Измерительные генераторы сигналов сверхвысокой частоты

ИГ сверхвысоких частот (И ГСВЧ) предназначены для работы в диапазоне частот 300 МГц…40 ГГц и используются для исследований, настройки и испытаний аппаратуры радиорелейной, тропосферной и космической связи с различными видами модуляции.

Для И ГСВЧ характерно однодиапазонное построение с небольшим перекрытием по частоте (около октавы). Некалиброванная выходная мощность И ГСВЧ — несколько ватт, а калиброванная мощность — достигает нескольких микроватт. Шкалы калиброванных аттенюаторов ИГСВЧ градуируют в [дБ], а у ГСС — в [дБ] и [мкВт].

В зависимости от типа выходного разъема ИГСВЧ подразделяют на генераторы с коаксиальным и волноводным выходом. Особенностями ИГСВЧ с волноводным выходом являются относительная простота электронной части схемы и сложность механических узлов приборов.

Упрощенная структурная схема ИГСВЧ включает собственно задающий СВЧ-генератор, модуляционный блок, измеритель мощности, частотомер, калиброванный аттенюатор и согласующее устройство (рис. 3.5).

Рис. 3.5. Структурная схема ИГСВЧ.

Задающий СВЧ-генератор может быть выполнен с использованием как электровакуумных приборов (клистрон, лампа бегущей волны, лампа обратной волны, магнетрон), так и различных полупроводниковых приборов (лавинно-пролетные диоды, диоды Ганна, туннельные диоды, диоды с накоплением заряда, СВЧ-транзисторы). Каждый из названных электронных приборов имеет свои области применения, преимущества и недостатки. ИГСВЧ на электровакуумных приборах имеют достаточно громоздкую конструкцию, но позволяют получить наибольшую выходную мощность. ИГСВЧ на полупроводниковых приборах отличаются простотой конструкции, высокой надежностью, малыми габаритами [8].

Стабильность частоты ИГСВЧ определяется стабильностью параметров объемных резонаторов, а также электрическим и температурным режимом активных элементов.

В диапазоне СВЧ используют различные виды модуляции. Как правило, амплитудная модуляция осуществляется синусоидальным или импульсным сигналом, а модуляция по частоте — синусоидальным и пилообразным сигналами. Источник внутренней модуляции образуется в модуляционном блоке. Заметим, что модуляция несущей путем изменения режима работы задающего генератора обычно связана с появлением паразитной модуляции. Например, амплитудная модуляция приводит к паразитной частотной, поэтому в современных ИГСВЧ амплитудную модуляцию осуществляют на выходе прибора Мощность генерируемых СВЧ колебаний регулируется калиброванным аттенюатором, в котором обычно используется явление затухания сигнала в так называемом предельном волноводе. В качестве аттенюатора СВЧ используют также полупроводниковые/ы'-л-диоды, в которых под действием управляющего тока мощность СВЧ-сигнала шунтируется пропорционально значению управляющего тока.

Выходное сопротивление генератора согласуется с нагрузкой с помощью согласующего устройства, в качестве которого обычно используют ферритовый вентиль.

В СВЧ-диапазоне уровень выходного сигнала оценивают именно по мощности, а не по напряжению или току, так как мощность является величиной постоянной в любом сечении тракта СВЧ и поэтому позволяет оценить уровень сигнала более точно. Измеритель мощности обычно состоит изтермисторной головки и электронного вольтметра.

В ИГСВЧ необходима тщательная экранировка как всего устройства, так и его отдельных узлов, поскольку утечка мощности с ростом частоты возрастает. Провода питания выполняют в виде коаксиальных кабелей со специальным наполнением, хорошо поглощающим энергию СВЧ. Повышенные требования предъявляют и к источникам питания, так как активные элементы СВЧ диапазона чувствительны к нестабильности питающих напряжений.