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HF-Hochfrequenzsignalgenerator

HF-Hochfrequenzsignalgenerator

Hochfrequenz-HF-Signalgeneratoren sind ein wesentlicher Bestandteil der Testinstrumentierung für jeden Bereich, in dem HF- oder Mikrowellentests und -entwicklungen durchgeführt werden.

Ein Mikrowellen- oder HF-Signalgenerator stellt eine Signalquelle bereit, mit der der Betrieb der getesteten oder entwickelten Schaltung getestet werden kann. Im Gegensatz zu vielen anderen Testgeräten führt der Signalgenerator keine Messungen durch, bietet jedoch die richtigen Testbedingungen für andere Testinstrumente, um die Ausgangssignale des zu testenden Geräts zu messen.

Der Zweck des Signalgenerators besteht darin, ein Signal mit bekannten Eigenschaften zu erzeugen: Frequenz, Amplitude, Modulation und dergleichen. Es ist daher möglich, die Reaktion der Schaltung zu betrachten und genau zu wissen, wie sie ausgeübt wurde.

Oft wird ein HF-Signalgenerator zusammen mit anderen Testinstrumenten wie Oszilloskopen, Spektrumanalysatoren, Leistungsmessern, Frequenzzählern und dergleichen verwendet.

Arten von HF-Signalgeneratoren

Es ist möglich, Hochfrequenzsignalgeneratoren auf verschiedene Arten zu entwerfen. Auch mit Entwicklungen, die im Laufe der Jahre in der Elektronikschaltung gemacht wurden, haben sich verschiedene Techniken entwickelt.

Die Fähigkeiten der verfügbaren Testinstrumente haben sich in den letzten Jahren erheblich entwickelt, die Grundkonzepte bleiben jedoch gleich.

Es kann gesagt werden, dass es zwei Arten von Signalgeneratoren gibt, die verwendet werden können:

  • Freilaufende HF-Signalgeneratoren: Diese HF-Generatoren werden heutzutage selten verwendet, da ihre Frequenz dazu neigt, zu driften. Manchmal verwendeten einfache Low-End-Signalgeneratoren einen oder zwei Transistoren und hatten ein sehr einfaches Leistungsniveau, und ihre Kosten waren für viele Experimentatoren erschwinglich. Diese sehr einfachen HF-Signalgeneratoren werden heutzutage selten gesehen.

    Es wurden jedoch freilaufende High-End-HF-Generatoren hergestellt, die den Vorteil haben, dass das erzeugte Signal sehr sauber ist und nicht den Pegel des Phasenrauschens auf beiden Seiten des Hauptsignals aufweist, der bei einigen anderen Hochfrequenzsignalgeneratoren vorhanden ist.

    Einige Signalgeneratoren verwendeten eine Form eines Frequenzregelkreises, um ein Mittel zum Hinzufügen einer gewissen Frequenzstabilität bereitzustellen, während die sehr geringen Pegel des Phasenrauschens beibehalten wurden. Auch dies ist heutzutage nicht üblich, da sich die Leistung von HF-Signalgeneratoren unter Verwendung der Frequenzsynthesizer-Technologie erheblich verbessert hat.

  • Synthetisierte Hochfrequenzsignalgeneratoren: Nahezu alle heute verwendeten Hochfrequenzsignalgeneratoren verwenden die Frequenzsynthesizertechnologie. Mit dieser Technik können Frequenzen direkt über eine Tastatur oder über eine Fernbedienung eingegeben und das Ausgangssignal sehr genau bestimmt werden. Die Genauigkeit hängt entweder von einem internen Referenzoszillator ab, der einen sehr hohen Genauigkeitsgrad aufweisen kann, oder das Signal kann an eine externe Frequenzreferenz gebunden werden, die außerordentlich genau sein kann.

    Es gibt zwei Haupttechniken, die in synthetisierten HF-Signalgeneratoren verwendet werden:

    • Synthesizer mit Phasenregelkreis: Phasenregelkreis-Synthesizer werden in den meisten HF-Signalgeneratoren verwendet, da sie die Erzeugung von Signalen über einen weiten Frequenzbereich mit einem relativ geringen Pegel von Störsignalen ermöglichen. Die Phase-Locked-Loop-Synthesizer-Technologie ist gut entwickelt und ermöglicht die Herstellung von Hochleistungs-HF-Signalgeneratoren.
    • Direkter digitaler Synthesizer, DDS: Direkte digitale Synthesetechniken können in HF-Signalgeneratoren verwendet werden. Sie ermöglichen es, relativ leicht sehr feine Frequenzinkremente zu erreichen. Die maximale Grenze eines DDS ist jedoch normalerweise viel niedriger als die für den Signalgenerator erforderlichen Spitzenfrequenzen, so dass sie in Verbindung mit Phasenregelkreisen verwendet werden, um den erforderlichen Frequenzbereich zu erhalten.

