Генератор шумовых сигналов: Купить генераторы шумовых сигналов в Москве

Содержание

Формирование и контроль маскирующих шумов

Формирование и контроль маскирующих шумов

В.К. Железняк, директор ФГУП «Информакустиха», доктор технических наук
В.М. Червинский, с.н.с, кандидат технических наук

Генераторы маскирующих шумов

Основным направлением защиты речевой информации техническими средствами помимо минимизации информационных излучений является создание искусственных помех в каналах утечки с помощью генераторов маскирующих шумов, мощность которых превышает мощность информационных сигналов.

Генератор для целей маскирования является сложным устройством, содержащим источник шума, несколько каскадов усиления, цепи частотной коррекции, формирующие спектр выходного сигнала, а также узлы питания, контроля и индикации.

Результат маскирования зависит от адаптированности генерируемого шума к маскирующему сигналу, от стабильности параметров шума. Особенно важны такие параметры, как средняя мощность (она должна превышать мощность сигнала в заданное количество раз), форма огибающей частотного спектра (она должна повторять огибающую сигнала), плотность распределения мгновенных значений напряжения и тока (в идеале она должна подчиняться нормальному закону Гаусса).

Контроль этих параметров необходим как в процессе эксплуатации — для оперативного предотвращения утечки информации, так и при производстве генераторов — для настройки и технологического контроля.

Чем контролировать качество шума?

Наиболее распространенными устройствами контроля шумовых сигналов являются измерители средней мощности со стрелочной или цифровой индикацией. Общим недостатком таких измерителей, как видно из таблицы, является то, что они не дают информацию о спектральной структуре и законе распределения шумового сигнала.

Требуемую информацию о параметрах шумового сигнала дают коррелометры и анализаторы спектра. Но эти приборы достаточно сложны, имеют
большие габариты и не могут быть использованы в качестве переносных и встроенных приборов непрерывного контроля параметров шумового сигнала.

Новое устройство в генераторе «Равнина-2к»: решение проблемы

Авторами данной статьи разработано устройство контроля, принцип функционирования которого основан на статистическом анализе временных характеристик выбросов шумового электрического напряжения. Микропроцессорная реализация оригинального алгоритма позволяет с достаточной точностью оценивать не только среднюю мощность и мгновенный спектр, но и близость закона распределения амплитуд контролируемого сигнала к гауссовскому закону. В случае выхода параметров шума из поля допусков, которое задано исходя из допустимого снижения энтропийного коэффициента качества шума, включается световая индикация и вырабатывается сигнал для блокирования аппаратуры передачи речи. Быстродействие устройства, то есть задержка от возникновения неисправности до включения индикации, не превышает длительности произношения ударной гласной.

Устройство обладает свойством адаптации к белому и розовому шумам. Малые размеры и экономичность позволяют встраивать его в различные приборы и комплексы.

Данное устройство контроля применено в генераторе маскирующего шума «Равнина-2к». Устройство обнаруживает неисправности в любых узлах генератора, если это приводит к ухудшению качества выходного сигнала. Причем одновременно контролируются как вырабатываемые генератором, так и снимаемые с нагрузки шумовые сигналы. Таким образом, контролем охвачены все звенья системы маскирования: генератор — линия — нагрузка.

Генераторы шумовых сигналов

Генераторы шумовых сигналов являются источниками флуктуационного напряжения с определенными вероятностными характеристиками. Приборы этого типа, относящиеся к группе Г2, применяются при измерении коэффициента шума приемно-усилительных устройств, при оценке нелинейных искажений, помехоустойчивости различных радиоэлектронных устройств и т.п. Серийные генераторы шума классифицируются преимущественно по диапазону частот: низкочастотные (от единиц Гц до единиц МГц), высокочастотные (единицы–сотни МГц), сверхвысокочастотные (сотни МГц–десятки ГГц).

