Генераторы радиочастотных, радиочастотных или микроволновых сигналов используются для возбуждения многих радиочастотных цепей.
Радиочастотные генераторы радиочастотных сигналов являются важным элементом контрольно-измерительного оборудования для любой области, где проводятся радиочастотные или микроволновые испытания и разработки. Генератор микроволнового или радиочастотного сигнала представляет собой источник сигнала, который можно использовать для проверки работы тестируемой или разрабатываемой схемы. В отличие от многих других элементов контрольно-измерительного оборудования, генератор сигналов не выполняет никаких измерений, а обеспечивает правильные условия тестирования для других контрольно-измерительных приборов для измерения выходных сигналов тестируемого устройства.
Генератор сигналов предназначен для формирования сигнала с известными характеристиками: частотой, амплитудой, модуляцией и т.п. Таким образом, можно посмотреть на реакцию схемы, точно зная, как она тренировалась. Часто генератор радиочастотных сигналов используется вместе с другими измерительными приборами, такими как осциллографы, анализаторы спектра, измерители мощности, частотомеры и т.п.
Типы генераторов радиочастотных сигналов
Генераторы радиочастотных сигналов можно сконструировать различными способами. Кроме того, с развитием электронных схем на протяжении многих лет развивались различные методы. Возможности доступных тестовых инструментов значительно расширились за последние годы, но основные концепции остались прежними. Можно сказать, что есть две формы генератора сигналов, которые можно использовать:
- Автономные генераторы радиочастотных сигналов: эти генераторы радиочастот редко используются в наши дни, поскольку их частота имеет тенденцию дрейфовать. Иногда простые генераторы сигналов низкого уровня использовали один или два транзистора и имели очень базовый уровень производительности, а их стоимость была доступна для многих экспериментаторов. Эти очень простые генераторы радиочастотных сигналов в наши дни редко можно увидеть. Однако были созданы высококлассные автономные ВЧ-генераторы, и они имеют то преимущество, что производимый сигнал очень чистый и не имеет уровня фазового шума по обе стороны от основного сигнала, который присутствует на некоторых других генераторах радиочастотных сигналов. Некоторые генераторы сигналов использовали форму контура автоподстройки частоты, чтобы обеспечить некоторую стабильность частоты, сохраняя при этом очень низкий уровень фазового шума. Опять же, в наши дни это не является обычным явлением, потому что производительность генераторов радиочастотных сигналов, использующих технологию синтезатора частоты, значительно улучшилась.
- Синтезированные генераторы радиочастотных сигналов. Практически все используемые сегодня генераторы радиочастотных сигналов используют технологию синтезатора частот. Использование этого метода позволяет вводить частоты непосредственно с клавиатуры или с помощью пульта дистанционного управления, а также позволяет очень точно определять выходной сигнал. Точность зависит либо от внутреннего опорного генератора, который может иметь очень высокую степень точности, либо от сигнала, который может быть привязан к внешнему опорному генератору частоты, который может быть чрезвычайно точным.
В генераторах синтезированных радиочастотных сигналов используются два основных метода:- Синтезатор с фазовой автоподстройкой частоты. Синтезаторы с фазовой автоподстройкой частоты используются в большинстве генераторов радиочастотных сигналов, поскольку они позволяют генерировать сигналы в широком диапазоне частот с относительно низким уровнем паразитных сигналов. Технология синтезаторов с фазовой автоподстройкой частоты хорошо разработана и позволяет создавать высокопроизводительные генераторы радиочастотных сигналов с их использованием.
- Прямой цифровой синтезатор, DDS: методы прямого цифрового синтеза могут использоваться в генераторах радиочастотных сигналов. Они позволяют относительно легко достигать очень тонких приращений частоты. Однако максимальный предел DDS обычно намного ниже, чем верхние частоты, необходимые для генератора сигналов, поэтому они используются в сочетании с контурами фазовой автоподстройки частоты для получения требуемого диапазона частот.
Независимо от типа используемого генератора, стабильность, контроль, точность, а также фазовый шум являются ключевыми вопросами. Для многих современных требований к контрольно-измерительной аппаратуре использование синтезаторов частоты означает, что стабильность, управляемость и точность очень хорошие. Однако фазовый шум может быть проблемой в некоторых приложениях.
Работа генератора радиочастотных сигналов
Чтобы понять работу обычного генератора микроволновых или радиочастотных сигналов, полезно понять, что включено в базовую блок-схему.
В современном генераторе радиочастотных сигналов есть ряд основных схемных блоков или секций:
- Генератор. Наиболее важным блоком в генераторе радиочастотных сигналов является сам генератор. Это может быть генератор любой формы, но сегодня он почти наверняка будет сформирован из синтезатора частоты. Этот осциллятор будет принимать команды от контроллера и устанавливаться на требуемую частоту.
- Усилитель: выходной сигнал генератора необходимо усилить. Это будет достигнуто с помощью специального модуля усилителя. Это усилит сигнал, как правило, до фиксированного уровня. Вокруг него будет петля для точного поддержания выходного уровня на всех частотах и температурах. Этот цикл тщательно контролируется, поскольку от него зависит точность конечного результата.