Unabhängig vom verwendeten Oszillatortyp sind Stabilität, Steuerung, Genauigkeit und auch Phasenrauschen wichtige Themen. Für viele der heutigen Anforderungen an Testinstrumente bedeutet die Verwendung von Frequenzsynthesizern, dass die Stabilität, Kontrolle und Genauigkeit sehr gut sind. Das Phasenrauschen kann jedoch in einigen Anwendungen ein Problem sein.

Betrieb des HF-Signalgenerators

Um die Funktionsweise eines generischen Mikrowellen- oder HF-Signalgenerators zu verstehen, ist es nützlich zu verstehen, was in einem grundlegenden Blockdiagramm enthalten ist.

Innerhalb eines modernen HF-Signalgenerators gibt es eine Reihe von Hauptschaltungsblöcken oder -abschnitten:

  • Oszillator: Der wichtigste Block innerhalb des HF-Signalgenerators ist der Oszillator selbst. Dies kann jede Form von Oszillator sein, aber heute würde es mit ziemlicher Sicherheit aus einem Frequenzsynthesizer gebildet werden. Dieser Oszillator würde Befehle von der Steuerung entgegennehmen und auf die erforderliche Frequenz eingestellt werden.
  • Verstärker: Der Ausgang des Oszillators muss verstärkt werden. Dies wird mit einem speziellen Verstärkermodul erreicht. Dadurch wird das Signal normalerweise auf einen festen Pegel verstärkt. Es würde eine Schleife haben, um den Ausgangspegel bei allen Frequenzen und Temperaturen genau zu halten. Diese Schleife wird genau gesteuert, da die Genauigkeit der endgültigen Ausgabe davon abhängt.
  • Abschwächer: Am Ausgang des Signalgenerators befindet sich ein Dämpfungsglied. Dies dient dazu, eine genaue Quellenimpedanz aufrechtzuerhalten und den Generatorpegel sehr genau einzustellen. Insbesondere sind die relativen Leistungspegel, d. H. Beim Wechsel von einem Pegel zu einem anderen, sehr genau und repräsentieren die Genauigkeit des Dämpfers. Es ist anzumerken, dass die Ausgangsimpedanz für die höchsten Signalpegel, bei denen die Dämpfung geringer ist, weniger genau definiert ist. Die Pegel können häufig in Schritten von 0,1 dB über den Bereich eingestellt werden.
  • Steuerung: Mithilfe fortschrittlicher Prozessoren wird sichergestellt, dass der HF- und Mikrowellensignalgenerator einfach zu steuern ist und auch Fernsteuerungsbefehle entgegennehmen kann. Der Prozessor steuert alle Aspekte des Betriebs der Testausrüstung. Bei vielen modernen Signalgeneratoren sind auch ein großer Bildschirm und Bedienelemente vorhanden.

Funktionen des HF-Signalgenerators

Mikrowellen- und HF-Signalgeneratoren können heutzutage eine Vielzahl von Funktionen und Einrichtungen bieten. Dazu gehören einige, die unten aufgeführt sind:

  • Frequenzbereich: Natürlich ist der Frequenzbereich des HF-Signalgenerators von größter Bedeutung. Es muss in der Lage sein, alle Frequenzen abzudecken, die wahrscheinlich erzeugt werden müssen. Wenn Sie beispielsweise einen Empfänger in einem Gerät testen, sei es ein Mobiltelefon oder ein anderer Funkempfänger, müssen Sie nicht nur die Betriebsfrequenz überprüfen können, sondern auch andere Frequenzen, bei denen Probleme wie Bildunterdrückung usw. auftreten.
  • Ausgangspegel: Der Ausgangsbereich für einen HF- und Mikrowellensignalgenerator wird normalerweise mit einem relativ hohen Maß an Genauigkeit gesteuert. Die Leistung innerhalb der Testausrüstung selbst wird auf einem konstanten Niveau gehalten und dann durch ein hochwertiges variables Dämpfungsglied geleitet. Diese werden normalerweise umgeschaltet, um ein Höchstmaß an Genauigkeit zu erzielen. Der Bereich wird normalerweise am oberen Ende durch den Endverstärker im HF-Signalgenerator begrenzt. Ein typischer Pegelausgangsbereich kann in Schritten von 0,1 dB zwischen -127 dBm und +7 dBm liegen.
  • Modulation: Einige HF- oder Mikrowellensignalgeneratoren verfügen über eingebaute Oszillatoren, die das Ausgangssignal modulieren können. Andere haben auch die Möglichkeit, Modulation von einer externen Quelle anzuwenden. Die Fähigkeiten verschiedener Signalgeneratoren variieren erheblich, aber die Top-End-Testinstrumente bieten sehr hohe Fähigkeiten.

