《B信号发生器》PPT课件.ppt
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1、第第6 6章章 系统分析系统分析 3.4 射频信号发生器射频信号发生器 射频信号发生器是指能产生正弦信号,频率范围部分或全部复盖300kHz土GHz(允许向外延伸),并且具有一种或一种以上调制或组合调制(正弦调幅、正弦调频、断续脉冲调制)的信号发生器,也称为高频信号发生器。第第6 6章章 系统分析系统分析 按照国家标准GBl211489高频信号发生器技术条件规定,射频信号发生器分为调谐信号发生器、锁相信号发生器及合成信号发生器三类。和低频信号发生器相比,高频信号发生器的输出幅度调节范围较大。为了适应对接收机等设备的测试需要,要求高频信号发生器能有可调节的微弱信号的输出(可小于1uV),同时就要
2、求该类信号发生器有良好的屏蔽,以免信号泄漏而影响测量准确性。也是出于对各类接收设备性能测试的需要,高频信号发生器应有调制功能,以输出所需的已调高频信号。第第6 6章章 系统分析系统分析 高频信号发生器框图如图341。不同类别的发生器的主要区别在于振荡器,即产生高频正弦波的方法不同。第第6 6章章 系统分析系统分析 图3.411 高频信号发生器框图第第6 6章章 系统分析系统分析 一、调谐信号发生器 调谐信号发生器的振荡器通常为LC振荡器,根据反馈方式,又可分为变压器反馈式、电感反馈式(也称电感三点式或哈特莱式)及电容反馈式(也称电容三点式或考毕兹式)三 种振荡器形式。图342、343、344分
3、别给出了三种振荡器的电路及其交流等效电路,并注明了各种方式下的振荡频率。通常用改变电感乙来改变频段,改变电容c进行频段内频率细调。放大器通常采用调谐放大器,其作用一是放大振荡器输出的高频信号电压,二是在输出器和振荡器间起隔离作用(因此也叫缓冲放大器)以提高振荡频率稳定性,第第6 6章章 系统分析系统分析 三是 兼作调幅信号的调幅器,调频一般是在振荡级直接进行,比如用改变偏压的方法改变LC振 荡器中电容以达到调频的目的.70年代后,逐步用宽频带放大器、宽频带调制器和相应的 滤波器,替代了传统的调谐放大器,省去了多联可变电容等元件,提高了高频信号发生器 的可靠性、稳定性及调幅特性。像国产QF107
4、4、QFl076等信号发生器就采用了这些技术,由于使用元件少,可靠性、稳定性不错,而且价格较低,受到要求不高的用户的欢迎。第第6 6章章 系统分析系统分析 图342 变压器反馈振荡器第第6 6章章 系统分析系统分析 图342 变压器反馈振荡器第第6 6章章 系统分析系统分析 XFC-6标准信号发生器可看作高频信号发生器的一个典型例子,其主要技术性能为:频率范围4300MHz,分八档;频率稳定度210-4 10min;输出电压在端接75 V一50mV连续可调;具有内调幅、外调幅、内调频、外调频及外部视频信号调幅等功能。该信号发生器主要用来测试调整及维修相应频率范围内的各种无线电接收设备。图345
5、是XFC6标准信号发生器组成框图。第第6 6章章 系统分析系统分析 图343 电感反馈式振荡器第第6 6章章 系统分析系统分析 4 电容反馈式振荡器第第6 6章章 系统分析系统分析 图3.45 XFC6标准信号发生器组成框图第第6 6章章 系统分析系统分析 二、锁相信号发生器 随着通信及电子测量水平的发展与提高,需要信号发生器能有足够宽的频率复盖,足够高的频率准确度和稳定度。上述由LC振荡电路或RC振荡器为主振器的信号发生器已不能适应更高的要求。锁相信号发生器是在高性能的调谐式信号发生器中增加频率计数器,并将信号源的振荡频率利用锁相原理锁定在频率计数器的时基上,而频率计数器又是以高稳定度的石英
6、晶体振荡器为基准的,从而使锁相信号发生器的输出频率的稳定度和准确度大大提高,信号 频谱纯度等性能特性也有很大改善。第第6 6章章 系统分析系统分析 图346是锁相环路的基本方框图,主要由电压控制振荡器(简称VCO,其振荡频率可由偏置电压改变。比如改变变容二极管两端直流电压,就可改变 其等效电容,从而改变由它构成的振荡器的频率)、鉴相器(简称PD,其输出端直流电压随其两个输入信号的相位差改 变)、低通滤波器(简称PLF,在这里的 作用是滤除高频成分,留下随相位差变 化的直流电压)及晶体振荡器等部分构 成。该锁相环的基本工作原理如下:当压控振荡器输出:频率f2由于某种原因变化时,相应相位也产生变化