Принцип действия генератора шумовых сигналов поясняется рис. 6. где изображена обобщенная структурная схема НЧ-генератора. Задающим генератором здесь является первичный источник шума, в качестве которого могут использоваться нагретый непроволочный резистор, вакуумные и полупроводниковые шумовые диоды, фотоэлектронные умножители, тиратроны, газоразрядные трубки. Действие первичных источников шума базируется на физических явлениях, связанных с неравномерным движением носителей электрических зарядов в элементах электрических цепей. Резисторы создают шумы за счет хаотического движения электронов. Среднеквадратическое значение напряжения шума, создаваемого резистором, определяется по формуле

где k – постоянная Больцмана, равная 1,38×10-23 Дж/К; Т – абсолютная температура, К; R – активное сопротивление, на котором измеряется шумовое напряжение, Ом; f — полоса частот, в которой производится измерение. Из формулы видно, что для увеличения шума резистор нужно нагреть. Резисторы в качестве первичного источника шума используются в диапазоне 0,1…11,5 ГГц, в коаксиальных и волноводных конструкциях.

Лекция 9 КЛАССИФИКАЦИЯ ПРИБОРОВ ДЛЯ ИССЛЕДОВАНИЯ ФОРМЫ, СПЕКТРА И НЕЛИНЕЙНЫХ ИСКАЖЕНИЙ СИГНАЛОВ

Приборы для исследования формы, спектра и нелинейных искажений сигналов образуют одну из наиболее представительных подгрупп в общей классификации приборов – подгруппу С. Внутри этой подгруппы сконцентрированы осциллографы универсальные (С1), измерители коэффициента амплитудной модуляции (С2) и девиации частоты (С3), анализаторы спектра (С4), измерители нелинейных искажении (С6) и, наконец, осциллографы скоростные и стробоскопические (С7), запоминающие (С8) и специальные (С9).

Осциллографом называется прибор для наблюдения или регистрации электрических сигналов, а также для измерения их параметров. Слово «осциллограф» произошло от латинского слова «осцилум» – колебание и греческого слова «графо» – пишу. Таким образом, осциллограф в буквальном смысле – прибор для записи (регистрации) колебаний. Основная функция осциллографа заключается в воспроизведении в графическом виде различных электрических колебаний (осциллограмм), так как это принято в радиотехнике. Чаще всего с помощью осциллограмм наблюдается зависимость напряжения от времени. Ось X является осью времени, а по оси Y откладывается напряжение сигнала. С помощью осциллографа можно исследовать различные неэлектрические процессы, если использовать специальные преобразователи неэлектрических величин в пропорциональные им напряжение или ток. Осциллограф позволяет осуществить измерение различных параметров сигнала, например амплитуды, длительности, частоты, глубины модуляции, фазового сдвига.

Осциллографы делятся на электромеханические и электронные. В электромеханических осциллографах осциллограмма образуется путем отклонения электромеханическим способом светового луча на поверхности носителя записи. Роль носителя записи выполняет в данном случае или фотопленка или бумажная лента. Основное достоинство осциллографов такого типа – документальная регистрация осциллограммы, что при наблюдении медленных процессов имеет важное значение.

Для получения осциллограмм, отображающих быстрые процессы, используются электронно-лучевые осциллографы, в которых под воздействием электрического сигнала происходит практически безинерционное отклонение электронного пучка, вызывающего свечение люминесцирующего экрана. Документальная регистрация осциллограмм осуществляется фотографированием изображения, для чего некоторые типы осциллографов снабжаются специальными фотографическими приставками.

ГЕНЕРАТОР ШУМОВЫХ СИГНАЛОВ «МАРС -ТЗО-4-2»

Генератор шума МАРС -ТЗО-4-2 предназначен для создания шумового сигнала в диапазоне частот от 180 до 5600 Гц в составе технических средств активной защиты информации от утечки по акустическому и виброакустическому каналу. Генератор имеет два выхода: «ВЫХОД 1» и «ВЫХОД 2» ― для подключения акустических излучателей и виброизлучателей.

Технические характеристики:
Генератор обеспечивает на выходах уровень шумового сигнала (3,5+0,2) В полосе частот от 180 до 5600 Гц на нагрузке 4 Ом.
Распределение спектра шума соответствует розовому шуму с падением уровней по напряжению в трехоктавных полосах на 1 дБ.
Отклонение распределения спектра в третьок-тавных полосах ― не более +3 дБ относительно полосы со средней частотой 1 кГц.

