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Gerador de sinal de radiofrequência RF

Gerador de sinal de radiofrequência RF

Os geradores de sinais de radiofrequência e RF são itens essenciais de instrumentação de teste para qualquer área onde sejam realizados testes e desenvolvimento de RF ou microondas.

Um gerador de sinal de microondas ou RF fornece uma fonte de sinal que pode ser usada para testar a operação do circuito sendo testado ou desenvolvido. Ao contrário de muitos outros itens de equipamento de teste, o gerador de sinal não faz nenhuma medição, mas fornece as condições de teste corretas para outros itens de instrumentação de teste para medir os sinais de saída da unidade em teste.

O objetivo do gerador de sinal é gerar um sinal com características conhecidas: frequência, amplitude, modulação e semelhantes. Portanto, é possível olhar a resposta do circuito, sabendo exatamente como ele foi exercido.

Freqüentemente, um gerador de sinal de RF é usado junto com outros instrumentos de teste, como osciloscópios, analisadores de espectro, medidores de energia, contadores de frequência e semelhantes.

Tipos de gerador de sinal RF

É possível projetar geradores de sinal de radiofrequência de várias maneiras. Também com os desenvolvimentos que foram feitos em circuitos eletrônicos ao longo dos anos, diferentes técnicas evoluíram.

As capacidades dos instrumentos de teste disponíveis evoluíram consideravelmente nos últimos anos, mas os conceitos básicos permanecem os mesmos.

Pode-se dizer que existem duas formas de gerador de sinal que podem ser utilizadas:

  • Geradores de sinal RF de execução livre: Esses geradores de RF raramente são usados ​​hoje em dia, pois sua frequência tende a variar. Às vezes, os geradores de sinais simples de baixo custo utilizavam um ou dois transistores e tinham um nível de desempenho muito básico e seu custo era acessível para muitos pesquisadores. Esses geradores de sinais de RF básicos raramente são vistos atualmente.

    No entanto, geradores de RF de alto desempenho foram feitos e têm a vantagem de que o sinal produzido é muito limpo e não tem o nível de ruído de fase em nenhum dos lados do sinal principal que está presente em alguns outros geradores de sinal de radiofrequência.

    Alguns geradores de sinal usaram uma forma de loop de frequência bloqueada para fornecer um meio de adicionar alguma estabilidade de frequência, mantendo os níveis muito baixos de ruído de fase. Novamente, isso não é comum hoje em dia porque o desempenho dos geradores de sinal de RF usando a tecnologia de sintetizador de frequência melhorou consideravelmente.

  • Geradores de sinais de radiofrequência sintetizados: Praticamente todos os geradores de sinais de radiofrequência usados ​​atualmente empregam tecnologia de sintetizador de frequência. O uso desta técnica permite que as frequências sejam inseridas diretamente de um teclado ou via controle remoto e também permite que o sinal de saída seja determinado com muita precisão. A precisão depende de um oscilador de referência interno que pode ter um grau muito alto de precisão, ou o sinal pode ser bloqueado para uma referência de frequência externa que pode ser extremamente precisa.

    Existem duas técnicas principais que são usadas em geradores de sinais de RF sintetizados:

    • Sintetizador de loop de bloqueio de fase: Sintetizadores de loop de bloqueio de fase são usados ​​na maioria dos geradores de sinal de RF, pois permitem que sinais sejam gerados em uma ampla faixa de frequências com um nível relativamente baixo de sinais espúrios. A tecnologia de sintetizador de loop de bloqueio de fase é bem desenvolvida e permite que geradores de sinal RF de alto desempenho sejam produzidos com eles.
    • Sintetizador digital direto, DDS: Técnicas de síntese digital direta podem ser usadas em geradores de sinal de RF. Eles permitem que incrementos de frequência muito precisos sejam alcançados com relativa facilidade. No entanto, o limite máximo de um DDS é normalmente muito mais baixo do que as frequências superiores necessárias para o gerador de sinal, portanto, eles são usados ​​em conjunto com loops de bloqueio de fase para fornecer a faixa de frequência necessária.

Qualquer que seja o tipo de oscilador usado, estabilidade, controle, precisão e também ruído de fase são questões-chave. Para muitos dos requisitos atuais de instrumentação de teste, o uso de sintetizadores de frequência significa que a estabilidade, o controle e a precisão são muito bons. No entanto, o ruído de fase pode ser um problema em algumas aplicações.

Operação do gerador de sinal RF

Para entender a operação de um gerador de sinal de microondas ou RF genérico, é útil entender o que está incluído em termos de um diagrama de blocos básico.

Dentro de um gerador de sinal de RF moderno, há uma série de blocos ou seções de circuito principais:

  • Oscilador: O bloco mais importante dentro do gerador de sinal de RF é o próprio oscilador. Pode ser qualquer forma de oscilador, mas hoje quase certamente seria formado a partir de um sintetizador de frequência. Este oscilador receberia comandos do controlador e seria definido para a frequência necessária.
  • Amplificador: A saída do oscilador precisará de amplificação. Isso será feito usando um módulo amplificador especial. Isso amplificará o sinal, normalmente para um nível fixo. Ele teria um loop em torno dele para manter o nível de saída com precisão em todas as frequências e temperaturas. Este loop é controlado de perto porque a precisão da saída final depende dele.
  • Atenuador: Um atenuador é colocado na saída do gerador de sinal. Isso serve para garantir que uma impedância de fonte precisa seja mantida, bem como permite que o nível do gerador seja ajustado com muita precisão. Em particular, os níveis de potência relativos, ou seja, ao mudar de um nível para outro, são muito precisos e representam a precisão do atenuador. É importante notar que a impedância de saída é definida com menos precisão para os níveis de sinal mais altos, onde a atenuação é menor. os níveis podem frequentemente ser ajustados em incrementos de 0,1 dB ao longo do intervalo.
  • Ao controle: Processadores avançados são usados ​​para garantir que o gerador de sinal de RF e micro-ondas seja fácil de controlar e também possa receber comandos de controle remoto. O processador controlará todos os aspectos da operação do equipamento de teste. Além disso, uma grande tela e controles estão presentes em muitos geradores de sinal modernos.

