Свч осциллографический детектор

Детекторы мощности сигналов СВЧ компании «Микран»

Детекторы мощности СВЧ-сигналов предназначены для выделения огибающей высокочастотных сигналов и применяются для измерения уровня мощности в заданном диапазоне частот или на определенной рабочей частоте. Известны устройства для измерения мощности, принцип действия которых основан на применении различных методов преобразования энергии СВЧ-сигналов, таких как калориметрический, болометрический, термоэлектрический, ферромагнитный, с использованием эффекта Холла [1]. Недостатками этих методов являются ограниченный динамический диапазон, громоздкость и сложность реализации большинства из них в микрополосковом исполнении. По сравнению с перечисленными методами, диодные детекторы обладают меньшим временем отклика, позволяют обеспечить большой диапазон измерений по мощности и широкий диапазон рабочих частот.

Упрощенная схема амплитудного детектора (рис. 1) содержит резистор R1 (около 50 Ом) для согласования входного импеданса детектора, диод VD и конденсатор Cp. При подключении внешней нагрузки конденсатор детектора совместно с импедансом нагрузки образуют фильтр низких частот, необходимый для выделения низкочастотного продетектированного напряжения.

Рис. 1. Упрощенная схема амплитудного детектора

В компании «Микран» организован полный цикл производства от изготовления диодов до полной сборки детекторов, их настройки и сервисного обслуживания. На рис. 2 изображены детекторные головки Д5А‑50 производства компании «Микран» [2].

Рис. 2. Внешний вид и габаритные размеры детекторных головок Д5А-50 производства компании «Микран»

В рамках активно развивающегося направления разработки и производства монолитных интегральных схем (МИС) СВЧ- и КВЧ-диапазонов в «Микране» на собственной производственной линии изготавливаются низкобарьерные диоды ZB‑28 на основе планарно-легированных структур на подложке из арсенида галлия [3, 4]. По основным параметрам диоды схожи с HSCH‑9161 фирмы Keysight Technologies [5], однако обладают меньшей полной емкостью.

Рис. 3. Графики ВАХ диодов ZB-28 и HSCH-9161

Рис. 3 иллюстрирует вольт-амперные характеристики (ВАХ) диодов ZB-28 и HSCH‑9161. Основные типовые электрические параметры диодов ZB‑28 приведены в табл. 1.

Параметр

Значение

Полная емкость, фФ

Емкость перехода, фФ

Последовательное сопротивление потерь, Ом

Видеосопротивление, кОм (при нулевом смещении на диоде)

Вольт-ваттная чувствительность, мВ/мВт

Тангенциальная чувствительность, дБм

Граничная частота диодов определяется выражением fГР = 1/(2πRSCj) и для ZB‑28 превышает 200 ГГц. Детекторные головки подразделяются на Д5А‑20 и Д5А‑50 с верхними рабочими частотами 20 ГГц и 50 ГГц соответственно. В зависимости от включения диода детектируемое напряжение может быть отрицательным (детекторы Д5А) или положительным (Д5Б).

Последние два параметра таблицы 1 обеспечиваются при включении диодов ZB-28 в схему детектора (рис. 1) с активной нагрузкой 30 кОм.

На рис. 4 представлены типовые зависимости выходного напряжения детекторов Д5А-20 и Д5А-50 от частоты при входной мощности 1 мВт (0 дБм).

Рис. 4. График зависимости выходного напряжения от частоты при входной мощности 1 мВт (0 дБм)

Известно, что вольт-амперные характеристики диодов зависят от температуры, поэтому характеристики диодных детекторов также подвержены температурным изменениям. На рис. 5 изображены графики частотных характеристик детекторов Д5 (до 20 ГГц) при различных температурах.

Рис. 5. Графики частотных характеристик детекторов Д5 (до 20 ГГц) при различных температурах

Зависимость выходного напряжения от уровня мощности, называемая детекторной характеристикой, представлена на рис. 6 для разных сопротивлений нагрузки. Как правило, детекторы подключают к высокоомным нагрузкам, типовой считается 30 кОм. Подключение нагрузки с большим сопротивлением обеспечивает наилучший диапазон мощностей детектирования. Современные детекторы позволяют достичь динамического диапазона 80 дБ и более. Нижняя граница детектируемой мощности ограничена тангенциальной чувствительностью СВЧ-диода [6]. Для детекторов серии Д5 с диодами ZB‑28 она составляет –60 дБм (1 нВт). Верхняя граница ограничена максимальной допустимой мощностью и составляет 25 дБм (316 мВт). Превышение мощности 28 дБм (630 мВт) приведет к деградации диода и, как следствие, к неисправности детектора. Таким образом, детекторы серии Д5 позволяют проводить измерения с динамическим диапазоном до 85 дБ. Однако на практике обычно используют меньший диапазон, так как измерения при мощностях менее –50 дБм (10 нВт) осложнены влиянием шумов детектора, а при больших мощностях нередко необходимо использовать усилители с перестраиваемыми коэффициентами усиления для достижения одинаковой точности на разных уровнях мощности.

При подключении малой нагрузки из-за шунтирования выходного сигнала происходит уменьшение выходного напряжения детектора, из-за чего динамический диапазон ухудшается (рис. 6). Однако уменьшение сопротивления нагрузки снижает постоянную времени выходной RC-цепи детектора, ускоряя тем самым время отклика детектора, что особенно важно при работе с импульсно-модулированными сигналами.