Глубина регулировки уровней шумовых сигналов на выходах ― не менее 20 дБ .
Генератор обеспечивает индикацию выходного напряжения по 10-ти сегментному индикатору.
Генератор обеспечивает индикацию контроля уровня зашумления при использовании датчика ― акселерометра МВИР.467278.002-01.
Напряжение питания ― от 100 до 240 В переменного тока частотой 50 Гц. Потребляемая мощность ― не более 40 ВА.
Генератор обеспечивает питание внешней нагрузки напряжением 5 В, током 0,15 А.
По электробезопасности генератор соответствует требованиям класса 1 по ГОСТ 12.2.007.0-75.
Изоляция цепей сетевого питания изделия выдерживает без пробоя и поверхностного перекрытия испытательное напряжение 1000 В синусоидальной формы частотой 50 Гц.
Сопротивление изоляции цепей сетевого питания изделия в нормальных климатических условиях ― не менее 20 МОм

Степень защиты ― IP30 по ГОСТ 14254 ― 96.
Допустимая величина давления акустического поля в месте установки изделия ― не более 94 дБА.
Допустимая величина напряженности магнитного поля в месте установки изделия ― не более 5•10-3 А/м.
Допустимая величина напряженности электрического поля в месте установки изделия ― не более 0,1 В/м.

Габаритные размеры ― не более 225х142х48 мм.
Масса изделия ― не более 1,5 кг.
Режим эксплуатации ― непрерывный в течение 24 ч.

Генератор шума МАРС -ТЗО-4-2 предназначен для создания шумового сигнала в диапазоне частот от 180 до 5600 Гц в составе технических средств активной защиты информации от утечки по акустическому и…

Генератор — шумовой сигнал — Большая Энциклопедия Нефти и Газа, статья, страница 1

Генератор — шумовой сигнал

Cтраница 1

Генераторы шумовых сигналов

являются источниками флуктуа-ционного напряжения с определенными вероятностными характеристиками.  [1]

Генераторы шумовых сигналов применяются в качестве имитаторов флуктуационных помех при исследовании чувствительности радиоприемных и усилительных устройств, в качестве калиброванных источников мощности при измерениях напряженности поля или шумов внеземного происхождения, в качестве имитаторов полного сигнала многоканальной аппаратуры связи при измерениях перекрестных помех в коаксиальных и радиорелейных линиях связи.  [2]

Генератор шумовых сигналов на фотоэлектронном умножителе ( рис. 4.31) работает в диапазоне частот от нескольких герц до нескольких мегагерц при напряжении шумов в несколько сотен микровольт.  [3]

Генераторы шумовых сигналов применяются в качестве имитаторов флуктуа-ционных помех при исследовании предельной чувствительности радиоприемных и усилительных устройств, в качестве калиброванных источников мощности при измерениях напряженности поля или шумов внеземного происхождения, в качестве имитаторов полного сигнала многоканальной аппаратуры связи при измерениях перекрестных помех в коаксиальных и радиорелейных линиях связи. Кроме тогэ, они используются для статистических измерений.  [5]

Генераторы шумовых сигналов ( шумовые генераторы) вырабатывают флуктуационные напряжения с определенными ( заданными) вероятностными характеристиками.  [7]

Генератор шумовых сигналов на фотоэлектронном умножителе ( рис. 5.196) работает в диапазоне частот от нескольких герц до нескольких мегагерц при напряжении шума в несколько сотен микровольт. Уровень выходной мощности резко зависит от напряжений на вторичных эмиттерах, поэтому для питания фотоумножителя требуется высоковольтный выпрямитель с хорошей стабилизацией выпрямленного напряжения.  [9]

