Вам бонус- начислено 1 монета за дневную активность. Сейчас у вас 1 монета

3.2 Генераторы сигналов высокой частоты гармонических колебаний

Лекция



Привет, Вы узнаете о том , что такое генераторы сигналов высокой частоты, Разберем основные их виды и особенности использования. Еще будет много подробных примеров и описаний. Для того чтобы лучше понимать что такое генераторы сигналов высокой частоты, генераторы свч , настоятельно рекомендую прочитать все из категории МЕТРОЛОГИЯ И ЭЛЕКТРОРАДИОИЗМЕРЕНИЯ.

Генерация сигналов с частотой выше 1 ГГц представляет определенные трудности, связанные с инерционностью наиболее массовых активных приборов — биполярных и полевых транзисторов. Американская компания Hittite Microwave выпускает широкий спектр монолитных микросхем генераторов синусоидальных сигналов с частотами выше 1 ГГц. У некоторых микросхем частота выходных сигналов достигает десятков ГГц. Монолитные микросхемы компании выполнены в миниатюрных корпусах или в бескорпусном исполнении и имеют размеры спичечной головки. Значительное внимание уделяет компания снижению фазового шума генераторов, что позволяет получить высокую стабильность частоты. Все это достигается с помощью гетеропереходных биполярных транзисторов на основе GaAs и InGaP (технология HBT MMIC).

Цифровой частотный синтез сигналов

Необходимость в существенном повышении точности задания частоты синусоидальных сигналов и расширении их частотного диапазона привела к разработке цифровых синтезаторов частоты с системой фазовой автоподстройки частоты (рис. 1) [5, 6]. Первый генератор — это высокостабильный опорный генератор эталонной частоты fэт и делитель частоты с фиксированным коэффициентом деления R. Он формирует частоту f1 = fэт/R. Заметим, что он может быть и умножителем частоты.

3.2 Генераторы сигналов высокой частоты гармонических колебаний

Рис. 1. Функциональная схема генератора синусоидального сигнала на основе цифрового синтезатора частоты

Второй генератор перестраивается в достаточно широких пределах по напряжению (VCO). Его частота делится в N раз с помощью делителя с переменным коэффициентом деления ДПКД. Для перестройки делителя используется блок управления. Сигнал с частотой f1 = fэт/R сравнивается с сигналом с частотой f2 = fст/N с помощью импульсного фазового детектора. Выходной сигнал последнего фильтруется фильтром низких частот (Loop Filter) и подается на регулирующий элемент (варактор или варикап), меняющий частоту стабилизированного генератора до тех пор, пока не будет обеспечено условие f1 = f2, что соответствует установившейся частоте стабилизированного генератора:

3.2 Генераторы сигналов высокой частоты гармонических колебаний

3.2.1 Измерительные LC-генераторы

В LC-генераторах, для которых выполняются условия балансов амплитуд и фаз, частота в основном определяется резонансом колебательного контура:

3.2 Генераторы сигналов высокой частоты гармонических колебаний (3.3)

3.2 Генераторы сигналов высокой частоты гармонических колебаний

Упрощенная схема LC-генератора на операционном усилителе показана на рис. 3.4, а. Усилитель автогенератора охвачен двумя цепями обратной связи, обеспечивающими режимы балансов амплитуд и фаз. Баланс амплитуд устанавливают цепью отрицательной ОС, состоящей из резисторов R1 и R2. С ее помощью задают требуемый коэффициент усиления собственно усилителя |К| = R2/R1. Об этом говорит сайт https://intellect.icu . Баланс фаз обеспечивает цепь положительной ОС, состоящей из резистора R и параллельного колебательного LC-контура. Коэффициент передачи цепи положительной ОС

3.2 Генераторы сигналов высокой частоты гармонических колебаний (3.4)

где R0 - резонансное сопротивление параллельного контура.

