Меню

Выходная мощность свч генераторов

СВЧ — генератор для диапазона 1,2 — 2,4 ГГц

0,Йордан СТРУНДЖЕВ
«РАДИО, ТЕЛЕВИЗИЯ, ЕЛЕКТРОНИКА», N2-3/91r

Перестраиваемый СВЧ-генератор, достаточно трудный в исполнении, применяется в приемнике спутникового телевидения. Трудность его [изготовления связана с реализацией основных параметров: оптимальной выходной мощности (необходима надежная связь с используемым типом смесителя), коэффици-

ента перекрытия диапазона, допустимой нестабильности частоты, исходного импеданса, линейности при перенастройке в диапазоне, отсутствия гармоник и др.

Для СВЧ-генератора выходная мощность может быть рассчитана по следующей формуле:

где: Pout — выходная мощность генератора, Вт;

Um— амплитуда выходного сигнала, В;

Zo — сопротивление нагрузки, Ом.

Для балансного смесителя реализованного на арсенид-галливых диодах с барьером Шотки, необходима выходная мощность около 10 мвт (10 dBm). В литературе часто мощность дается в единицах dBm (мощность в децибелах, отнесенных к одному милливатту):

Pout(dBm)=10.Lg(Pout мВт/1 мВт) (2)

Коэффициент перекрытия диапазона — это такой параметр, который содержит информацию о границах перенастройки СВЧ — генератора. Нелегкую инженерную задачу представляет проектирование генератора, который бы имел, с одной стороны, необходимую оптимальную выходную мощность, а с другой — сохранял бы заданный коэффициент перекрытия диапазона.

Описываемый генератор на 1,2-2,4 ГГц (рис.1.) разделен по частотному диапазону на две части: первый генератор — от 1,2 до 1,85 ГГц, второй генератор — от 1,75 до 2,4 ГГц. Это позволило при реализации устройства использовать доступные элементы — транзисторы типа BFR90 (BFR91, BFR91A) и варикапы ВВ126 (от UHF-секций телевизионного тюнера).

Транзисторы работают в схеме с общим коллектором, при этом коллекторы VT1 и VT2 заземлены посредством конденсаторов С1* и С6*. которые изготовлены из материала Epsilam-10 с размерами 10×7 мм. Конденсаторами С2* и С7* (Epsilam-10 8×1 мм) осуществляют подстройку генератора — желаемая частота достигается уменьшением емкости. Индуктивности L1 и L7 блокируют эмиттеры транзисторов VT1 и VT2 и выполняют роль дросселей. L1, L2 и L7, L8 конструктивно исполнены из отводов резисторов R9 и R10. Индуктивности L3, L6 — дроссели в базовых цепях транзисторов VT1 и VT2. Индуктивность L4, определяющая частоту первого генератора, выполнена из отвода от варикапа VD1, длина катушки 8 мм. Индуктивность L5 определяет частоту второго генератора и изготовлена из отвода от варикапа VD3, длина катушки 3 мм.

Варикапы VD1, VD2 и VD3, VD4 необходимо подобрать по парам с одинаковыми характеристиками. Режим работы устройства по току определяют резисторы R1 — R6. Коммутация в генераторе может осуществлятся с помощью реле, питание к которому следует подавать через дроссель. Этот элемент на схеме не указан. Напряжение на варикапах изменяется в пределах от 2 до 32 Вольт.

Выходной сигнал снимается посредством катушек L9, L10, которые располагаются рядом с резисторами R9, R10, а их взаимная связь регулируется сближением или удалением друг от друга. Конструктивные особенности и размеры элементов приведены в табл.1.

На рис.2 показан объемный монтаж устойства. Необходимо всюду, где есть соединение элементов с «массой», просверлить плату и осуществить пайку выводов этих элементов на обратной стороне. В качестве материала платы использован стеклотекстолит.

На рис.3 и рис.4 показаны шаблоны обеих сторон платы. На рис.5 приведена монтажная схема генератора.

Зависимость изменения частоты (периода) от напряжения, подаваемого на варикапы, при водится на рис.6. Зависимость мощности от изменения напряжения на варикапах дана на рис.7.

Соответствие мВт — dBm приводится в табл.2.

Источник

USB Генератор СВЧ

Бывает так, что одного СВЧ генератора на рабочем месте не хватает, или же им кто-то пользуется, а проверить например смеситель (усилитель, АЦП…) очень нужно. А ещё стационарные СВЧ генераторы довольно большие и тяжёлые, лично мне часто лень их переносить и освобождать место на рабочем столе. По этим причинам два года назад я сделал свой маленький генератор, первую версию.

