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Générateur de signaux radiofréquence RF

Générateur de signaux radiofréquence RF

Les générateurs de signaux RF et radiofréquences sont un élément essentiel de l'instrumentation de test pour toute zone où le test et le développement RF ou micro-ondes sont entrepris.

Un générateur de signal hyperfréquence ou RF fournit une source de signal qui peut être utilisée pour tester le fonctionnement du circuit testé ou développé. Contrairement à de nombreux autres équipements de test, le générateur de signaux n'effectue aucune mesure, mais fournit les bonnes conditions de test pour d'autres éléments de l'instrumentation de test afin de mesurer les signaux de sortie de l'unité sous test.

Le but du générateur de signaux est de générer un signal avec des caractéristiques connues: fréquence, amplitude, modulation, etc. Il est donc possible de regarder la réponse du circuit, en sachant exactement comment il a été exercé.

Souvent, un générateur de signaux RF est utilisé avec d'autres instruments de test tels que des oscilloscopes, des analyseurs de spectre, des wattmètres, des compteurs de fréquence et autres.

Types de générateur de signaux RF

Il est possible de concevoir des générateurs de signaux radiofréquences de différentes manières. Également avec les développements qui ont été réalisés dans les circuits électroniques au fil des ans, différentes techniques ont évolué.

Les capacités des instruments de test disponibles se sont considérablement développées ces dernières années, mais les concepts de base restent les mêmes.

On peut dire qu'il existe deux formes de générateur de signaux qui peuvent être utilisées:

  • Générateurs de signaux RF libres de fonctionnement: Ces générateurs RF sont rarement utilisés de nos jours car leur fréquence a tendance à dériver. Parfois, les générateurs de signaux simples bas de gamme utilisaient un ou deux transistors et avaient un niveau de performance très basique et leur coût était abordable pour de nombreux expérimentateurs. Ces générateurs de signaux RF très basiques sont maintenant rarement vus de nos jours.

    Cependant, des générateurs RF à fonctionnement libre haut de gamme ont été fabriqués et ils ont l'avantage que le signal produit est très propre et n'a pas le niveau de bruit de phase de chaque côté du signal principal qui est présent sur certains autres générateurs de signaux radiofréquence.

    Certains générateurs de signaux utilisaient une forme de boucle à verrouillage de fréquence pour fournir un moyen d'ajouter une certaine stabilité de fréquence tout en conservant les très faibles niveaux de bruit de phase. Encore une fois, ceux-ci ne sont pas courants de nos jours car les performances des générateurs de signaux RF utilisant la technologie des synthétiseurs de fréquences se sont considérablement améliorées.

  • Générateurs de signaux radiofréquences synthétisés: Pratiquement tous les générateurs de signaux radiofréquences utilisés aujourd'hui utilisent la technologie des synthétiseurs de fréquences. L'utilisation de cette technique permet de saisir les fréquences directement à partir d'un clavier, ou via une télécommande et elle permet également de déterminer le signal de sortie de manière très précise. La précision dépend soit d'un oscillateur de référence interne qui peut avoir un très haut degré de précision, soit le signal peut être verrouillé sur une référence de fréquence externe qui peut être extrêmement précise.

    Deux techniques principales sont utilisées dans les générateurs de signaux RF synthétisés:

    • Synthétiseur à boucle à verrouillage de phase: Les synthétiseurs à boucle à verrouillage de phase sont utilisés dans la plupart des générateurs de signaux RF car ils permettent de générer des signaux sur une large gamme de fréquences avec un niveau relativement bas de signaux parasites. La technologie des synthétiseurs à boucle à verrouillage de phase est bien développée et permet de produire des générateurs de signaux RF hautes performances en les utilisant.
    • Synthétiseur numérique direct, DDS: Des techniques de synthèse numérique directe peuvent être utilisées dans les générateurs de signaux RF. Ils permettent d'obtenir des incréments de fréquence très fins relativement facilement. Cependant, la limite maximale d'un DDS est normalement bien inférieure aux fréquences supérieures requises pour le générateur de signaux, elles sont donc utilisées en conjonction avec des boucles à verrouillage de phase pour donner la gamme de fréquences requise.