Funções do gerador de sinal RF

Os geradores de sinais de microondas e RF são capazes de oferecer uma grande variedade de funções e facilidades atualmente. Isso inclui alguns que são detalhados abaixo:

  • Alcance de frequência: Naturalmente, a faixa de frequência do gerador de sinal de RF é de extrema importância. Deve ser capaz de cobrir todas as frequências que provavelmente precisarão ser geradas. Por exemplo, ao testar um receptor em um item do equipamento, seja um telefone celular ou qualquer outro receptor de rádio, é necessário ser capaz de verificar não apenas a freqüência de operação, mas outras freqüências onde os problemas, como rejeição de imagem, etc.
  • Nível de saída: A faixa de saída para um gerador de sinal de RF e micro-ondas é normalmente controlada com um grau relativamente alto de precisão. A saída dentro do próprio equipamento de teste é mantida em um nível constante e então passada por um atenuador variável de alto grau. Normalmente, eles são alternados para fornecer o mais alto grau de precisão. O alcance é normalmente limitado na extremidade superior pelo amplificador final no gerador de sinal de RF. Um intervalo de saída de nível típico pode ser de -127dBm a +7 dBm em etapas de 0,1 dB.
  • Modulação: Alguns geradores de sinal de RF ou microondas têm osciladores embutidos que podem aplicar modulação ao sinal de saída. Outros também têm a capacidade de aplicar modulação de uma fonte externa. As capacidades dos diferentes geradores de sinal variam consideravelmente, mas os instrumentos de teste de ponta oferecem níveis muito altos de capacidade.

    Por exemplo, com os formatos de modulação para aplicativos como comunicações móveis se tornando mais complicados, os recursos dos geradores de sinal de RF tiveram que se tornar mais flexíveis, alguns permitindo formatos de modulação complexos, como QPSK, QAM e semelhantes. Os geradores de sinais que suportam formatos de modulação complexos são freqüentemente chamados de geradores de sinais vetoriais.

  • Ao controle: Atualmente, existem muitas opções para controlar geradores de sinal de RF e microondas. Embora eles tendam a ter controles tradicionais no painel frontal, também há muitas opções de controle remoto. A maioria dos itens de equipamento de teste de bancada de laboratório vem com GPIB instalado como padrão, mas com opções como RS-232 e Ethernet / LXI.

    As tecnologias de rack das quais o PXI / PXI Express é o mais amplamente usado é outra opção. O PXI é baseado no barramento PCI, mas foi especialmente adaptado para instrumentos de teste. O sistema é padronizado e vários fabricantes comercializam equipamentos de teste PXI. Uma variedade de geradores de sinal RF baseados em PXI estão disponíveis.

    Com vários itens como osciloscópios e analisadores de espectro disponíveis em formato USB, o mesmo é verdadeiro para geradores de sinais USB. Atualmente não há uma grande variedade destes disponíveis. Normalmente, os instrumentos de teste USB fornecem a funcionalidade principal do equipamento de teste, mas eles são alimentados pela interface USB e também utilizam o poder de processamento do computador associado para fornecer a interface homem / máquina. Esta abordagem reduz o custo do instrumento consideravelmente. Embora muitos instrumentos de teste USB sejam muito bons - existem alguns osciloscópios USB excelentes no mercado, por exemplo, mas é necessário tomar cuidado para garantir que um instrumento de teste com a qualidade necessária seja obtido.

  • Varrer: Para algumas aplicações de gerador de sinal, é necessário ser capaz de varrer a frequência do gerador de sinal de RF. Se esta facilidade for necessária, então é necessário verificar a especificação para os instrumentos de teste que estão sendo considerados como nem todos os geradores de sinal de RF fornecem uma varredura desta natureza, embora a programação aumentando progressivamente a frequência da saída em etapas possa ser uma opção que pode ser suficiente.

Geradores de sinais de microondas e RF são amplamente usados ​​em laboratórios de teste que lidam com equipamentos de rádio de qualquer tipo - esses instrumentos de teste podem ser usados ​​para tudo, desde celular a equipamentos de comunicação, transmissores e receptores de transmissão, produtos sem fio, incluindo Bluetooth, Wi-Fi e muitos outros padrões . Com muito mais itens usando RF e sinais de microondas, o uso de geradores de sinal RF só aumentará.

Há uma grande variedade desses instrumentos de teste disponíveis de diversos fabricantes e fornecedores, e os diferentes geradores de sinais de RF variam consideravelmente nas especificações e recursos que oferecem. Os custos podem variar consideravelmente - geradores de RF de baixo custo podem estar disponíveis a partir de cerca de US $ 100, até geradores de topo custando mais de US $ 50.000. Em vista dos custos desses instrumentos de teste, é possível comprá-los novos ou como teste de segundo usuário equipamento.


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