso, el modelo =el sis ema se educe al de un PLL de p i- - o den. ~s a ecnica puede aplica se ambien pa a 77 consegui una elaci6n de ase ija en eun oscilado de e e encia y un oscilado sln- c onizado po inyecci6n. Es as ecnicas es an siendo es udiadas en elaci6n con la sin esis de ecuencias de oscilado es locales en un ecep o cohe en e pa a las balizas a 12.5, 20 y 30 GHz del pa que e de p opagaci6n del s a eli e Ol y mpus.- REFERENCIAS /1 / Kaneyuki Ku okawa, "Injec ion Locking o Mic owa e Solid-S a e Oscilla o ". P oc . o he I EEE , 61, 10, Oc . 1973, pp.1386-1410. -- /2/ Floyd M. Ga dne , "P haseZock Te ch niqu es " John Wiley & Sons. 1979. / 3/ Alain Blancha d, "Pha se - Locked Loop s . Applica ion o Cohe en Rec ei e De s ign ". John Wiley & Sons. 1976. Con olled Oscilla o Re e ence Oscilla o W IIF ! + <j) 1 0' ( ) +£. <j) ( ) w IIF + <!> 1u ( ) Fig. 1. Oscilado sinc onizado po in- yecci6n. PHASE DETECTOR .c.o. (a) (b ) Fig. 2. Bucle de seguimien o de ase (PLL). (a) Modelo isico. (b) Diag ama de bloques linea- lizado. PHASE < > IEF DETECTOR (a) (b) Fig. 3. PLL con V CO sinc onizado po in y ecci6n. (a) M odelo isico. (b) Dia g ama de bloques linealizado. TIME (sgconds) TIME (sgconds) -.5 0 10 20 30 40 50 60 70 0 -. 7 > -.6 ,... > ...... ...... lJ.I lJ.I ~ -. 7 L:l < I- I- ...J 5-.8 0 > -.8 > d d u u :> -.9 :> "'"1 -.9 (a) ( b) F ig. 4. E oluci6n de la ensi6n de con ol del VCO pa a las si uaciones co es- pondien es a: (a) igu a 2; (b) igu a 3. 78