3.6 Генератори рч-сигналів

Для робіт в області радіозв'язку потрібні різні типи РЧ-генераторів. Хоча охопити всі схеми, включаючи спеціалізовані, неможливо, розглянемо деякі найпоширеніші типи (мал. 4.6 - 4.8).

На рис.4.6а показана загальна схема генератора сигналів. Впродовж багатьох років вона використовувалася в більшості промислових

РЧ-генераторів. Хоча показана тут схема з одним перебудовуваним генератором в першу чергу характерна для більш дешевих моделей, вона зустрічається і у високоякісних приладах, особливо попередніх поколінь (наприклад, Measuremen Соrроration Моdel 80). Єдиний перебудовуваний генератор, як правило, з конденсаторною перебудовою формує сигнал необхідної частоти. Далі сигнал поступає на вихідний атенюатор, калібрується і покидає генератор.

С игнали для амплітудної і частотної модуляції в генераторах цього типу подаються безпосередньо на задаючий генератор. Можливість частотної модуляції забезпечується реактансною схемою або діодом в коливальному LС-контурі. Амплітудна модуляція звичайно здійснюється модуляцією напруги живлення. Якщо амплітудна модуляція

Мал. 4.6а. Проста схема РЧ-генератора.

Мал. 4.б. Схема РЧ-генератора з буферним підсилювачем.

Мал. 4.6в. Схема РЧ-генератора з регулюванням рівня вихідного сигналу.

здійснюється безпосередньо в задаючому осциляторі, то можна тримати парі, що є можливість здійснювати частотну модуляцію незалежно від того, що написане на панелі управління. Можливість отримання ЧМ-сигналу пояснюється тим, що модульований осцилятор має тенденцію до зміни частоти при модуляції. Наприклад, генератор Measurement Соrрrаtiоn Моdеl 80, дає ЧМ-сигнал на частоті 150 МГц з девіацією від -25 до +25 кГц при коефіцієнті амплітудної модуляції 30% (девіація зменшується при зменшенні коефіцієнта модуляції).

Дещо складніший генератор з перебудовуваним задаючим осцилятором представлений на мал. 4.бв. В цьому випадку, амплітудна і фазова модуляції здійснюються з допомогою модуляційного блоку, тоді як частотна модуляція відбувається безпосередньо в коливальному контурі задаючого осцилятора.

Рис.4.7. Генератор субгармонік.

Особливістю схеми є регулювання підсилення вихідного сигналу. Модулятор має вхід автоматичного регулювання підсилення (АРУ), і цей вхід використовується для контролю рівня

вихідного сигналу. Підсилювач А1 використовується для порівняння амплітуди СR1 вихідного сигналу, що продетектує діодом, з рівнем постійного потенціалу, що задається схемою контролю вихідного рівня (R1- потенціометр).

Якщо рівень вихідного сигналу міняється, то підсилення модулятора підстроюється так, щоб повернути його до рівня, що задається потенціометром R1. Інший метод амплітудної модуляції

полягає в модуляції сигналу на вході АРУ.

Генератор, представлений на мал. 4.7, формує сигнали на високих частотах, звично в нижній частині ОВЧ-діапазону. Задаючий генератор при цьому повинен перекривати діапазон принаймні, в одну октаву. Набір двійкових лічильників і пов'язаних з ними фільтрів нижніх частот формує сигнали нижнього діапазону з сигналів верхнього діапазону. Для простоти тут показана тільки задаюча частина схеми, інше аналогічно схемі на мал. З.бв.

Мал. 4.8а. Гармонійний синтезатор частот.

Три типи синтезаторів частот показано на мал. 4.8. Ці спрощені схеми демонструють гармонійний (мал. 3.8а) і прямий (рис.3.8б) методи синтезу. При гармонійному синтезі сигнал від генератора з широким спектром гармонік подається на систему смугових фільтрів. Ці фільтри виділяють необхідні гармоніки. В деяких випадках використовується тільки одна гармоніка, в інших для синтезу необхідного сигналу змішуються набори гармонік.