Quel que soit le type d'oscillateur utilisé, la stabilité, le contrôle, la précision ainsi que le bruit de phase sont des questions clés. Pour de nombreuses exigences actuelles en matière d'instrumentation de test, l'utilisation de synthétiseurs de fréquence signifie que la stabilité, le contrôle et la précision sont très bons. Cependant, le bruit de phase peut être un problème dans certaines applications.

Fonctionnement du générateur de signaux RF

Afin de comprendre le fonctionnement d'un générateur générique de micro-ondes ou de signaux RF, il est utile de comprendre ce qui est inclus en termes de schéma fonctionnel de base.

Dans un générateur de signaux RF moderne, il existe un certain nombre de blocs ou sections de circuits principaux:

  • Oscillateur: Le bloc le plus important du générateur de signaux RF est l'oscillateur lui-même. Cela peut être n'importe quelle forme d'oscillateur, mais aujourd'hui, il serait presque certainement formé à partir d'un synthétiseur de fréquence. Cet oscillateur prendrait les commandes du contrôleur et serait réglé sur la fréquence requise.
  • Amplificateur: La sortie de l'oscillateur devra être amplifiée. Ceci sera réalisé à l'aide d'un module amplificateur spécial. Cela amplifiera le signal, généralement à un niveau fixe. Il aurait une boucle autour de lui pour maintenir le niveau de sortie avec précision à toutes les fréquences et températures. Cette boucle est étroitement contrôlée car la précision de la sortie finale en dépend.
  • Atténuateur: Un atténuateur est placé sur la sortie du générateur de signaux. Cela permet de garantir une impédance de source précise et de régler le niveau du générateur de manière très précise. En particulier, les niveaux de puissance relatifs, c'est-à-dire lors du passage d'un niveau à un autre, sont très précis et représentent la précision de l'atténuateur. Il convient de noter que l'impédance de sortie est définie avec moins de précision pour les niveaux de signal les plus élevés où l'atténuation est moindre. les niveaux peuvent souvent être ajustés par incréments de 0,1 dB sur la plage.
  • Contrôle: Des processeurs avancés sont utilisés pour garantir que le générateur de signaux RF et micro-ondes est facile à contrôler et est également capable de prendre des commandes de télécommande. Le processeur contrôlera tous les aspects du fonctionnement de l'équipement d'essai. De plus, un grand écran et des commandes sont présents sur de nombreux générateurs de signaux modernes.

Fonctions du générateur de signaux RF

Les générateurs de signaux micro-ondes et RF sont en mesure d'offrir une grande variété de fonctions et d'installations de nos jours. Ceux-ci incluent certains qui sont détaillés ci-dessous:

  • Gamme de fréquences: Naturellement, la gamme de fréquences du générateur de signaux RF est d'une importance capitale. Il doit pouvoir couvrir toutes les fréquences susceptibles de devoir être générées. Par exemple, lors du test d'un récepteur dans un équipement, que ce soit un téléphone portable ou tout autre récepteur radio, il est nécessaire de pouvoir vérifier non seulement la fréquence de fonctionnement, mais d'autres fréquences où les problèmes tels que le rejet d'image, etc.
  • Niveau de sortie: La plage de sortie d'un générateur de signaux RF et micro-ondes est normalement contrôlée avec un degré de précision relativement élevé. La sortie à l'intérieur de l'équipement de test lui-même est maintenue à un niveau constant puis transmise à un atténuateur variable de haute qualité. Celles-ci sont normalement commutées pour donner le plus haut degré de précision. La portée est normalement limitée à l'extrémité supérieure par l'amplificateur final du générateur de signaux RF. Une plage de sortie de niveau typique peut être comprise entre -127 dBm et +7 dBm par incréments de 0,1 dB.
  • Modulation: Certains générateurs de signaux RF ou micro-ondes ont des oscillateurs intégrés qui peuvent appliquer une modulation au signal de sortie. D'autres ont également la possibilité d'appliquer une modulation à partir d'une source externe. Les capacités des différents générateurs de signaux varient considérablement, mais les instruments de test haut de gamme offrent des niveaux de capacité très élevés.