    Da beispielsweise Modulationsformate für Anwendungen wie die Mobilkommunikation immer komplizierter werden, mussten die Funktionen von HF-Signalgeneratoren flexibler werden, wobei einige komplexe Modulationsformate wie QPSK, QAM und dergleichen zulassen. Signalgeneratoren, die komplexe Modulationsformate unterstützen, werden häufig als Vektorsignalgeneratoren bezeichnet.

  • Steuerung: Heutzutage gibt es viele Möglichkeiten, HF- und Mikrowellensignalgeneratoren zu steuern. Während sie in der Regel über herkömmliche Bedienelemente auf der Vorderseite verfügen, gibt es auch viele Optionen für die Fernbedienung. Die meisten Laborgeräte-Testgeräte sind standardmäßig mit GPIB ausgestattet, jedoch mit Optionen wie RS-232 und Ethernet / LXI.

    Eine weitere Option sind Rack-Technologien, von denen PXI / PXI Express am häufigsten verwendet wird. PXI basiert auf dem PCI-Bus, wurde jedoch speziell für Testinstrumente angepasst. Das System ist standardisiert und eine Reihe von Herstellern vermarkten PXI-Testgeräte. Eine Vielzahl von PXI-basierten HF-Signalgeneratoren ist verfügbar.

    Da eine Reihe von Elementen wie Oszilloskope und Spektrumanalysatoren in einem USB-Format verfügbar sind, gilt dies auch für USB-Signalgeneratoren. Derzeit gibt es keine große Auswahl davon. Normalerweise stellen USB-Testinstrumente die Kernfunktionalität der Testausrüstung bereit, werden jedoch über die USB-Schnittstelle mit Strom versorgt und nutzen auch die Verarbeitungsleistung des zugehörigen Computers, um die Mensch-Maschine-Schnittstelle bereitzustellen. Dieser Ansatz reduziert die Kosten des Instruments erheblich. Während viele USB-Testinstrumente sehr gut sind, gibt es zum Beispiel einige ausgezeichnete USB-Oszilloskope auf dem Markt, aber es muss darauf geachtet werden, dass ein Testinstrument mit der erforderlichen Qualität erhalten wird.

  • Fegen: Für einige Signalgeneratoranwendungen ist es erforderlich, die Frequenz des HF-Signalgenerators abtasten zu können. Wenn diese Funktion erforderlich ist, muss die Spezifikation für die Testinstrumente überprüft werden, die als nicht alle HF-Signalgeneratoren betrachtet werden, die einen solchen Sweep liefern, obwohl das schrittweise Programmieren einer schrittweisen Erhöhung der Frequenz des Ausgangs eine Option sein kann könnte ausreichen.

Mikrowellen- und HF-Signalgeneratoren werden häufig in Testlabors eingesetzt, die sich mit Funkgeräten jeglicher Art befassen. Diese Testinstrumente können für alle Bereiche verwendet werden, von Mobilfunkgeräten über Kommunikationsgeräte bis hin zu Rundfunksendern und -empfängern, drahtlosen Produkten wie Bluetooth, Wi-Fi und vielen weiteren Standards . Mit viel mehr Elementen, die HF- und Mikrowellensignale verwenden, wird die Verwendung von HF-Signalgeneratoren nur zunehmen.

Es gibt eine große Auswahl dieser Testinstrumente von verschiedenen Herstellern und Lieferanten, und die verschiedenen HF-Signalgeneratoren unterscheiden sich erheblich in den Spezifikationen und Fähigkeiten, die sie bieten. Die Kosten können erheblich variieren - Low-End-HF-Generatoren sind ab etwa 100 US-Dollar erhältlich, bis hin zu Top-End-Generatoren mit einem Preis von über 50.000 US-Dollar. Angesichts der Kosten dieser Testinstrumente ist es möglich, sie neu oder als Zweitbenutzertest zu kaufen Ausrüstung.

Schau das Video: Understanding Signal Generators (Oktober 2020).