Немного об элементной базе

Генератор построен на микросхеме HMC833 (или HMC830), ФАПЧ со встроенным ГУН и микросхеме HMC625, усилитель с переменным коэффициентом усиления. В качестве опорного генератора можно использовать генераторы ГК155-П или CB3LV с частотой 25…100 МГц. В первой версии генератора для управления HMC833 и HMC625 я решил использовать микросхему FT232RL в режиме bit bang, вдохновившись статьями про этот режим в интернете.

Характеристики

3 Гц;
— Максимальная измеренная мощность сигнала на частоте 1 ГГц – 17 дБм;
— Максимальная измеренная мощность сигнала на частоте 2 ГГц – 16 дБм;
— Максимальная измеренная мощность сигнала на частоте 3 ГГц – 12 дБм;
— Питание и управление от microUSB.

Все остальные характеристики можно узнать в документации на применённые мной микросхемы.

Немного о недостатках первой версии

Схема первой версии была не лишена недостатков:
— во первых, как я уже говорил, для управления синтезатором и усилителем по SPI использовалась микросхема FT232RL в режиме bit bang. Из-за этого управление было медленным. Я впервые использовал микросхему FT232RL и не знал о такой особенности.
— во вторых, я использовал комплектующие, которые у меня были в наличии. Из-за этого генератор получился дорогим, а некоторые элементы сложно достать.
Но в целом генератор себя оправдал, часто помогая мне в работе.

Исправление ошибок

Спустя два года я решил избавится от этих недостатков и сделал вторую версию генератора.
Микросхему FT232RL я заменил микроконтроллером STM32F103C8T6, вместо дорогого генератора ГК155-П-100 МГц можно установить CB3LV-3I-25M0000 (или другой), ну и по мелочи. Теперь все элементы для генератора можно купить у китайцев на алиэкспресс, что не может не радовать.

Печатную плату я проектировал в Altium Designer, программа для STM32 написана в IAR Embedded Workbench, программа управления для ЭВМ написана с использованием QT, Visual Studio и библиотеки HID API. Поскольку использован класс USB HID, то установка драйверов не требуется.

Собрать этот USB генератор можно самостоятельно, для этого я прикладываю все необходимые файлы. Без ошибок собранный генератор в регулировке и настройке не нуждается, только в прошивке.

Заключение

На данный момент программное обеспечение пока далеко от финального и обладает только базовыми настройками, такими как установка частоты и усиления. В ближайшем будущем я планирую добавить режимы ГКЧ и возможно (если получится) импульсного генератора.

Теперь немного картинок со спектроанализатора R&S FSL3 и в самом конце ссылки на исходные файлы. К сожалению спектроанализатор у меня на работе только до 3х ГГЦ:

Инструкция по прошивке микроконтроллера

Необходим программатор st-link v2

0) Желательно стереть микроконтроллер утилитой STM32 ST-LINK Utility (на всякий случай)

1) Надо скачать загрузчик, файл stm32_MyDfu.rar от сюда
распаковать HEX, прошить утилитой STM32 ST-LINK Utility
после этого должен появится в диспетчере устройств девайс stm32 dfu (не помню точно)

2) Скачать файл usb_gen_v2_stm32_v19.dfu от сюда
И прошить его утилитой DfuSe USB device firmware upgrade

Источник

Генераторы ВЧ и СВЧ сигналов. Часть 2

Продолжаем обзор возможностей современных генераторов ВЧ и СВЧ сигналов. Тема выпуска: Выходная мощность

Достижение желаемой высокой выходной мощности без ухудшения других параметров представляет собой трудную задачу. Необходим очень широкий динамический диапазон, высокая абсолютная точность установки уровня, превосходная повторяемость уровня и минимальное время установления уровня. Также требуется превосходная чистота сигнала, в частности минимальный уровень гармоник.

Часто требуются очень высокие уровни выходной мощности, особенно в миллиметровом диапазоне частот. Это связано с тем, что с ростом частот растет затухание сигналов. Для компенсации таких потерь, современный генератор обеспечивает разные уровни выходной мощности. В результате отпадает нужда во внешнем усилителе в следующих каскадах измерений.

Например : Оснащенный соответствующими опциями 6-ГГц прибор генерирует выходной ВЧ-сигнал мощностью до 38 дБмВт, а 20-ГГц прибор генерирует сигнал мощностью до 32 дБмВт в диапазоне СВЧ. 40-ГГц прибор способен формировать на ВЧ-выходе сигнал мощностью 23 дБмВт на частоте 40 ГГц, а 67-ГГц прибор — 20 дБмВт на часто-те 60 ГГц. См график.

Точность установки уровня

Абсолютная точность установки уровня генератора сигналов так же важна как его выходная мощность. Источник сигнала должен обладать очень хорошей точностью установки уровня для того, чтобы количественно оценить нелинейные характеристики усилителя (точка ком-прессии 1 дБ). ИУ редко подключают напрямую к генератору сигналов. Между ге-нератором и ИУ чаще всего находятся кабели и другие компоненты. Наличие дополнительного оборудования сдвигает плоскость отсчета от ВЧ-выхода генератора к ИУ. Датчик мощности компании Rohde & Schwarz может подключаться к генератору сигналов через USB-интерфейс для проведения исключительно точной калибровки (десятые доли дБ) на этой новой плоскости отсчета.

