Модуляция и формирование сигналов с помощью генераторов сигналов
Генераторы сигналов играют важную роль при проведении электроизмерений и испытаний. Они служат источниками тестовых сигналов, которые подаются на такие испытуемые компоненты, как фильтры, усилители или даже готовые модули с целью проверить их работу и изучить их поведение и характеристики. В первой части обучающих материалов описываются области применения и наиболее важные типы генераторов сигналов. Затем приводится описание схемы и функционирования аналоговых и векторных генераторов сигналов. Чтобы облегчить понимание характеристик, приведенных в технических данных, приводится обзор наиболее важных параметров генераторов сигналов. Помимо формирования однотональных сигналов, ключевой функцией генераторов сигналов является создание сигналов с аналоговой и цифровой модуляцией. Поэтому во второй части приводятся основные сведения обо всех основных методах аналоговой и цифровой модуляции. Третья часть содержит лабораторные упражнения по аналоговой и цифровой модуляции. Все описанные измерения были выполнены с помощью векторного генератора сигналов R&S ® SMBV100A и анализатора спектра R&S ® FSV.
В данном руководстве вы сможете узнать следующее:
- Зачем нужны генераторы сигналов и какие типы генераторов существуют
- Основные характеристики генераторов
- Методы модуляции: аналоговая, цифровая, квадратурная, цифровая модуляция синусоидальной несущей.
- Лабораторные упражнения
Что такое генератор сигналов?
Генератор сигналов формирует электрические сигналы с заданными временными характеристиками. В зависимости от типа генератора сигналов формируемый сигнал может меняться от простого синусоидального, пилообразного и прямоугольного до сигнала с аналоговой модуляцией, такой как АМ, ЧМ и ФМ, или даже до сигнала со сложной цифровой модуляцией, вроде тех, что используются в мобильной связи (GSM, UMTS, LTE и т.п.). Диапазон частот может меняться от нескольких кГц до десятков ГГц. С помощью использования внешнего умножителя частоты можно получить сигнал частотой до нескольких сотен ГГц. Частота выходного сигнала, как правило, может меняться с очень маленьким шагом (
Источник
Как выбрать генератор сигналов Rohde&Schwarz?
Как выбрать генератор сигналов?
Выбор генератора сигналов всегда зависит от применения. Важные критерии включают частотную область, диапазон уровней, спектральную чистоту, доступные модуляции (аналоговые, цифровые) и функциональные возможности для добавления определенных помех в сигналы (шум, моделируемое многолучевое распространение). Давайте разберемся, в каких случаях следует выбирать тот или иной тип генератора сигналов.
Генератор сигналов формирует электрические сигналы с определенной временной характеристикой. В зависимости от типа генератора сигналов получаемые сигналы могут варьироваться от простых синусоидальных, пилообразных и прямоугольных форм сигналов до аналогово-модулированных сигналов, таких как АМ, ЧМ и ФМ, и даже сложных сигналов с цифровой модуляцией, таких как сигналы, используемые в мобильной связи (GSM, UMTS, LTE и т. Д.). Частотная область может простираться от нескольких кГц до десятков ГГц. Добавляя внешние умножители частоты, можно даже получить частоты сигнала до нескольких сотен ГГц. Частота выходного сигнала обычно может быть установлена очень маленькими шагами ( +17 дБмВт, ном.
— Высокостабильный опорный генератор
Векторные генераторы сигналов Rohde&Schwarz
Векторные генераторы сигналов преобразуют сигналы модуляции (внешние или внутренние, аналоговые или цифровые) в высокочастотную частоту и затем выводят сигналы. Сигнал модуляции генерируется цифровым способом и обрабатывается как поток комплексных данных I/Q в основной полосе частот. Это также включает в себя вычислительную фильтрацию и (при необходимости) ограничение амплитуды (отсечение); он также может включать другие возможности, такие как создание асимметричных характеристик.
Некоторые генераторы могут добавлять гауссов шум в генерируемый сигнал. Это полезно для исследования предела, при котором шумовой сигнал все еще может быть правильно демодулирован, например, приемником. Более того, некоторые генераторы способны численно моделировать многолучевое распространение (замирание, MIMO), которое позже произойдет для радиочастотного сигнала. Как и при добавлении шума, это также можно использовать для определения того, как характеристики входного сигнала влияют на демодуляцию в приемнике. В общем, полная генерация сигнала основной полосы частот выполняется посредством вычислений в реальном времени.
Сгенерированные данные I/Q основной полосы частот затем преобразуются в рабочую частоту RF (некоторые векторные генераторы работают только в основной полосе без преобразования в сигналы RF). Генераторы векторных сигналов часто также включают в себя аналоговые или цифровые входы I/Q для включения внешних сигналов основной полосы частот.