- Аттенюатор: Аттенюатор находится на выходе генератора сигналов. Это служит для обеспечения точного поддержания импеданса источника, а также позволяет очень точно регулировать уровень генератора. В частности относительные уровни мощности, т.е. при переходе с одного уровня на другой, очень точны и представляют собой точность аттенюатора. Стоит отметить, что выходной импеданс менее точно определяется для самых высоких уровней сигнала, где затухание меньше. уровни часто можно регулировать с шагом 0,1 дБ по всему диапазону.
- Управление: Усовершенствованные процессоры используются для обеспечения простоты управления генератором радиочастотных и микроволновых сигналов, а также для возможности принимать команды дистанционного управления. Процессор будет контролировать все аспекты работы тестового оборудования. Также большой экран и элементы управления присутствуют на многих современных генераторах сигналов.
Функции генератора радиочастотных сигналов
Генераторы микроволновых и радиочастотных сигналов в наши дни могут предложить широкий спектр функций и возможностей. К ним относятся некоторые из них, подробно описанные ниже:
- Диапазон частот: Естественно, диапазон частот генератора радиочастотных сигналов имеет первостепенное значение. Он должен быть в состоянии покрыть все частоты, которые, вероятно, должны быть сгенерированы. Например, при тестировании приемника в элементе оборудования, будь то мобильный телефон или любой другой радиоприемник, необходимо иметь возможность проверить не только рабочую частоту, но и другие частоты, на которых возникают проблемы, такие как отклонение изображения и т. д.
- Выходной уровень: Выходной диапазон генератора ВЧ и СВЧ сигналов обычно контролируется с относительно высокой степенью точности. Выходной сигнал в самом испытательном оборудовании поддерживается на постоянном уровне, а затем проходит через высококачественный регулируемый аттенюатор. Обычно они переключаются, чтобы обеспечить наивысшую степень точности. Диапазон обычно ограничен в верхней части конечным усилителем в генераторе ВЧ сигналов. Типичный диапазон выходного уровня может составлять от -127 дБм до +7 дБм с шагом 0,1 дБ.
- Модуляция: некоторые генераторы радиочастотных или микроволновых сигналов имеют встроенные генераторы, которые могут применять модуляцию к выходному сигналу. Другие также имеют возможность применять модуляцию от внешнего источника. Возможности различных генераторов сигналов значительно различаются, но лучшие испытательные приборы предлагают очень высокий уровень возможностей. Например, с усложнением форматов модуляции для таких приложений, как мобильная связь, возможности генераторов радиочастотных сигналов должны стать более гибкими, некоторые из них позволяют использовать сложные форматы модуляции, такие как QPSK, QAM и т.п. Генераторы сигналов, поддерживающие сложные форматы модуляции, часто называют векторными генераторами сигналов.
- Управление: В настоящее время существует множество вариантов управления генераторами радиочастотных и микроволновых сигналов. Хотя они, как правило, имеют традиционные элементы управления на передней панели, существует также множество вариантов дистанционного управления. Большинство элементов лабораторного стендового испытательного оборудования поставляются с GPIB в стандартной комплектации, но также доступны такие опции, как RS-232 и Ethernet/LXI. Технологии стоек, из которых наиболее широко используются PXI/PXI Express, являются еще одним вариантом. PXI основан на шине PCI, но специально адаптирован для измерительных приборов. Система стандартизирована, и ряд производителей продают тестовое оборудование в формате PXI. Доступны различные генераторы РЧ-сигналов на базе PXI. Ряд элементов, таких как осциллографы и анализаторы спектра, доступны в формате USB, то же самое верно и для генераторов сигналов USB. В настоящее время не существует большого разнообразия этих доступных. Обычно измерительные приборы USB обеспечивают основные функции испытательного оборудования, но они питаются через интерфейс USB, а также используют вычислительную мощность соответствующего компьютера для обеспечения интерфейса человек/машина. Такой подход значительно снижает стоимость инструмента. В то время как многие тестовые USB-приборы очень хороши — например, на рынке есть несколько отличных USB-осциллографов, но необходимо соблюдать осторожность, чтобы получить тестовый прибор требуемого качества.
- Развертка: Для некоторых приложений генератора сигналов необходимо иметь возможность развертки частоты генератора ВЧ сигналов. Если это средство требуется, то необходимо проверить технические характеристики рассматриваемых контрольно-измерительных приборов, поскольку не все генераторы ВЧ-сигналов обеспечивают развертку такого типа, хотя одним из возможных вариантов может быть программирование постепенного увеличения частоты выходного сигнала ступенчато. может хватить.
Генераторы микроволновых и радиочастотных сигналов широко используются в испытательных лабораториях, занимающихся радиооборудованием любого типа. Эти испытательные приборы можно использовать для всего: от сотового до коммуникационного оборудования, широковещательных передатчиков и приемников, беспроводных продуктов, включая Bluetooth, Wi-Fi и многих других стандартов. С появлением большего количества устройств, использующих радиочастотные и микроволновые сигналы, использование генераторов радиочастотных сигналов будет только увеличиваться.
Существует большое разнообразие этих контрольно-измерительных приборов от различных производителей и поставщиков, а различные генераторы радиочастотных сигналов значительно различаются по техническим характеристикам и возможностям, которые они предлагают. Стоимость может значительно различаться — недорогие ВЧ-генераторы могут стоить около 100 долларов США, вплоть до генераторов высшего класса стоимостью более 50 000 долларов США. Ввиду стоимости этих тестовых инструментов их можно купить новыми или в качестве второго пользовательского теста оборудование.