3.2 Генераторы сигналов высокой частоты гармонических колебаний

Рисунок 3.4 Схемы LC-генераторов на ОУ:

а - упрощенная электрическая; б - с кварцевой стабилизацией

В диапазоне радиочастот в средствах измерений применяют как генераторы сигналов, так и генераторы стандартных сигналов. Генераторы сигналов имеют большую среднюю выходную мощность (до 3 Вт) и их используют для питания измерительных передающих антенн и других мощных устройств. Генераторы стандартных сигналов - маломощные источники с низким уровнем выходного напряжения (до 1 В) - применяют при испытаниях, и настройке узлов радиоаппаратуры. Основные требования, предъявляемые к ГСС: высокие стабильность частоты и амплитуды выходного сигнала, малый коэффициент нелинейных искажений. В генераторах стандартных сигналов предусматривают возможность получения амплитудной модуляции за счет использования как внешнего, так и внутреннего источников напряжения. Внутренняя модуляция обычно действует на частотах 400 и 1000 Гц.

3.2.2 Характеристики генераторов сверхвысоких частот

У измерительных генераторов нормируются основные параметры выходного сигнала: амплитуда, частота, искажения и другие.

Генераторы сверхвысоких частот (СВЧ-генераторы) работают в диапазоне частот 1...40 ГГц. По типу выходного соединителя с исследуемой схемой они делятся на коаксиальные и волноводные, причем последние более высокочастотные. Для СВЧ-генераторов характерно однодиапозонное построение, с небольшим перекрытием по частоте (около октавы - 2 раза). Некалиброванная выходная мощность измерительного СВЧ-генератора достигает десяти ватт, а калиброванная составляет нескольких микроватт. Шкалы калиброванных аттенюаторов СВЧ-генераторов градуируют в дБ, а ГСС - в децибелах и микроваттах.

Генераторы сверхвысоких частот используют для настройки радиоприемных устройств радиолокационных и радионавигационных станций, систем космической связи и спутникового вещания, измерения параметров различных антенн и т.д. Структурная схема СВЧ-генератора показана на рис. 3.5. Особенностями измерительных генераторов этого вида являются, относительная простота электронной части схемы и сложность механических узлов приборов. Схема включает собственно СВЧ-генератор, импульсный модулятор, измеритель малой мощности, частотомер и калиброванный аттенюатор. Все высокочастотные узлы генератора соединяют волноводами.

Задающие СВЧ-генераторы измерительных приборов выполняют на отражательных клистронах, диодах Ганна, магнетронах, лавинно-пролетных диодах (ЛПД), лампах бегущей (ЛБВ) и обратной волны (ЛОВ) и т.д.

3.2 Генераторы сигналов высокой частоты гармонических колебаний

Рисунок 3.5 Структурная схема СВЧ-генератора

В измерительных СВЧ-генераторах необходима тщательная экранировка, так как утечка мощности с ростом частоты возрастает. Провода питания выполняют в виде коаксиальных кабелей со специальным наполнением, хорошо поглощающим энергию СВЧ-колебаний. Повышенные требования предъявляют и к источникам питания, так как активные элементы СВЧ-диапазона чувствительны к нестабильности питающих напряжений.

Типовые схемы генераторов сигналов СВЧ

Одной из особенностей СВЧ-генераторов является сравнительно простая структурная реализация. В них обычно отсутствуют замкнутые системы регулировки и подстройки параметров, оконечные усилители и другие узлы, присущие генераторам, работающим на более низких частотах. В общем виде структурная схема генератора сигналов СВЧ изображена на рис. 9.3. Каждый из генераторов имеет задающий генератор, в качестве которого может быть клистрон, диод Ганна, ЛОВ, СВЧ-транзистор или другой прибор, помещенный в специальную генераторную секцию.

3.2 Генераторы сигналов высокой частоты гармонических колебаний

Рис. 93. Структурная схема генератора

В этой же секции располагается съемник мощности, который представляет собой регулируемый или фиксированный элемент связи с задающим генератором, например петля связи в резонаторе. Обязательными элементами генераторов сигналов являются устройства для регулировки частоты и схема управления режимами генератора. Устройство для регулировки частоты может быть как очень простым, например потенциометром постоянного тока, которое регулирует напряжение на управляющем электроде ЛОВ, так и достаточно сложным. В частности, в ряде генераторов применяется устройство для механической перестройки резонатора клистрона, связанное с механическим счетчиком, представляющим собой шкалу частоты генератора. Обычно частота генератора в заданном диапазоне не линейно зависит от смещения регулирующего элемента, поэтому механический счетчик сложным образом связан с ним. В транзисторных генераторах некоторых типов применяют резонаторы с ферритовой перестройкой частоты, устройство которых сравнительно простое — электромагнит, однако к материалу, размерам и точности установки ферритовой сферы предъявляются достаточно жесткие требования, что делает его сложным по конструкции и при изготовлении.