Генераторы шумовых сигналов являются измерительными генераторами, создающими флуктуационные напряжения с определенными вероятностными характеристиками. Структура генерируемых ими напряжений практически не отличается от шумовых напряжений реальных устройств. Генераторы шумовых сигналов применяются для проверки, настройки и калибровки различных радиоэлектронных устройств, в качестве калиброванных источников мощности при различных измерениях. Шумовые генераторы должны обладать определенной мощностью и стабильностью шумов, калиброванным и регулируемым их уровнем и по возможности равномерным спектром шумовых сигналов. Построение генератора шума соответствует структурной схеме рис. 1.37. Задающий генератор — основной узел, определяющий принцип действия прибора, является источником шумовых сигналов. Наиболее распространенными источниками шума являются нагретые проволочные резисторы, вакуумные диоды, тиратроны, фотоумножители и газоразрядные трубки. Блок усиления служит для усиления мощности, напряжения шума и улучшения спектральной характеристики выходного шума. Выходные устройства ( плавные и ступенчатые аттенюаторы) позволяют изменять выходное напряжение в широких пределах. Выходное сопротивление имеет постоянное значение с диапазоном от 75 до 1000 ом. Измерительные устройства служат для определения действующего значения напряжения шума на выходе аттенюатора.  [10]

Преобразователями генераторов шумовых сигналов служат усилители, нелинейные преобразователи, гетеродинные переносчики спектра, фильтры.  [12]

В генераторах шумовых сигналов преобразователями служат усилители, нелинейные устройства, гетеродинные переносчики спектра, фильтры.  [13]

Так как генератор шумового сигнала характеризуется широким спектром генерируемых частот, то отпадает необходимость его настройки на заданную частоту. Для выделения определенных спектров частот генератора шумовых сигналов в нем используются фильтры и преобразователи.  [15]

Страницы:      1    2    3

3.3 Генераторы импульсных и шумовых сигналов кратко МЕТРОЛОГ…

Привет, Вы узнаете про генераторы импульсных, Разберем основные ее виды и особенности использования. Еще будет много подробных примеров и описаний. Для того чтобы лучше понимать что такое генераторы импульсных,шумовых сигналов , настоятельно рекомендую прочитать все из категории МЕТРОЛОГИЯ И ЭЛЕКТРОРАДИОИЗМЕРЕНИЯ

3.3.1 генераторы импульсных сигналов

К генераторам сигналов специальной формы относят источники одиночных или периодических импульсных сигналов, которые могут иметь прямоугольную и отличную от нее форму. Особое место в ряду генераторов специальной формы занимают импульсные (релаксационные) генераторы. Их подразделяют на генераторы периодической последовательности импульсов и генераторы кодовых групп импульсов. Широкое применение находят генераторы периодических последовательностей прямоугольных импульсов. Для формирования прямоугольных импульсов со стабильными длительностью и частотой следования, крутыми фронтами и плоской вершиной используют мультивибраторы , работающие в автоколебательном и ждущем режимах. Обычно в мультивибраторах применяют кварцевую стабилизацию частоты.

Структурная схема импульсного генератора и временные диаграммы ее работы показаны на рис. 3.6. Формирователь временных интервалов может работать в режиме автогенератора (положение ключа I) или в ждущем режиме (положение ключа 2). Однократный пуск осуществляют нажатием кнопки КнИнтервал T определяет частоту следования импульсов f = 1/T. Длительность импульсов определяется временем задержки, как в одноименной схеме: τи = τ3. 

 

Рисунок 3.6 Импульсный генератор:  

а — структурная схема; б — временные диаграммы

По длительности вырабатываемых импульсов генераторы делят на микросекундные и наносекундные.

Современные генераторы сигналов специальной формы относятся к универсальным приборам с широким частотным диапазоном, большим числом форм и уровней выходных сигналов, а также электронным управлением их параметрами. В ряде случаев генераторы частично или полностью заменяют низкочастотные, в том числе инфранизкочастотные, высокочастотные и импульсные генераторы.

 

3.3.2 Генераторы качающейся частоты  

В измерительной технике часто используют генераторы гармонических сигналов, частоту которых автоматически изменяют (качают) в пределах заданной спектральной полосы.

К генераторам качающейся частоты (ГКЧ; устаревшее название «свипгенератор») относятся источники гармонических колебаний со специальным (линейным, логарифмическим и т.д.) законом автоматического изменения частоты в пределах заданной полосы качания.

Полосу качания Δf определяют как разность конечной fk и начальной fH, частот, т.е. Δf=fK — fH.