Рис. 6. Графики зависимостей выходного напряжения от входной мощности при различных сопротивлениях нагрузки

Чувствительность по напряжению

Немаловажным параметром детекторов является чувствительность по напряжению СВЧ-диода, нередко называемая вольт-ваттной чувствительностью (ВВЧ). Она может быть определена как отношение приращения напряжения на нагрузке СВЧ-диода к вызвавшей это приращение мощности СВЧ-сигнала на входе диодной камеры в рабочем режиме [6]. На рис. 7 изображены графики зависимости вольт-ваттной чувствительности детекторов серии Д5 для трех значений сопротивления внешней нагрузки. При проектировании устройств с детекторами следует помнить, что производители, как правило, указывают значение ВВЧ в малосигнальном режиме, то есть при низких уровнях мощности.

Рис. 7. Графики зависимости вольт-ваттной чувствительности детекторов серии Д5

Известно, что на уровнях входной мощности менее –20 дБм (10 мкВт) диодные детекторы работают в квадратичном режиме [7], где выходное напряжение линейно зависит от мощности входного сигнала СВЧ, то есть пропорционально квадрату входного напряжения. При увеличении мощности детектор переходит в квазилинейный и далее в линейный режим работы.

Детектирование импульсно-модулированных сигналов

Большинство вопросов клиентов по детекторным головкам серии Д5 связаны с измерениями модулированных сигналов и радиоимпульсов. Определяющую роль в этом случае играет время реакции детектора. Для характеризации времени реакции детектора на изменение уровня входной мощности обычно используют время нарастания и спада выходного напряжения по уровням от 10 до 90%. Для приближенного расчета времени нарастания (Tr) детекторов серии Д5 можно использовать формулу:

где: RV = 1,8 кОм — видеосопротивление детекторного диода; RL — сопротивление подключаемой нагрузки; CL — емкость подключаемой нагрузки; CP = 35 пФ — емкость детектора (рис. 1). Использование активной нагрузки 50 Ом обеспечивает время реакции не более 7,5 нс, с нагрузкой 1 МОм — 245 нс. На рис. 8 показаны результаты измерений радиоимпульса на осциллографе DSOS204A фирмы Keysight Technologies с входным сопротивлением измерительного порта 50 Ом.

Рис. 8. Результаты измерений радиоимпульса на осциллографе DSOS204A Keysight Technologies с входным сопротивлением измерительного порта 50 Ом

Видеополоса детектора в этом случае может быть определена как

Подобное значение видеополосы свидетельствует о возможности применения детекторов в широком перечне радиотехнических задач.

В российских источниках термин «видеополоса» встречается крайне редко, однако в зарубежных публикациях и технической документации используется часто и имеет важное практическое значение. Авторы под термином «видеополоса детектора» понимают максимальную частоту модулирующего сигнала, при которой выполняются заявленные параметры детектора (рис. 9).

Рис. 9. Графическая иллюстрация термина «видеополоса детектора»

Сравнение с аналогами

В табл. 2 представлены основные технические характеристики детекторов Д5А в сравнении с наиболее известными зарубежными аналогами [8–10].

Освоение осциллографами LeCroy СВЧ-диапазона

Если говорить об опыте и практике инженерной мысли, то на сегодняшний день, образно говоря, «за спиной» остались значения в сотни мегагерц (МГц) и уже единицы гигагерц (ГГц). Потребности информационных и телекоммуникационных технологий сегодняшнего дня, а тем более завтрашнего, запросы передовых научных изысканий и устремлений в самых различных областях познания и отраслях производства ставят вопрос о соответствующих средствах измерений. Скорее, даже не о прикладных средствах измерений, к чему привыкли, а о многофункциональных программно-вычислительных комплексах на базе современных ПЭВМ, способных не только заглянуть за рубеж 5 ГГц, но и достоверно, точно и надежно работать в этой области частот с «высокоскоростными» и сложными сигналами.

Беглый анализ выпускаемого телекоммуникационного оборудования, средств связи и передачи данных говорит о «СВЧ-зации» нашей повседневной жизни, как о свершившемся факте, имеющем тенденцию к устойчивому росту.

Настоятельная необходимость и возможность освоения диапазона СВЧ вызвана рядом объективных причин, таких, как относительно слабое поглощение волн в ионосфере Земли, возможность концентрации энергии СВЧ в узком луче и др. Субъективные причины — большая информационная емкость диапазона СВЧ, способность энергетического взаимодействия с веществом (молекулами и атомами), практическое развитие нанотехнологий.

Что же сегодня нам предлагают производители такого рода приборов, именуемых (в кругах производителей и потенциальных потребителей) классом high end в области исследования формы и параметров СВЧ-сигналов? Как выясняется, таких производителей можно пересчитать по пальцам одной руки. Изготовление осциллографов в диапазоне 3–6 ГГц «осилили» три общепризнанных гранда: Tektronix, LeCroy и Agilent Technologies. Данные производители достаточно хорошо известны среди специалистов.

Согласно изучению сектора рынка СИ, проведенного компанией Prime Data (независимая организация по экспертной оценке в промышленности), и ее выводам, общий объем продаж цифровых осциллографов, за исключением достаточно простых моделей, вырос с $638 млн в 1994 году до $1051 млрд, достигнутого в 2000 году (самый высокий уровень). По итогам календарного 2002 года объемы реализаций на рынке немного снизились и составили около $808 млн. По оценке Prime Data, три самых крупных производителя цифровых осциллографов, без учета простых (портативных) моделей, в течение 2002 года осуществили продажи на рынке в следующем процентном соотношении: Tektronix («Tektronix») — 51,4%, LeCroy — 14,4% и Agilent Technologies — 14,2%.

В рамках ликвидации сложившегося дефицита информации о наиболее передовых технологиях, достижениях и применяемых ноу-хау хочется ознакомить с информацией об осциллографах и других уникальных приборах, предлагаемых компанией LeCroy. Помимо познавательного аспекта и расширения кругозора, попытаемся помочь читателю полезной информацией при выборе такого рода средства измерений.