Использование технологии I/Q позволяет реализовать любые типы модуляции — простые или сложные, цифровые или аналоговые, а также сигналы с одной несущей и несколькими несущими.
Требования, которым должны удовлетворять генераторы векторных сигналов, вытекают, прежде всего, из требований, установленных стандартами беспроводной связи, а также из цифровой широкополосной кабельной передачи и из приложений генерации модулированных импульсов.
Основные области применения векторных генераторов сигналов:
- Генерация соответствующих стандартам сигналов для беспроводной связи, цифрового радио и телевидения, GPS, модулированного радара и т.д.
- Тестирование цифровых приемников или модулей при разработке и производстве.
- Имитация ухудшения сигнала (шум, замирание, ограничение, вставка битовых ошибок).
- Генерация сигналов для многоантенных систем (множественный вход / несколько выходов или MIMO) с и без фазовой когерентности для формирования луча.
- Генерация модулированных источников помех для тестирования блокировки и измерения подавления соседних каналов.
— разработка широкополосных систем связи, в том числе 5G, IEEE 802.11ac/ad и LTE-Advanced
— проверка базовых станций 3G и 4G
— в аэрокосмическом и оборонном секторе
— Диапазон частот от 100 кГц до 3 ГГц, 6 ГГц, 12,75 ГГц, 20 ГГц, 31,8 ГГц или 40 ГГц
— Дополнительный второй ВЧ-тракт с диапазоном от 100 кГц до 3 ГГц, 6 ГГц, 12,75 ГГц или 20 ГГц
— Внутренняя ширина полосы I/Q-модуляции до 2 ГГц (ВЧ)
— Дополнительный встроенный имитатор замираний с шириной полосы до 160 МГц
— Поддержка всех основных режимов MIMO, включая 3×3, 4×4 и 8×2
— создание сигналов с широкой полосой модуляции
— Диапазон частот: от 8 кГц до 3 ГГц или 6 ГГц
— Сверхвысокая выходная мощность до +34 дБмВт
— Полоса модуляции 500 МГц с превосходной точностью
Остались вопросы по генераторам сигналов R&S? – «Серния Инжиниринг» поможет!
Пишите и задавайте вопросы на эл.почту info@sernia.ru
Звоните и проконсультируйтесь с нашими инженерами +7 495 204 13 17
Источник
Генератор сигналов — Signal generator
Генератор сигналов является одним из класса электронных устройств , который генерирует электронные сигналы с заданными свойствами амплитуды, частоты и формы волны. Эти сгенерированные сигналы используются в качестве стимула для электронных измерений, обычно используемых при проектировании, тестировании, устранении неполадок и ремонте электронных или электроакустических устройств, хотя они часто также используются в художественных целях.
Существует много разных типов генераторов сигналов с разными целями и приложениями и с разной стоимостью. Эти типы включают в себя функциональные генераторы , РФ и генераторы сигналов СВЧ генераторов, тангаж, Генераторы сигналов произвольной формы , цифровые генераторы шаблонов , и генераторы частоты. В общем, ни одно устройство не подходит для всех возможных приложений.
Генератор сигналов может быть таким же простым, как генератор с калиброванной частотой и амплитудой. Генераторы сигналов более общего назначения позволяют управлять всеми характеристиками сигнала. Современные генераторы сигналов общего назначения будут иметь микропроцессорное управление, а также могут позволять управление с персонального компьютера. Генераторы сигналов могут быть отдельно стоящими автономными приборами или могут быть включены в более сложные автоматические испытательные системы.
СОДЕРЖАНИЕ
История
В июне 1928 года General Radio 403 был первым коммерческим генератором сигналов, который когда-либо продавался. Он поддерживает диапазон частот от 500 Гц до 1,5 МГц. Кроме того, в апреле 1929 года General Radio выпустила на рынок первый коммерческий стандарт частоты с частотой 50 кГц.
Генераторы сигналов общего назначения
Генератор функций
Функциональный генератор представляет собой устройство , которое производит простые повторяющиеся формы волны . Такие устройства содержат электронный генератор — схему , способную создавать повторяющуюся форму волны . (Современные устройства могут использовать цифровую обработку сигналов для синтеза сигналов, а затем цифро-аналоговый преобразователь или ЦАП для получения аналогового выхода). Наиболее распространенной формой волны является синусоидальная волна , но обычно доступны пилообразные , ступенчатые ( импульсные ), квадратные и треугольные генераторы сигналов, а также генераторы сигналов произвольной формы (AWG). Если генератор работает выше диапазона звуковых частот (> 20 кГц ), генератор часто будет включать какую-либо функцию модуляции, такую как амплитудная модуляция (AM), частотная модуляция (FM) или фазовая модуляция (PM), а также вторую осциллятор, который обеспечивает форму волны модуляции звуковой частоты .