Схема управления режимами генератора состоит из переключателей и усилителей видеоимпульсов, позволяющих согласовать входные напряжения от внешних или внутреннего модулятора с напряжением и токами, управляющими работой задающего генератора. Обычно СВЧ-ге- нераторы работают в режимах амплитудно-импульсной и частотной модуляции. В последних моделях генераторов для импульсной модуляции часто применяют p-i-n диоды. В этом случае задающий генератор работает в режиме непрерывной генерации, а на выходе сто в тракте установлен p-i-n модулятор, представляющий собой быстродействующий выключатель СВЧ-колебаний. При этом схема управления подает модулирующий импульс не на задающий генератор, а на p-i-n модулятор.

В генераторах, где устройство установки частоты непосредственно не связано со шкалой прибора, применяют частотомер. Многие клистронные генераторы содержат резонансный волномер (с индикатором резонанса). В некоторых генераторах могут применяться электронно-счетные частотомеры с гетеродинными преобразователями частоты. В ряде генераторов шкала частоты представляет собой табло в виде цифровых электронных индикаторов, однако она не является шкалой электронно-счетного частотомера, а связана с управляющим ЛОВ напряжением либо с датчиком линейных перемещений регулирующего элемента резонатора.

Аттенюатор и ваттметр обычно входят в схему генераторов стандартных сигналов. Генераторы сигналов могут не содержать этих устройств, так как не имеют калиброванного выхода. Ваттметр может быть подключен к калиброванному выходу внешним (калиброванным) кабелем или представляет собой ваттметр проходного типа, который включается в измерительный тракт внутри генератора. В генераторах стандартных сигналов применяют наиболее простые диодные, термоэлектрические ваттметры или терморезисторные преобразователи, включенные в разбалансный мост.

Современные модели генераторов сигналов могут помимо элементов схемы (см. рис. 9.3) иметь дополнительные устройства, например цифровую шкалу уровня мощности, микропроцессорный вычислитель, устройство ввода-вывода программ и команд. В целом такие устройства лишь совершенствуют, но не меняют общую структурную схему генератора.

Коммерческие приборы генератор высокой частоты

3.2 Генераторы сигналов высокой частоты гармонических колебаний

3.2 Генераторы сигналов высокой частоты гармонических колебаний

Генератор сигналов высокочастотный Rigol DSG830 способен формировать ВЧ и РЧ сигналы в диапазоне частот от 9 кГц до 3 ГГц. Это обеспечивает генератору сигналов Rigol DSG830 широкую область применения при разработке и тестировании потребительской электроники, средств связи, аудио- и видеотехники и др. Благодаря возможности дистанционного управления генератором сигналов Rigol DSG830 по интерфейсу LAN (LXI) его можно использовать в измерительных лабораториях любой конфигурации. Прибор имеет компактные размеры и небольшой вес.

Частотный диапазон: 9 кГц…3 ГГц. Точность 2 ppm (5 ppb — опция OCXO-B08). Старение <1ppm/год (<30 ppb/год — опция OCXO-B08). Разрешение 0,01 Гц. Амплитуда вых.сигнала: -110 дБм…+13 дБм ( установка -110 дБм…+20 дБм). Фазовый шум <-105дБн/Гц@20кГц. Свипирование ипо частоте и амплитуде. Встроенный модулирующий генератор. Режимы модуляции: АМ, ЧМ, ФМ, импульсная (опция DSG800-PUM). Импульсный генератор (опция DSG800-PUM) и генератор паттернов (опция DSG800-PUG). Интерфейсы USB-host/device, LAN (LXI). Дисплей 3,5″ TFT(320×240). Размеры: 261,5х112х318,4 мм. Вес: 4,2 кг

Применение генераторов СВЧ

В современной технике связи (в том числе кабельной и спутниковой) и в радиотехнике широко применяются СВЧ-генераторы синусоидальных сигналов. Они используются в радиопередающих устройствах, гетеродинах радиоприемных устройств, измерительных приборах и устройствах автоматики.