Компания LeCroy не является новичком на рынке средств измерений. Она была образована в 1964 году, в настоящее время штаб-квартира находится в США, дочерние компании расположены по всему миру. Крупные и многопрофильные подразделения компании LeCroy функционируют в Швейцарии (Женева) и Японии (Токио), кроме того, в других европейских странах и странах азиатско-тихоокеанского региона есть ее представительства. Обладая мощностями и научным потенциалом по разработке и производству средств измерения, главным направлением компания выбрала создание многофункциональных анализаторов сигналов (схемотехника + прикладной софт + уникальные патентованные технологии). Годовой торговый оборот по итогам 2003 финансового и налогового года составил свыше $107 млн.

Прежде всего, хотелось конкретизировать круг специалистов, сфер научно-технической и производственной деятельности, для которых в первую очередь предназначена продукция компании LeCroy. Говоря одним словом, всюду, где необходимо наблюдение, регистрация и исследование сложных, предельно коротких по длительности (50–70 пс) электронных сигналов. Это относится к задачам по разработке, производству и эксплуатации приемопередающего оборудования ВОЛС и телекоммуникационной техники СВЧ-диапазона, развитию технологий беспроводного доступа и лазерно-оптических технологий, к областям исследований по тематике ядерной физики, а также в сфере обороны государства и безопасности общества.

Читайте также  Буферное зарядное устройство для автомобильного аккумулятора

Визитной карточкой компании LeCroy является выпуск современных цифровых запоминающих осциллографов (ЦЗО или английская аббревиатура DSO), которые уже успешно используются инженерами и конструкторами-разработчиками во всем мире. Россия, к сожалению, пока отстает от общемировых тенденций по освоению частотного спектра СВЧ, реализованного в конкретных измерительных приборах. В первую очередь это связано с весьма существенной стоимостью для российского потенциального потребителя таких, безусловно, уникальных комплексов.

Во всех новых разработках компании LeСroy для обработки входного сигнала применена революционная технология X-Stream, позволяющая в десятки и сотни раз быстрее обрабатывать входной сигнал, чем у аналогичных моделей конкурентов. А при исследовании СВЧ-сигнала с помощью ЦЗО, обладающих, как известно, рядом недостатков, остро встает проблема увеличения скорости захвата осциллограмм и уменьшения времени обработки входного сигнала при выводе на дисплей. Технология X-Stream позволяет решить эту техническую проблему.

Идея технологии X-Stream основана на том, что входной сигнал поступает на SiGe АЦП и оцифровывается в реальном времени с частотой 10 Гигавыборок в секунду. После чего сигнал разбивается на пакеты и хранится в быстрой КМОП-памяти (DRAM) тракта оцифровки. По двум высокоскоростным каналам сигнал из памяти передается в центральный процессор (ЦП). ЦП производит необходимую математическую обработку сигнала и вывод на ЖК-дисплей.

Программно-аппаратная реализация собственных уникальных технологий позволила обеспечить непревзойденную другими производителями скорость преобразования входного сигнала, выведения и продвижения цифрового потока данных (то есть X-Stream) после работы АЦП, а также синхронную и взаимоувязанную работу памяти DRAM и центрального процессора (фактически ПЭВМ) посредством использования шины PCI и 1-Гбит Ethernet. Такое ускорение продвижения данных, в конечном итоге формирующих на экране ЦЗО исследуемый сигнал в реальном формате времени, в том числе при наблюдении длительных (распределенных по времени) сигналов, позволяет задействовать значительные объемы памяти для обеспечения всестороннего и полного их анализа.

Кроме того, применение технологии X-Stream позволяет программные процедуры и задачи, написанные при помощи таких средств, как MATHLAB, Mathcad, Excel или Visual Basic, корректно помещать (инкапсулировать) в поток цифровых данных.

В таких отраслях промышленности, как радиоэлектроника, в сферах телекоммуникаций и связи, при производстве компьютерной техники и многих других, в которых необходимо тестировать и оценивать происходящие переходные, неустойчивые пикосекундные процессы используются осциллографы WaveRunner 6000, перекрывающие диапазон от 350 МГц до 2 ГГц, особенно необходимые для обеспечения точной фиксации сигнала и его последующей высокоскоростной обработки. Включаемые нажатием одной кнопки режимы управления Wavepilot и QuickZoom позволяют очень оперативно зафиксировать и исследовать высокочастотные импульсные сигналы. Понятная и предельно информативная лицевая панель управления WaveRunner 6000 дает возможность легко (практически интуитивно) осуществлять управление режимами и функциями. Это обеспечивает возможность оператору значительно снизить время, затрачиваемое на работу в меню прибора и сосредоточиться исключительно на процессе исследований. В режиме сбора данных осциллографы этой серии имеют диапазон частот дискретизации (выборок сигнала) от 2,5 до 5 Гв/с и до 200 Гв/с — для периодического сигнала. В целом пользовательский интерфейс очень понятен, удобен и позволяет применять прибор без длительной специальной подготовки или обучения персонала. В стандартной комплектации есть выходные интерфейсы GPIB, RS-232-C, USB (5), видеовыход SVGA, аудио (вх/вых) и Ethernet 10/100Base-T.

Неоспоримым преимуществом осциллографов LeCroy данной серии, и тем более серий WavePro и WaveMaster, является наличие самой большой внутренней памяти среди всех цифровых осциллографов аналогичного класса — 2 Мбайт (режим объединения каналов) в стандартной комплектации и до 24 Мбайт — набор опций. На рисунке представлен «флагман» цифровых запоминающих осциллографов серии WaveRunner — модель 6100, а в таблице — основные технические характеристики по всей серии WaveRunner 6000.