Генератор сигналов произвольной формы
Генератор сигналов произвольной формы (AWG или ARB) — это сложный генератор сигналов, который генерирует сигналы произвольной формы в опубликованных пределах частотного диапазона, точности и выходного уровня. В отличие от функционального генератора, который производит небольшой набор определенных сигналов, AWG позволяет пользователю определять исходный сигнал различными способами. AWG обычно дороже, чем генератор функций, и часто имеет меньшую полосу пропускания. AWG используется в приложениях для проектирования и тестирования более высокого уровня.
Генераторы ВЧ и СВЧ сигналов
Генераторы радиочастотных и микроволновых сигналов используются для тестирования компонентов, приемников и испытательных систем в самых разных приложениях, включая сотовую связь, Wi-Fi , WiMAX , GPS , аудио- и видеовещание, спутниковую связь, радары и радиоэлектронную борьбу . Генераторы радиочастотных и микроволновых сигналов обычно имеют схожие функции и возможности, но различаются по частотному диапазону. Генераторы радиочастотных сигналов обычно имеют диапазон от нескольких кГц до 6 ГГц, в то время как генераторы микроволновых сигналов охватывают гораздо более широкий частотный диапазон, от менее 1 МГц до не менее 20 ГГц. Некоторые модели достигают частоты до 70 ГГц с прямым коаксиальным выходом и до сотен ГГц при использовании с модулями внешних источников волновода. Генераторы радиочастотных и микроволновых сигналов можно разделить на генераторы аналоговых или векторных сигналов.
Генераторы аналоговых сигналов
Генераторы аналоговых сигналов на основе синусоидального генератора были распространены до появления цифровой электроники и используются до сих пор. Произошло резкое различие в назначении и конструкции генераторов радиочастотных и звуковых сигналов.
Генераторы радиочастотных сигналов производят непрерывные радиочастотные сигналы определенной, регулируемой амплитуды и частоты. Многие модели предлагают различные типы аналоговой модуляции либо в качестве стандартного оборудования, либо в качестве дополнительной возможности базового блока. Это может включать AM , FM , ΦM (фазовая модуляция) и импульсная модуляция . Общей особенностью является аттенюатор, изменяющий выходную мощность сигнала. В зависимости от производителя и модели выходная мощность может составлять от -135 до +30 дБмВт. Желателен широкий диапазон выходной мощности, поскольку для разных приложений требуется разная мощность сигнала. Например, если сигнал должен пройти по очень длинному кабелю к антенне, может потребоваться высокий выходной сигнал, чтобы преодолеть потери в кабеле и по-прежнему иметь достаточную мощность на антенне. Но при тестировании чувствительности приемника требуется низкий уровень сигнала, чтобы увидеть, как приемник ведет себя в условиях низкого отношения сигнал / шум.
Генераторы радиочастотных сигналов доступны в виде настольных приборов, инструментов для монтажа в стойку, встраиваемых модулей и в форматах на уровне карты. Мобильные, полевые и бортовые приложения выигрывают от более легких платформ с батарейным питанием. При автоматизированном и производственном тестировании доступ через веб-браузер, который позволяет управлять несколькими источниками, и более высокая скорость переключения частот сокращают время тестирования и пропускную способность.
Генераторы радиочастотных сигналов необходимы для обслуживания и настройки радиоприемников и используются в профессиональных радиочастотных приложениях.
Генераторы радиочастотных сигналов характеризуются своими частотными диапазонами, мощностью (от -100 дБ до +25 дБ), односторонним фазовым шумом на различных несущих частотах, парами и гармониками, скоростью переключения частоты и амплитуды и возможностями модуляции.
Генераторы сигналов звуковой частоты генерируют сигналы в диапазоне звуковых частот и выше. Ранним примером был аудиогенератор HP200A , первый продукт, проданный компанией Hewlett-Packard в 1939 году. Применения включают проверку частотной характеристики звукового оборудования и множество применений в электронной лаборатории.
Искажения оборудования можно измерить с использованием аудиогенератора с очень низким уровнем искажений в качестве источника сигнала, с соответствующим оборудованием для измерения выходных искажений по гармонике с помощью анализатора волн или просто полного гармонического искажения . Искажение в 0,0001% может быть достигнуто генератором аудиосигнала с относительно простой схемой.