В зависимости от ее значения ГКЧ делят на узкополосные (Δf не более 1 % максимальной частоты рабочего диапазона или поддиапазона), широкополосные (Δf > 1 %) и комбинированные.

Структурная          схема         ГКЧ (рис. 3.7)   содержит       источник модулирующего напряжения, задающий генератор, схему формирования частотных          меток,        выходной блок и       цифровой индикатор уровня, фиксирующий выходное колебание.

Основные параметры данных генераторов — частотные и амплитудные.

К первым относят диапазон рабочих частот, полосу качания, длительность автоматического качания частоты и т.д . Об этом говорит сайт https://intellect.icu . Ко вторым — уровень выходной мощности (напряжения) при работе на согласованную нагрузку, неравномерность этого уровня при перестройке частоты и пр. К генераторам качающейся частоты предъявляют достаточно жесткие требования по линейности модуляционной характеристики, постоянству выходного уровня мощности и значению побочной модуляции.

В достаточно широких пределах автоматическое качание частоты без коммутации элементов колебательной системы легко реализуют в низкочастотных     генераторах        на      биениях.    При       этом в        качестве перестраиваемого гетеродина может служить LC-генератор с электронным управлением частотой.  

В радиотехнике известно несколько способов управления частотой высокочастотных LC-генераторов. Практическое применение находит способ перестройки частоты путем изменения величины барьерной емкости p-nперехода полупроводникового диода — варикапа, который включают в цепь колебательного контура генератора. Модулирующее напряжение, воздействуя на p-n-перехода диода, изменяет его емкость, а следовательно, и частоту генерируемых колебаний.

 

 

Рисунок 3.7 Упрощенная структурная схема ГКЧ

3.3.3 Генераторы шумовых и шумоподобных сигналов

Широкое применение в измерительной технике находят генераторы шумовых сигналов .

Генераторы шумовых сигналов (шумовые генераторы) вырабатывают флуктуационные напряжения с заданными вероятностными характеристиками. Основной узел шумового генератора — задающий генератор (рис. 3.8). Его сигналы должны иметь равномерную спектральную плотность мощности по всей требуемой полосе частот (теоретически это белый шум). В задающем генераторе используют физические явления, при которых возникают достаточно интенсивные шумы со статическими характеристиками и параметрами, поддающимися достаточно несложному математическому анализу.

 

 

Рисунок 3.8 Структурная схема шумового генератора

 

Нагретый проволочный резистор . В качестве образцового источника шума может служить нагретый проволочный резистор, среднее квадратическое значение напряжения на котором рассчитывают по формуле:

                                                              U2 = 4kTRΔf,                                                 (3.5)

где к = 1,38 · 10-23 Дж/град — постоянная Больцмана; Т — абсолютная температура резистора в градусах Кельвина; R — сопротивление резистора, Ом; Δf — рабочая полоса.

Резистор выполняют в виде вольфрамовой спирали, намотанной на керамический каркас, температуру которой поддерживают постоянной.

Болометрический генератор шума. К источникам тепловой шумовой мощности относится и болометрический генератор. Болометрпредставляет собой вакуумный стеклянный баллон, внутри которого натянута вольфрамовая нить.

Источники теплового шума используют в качестве образцовых генераторов шумовых напряжений, так как расчетные данные хорошо совпадают с практическими результатами. В шумовых генераторах также применяют фотоэлектронные умножители, газоразрядные трубки, шумовые диоды и т.п.

Газоразрядные генераторы шума. Широкое применение в качестве первичного источника шума. В сантиметровом диапазоне волн нашли газоразрядные шумовые трубки (ГШТ) с положительным столбом.

Газоразрядные шумовые трубки имеют высокую равномерность спектральной плотности мощности шума в широкой полосе частот, стабильный и относительно высокий уровень мощности, просты в эксплуатации, устойчивы к жестким воздействиям внешней среды и обладают достаточно высокой эксплуатационной надежностью.

