Генератор электромагнитных колебаний входит в состав большинства радиосистем. Он может быть выполнен в виде самостоятельного встроенного прибора, совмещенного или вспомогательного узла, отдельной системы. Из существующего разнообразия различных по типу, назначению и исполнению генераторов в радиоизмерениях обычно используется измерительный генератор — прибор, предназначенный для генерации электрических колебаний заданной формы с заданными значениями параметров. Он представляет собой экранированный источник электрических сигналов определенной формы, параметры которых (частота, мощность и другие) могут быть постоянными или регулируемыми в определенных пределах с помощью органов регулировки.
Измерительные генераторы могут быть разделены на следующие основные группы: генераторы гармонических (синусоидальных колебаний, обозначение ГЗ и Г4), генераторы импульсов (Г5) генераторы шумовых сигналов (Г2) и генераторы сигналов специальной формы (Г6). Самый распространенный тип измерительных генераторов — это генераторы гармонических колебаний.
Генераторы гармонических колебаний имеют следующие основные характеристики: диапазон частот, в котором генерируются электрические колебания с нормируемой погрешностью установки частоты; диапазон изменения выходной мощности (или напряжения); пределы изменения и отсчета параметров модуляции; тип выходного тракта (коаксиальный или волноводный заданного сечения).
В зависимости от диапазона генерируемых частот и типа тракта генераторы гармонических колебаний разделяются на низкочастотные от 20 Гц до 300 кГц (группа ГЗ), высокочастотные — от 30 кГц до 300 МГц; сверхвысокочастотные от 300 МГц до 18 ГГц с коаксиальным выходом и сверхвысокочастотные с волноводным выходом (свыше 6 ГГц). По виду модуляции генераторы могут быть: с амплитудной синусоидальной модуляцией (AM); с частотной синусоидальной модуляцией (FM); с амплитудно-импульсной модуляцией (РМ); с частотно-импульсной модуляцией (FT); с однополосной модуляцией (SM); с фазово-импульсной модуляцией (ψТ)
Уровень выходной мощности генераторов гармонических колебаний может быть калиброванным или некалиброванным. В случае, если уровень мощности калиброван, генератор называют генератором стандартных сигналов; при некалиброванном уровне его называют генератором сигналов. Мощность на выходе генераторов стандартных сигналов меньше, однако может регулироваться в более широких пределах — от десятых долей ватта до 10-14 Вт.
Измерительные генераторы различаются по классу точности. При этом рассматриваются три основных параметра — частота, условно обозначаемая F, напряжение (мощность) U (Р), параметры модуляции М, Δωτ, и т. д. По системе условных обозначений можно определить, какой параметр имеет калиброванные значения и с какой погрешностью он может быть установлен.
К нормируемым метрологическим характеристикам генераторов относятся следующие:
· диапазон частот;
· погрешность установки частоты;
· нестабильность частоты сигнала за определенный интервал времени;
· погрешность установки опорного уровня мощности;
· погрешность установки ослабления аттенюатора (погрешность установки уровня относительно его опорного значения);
· нестабильность опорного уровня мощности;
· погрешность установки длительности выходного радиоимпульса;
· искажение формы радиоимпульса в режиме импульсной модуляции;
· длительность фронта и среза, неравномерность вершины импульса;
· КСТВ выхода генератора;
· погрешность установки девиации частоты;
· дополнительная погрешность установки девиации частоты в диапазоне модулированных частот;
· коэффициент паразитной амплитудной модуляции частотно-модулированного сигнала;
· искажение формы синусоиды — уровень гармоник в выходном сигнале генератора;
· основная погрешность установки коэффициентов модуляции;
· дополнительная погрешность установки коэффициентов модуляции в диапазоне модулирующих частот;
· искажение формы огибающей модулированного сигнала — коэффициент гармоник формы огибающей;
· погрешность модулирующей частоты в режиме внутренней модуляции;
· паразитная девиация частоты амплитудно-модулированного сигнала;
· допускаемое изменение частоты при изменении ослабления выходного аттенюатора;
· дополнительные погрешности установки частоты, опорного уровня мощности, параметров модуляции в зависимости от условий эксплуатации;
· дополнительная погрешность установки уровня мощности при малых значениях;
· погрешность установки опорного уровня мощности в режиме модулированных колебаний;
· погрешность частоты повторения (следования) импульсов внутреннего модулятора.
В зависимости от специфики работы и устройства генератора могут нормироваться и другие метрологические характеристики.
9.1 Принципы генерирования сигналов СВЧ
Существующие генераторы сигналов СВЧ построены на различных принципах действия. В основу генератора могут быть положены такие электронные приборы, как клистрон, магнетрон, оротрон, транзистор, лампа бегущей волны (ЛБВ), лампа обратной волны (ЛОВ) и различные типы полупроводниковых диодов: лавинно-пролетные (ЛПД), диоды Ганна, диоды с накоплением заряда (ДНЗ). Известны и другие типы источников СВЧ колебаний. Каждый из названных электронных приборов имеет свои области применения, преимущества и недостатки. Например, наибольшую выходную мощность можно получить с помощью магнетронов и мазеров на циклотронном резонансе, которая ограничивается мощностью электрического пробоя используемого тракта. Максимальная выходная мощность измерительных генераторов обычно не превышает 10-2—10Вт, что оказывается достаточным для большинства задач, решаемых в измерительной технике. В качестве источников СВЧ колебаний в измерительных генераторах наибольшее распространение получили клистроны, диоды Ганна, транзисторы и лампы обратной волны.
Общий принцип действия электровакуумных генераторов и усилителей СВЧ основан на взаимодействии электронного потока с электромагнитным полем, когда осуществляется преобразование кинетической энергии электронов в энергию электромагнитных колебаний. Электроны приобретают кинетическую энергию от источников постоянного тока, питающих генератор или усилитель. Таким образом мощность постоянного тока с определенным коэффициентом полезного действия преобразуется в мощность электромагнитных СВЧ колебаний. С энергетической точки зрения коэффициента полезного действия является важной характеристикой генераторного прибора, однако мощность измерительных генераторов мала, а условия применения практически не ограничивают потребляемую мощность, поэтому КПД на измерительные генераторы не нормируется.
Загрузка...