Делаем простой детектор СВЧ-поля — Индикатор СВЧ Детектор Датчик

Делаем простой детектор СВЧ-поля » Индикатор СВЧ » Наука » Обзоры » Лучшее 2015

Делаем простой детектор СВЧ-поля

Категории: Наука, Обзоры

Вам интересно, в каком из ваших мобильных телефонов самый мощный передатчик, в нижней или верхней части вашего смартфона стоит передающая антенна, горизонтально расположена или вертикально, что больше излучает микроволновка или телефон?

Предлагаем вам сделать своими руками простенький детектор электромагнитного СВЧ-излучения. Этот детектор пригодится также в настройке и сравнении характеристик разных передатчиков и антенн, позволит определить в горизонтальной или вертикальной поляризации передается сигнал и т. д..

Категории и теги: Наука, Обзоры » Индикатор, СВЧ, Детектор, Датчик, Электромагнитного, Поля, Диод, Лампочка.

Итак, самое сложное — это найти СВЧ диод. Например, у меня завалялось несколько еще с советских времен.

Для нашего детектора подойдут диоды ГД507А, Д405, Д403, КД521, КД522, КД5хх, Д18, Д20, BAT62, 1N5711 и другие.

Чтобы определить, какой из имеющихся диодов является сверхвысокочастотным, понадобится цифровой или стрелочный микроамперметр или вольтметр, проводок длиной около 10-18 см, смартфон или мобильный телефон в режиме разговора и собственно диоды.

Собираем все, как указано на фото. Можно параллельно щупам тестера (мультиметра) подключить конденсатор, но на практике работоспособность сохраняется и без конденсатора.

Если ваш тестер показал какие-то микроамперы или микровольты, значит, это диод СВЧ, и в ваших руках уже простенький индикатор электромагнитного поля.

Для более усовершенствованной конструкции нам понадобится: два СВЧ диода, парочку керамических SMD конденсаторов от 500 пФ до 0,5 мкФ, светодиод для грубой индикации, ферритовый сердечник с одним витком двойного провода и маленький кусочек фольгированного стеклотекстолита. Эти детали можно одолжить с нерабочих компьютерных (и не только) комплектующих. А вообще схемку можно намного упростить, при этом она не потеряет свою работоспособность. Из инструментов понадобиться паяльник, олово и т. д.

На стеклотекстолите рисуем, например, маркером дорожки, предварительно очистив и обезжирив, потом погружаем фольгированной стороной вниз в раствор хлорного железа (1 часть на 3 части воды, купить можно в ближайшем магазине радиодеталей) или травим в растворе перекиси водорода и лимонной кислоты (в 100 мл 3% раствора перекиси водорода, купленной в аптеке, добавить 30 г лимонной кислоты из любого продуктового магазина и чайную ложку поваренной соли, во время травления желательно подогреть раствор до 50 градусов, только помните, что перекись в открытом состоянии долго не хранится, поэтому нужно все делать быстро).

После травления моем плату в воде и в спирте от краски. Если остались мелкие участки, незатронутые раствором, удаляем их скальпелем или другим подходящим инструментом.

В результате у меня получилось три разных датчика.

Для точного измерения я пользуюсь микроамперметром, подключенным к датчику.

Для грубого измерения просто смотрим на впаянный светодиод.

После припайки деталей нужно решить, на какую частоту настраивать датчик. Для этого с обоих сторон надо припаять отрезки провода определенной длины, например:

Частота — Длина штырей
2,4 Ггц — 31 мм — Wi-Fi
5,8 Ггц — 13 мм — Wi-Fi
900 Мгц — 83 мм — GSM
1,8 Ггц — 42 мм — GSM

На практике датчик, настроенный на частоту 2,4 Ггц с длиной обоих штырей по 31 мм, работает и на 900 Мгц, только измеряемые значения меньше. Чем толще используется проволока для штырей, тем шире получится частотный диапазон детектора.

Вместо штырей можно напрямую припаять СВЧ кабель или нужный вам разъем, штекер для прямого подключения разных антенн, например, антенну с круговой поляризации, как на фото.

Ещё более проще можно сделать датчик из 1 вольтовой лампочки типа СМН-1,5-12-1, припаяв к её контактам штырьки соответствующей длины.

Такую лампочку можно взять из старых наручных часов с подсветкою. Из минусов — достать такую лампочку оказалось достаточно сложно, замеряет она излучаемую мощность грубо, к тому же от слабых излучений ниже 0.2-0.5 Ватт лампочка вообще не засветится.

При помощи датчика на диодах, собранному по вышеуказанному методу, можно замерять излучаемую мощность даже ниже 10 мВатт.

В ближайшем будущем будет опубликовано несколько интересных статей с применением этого индикатора.

Если есть вопросы, задавайте здесь, в комментариях.

Теги: Индикатор, СВЧ, Детектор, Датчик, Электромагнитного, Поля, Диод, Лампочка

Новое по теме: Наука, Обзоры

Тематические новости:

Категория: Наука, Обзоры
| 20-05-2015, 18:42 | Просмотров: 67450 | Комментарии (7)

Реклама

Загрузка .

Комментарии:

Доброго дня!
А какой из приведенного списка диодов оказался. оптимальным для такой простой конструкции?

18 января 2017 12:15

Romuald

молодец интересная статейка ждем продолжения

21 декабря 2017 00:28

На огненном ТВ(ютуб)показано более подробно

26 мая 2018 20:03

Сергей Ч.

Спасибо за интересную статью!
Подскажите пожалуйста откуда именно должно исходить штыки, прямо от точки подсоединения вертикального диода, или не имеет значения?
Припой на медных штырях как то влияет на чувствительность?

29 октября 2018 14:15

ВалерийЕвс

Да ничего оно не работает!У меня абсолютно точная копия!смд светодиод 0.20мА потребления.НИ.ИГА!Автор яесли что я скину фото!все компоненты новые!