7、,第第6 6章章 系统分析系统分析 图3.46 锁相环基本方框图第第6 6章章 系统分析系统分析 相应相位也产生变化,该相位变化在鉴相器中与基准晶振频率f1的稳定相位相比较,使鉴相器输出一个与相位差成比例的电压ud(t),经过低通滤波器,检出其直流分量uc(t),用uc(t)控制压控振荡器中压控元件数值(如变容二极管电容),从而调整VCO的输出频率f2,使其不但频率和基准晶振一致,相位也同步,这时称为相位锁定,因此最终VCO的频率输出稳定度就由晶振频率f1所决定。锁相环的电路形式有多种,根据不同的电路结构,锁相环可以完成频率的加、减、乘、除运算。第第6 6章章 系统分析系统分析 图34-7是国
8、产QFl050型标准信号发生器中振荡器和锁相环部分框图。图中上半部分为射频部分:由变容二极管调谐的VCO,直接产生75110MHz信号,经缓冲、放大和衰减器后由插孔输出.80MHz晶振输出信号与VCO输出信号在混频器中混合,取出差频信号,获得0330MHz输出信号。调频信号加至VCO变容管,实现调频,高频段(75110MHz)调幅由调制器I完成,0330MHz频段调幅由调制器完成。由衰减器输入端取出的部分射频信号经检波和运放后,去调制PIN二极管工作点,以达到自动电平控制(ALC)目的。第第6 6章章 系统分析系统分析 锁相部分:由射频输出端送来的取样信号经放大后,送至分频器和预置计数器进行分
9、频,变为50Hz信号,送入鉴相器。预置计数器的分频比是由控制部分置定的频率值的代码决定的,并且分频比可变。由16MHz基准晶振产生的信号经分频后得到50Hz信号也送入鉴相器,并与取样信号进行同频鉴相,其输出的误差电压经有源低通滤波器滤波后,反馈到VCO的变容二极管,以达到锁相目的。第第6 6章章 系统分析系统分析 图3.47 QFl050信号发生器部分电路框图第第6 6章章 系统分析系统分析 三、合成信号发生器 合成信号发生器是用频率合成器代替信号发生器中主振荡器。它既有信号发生器良好 的输出特性和调制特性,又有频率合成器的高稳定度、高分辨力的优点,同时输出信号的频率、电平、调制深度等均可程控
10、,是一种先进高档次的信号发生器。为了保证良好的性 能,合成信号发生器的电路一般都相当复杂,但其核心是频率合成器。第第6 6章章 系统分析系统分析 频率合成器是把一个(或少数几个)高稳定度频率源fs。经过加、减、乘、除及其组合运算,以产生在定频率范围内,按一定的频率间隔(或称频率跳步)的一系列离散频率的信号发生器。频率合成的方法分为直接合成法和间接合成法两类。第第6 6章章 系统分析系统分析 直接合成法是将基准晶体振荡器产生的标准频率信号,利用倍频器、分频器、混频器及滤波器等进行一系列四则运算以获得所需要的频率输出。在这种合成法中,又可分为非相干式直接合成器和相干式直接合成器。若用多个石英晶体产
11、生基准频率,产生混频的两个基准频率之间相互独立,就叫做非相干式直接合成器。如果只用一个石英晶体产生基准 频率,然后通过分频、倍频等,使加入混频器的频率之间是相关的,就称为相干式频率合成器。第第6 6章章 系统分析系统分析 图348是相干式直接频率合成器的原理图。图中晶振产生1MHz基准信号,并由 谐波发生器产生相关的1MHz、2MHz、9MHz等基准频率,然后通过十进制分频器 (完成10运算)、混频器和滤波器(完成加法或减法运算),最后产生4628MHz输出信号。只要选取不同次谐波进行合适的组合,就能得到所需频率的高稳定度信号,频率间隔可以做到01Hz以下。这种方法频率转换速度快,频谱纯度高。
12、但它需要众多的混频器、滤波器,因而显得笨重。目前多用在实验室、固定通讯、电子对抗和自动测试等领域。第第6 6章章 系统分析系统分析 图348 直接式频率合成器原理框图第第6 6章章 系统分析系统分析 间接合成法即锁相环路法,图349是它的原理框图。图中压控振荡器输出频率经分 频后得到 频率的信号送往鉴相器,与采自晶振输出经n2次分频的频率f0/n2的信号进行相位比较,由前面的锁相环路的介绍可知,当 即(3.4-1)第第6 6章章 系统分析系统分析 时,相位锁定,输出信号按式(34-1)的频率输出,且具有与f0。即晶振信号同样的稳定度。为了有效地锁相,需要鉴相器两输入信号频率足够接近。如果两信号
13、频率相差较大,可先进行鉴频,用鉴频器输出控制VCO实现频率粗调,而后利用鉴相器输,出控制VCO实现频率细调。间接式频率合成器的优点是省去了滤波器和混频器,因而电路简单,价格便宜,但频率转换速度较慢。第第6 6章章 系统分析系统分析 图349 间接式频率合成器原理框图第第6 6章章 系统分析系统分析 实际应用的合成信号发生器往往是多种方案的组合,以解决频率复盖、频率调节、频率跳步、频率转换时间及噪声抑制等问题。当前合成信号发生器的发展趋势仍是宽频率复 盖、高频率稳定度和准确度、数字化、自动化、小型化和高可靠性。第第6 6章章 系统分析系统分析 四、射频信号发生器代表性产品性能介绍 表341列出了
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