Высокочастотные генераторы сигналов широко используются в исследовательских и измерительных лабораториях, телекоммуникационной сфере, промышленном производстве и во многих других отраслях. Современные модели высокочастотных генераторов позволяют формировать чистые синусоидальные сигналы с частотами от долей Гц до сотен ГГц. Большинство моделей генераторов также позволяют модулировать выходной сигнал любым из стандартных методов (АМ, ЧМ и ФМ). Импульсная модуляция (ИМ) также есть во многих моделях, но, как правило, доступна в качестве дополнительной опции.

Векторные генераторы сигналов относятся к отдельной группе высокочастотных генераторов. Частотный диапазон этих приборов обычно не превышает 10 ГГц, зато они могут модулировать выходной сигнал с помощью широкого набора цифровых (векторных) видов модуляции (QAM, PSK и др.). Основное назначение векторных генераторов - это разработка, производство и обслуживание современных систем беспроводной передачи данных: мобильной связи, LTE, Wi-Fi, Bluetooth и т.д.

Контрольные вопросы:

1. В чем особенности конструирования СВЧ-генераторов?

2. Поясните работу LC-генератора.

3. Поясните необходимость тщательной экранировки в СВЧ-генераторах.

4. Чему равна частота колебаний LC- генератора?

Вау!! 😲 Ты еще не читал? Это зря!

  • гармонические колебания
  • Генератор сигналов
  • Электронный усилитель
  • Фильтр
  • Автогенератор
  • Генератор , управляемый напряжением
  • Критерий устойчивости Найквиста-Михайлова
  • Гетеродин
  • Магнетрон
  • Стабильность частоты

Информация, изложенная в данной статье про генераторы сигналов высокой частоты , подчеркивают роль современных технологий в обеспечении масштабируемости и доступности. Надеюсь, что теперь ты понял что такое генераторы сигналов высокой частоты, генераторы свч и для чего все это нужно, а если не понял, или есть замечания, то не стесняйся, пиши или спрашивай в комментариях, с удовольствием отвечу. Для того чтобы глубже понять настоятельно рекомендую изучить всю информацию из категории МЕТРОЛОГИЯ И ЭЛЕКТРОРАДИОИЗМЕРЕНИЯ

Ответы на вопросы для самопроверки пишите в комментариях, мы проверим, или же задавайте свой вопрос по данной теме.

создано: 2017-07-02
обновлено: 2021-03-13
132309



Рейтиг 9 of 10. count vote: 2
Вы довольны ?:


Поделиться:

Найди готовое или заработай

С нашими удобными сервисами без комиссии*

Как это работает? | Узнать цену?

Найти исполнителя
$0 / весь год.
  • У вас есть задание, но нет времени его делать
  • Вы хотите найти профессионала для выплнения задания
  • Возможно примерение функции гаранта на сделку
  • Приорететная поддержка
  • идеально подходит для студентов, у которых нет времени для решения заданий
Готовое решение
$0 / весь год.
  • Вы можите продать(исполнителем) или купить(заказчиком) готовое решение
  • Вам предоставят готовое решение
  • Будет предоставлено в минимальные сроки т.к. задание уже готовое
  • Вы получите базовую гарантию 8 дней
  • Вы можете заработать на материалах
  • подходит как для студентов так и для преподавателей
Я исполнитель
$0 / весь год.
  • Вы профессионал своего дела
  • У вас есть опыт и желание зарабатывать
  • Вы хотите помочь в решении задач или написании работ
  • Возможно примерение функции гаранта на сделку
  • подходит для опытных студентов так и для преподавателей



Комментарии


Оставить комментарий
Если у вас есть какое-либо предложение, идея, благодарность или комментарий, не стесняйтесь писать. Мы очень ценим отзывы и рады услышать ваше мнение.
To reply

МЕТРОЛОГИЯ И ЭЛЕКТРОРАДИОИЗМЕРЕНИЯ

Термины: МЕТРОЛОГИЯ И ЭЛЕКТРОРАДИОИЗМЕРЕНИЯ