2 ноября 2018 05:20

Если диоды высокочастотные то будет работать в любом варианте, при слабом сигнале светодиод не засветиться, нужно измерять при помощи мультиметра. Если замерять сигнал смартфона то нужно учитывать что они максимальную мощность излучают только при минимальном сигнале..

2 ноября 2018 08:37

whoim

Попробовал а 50мка приборе и HMSMP-3864 с али. Не пашет. Диоды не того?
Брал для детектирования 2.4ггц (вайфай, лупит или нет). У товарища аналогичный но на неизвестных диодах (два разных, подарили по запросу) крохотных но выводных — показывает отлично..

Теория детектирования в СВЧ и КВЧ диапазонах

ВВЕДЕНИЕ

В настоящее время наблюдается интерес к сантиметровым и миллиметровым волнам. Им соответствуют частоты от 300 МГц до 300 ГГц, и они объединены в диапазоны сверхвысоких частот (СВЧ). Переход в эту часть диапазона связан с тем, что с увеличением частоты увеличивается возможность концентрации электромагнитного излучения в узкий луч. Если длина волны много меньше размеров объекта, то использование остронаправленных лучей обеспечивает снижение взаимных полей одновременно работающих радиолокаторов, увеличивает дальность действия радиосистем, позволяет достичь высокой точности определения координат лоцируемых объектов.

Читайте также  Сетевой блок питания для аккумуляторного шуруповёрта

Частью СВЧ диапазона является крайне высокочастотный (КВЧ) диапазон радиоволн от 30 до 300 ГГц. Эта часть диапазона находит применение в медицине (КВЧ — терапия), а в перспективе – в растительной и ветеринарной селекции.

В электронных системах СВЧ диапазона применяются полупроводниковые и вакуумные приборы. Однако, улучшенные массогабаритные, стоимостные, технологические показатели, низковольтность схем питания твердотельных активных элементов позволяют предпочесть их вакуумным приборам СВЧ. Таким элементом является полупроводниковый диод с малым падением напряжения при прямом включении – диод с барьером Шоттки (ДБШ). Современные ДБШ имеют высокие технические характеристики, высокую устойчивость к воздействию электростатических разрядов, а также весьма малое прямое падение напряжения (0,2 – 0,4 В) и очень высокое быстродействие, которое определяется только барьерной емкостью, что делает ДБШ весьма перспективными в областях детектирования СВЧ.

Детектор, демодулятор — электронный узел устройств, отделяющий полезный (модулирующий) сигнал от несущей составляющей.

Детектор радиоприёмного устройства, или демодулятор, восстанавливает информацию из радиосигнала, заложенную в него модулятором. Например, приём радио- или телепередач возможен за счёт демодуляции высокочастотного сигнала, поступившего на антенну устройства.

Синхронное детектирование — это детектирование, при котором используется опорное колебание с частотой и фазой соответствующими частоте и фазе несущего колебания. Синхронный детектор — устройство для извлечения информации из ВЧ-сигнала, модулированного по амплитуде или фазе, путём нелинейного преобразования — умножения на синхронный опорный сигнал с последующей НЧ-фильтрацией.

Детекторы СВЧ были первыми индикаторами СВЧ – мощности и продолжают активно сохранять эту функцию в коротковолновой части миллиметрового диапазона, где другие индикаторы пока ещё не разработаны. Кроме того, детекторы нашли широкое применение в измерительной технике.

В данной работе основное внимание уделяется вопросам теории и разработке синхронного детектора миллиметрового диапазона длин волн на диоде с барьером Шоттки.

ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ

Теория детектирования в СВЧ и КВЧ диапазонах

Детектирование осуществляется в устройствах — детекторах. Условное графическое обозначение детектора имеет вид, изображённый на рисунке 1.1.

Рисунок 1.1 — Условное графическое обозначение детектора: а) при когерентном приеме, б) при некогерентном приеме

Характеристиками детектора являются: детекторная, частотная характеристики и коэффициент передачи.

Детекторная характеристика представляет собой зависимость постоянной составляющей напряжения на выходе детектора от изменения информационного параметра несущей, подводимой к нему. При детектировании амплитудно — модулированных (АМ) сигналов информационным параметром является амплитуда, при частотной модуляции (ЧМ) — частота, при фазовой (ФМ) — фаза.

Идеальная характеристика является линейной, проходя через начало координат под углом α к оси абсцисс (рисунок 1.2). Реальная характеристика имеет отклонение, которое приводит к нелинейным искажениям модулирующего сигнала.

Рисунок 1.2 — Детекторная характеристика

Частотная характеристика представляет собой зависимость амплитуды выходного напряжения Umu детектора от частоты модулирующего гармонического сигнала. Реальная характеристика имеет линейный характер и постоянна для Umu на всех частотах (рисунок 1.3). Отклонение реальной характеристики от идеальной приводит к частотным искажениям модулирующего сигнала. Также, как и для модуляторов, по частотной характеристике определяют полосу пропускания детектора.

Рисунок 1.3 — Частотная характеристика детектора

Коэффициент передачи детектора определяется для гармонического модулирующего сигнала и равен отношению амплитуды гармонического сигнала Umu к амплитуде приращения информационного параметра несущей.

Синхронное детектирование — это детектирование, при котором используется опорное колебание с частотой и фазой соответствующими частоте и фазе несущего колебания.

Структурная электрическая схема синхронного детектора представлена на рисунке 1.4.

Рисунок 1.4 — Структурная электрическая схема синхронного детектора

На входы балансного или кольцевого модулятора поступают сигнал SАМ(t) и опорное колебание от генератора uг(t):

(1.1)
(1.2)

На выходе модулятора формируется сигнал u1(t):

(1.3)
(1.4)

ФНЧ на выходе модулятора подавляет высокочастотные и постоянную составляющие и выделяет составляющие модулирующего сигнала:

(1.5)

Для получения опорного колебания с частотой и фазой несущего колебания используется блок фазовой автоподстройки частоты (ФАПЧ). Блок ФАПЧ выделяет несущее колебание из поступившего сигнала и подстраивает под его параметры генератор.