У схемі прямого синтезу для настройки генератора, керованого напругою (ГУН), на задану частоту використовується система фазового автопідстроювання частоти (ФАПЧ). Сигнал ГУН або одержаний від нього розподілом частоти порівнюється з опорним (1 МГц в даному випадку) у фазовому детекторі. Сигнал, відфільтрований після фазового детектора, є сигналом узгодження по постійному струму. Він може бути підсилений підсилювачем постійного струму і поданий на ГУН для коректування частоти вихідного сигналу. В більшості широкосмугових генераторів між ГУН і фазовим детектором є дільник частоти, що знижує її до частоти опорного сигналу.

Гетеродинний синтезатор частот показаний на мал. 4.8в. Схеми цього типу були основою перших комерційних, радіомовних, персональних і аматорських радіопередавачів з синтезом частот.

Більшість сучасних синтезаторів частот побудована на комбінації двох або трьох вищенаведених методів, раніше всього представлених на мал. 4.8б і 4.8в.

Мал. 4.8б. Синтезатор частоти з ФАПЧ.

Мал. 4.8в. Гетеродинний синтезатор частот.

При ретельному екрануванні, надійній фільтрації сигналу і хорошій конструкції синтезатора частот, його вихідний сигнал може не відрізнятися від вихідного сигналу одночастотного генератора.

Мал. 4.9а. Двохканальна 50-омна схема сполучення/розгалуження.

Мал. 4.9б. Трьохканальна 50-омна схема з'єднання/розгалуження.

У ході багатьох вимірювань виникає необхідність об'єднання двох або більш приладів для формування сумарного сигналу. Наприклад, при настройці радіоприймача ЧМ-сигналів за допомогою генератора частоти, що коливається, може виникнути необхідність об'єднання допоміжного і основного радіосигналів. На мал. 4.9а показана схема сполучення виходів двох генераторів з вихідними опорами 50 Ом в один загальний вихід з тим же опором. На мал. 4.9б показана схема сполучення трьох 50-омних генераторів.

Розбіжність між очікуваним згідно показим регуляторів значенням вихідної напруги і реальними показими навантаженню, що розузгодило.

Мал. 4.10. Коаксіальний кабель, пов'язаний з навантаженням, що розузгодило.

Мал. 4.11. Схема для розрахунку вихідного сигналу

приладів може пояснюватися декількома причинами. Розглянемо дві з них (мал. 4.10 і 4.11).

Перша причина - можливе утворення стоячої хвилі у вихідному кабелі унаслідок

навантаження, що розузгодило. Коаксіальний кабель на виході РЧ-генератора є передаючою лінію, що особливо важливе на високих частотах, де його довжина стає

порівнянною з довжиною електромагнітної хвилі. Такий випадок представлений на мал. 4.10. Тут представлений 50-омний генератор з 50-омної лінією на виході, навантаженою на високоомний опір. В результаті, як і в будь-якій лінії, що розузгодила, виникає стояча хвиля. Коефіцієнт стоячої хвилі по напрузі (КСВН), що вводиться для лінії, показує, що напруга,

вимірювана в будь-якій точці лінії, є сумою алгебри біжить вперед і відображеної хвиль і, як правило, не відповідає показом аттенюатора на виході генератора. Хорошим рішенням цієї проблеми може бути використання аттенюатора з ослабленням 1-3 дБ між кабелем і навантаженням.

Другою причиною може являтися навантаження безпосередньо на виході генератора, що розузгодило. Наприклад, однією школою

для радіофізичних експериментів був придбаний новий генератор функцій з верхньою частотою 11 МГц. Цей генератор мав вихідний імпеданс 600 Ом, а не 50 Ом, як вимагалося в керівництві для лабораторних робіт. Реальну напругу на виході генератора, в цьому випадку, можна обчислити виходячи із звичного співвідношення для напруги:

V0 = VR/(R + 600)

де V0 - реальна вихідна напруга, V - встановлена вихідна напруга, R - опір навантаження, 600 -імпедансного генератора. Таким чином, для 600-омного генератора з опором навантаження 50 Ом вихідна напруга склала всього 50/650 від встановленого.