    Par exemple, les formats de modulation pour des applications telles que les communications mobiles devenant plus compliqués, les capacités des générateurs de signaux RF ont dû devenir plus flexibles, certains permettant des formats de modulation complexes tels que QPSK, QAM et autres. Les générateurs de signaux qui prennent en charge des formats de modulation complexes sont souvent appelés générateurs de signaux vectoriels.

  • Contrôle: De nos jours, il existe de nombreuses options pour contrôler les générateurs de signaux RF et micro-ondes. Bien qu'ils aient tendance à avoir des commandes traditionnelles sur le panneau avant, il existe également de nombreuses options de télécommande. La plupart des équipements de test de laboratoire sont livrés avec le GPIB en standard, mais des options telles que RS-232 et Ethernet / LXI.

    Les technologies de rack dont PXI / PXI Express est la plus largement utilisée sont une autre option. PXI est basé sur le bus PCI, mais a été spécialement adapté pour les instruments de test. Le système est standardisé et un certain nombre de fabricants commercialisent des équipements de test PXI. Une variété de générateurs de signaux RF basés sur PXI sont disponibles.

    Avec un certain nombre d'éléments tels que les oscilloscopes et les analyseurs de spectre disponibles au format USB, il en va de même pour les générateurs de signaux USB. Actuellement, il n'y en a pas une grande variété disponible. Normalement, les instruments de test USB fournissent la fonctionnalité de base de l'équipement de test, mais ils sont alimentés via l'interface USB et utilisent également la puissance de traitement de l'ordinateur associé pour fournir l'interface homme / machine. Cette approche réduit considérablement le coût de l'instrument. Alors que de nombreux instruments de test USB sont très bons - il existe d'excellents oscilloscopes USB sur le marché par exemple, mais il faut faire attention pour s'assurer qu'un instrument de test de la qualité requise est obtenu.

  • Balayage: Pour certaines applications de générateur de signaux, il est nécessaire de pouvoir balayer la fréquence du générateur de signaux RF. Si cette fonctionnalité est requise, il est alors nécessaire de vérifier les spécifications des instruments de test qui sont considérés comme étant que tous les générateurs de signaux RF ne fournissent pas un balayage de cette nature bien que la programmation augmentant progressivement la fréquence de la sortie par étapes puisse être une option qui pourrait suffire.

Les générateurs de signaux micro-ondes et RF sont largement utilisés dans les laboratoires de test traitant des équipements radio de toute sorte - ces instruments de test peuvent être utilisés pour tout, des équipements cellulaires aux équipements de communication, en passant par les émetteurs et récepteurs de diffusion, les produits sans fil, y compris Bluetooth, Wi-Fi et bien d'autres normes. . Avec beaucoup plus d'articles utilisant des signaux RF et micro-ondes, l'utilisation de générateurs de signaux RF ne fera qu'augmenter.

Il existe une grande variété de ces instruments de test disponibles auprès de divers fabricants et fournisseurs, et les différents générateurs de signaux RF varient considérablement dans les spécifications et les capacités qu'ils offrent. Les coûts peuvent varier considérablement - les générateurs RF bas de gamme peuvent être disponibles à partir d'environ 100 $, jusqu'aux générateurs haut de gamme coûtant plus de 50 000 $. Compte tenu des coûts de ces instruments de test, il est possible de les acheter neufs ou en tant que deuxième test utilisateur équipement.

Voir la vidéo: EB#104 Mesures avec Analyseur de Spectre RF, p4: Coupleur Directionnel et Pertes Par Réflexion (Octobre 2020).