Свойством и основным достоинством синхронного детектора является сохранение отношения сигнал-помеха на выходе детектора. Это объясняется тем, что данный детектор представляет собой преобразователь частоты, который переносит спектр сигнала в область низких частот без изменения формы сигнала и соотношений между составляющими спектра. Это свойство детектора позволяет применять последетекторную обработку сигнала.

Синхронный детектор позволяет также детектировать балансно-модулированные и однополосно-модулированные сигналы. Однако в данном случае возникают трудности с получением информации о частоте и фазе несущего колебания, т. к. составляющая несущего колебания в спектре этих сигналов отсутствует. Поэтому для детектирования этих сигналов применяют два технических решения:

1) при детектировании используют пилот-сигнал, который представляет собой остаток несущего колебания и передается вместе с сигналом, а на приеме выделяется системой ФАПЧ;

2) при детектировании на приемной стороне используется высокостабильный опорный генератор, который вообще не синхронизируется. Для детектирования используется местная несущая отличающаяся от передаваемой на ΔΩ. При этом возникает сдвиг частот в канале связи (рисунок 1.5). Если этот сдвиг не превышает 10 Гц для телефонного сигнала, то получатель его не ощущает.

Рисунок 1.5 — Процесс сдвига частот в канале связи

Свч осциллографический детектор

Чудо — Рациональность — Наука — Духовность

Ж ИЗНЕННЫЙ ПУТЬ — это путь исследователя, постигающего тайны мироздания

Наш сайт доступен

Техника и приборы

Детектор СВЧ поля с рупорной антенной. Часть 1.

Рассмотрим принцип работы детектора.
Простейшим приемником, как известно, является детекторный. И такие приемники диапазона СВЧ, состоящие из приемной антенны и диода, находят свое применение для измерения СВЧ мощности.
Самым существенным недостатком является низкая чувствительность таких приемников. Для того, чтобы уверенно обнаружить изменение тока диода под действием СВЧ поля, требуется амплитуда СВЧ на диоде в несколько десятков милливольт. Это очень низкая чувствительность, она соответствует обнаружению передатчика 10 мВт на расстоянии всего нескольких метров.
Чтобы резко повысить чувствительность детектора не усложняя СВЧ головки (т.е. без усилителей, преобразователей и т.п.), была разработана схема детекторного СВЧ приемника с модулируемой задней стенкой волновода.

СВЧ головка при этом почти не усложнилась, добавился только модуляторный диод VD2, a VD1 остался детекторным.
С некоторым приближением можно считать, что когда диод VD2 закрыт, он не влияет на процессы в волноводе, а когда открыт — полностью закорачивает волновод, т.е. играет роль короткозамкнутой задней стенки.

Рассмотрим процесс детектирования.
СВЧ сигнал принятый рупорной (или диэлектрической) антенной поступает в волновод. Поскольку задняя стенка волновода короткозамкнута, в волноводе устанавливается режим стоячих волн. Причем, если детекторный диод будет находиться на расстоянии полуволны от задней стенки — он будет в узле (т.е. минимуме) поля, а если на расстоянии четверти волны — то в пучности (максимуме). То есть, если мы будем электрически передвигать заднюю стенку волновода на четверть волны (подавая модулирующее напряжение с частотой 3 кГц на VD2), то на VD1, вследствие перемещения его с частотой 3 кГц из узла в пучность СВЧ поля, выделится НЧ сигнал с частотой 3 кГц, который может быть усилен и выделен обычным УНЧ.

Таким образом, если на VD2 подать прямоугольное модулирующее напряжение, то при падении СВЧ поля с VD1 будет снят продетектированный сигнал той же частоты. Этот сигнал будет противофазен модулирующему (что с успехом будет использовано в дальнейшем для выделения полезного сигнала из наводок) и иметь очень малую амплитуду.
То есть вся обработка сигнала будет производиться на НЧ, без дефицитных СВЧ деталей. Из СВЧ техники потребуется изготовить по чертежам головку, которая не требует никакой настройки.

Рассмотрим на примере рабочую конструкцию детектора СВЧ поля «Антирадар».

Волновод и рупор выполняется из тонкой меди или луженой жести. Можно использовать и фольгированный стеклотекстолит, предварительно отполировав фольгу и покрыв ее спиртоканифольным флюсом (чтобы не окислялась).
Необходимо соблюдать особую осторожность при обращении с СВЧ диодами . Они боятся электростатического электричества и при пробое чувствительность по СВЧ полю падает на порядок и более. При проверке тестером, пробитый электростатикой диод ведет себя точно также, как и исправный. Поэтому при работе с СВЧ диодами надо соблюдать те же меры предосторожности, что и при работе с МОП транзисторами.

Принципиальная схема электронной начинки детектора СВЧ поля.

Комментарий.
Из чертежа рупорной СВЧ головки видно что длина волновода равна длине волны на которую изготавливается детектор, длина рупора примерно тоже. Модулирующий СВЧ диод находится на расстоянии λ/4 от задней стенки, а вот детекторный диод на расстоянии λ3/4 относительно задней стенки, то есть он был передвинут на λ/4 вперед от задней стенки. При таком положении детекторного диода он находится в пучности (максимум) СВЧ поля в тот момент когда через модулирующий диод ток не проходит и он не влияет, и в узле (минимум) при прохождении тока через модулирующий диод.

Соблюдая необходимые соотношения в конструкции, можно изготовить СВЧ рупорную головку и на другие частоты учитывая известные данные:
Частота излучения НЛО составляет 1000—3000 МГц
Ширина импульса 2 мкс, это тоже надо учитывать при выборе частоты модуляционного генератора
Частота повторения импульсов 2— 600 Гц
Мощность излучения 1,5 МВт, в режиме ускорения 1,8 МВт, ну такую мощность можно наверное засечь при нахождении объекта в околоземном космическом пространстве.