Повторяемость уровня также играет важную роль. Для часто повто-ряющихся тестовых последовательностей с разными уровнями важна возможность точного воспроизведения индивидуального значения уровня для каждой тестовой последовательности.

Короткие импульсы с контролем уровня

Высокая абсолютная точность установки уровня требуется не только для непрерывных, но и для модулированных сигналов, особенно для импульсных сигналов. Трудность состоит в абсолютном и воспроиз-водимом контроле уровня даже очень коротких импульсов с большой скважностью. На текущем уровне развития, есть генераторы, которые обеспечивают формирование коротких импульсов с контролируемым уровнем длительностью от 100 нс и большой скважностью с исключительной точностью и повторяемостью.

Другой важной характеристикой, которую нужно учитывать в упомяну-тых выше тестовых последовательностях, является скорость их выпол-нения (например, в системах с автоматизированным испытательным оборудованием (ATE)). Это требует малого времени установления уровня. Если значения уровней передаются по отдельности по шине GPIB, то установка нового уровня занимает обычно 1 мс (при использовании электронного ступенчатого аттенюатора).

Электронный ступенчатый аттенюатор обеспечивает быстрое пе-реключение уровней. Поскольку вклад электронного ступенчатого аттенюатора в общее время установления лежит в микросекундном диапазоне, то генератор способен обеспечить время установления уровня 1 мс во всем частотном диапазоне вплоть до 20 ГГц. Для приборов, оснащенных опцией расширения диапазона частот до 31,8 ГГц, 40 ГГц, 50 ГГц или 67 ГГц, в качестве стандартного, используется механический ступенчатый аттенюатор.

Источник

Выходная мощность свч генераторов

Автогенераторы — автономные устройства, преобразующие энергию источников питания в высокочастотный сигнал гармонической формы. Применение автогенераторов на мощных ПТ в ряде случаев упрощает конструкцию различных устройств, например систем охранной сигнализации, простых радиопередатчиков, автогенераторных датчиков и т. д. Энергетические соотношения и частотные ограничения у автогенераторов в основном те же, что и у УМ.

Рис. 9.55. Схема LC-генератора с трансформаторной обратной связью

Простейшая схема LC-генератора с трансформаторной обратной связью приведена на рис. 9.55.

Практическая схема генератора (рис. 9.61) на транзисторе КП901А в диапазоне частот 30 . 80 МГц обеспечивала Рвых = 2,5 Вт. Подобная схема на транзисторе КП904А имела Рвых=20 Вт на частоте fо=4 МГц и Un = 52 В (потребляемая мощность 36,4 Вт, рассеиваемая 15 Вт). Значения L2 = 5,6 МГн, С2 = 760 пФ, R=2 Ома.

Схема рис. 9 55 обычно используется на частотах до 50. 100 МГц. На более высоких частотах осуществление трансформаторной связи затруднено и применяются схемы индуктивной (рис. 9.59, а) и емкостной (рис. 9.59, б) трехточек.

Схема на рис. 9.59, а может применяться в любом частотном диапазоне, но особенно удобна для СВЧ-диапазона. При этом контур вырождается в

Рис. 9.61. Высокочастотный автогенератор с уровнем выходной мощности единицы—десятки ватт

Рис. 9 59 Автогенераторы, собранные по схемам индуктивной (а) н емкостной (б) трехточки

вытянутую полупетлю из медного посеребренного провода. Недостатком схемы является отсутствие заземления (по высокой частоте) конденсатора С контура. Этот недостаток устранен у схемы на рис. 9.59,б, но у нее (из-за шунтирования контура делителем обратной связи С1С2) снижаются пределы перестройки по частоте изменением емкости С.

В дальнейшем был разработан ряд подобных схем на GaAs МПТШ с электронной перестройкой частоты с помощью варикапов. Так, в [184] описан СВЧ-генератор на GaAs МПТШ АП602 с обращенным каналом. Такое включение облегчает создание положительной обратной связи при заземленном стоке (рис. 9.62). Индуктивность последовательного контура в цепи затвора образована как внешней индуктивностью L, так и паразитными индуктивностями затвора и варикапа, используемого для электронной перестройки частоты.

Рис. 9 62. Автогенератор на транзисторе АП602 с обращенным каналом

На рис. 9.63 представлены зависимости мощности Рвых и необходимого напряжения иа варикапе dUв от отклонения частоты f—fо. При изменении Uв от 0 до 50 В было получено перекрытие по емкости варикапа, равное 6. Крутизна модуляционной характеристики изменялась до 4. 5 раз. Потребляемая генератором мощность 0,6 Вт, КПД около 5%.