Векторный генератор сигналов
С появлением цифровых систем связи больше невозможно адекватно тестировать эти системы с помощью традиционных аналоговых генераторов сигналов. Это привело к разработке векторного генератора сигналов, который также известен как генератор цифровых сигналов. Эти генераторы сигналов способны генерировать радиосигналы с цифровой модуляцией, которые могут использовать любой из большого количества форматов цифровой модуляции , таких как QAM , QPSK , FSK , BPSK и OFDM . Кроме того, поскольку современные коммерческие системы цифровой связи почти все основаны на четко определенных отраслевых стандартах, многие генераторы векторных сигналов могут генерировать сигналы на основе этих стандартов. Примеры включают GSM , W-CDMA (UMTS) , CDMA2000 , LTE , Wi-Fi (IEEE 802.11) и WiMAX (IEEE 802.16) . Напротив, системы военной связи, такие как JTRS , которые придают большое значение надежности и информационной безопасности, обычно используют очень проприетарные методы. Чтобы протестировать эти типы систем связи, пользователи часто создают свои собственные пользовательские формы сигналов и загружают их в генератор векторных сигналов для создания желаемого тестового сигнала.
Генератор цифровых шаблонов
Генератор логических сигналов, генератор шаблонов данных или генератор цифровых шаблонов генерирует логические сигналы, то есть логические единицы и нули в форме обычных уровней напряжения. Обычные стандарты напряжения являются: LVTTL , LVCMOS . Он отличается от «генератора импульсов / последовательностей», который относится к генераторам сигналов, способным генерировать логические импульсы с различными аналоговыми характеристиками (такими как время нарастания / спада импульса, длительность высокого уровня и т. Д.).
Генератор цифровых шаблонов используется в качестве источника стимулов для цифровых интегральных схем и встроенных систем — для функциональной проверки и тестирования.
Генераторы сигналов специального назначения
В дополнение к вышеупомянутым устройствам общего назначения существует несколько классов генераторов сигналов, предназначенных для конкретных приложений.
Генераторы высоты звука и генераторы звука
Генератор основного тона — это тип генератора сигналов, оптимизированный для использования в аудио- и акустических приложениях. Генераторы высоты тона обычно включают синусоидальные волны в диапазоне звуковых частот (20 Гц – 20 кГц). Сложные генераторы основного тона будут также включать в себя генераторы развертки (функция, которая изменяет выходную частоту в определенном диапазоне для проведения измерений в частотной области), генераторы многотональных сигналов (которые выводят несколько шагов одновременно и используются для проверки интермодуляционных искажений и других нестандартных сигналов). -линейные эффекты) и тональные посылки (используются для измерения реакции на переходные процессы). Генераторы высоты звука обычно используются вместе с измерителями уровня звука при измерении акустики комнаты или системы воспроизведения звука и / или с осциллографами или специализированными анализаторами звука.
Многие генераторы высоты тона работают в цифровой области, производя вывод в различных цифровых аудиоформатах, таких как AES3 или SPDIF . Такие генераторы могут включать в себя специальные сигналы для стимулирования различных цифровых эффектов и проблем, таких как ограничение , дрожание , битовые ошибки ; они также часто предоставляют способы управления метаданными, связанными с цифровыми аудиоформатами.
Термин « синтезатор» используется для обозначения устройства, которое генерирует аудиосигналы для музыки или использует более сложные методы.
Компьютерные программы
Компьютерные программы могут использоваться для генерации сигналов произвольной формы на универсальном компьютере и вывода сигнала через выходной интерфейс. Такие программы могут быть коммерческими или бесплатными. Простые системы используют стандартную звуковую карту компьютера в качестве устройства вывода, ограничивая точность формы выходного сигнала и ограничивая частоту, чтобы она лежала в диапазоне звуковых частот .
Генератор видеосигнала
Генератор видеосигналов — это устройство, которое выводит заранее определенные формы видео- и / или телевизионных сигналов, а также другие сигналы, используемые для стимулирования неисправностей или помощи в параметрических измерениях телевизионных и видеосистем. Широко используются несколько различных типов генераторов видеосигналов. Независимо от конкретного типа, выходной сигнал видеогенератора обычно будет содержать сигналы синхронизации, подходящие для телевидения, включая импульсы горизонтальной и вертикальной синхронизации (в аналоговом виде) или слова синхронизации (в цифровом формате). Генераторы композитных видеосигналов (таких как NTSC и PAL ) также будут включать сигнал цветовой синхронизации как часть вывода. Генераторы видеосигнала доступны для самых разных приложений и для самых разных цифровых форматов; многие из них также включают возможность генерации звука (поскольку звуковая дорожка является важной частью любой видео-, телевизионной программы или фильма).
Источник