Смотреть далее: Детектор СВЧ поля с рупорной антенной. Часть 2.

Источник: Радиолюбитель №7 1993
Ю.ИГНАТЕНКО
343820, Донецкая обл., г.Енакиево-4, ул.Калужская, 15

Свч осциллографический детектор

Осциллограф для начинающих. Датчики и пробники

Не думал писать об этом, но в период обсуждения темы у человека возник вопрос:

« А будет ли мой осциллограф работать с таким датчиком?» Не знаю, что меня больше озадачило, вопрос или ответ на него, или реакция задавшего вопрос после получения ответа.

Пробник — некое устройство позволяющее определять наличие или отсутствие электрического сигнала (Иногда возможно сравнить сигналы)

Датчик — устройство позволяющее фиксировать различные не электрические процессы, преобразовывать их в электрические сигналы для дальнейшего использования и обработки в различных системах, для проведения измерений, отображения информации о процессе или с целью контроля и т.п.

Отсюда вывод: Датчик, регистрирующий любой процесс и преобразующий его в электрический сигнал, будет работать с любым осциллографом. Вопрос о том, какой сигнал, и способен ли его воспроизвести осциллограф, конечно же, актуален. Но поскольку речь шла о датчике, воспроизводящем процессы состояния механизмов двигателя, и преобразующего их в электрические сигналы, здесь можно с полной уверенностью сказать, что такой датчик будет работать с любым осциллографом. Вопрос в другом: — всякий ли осциллограф удобен для работы с ним.

Читайте также  Блок питания для проверки светодиодов подсветки

А теперь вывод второй:— сказанное выше, позволяет владельцу прибора изготавливать различные датчики и пробники самостоятельно и применять их в работе. Причем применение их может быть весьма успешным и полезным. Но при этом:

— вести разговор о точности измерений

— а в отдельных случаях и об измерениях в целом

— а тем более производить сравнения (приборов, датчиков)

некорректно.

То, с чем мы сталкиваемся при диагностике систем и ДВС — это проверка наличия сигнала, характер его изменения во времени при различных режимах. Мы также можем провести измерения отдельных параметров сигнала, (но подчеркиваю — отдельных), с целью убедиться, находятся ли эти параметры в пределах допустимого диапазона.

Иными словами, это функции, относящиеся к сервису: проверка, настройка, регулировка, локализация неисправности. И все приборы, которыми мы пользуемся — будут сервисными. И возможности у них будут очень далеки от тех приборов, применяя которые можно говорить о точности измерений. Это же в полной мере относится и к датчикам. Важно не то, какой датчик использует автодиагност, важно понимание процессов. А если вы изготовили датчик самостоятельно, то вы должны понимать и то, как ваш датчик будет представлять фиксируемый процесс, как будет выглядеть сигнал от него. И соотнеся предполагаемый сигнал с возможностями осциллографа, вы уже должны представлять, что получите на экране.

Если вы это сможете — действуйте, все получится. Если же не знать, или иметь поверхностное представление о том, что написано в этом материале выше — ничего не получится. И итогом будет – осциллограф, заброшенный в «дальний угол» как бесполезный и малоприменимый прибор.

Я использую самодельные датчики, в материале даже есть осциллограммы снятые ими(см. помехи). Это один из пробников. Есть еще один. Он изготовлен из кварца, с резонансной частотой 8кГц. И если их применить в паре, то можно найти и источник помехи. И даже посмотреть, как она влияет на сигналы управления или сигналы датчиков. Только это нужно не всегда. Вот когда машина «загоняет диагноста в тупик», и когда проверка пошла по третьему кругу, когда понимаешь ЧТО, но не можешь найти ГДЕ. Вот тогда начинается РАССМОТРЕНИЕ и анализ процессов. Вот здесь я хочу еще раз подчеркнуть: — посмотреть сигнал и рассмотреть его — разные вещи. Все способы измерений осциллографом при автомобильной диагностике подразумевают именно «посмотреть». (См. «Как подают осциллограммы производители в мануалах и как это делают в нормальных книгах нормальных издательств»)

Что обращает на себя внимание на приведенных осциллограммах?

1. Пороговые значения напряжений

2. Данные развертки

3. Форма вид сигнала, количество импульсов во временном промежутке ( в одной клетке сетки. Это цена деления развертки)

4. Как изменяется форма сигнала: (см.п.3,) при изменении режима работы двигателя.

Вот данные, которые необходимы для того, чтобы человек, имеющий любой осциллограф, мог выставить необходимые значения и получить сигнал. А получив его, сравнить с тем, который приведен в описании. На фото №47 приведена осциллограмма для сравнения с той, которая приведена на рис.2 из книги издательства Легион-Автодата. Единственное несоответствие, которое вы можете заметить — это значение напряжения( у меня оно установлено 5В), в книге указано 10В. Сделал я это из соображения наглядности. При указанном в книге пороге напряжения я на своем экране увижу именно то, что на рисунке, но сигнал займет большую часть экрана и будет смотреться, ( с точки зрения наглядности) хуже. Указано также в книге, что «обороты ХХ». У меня явно не ХХ, обороты «гуляют», это видно по временным промежуткам работы клапана. Если сделать как в книге, то именно этот момент и «выйдет за экран». Клапан, кстати, исправен. К чему я это написал? А к тому, что неважно чем, неважно как, но если вы получили похожий сигнал — работайте с ним. И не играет роли — заводские датчики или пробники вы применяете или самодельные. Далее от вас зависит, как вы сможете детализировать рассмотрение, выполнить оценку.