Рис. 9.63. Зависимость выходной мощности н необходимого напряжения смещения варикапа от девиации частот

В [185] описаны генераторы с октавным (т. е. двойным) перекрытием по частоте. Однотактный генератор (рис. 9.64, а) использует для управления частотой встречно включенные варикапы, что обусловливает меньшую зависимость их емкости от амплитуды переменного напряжения на варикапах. Контур в цепи затвора разделен на две части отрезком микрополосковой линии. Импеданс цепи затвора носит индуктивный характер.

При fо= 500 МГц получен коэффициент перекрытия по частоте Кf = 2,1 при изменении управляющего напряжения Uсм от 2 до 25 В. Зависимость выходной мощности Рвых и частоты f от напряжения Uсм дана на рис. 9.64, б. Крутизна модуляционной характеристики изменяется не более чем в 3,5 раза. Выходная мощность генератора Р=17±2,5 дБ, КПД меняется от 3 до 7% при Uп =20 В (транзистор КП905А). Уровень высших гармоник достигает 20%.

Двухтактная схема генератора (рис. 9.65) обеспечивает эффективное подавление всех четных гармоник. Это уменьшает уровень высших гармоник

Рис. 9.65. Двухтактная схема автогенератора на МДП-транзисторах

на выходе генератором. Зависимость f от управляющего напряжения Uсм для этой схемы дана на рис. 9.66. Коэффициент перекрытия по частоте Кf = wв/wн= 1,85, изменение крутизны модуляционной характеристики достигает 5 раз и более.

Вопросы проектирования СВЧ-генераторов вида на рис. 9.67 (цепи питания не показаны) рассматриваются в [186]. Показано, что колебания возникают только при инверсном включении транзисторов. Для транзисторов ЗП602А была получена частота генерации fo= = 5 ГГц при выходной мощности 30 МВт.

Представляет интерес применение в автогенераторах нового типа двухзатворных полевых транзисторов Шотки. На рис. 9.68 представлена схема автогенератора иа частоте fo=8,6 ГГц. Генератор работает в импульсном режиме и используется в доплеровском радиолокаторе. По сравнению со схемой на диодах Гаина эта схема обеспечивает лучшую стабильность частоты. Схема на рис. 9.69 совмещает в себе функцию генератора и утроителя частоты. Конструкция на тетроде с длиной затвора 1 мкм позволила получить частоту генерации до 22 ГГц.

Рис. 9 66. Зависимость частоты от управляющего напряжения для схемы рис. 9.65

Рис. 9.67. Автогенератор с колебательными цепями в виде отрезков длинной линии (а) и его функциональная схема (б)

Рис. 9.69. Схема совмещения функции генератора и утроителя частоты для диапазона частот до 22 ГГц

Рис. 9.68. Генератор с рабочей частотой f=8,6 ГГц иа двухзатвориом полевом транзисторе с барьером Шотки

На низких частотах при большой выходной мощности (единицы—десятки ватт) в генераторах можно использовать ненасыщающиеся составные транзисторы [64], в которых мощный ПТ управляет более мощным биполярным транзистором. В [187] описана схема кварцевого генератора (рис. 9.70)

Рис. 9.70. Кварцевый автогенератор на составном (полевой-биполярный) транзисторах

на основе составного транзистора. На рис. 9.71 представлены зависимости потребляемого тока и выходной мощности от температуры. Максимальные изменения этих параметров не превышали 2,3 и 3,5% соответственно при изменении температуры от 25 до 70° С. При угле отсечки тока стока 0 = 70′ С генератор обеспечил получение выходной мощности 10 Вт при общем КПД 65%. Частота генерации 7,41 МГц, среднестатическая часовая нестабильность частоты не превышала 2-10

Рис. 9.72. Уровни фазовых шумов автогенераторов на мощных ПТШ (1), СВЧ-биполярyых транзисторах (2) и диодах Ганна (5).

Рис. 9.71. Зависимости потребляемого тока (1) и выходной мощности (2) от температуры окружающей ^реды

Таким образом, автогенераторы на мощных ПТ перекрывают практически все используемые диапазоны частот. Для ряда применений важное значение имеют уровни фазовых шумов автогенераторов. Как вытекает из рис. 9.72, по этому параметру СВЧ-геyнраторы на GaAs мощных ПТШ уступают генераторам на СВЧ-биполярных транзисторах и диодах Ганна. Ожидается уменьшение уровня модуляционных шумов на 20 дБ при разработке мощных ПТШ с субмикронной длиной канала [188].

Дьяконов В.П. Схемотехника устройств на мощных полевых транзисторах

Источник

Читайте также:  Перестал работать генератор тойота
Adblock
detector