Это еще одна особенность автомобильного осциллографа — он позволяет соотносить один тот же сигнал в различных временных промежутках между собой, или сравнить полученный с образцом. И идеализировать возможности осциллографа при этом не нужно. Он воспроизводит всего лишь похожий сигнал. А значит, возможностей для «творчества» предостаточно. Но при этом утверждения типа: «датчик точный» «датчик лучше» — некорректны. Поэтому не даю фото своих пробников. И вторая причина:- я с большим уважением отношусь к тем, кто, если что- то делает, то делает это с душой. И если он сделал тот же датчик, то выглядит он у него достойно. Мои же изделия в большинстве своем изготавливались «на коленке», для временного применения(возникла необходимость — сделал). Какие-то из них получили долгую жизнь, и используются сейчас, но все равно имеют «бомжеватый вид». Но качество их работы меня устраивает.

Фото№73. Поясню, почему я говорю «пробник». Осциллограмма, общий вид . Здесь просто смотрю.

Фото №74.Здесь изменил развертку и масштаб. Сейчас уже можно догадаться, что это за сигнал.

Фото№75. Видна панель прибора, поэтому не повторяюсь, что уже сделал. Теперь сигнал вот так выглядит. Понимаю возможна критика… поэтому еще один шаг делаю

Фото №76. Вот так. Теперь желающие могут покритиковать мой самодельный пробник, -☺ …а пока критический материал готовится, поясню, что сделал на осциллограммах Фото № 73-76.

Имеем Тойоту Карину. Год рождения 1991. Неустойчивая работа двигателя, повышенный расход топлива. «Выходить» на такую машину со сканером, ИМХО – это проявить пренебрежение к автомобилю и неуважение к себе. Компрессометр, мультиметр, стробоскоп — более правильные приборы для диагностики данного авто.

Ну, а осциллограф при диагностике — это компромисс.

Проверяем систему зажигания. Действие первое: — вкл. осциллограф, подключен пробник к осциллографу. Действие второе:(фото №73) пробник подносится к корпусу трамблера в том месте, где в нем находится катушка. На экране имеем импульсную последовательность. Развертка и пороговое значение напряжения выставлено таким образом, чтобы можно было увидеть работу катушки в какой-то отрезок времени. Видим, что сигнал есть, он не пропадает, и нет явных искажений в процессе подачи искры на распределитель. Но есть отклонения амплитуды пробивного напряжения, и они значительны. Эта оценка проводится визуально по сетке.

Хорошо бы взглянуть ближе. Фото №74, здесь опять же( только визуально) сравнение идет уже не только амплитуд, но и времени горения искры(опять же по сетке), а также обращается внимание на характер горения искры. Он разный. Фото № 75- 76. Это укрупненное изображение сигнала. Это уже на любителя или когда надо подробнее рассмотреть(но случай не тот). А теперь итог того, что сделано:

1. Измерения были? НЕТ, не было.

2. А неисправность увидели? Да, даже на общей картине она видна.

3. Как определили, что есть проблема в системе зажигания? А просто, поднеся пробник к катушке, мы получили фактически « парад цилиндров» (только синхронизации нет и поэтому мы не знаем в каком конкретно.) Но делаем вывод на основе сравнения полученных сигналов между собой. Ведь логично предположить, что они должны быть максимально похожи. Не важно, на какой цилиндр идет искра. Дальше можно добавить: Если датчик поставить на корпус в том месте, где провод входит в крышку — картинка будет отличаться; если наложить его на грибок, за который вытаскивают наконечник свечи, опять же будут изменение в осциллограмме; если вести его по поверхности ВВ провода, место утечки, пробоя обнаруживается, или повышенного сопротивления. Но с последним сложнее, так как обгорание внутреннего проводника происходит либо в самом наконечнике, либо в месте изгиба. Сами же провода рвутся реже. Исключения могут составлять модели ДВС, где для того, чтобы добраться до свечного наконечника, необходимо что-то подразобрать или приподнять. В этих случаях попытка вытащить за сам провод заканчивается обрывом внутреннего проводника.

Описанный способ, не претендует ни на какой эксклюзив, но требует определенного опыта и навыков. К измерениям данный способ отношения не имеет, но может оказаться достаточно эффективным в определенных ситуациях. Только используя подобные способы, диагност должен учитывать: — любое сомнение при таком или подобном способе должно трактоваться в пользу неисправности.

Я приведу еще пример использования этого датчика, но уже на моторе Тойоты Камри V6. Здесь не повезло с расположением катушек. Можно и пострашнее пример найти, но для понимания и этого будет достаточно.

Фото№77.Вот осциллограмма. Неудобства есть: — нужен тот, у кого рука может добраться до нужного места и удержать датчик. Если рука все же не добирается, тогда нужно использовать, телескопический держатель, от магнита скажем, и хорошо если первое колено его имеет подвижность(пружина). И тогда осциллограмма получается.

Общий вид, просто смотрю. И этого уже вполне достаточно, чтобы понять, что до катушки придется добираться. И разбора не избежать. Вот и получается, что лень является двигателем идей. Эту же осциллограмму, но кусками покажу просто для понимания.

Фото№78. Вырезки с одной и той же осциллограммы. На правом фото тот импульс, который выделен на фото№77 маркером «А». А верхняя осциллограмма-это импульс той же катушки, но в другой временной промежуток — для сравнения.

ИМХО — никогда не прибегайте к сравнению самодельных устройств и изготовленными в заводских условиях по соответствующим технологиям. Ваше изделие может работать вполне корректно и вполне отвечать и решению задач и условиям применения. Только в эйфорию от этого впадать не нужно.

МАРКИН Александр Васильевич

г. Белгород

Таврово мкр 2, пер. Парковый 29Б

(4722) 300-709

© 1999 – 2010 Легион-Автодата