Газоразрядный шумовой генератор выполнен в виде стеклянной трубки, наполненной инертным газом (аргоном или неоном). На одном конце трубки расположен прямонакальный, или подогреваемый катод , на противоположном — анод . Свойство газоразрядных трубок генерировать шумы обусловлено колебаниями электронов в плазме. Для практического использования шумового излучения положительного столба ГШТ помещают в специальные генераторные секции. В зависимости от диапазона частот и типа трубки можно использовать генераторные секции, выполненные на волноводе, коаксиальной или полосковой линии.

Волноводные шумовые генераторы представляют собой отрезок волновода, в центре широкой стенки которого под малым углом (7…15)° помещают ГШТ. Наклонное положение трубки в волноводе обеспечивают при разряде равномерное внесение потерь на достаточной длине линии, благодаря чему достигают удовлетворительного согласования ГШТ с линией передачи в широком диапазоне частот.

В длинноволновой части сантиметровых волн из-за сложности согласования трубки с линией передачи обычно применяют коаксиальные или полосковые генераторы шума.

В коаксиальных генераторах шума ГШТ помещают внутри  ленточной       спирали,    которая      является     внутренним       проводником  коаксиальной линии. Внешним проводником служит цилиндрическая поверхность корпуса линии. Форму спирали (зазор между соседними витками, диаметр спирали) определяют исходя из требуемого волнового сопротивления, связи трубки с линией передачи, диапазона частот.

Полосковые генераторы шума представляют собой симметричную полосковую линию, вдоль оси которой помещают газоразрядную шумовую трубку.

Интенсивность излучения ГШТ определяется в основном электронной температурой плазмы. Потери, вносимые генератором шума в тракт, в выключенном состоянии определяются потерями в стенке трубки, линии передачи и т.д.

На практике используют генераторы шума в импульсном режиме. Длительность импульса горения ГШТ ограничена длительностью переходного процесса в газовом разряде. В зависимости от допустимых искажений минимальная длительность модулирующего импульса составляет 0,2…1 мс.

Генераторы на лавинно-пролетных диодах. Из полупроводниковых генераторов шума в практике измерений широко используют схемы на лавинно-пролетном диоде (ЛПД). Генераторы состоят из ЛПД и генераторной секции, согласующей входное сопротивление p-n-перехода с сопротивлением нагрузки. Основным источником шумового излучения в ЛПД являются дробовые флуктуации тока насыщения диода. Генераторы шума на ЛПД перекрывают дециметровый и сантиметровый диапазоны волн. Они могут работать как в режиме непрерывных колебаний, так и в режиме импульсной модуляции при длительности импульсов от нескольких долей микросекунд и более.

Контрольные вопросы:

1.      Какие физические явления могут быть положены в основу создания шумовых генераторов?

2.      Какие требования предъявляют к форме сигнала импульсного генератора?

3.      Для чего используют генераторы шумоподобных сигналов?

4.      Что служит образцовым источником шума?

К сожалению, в одной статье не просто дать все знания про генераторы импульсных. Но я — старался. Если ты проявишь интерес к раскрытию подробностей,я обязательно напишу продолжение! Надеюсь, что теперь ты понял что такое генераторы импульсных,шумовых сигналов и для чего все это нужно, а если не понял, или есть замечания, то нестесняся пиши или спрашивай в комментариях, с удовольствием отвечу. Для того чтобы глубже понять настоятельно рекомендую изучить всю информацию из категории МЕТРОЛОГИЯ И ЭЛЕКТРОРАДИОИЗМЕРЕНИЯ

Ответы на вопросы для самопроверки пишите в комментариях, мы проверим, или же задавайте свой вопрос по данной теме.

🚀 Реферат: «Генераторы шумовых сигналов», Техника

Генераторы шумовых сигналов (шумовые генераторы) вырабатывают флуктуационные напряжения с определенными (заданными) вероятностными характеристиками.

Основным узлом схемы шумового генератора является задающий генератор (рис. 9.6), сигналы которого должны иметь равномерную спектральную плотность мощности во всей требуемой полосе частот (теоретически — это «белый» шум). В задающем генераторе используются физические явления, приводящие к возникновению достаточно интенсивных шумов со статическими характеристиками и параметрами, поддающимися достаточно несложному математическому анализу.

В качестве образцового источника шума может служить нагретый проволочный резистор, действующее значение напряжения на котором рассчитывается по известной из курса физики формуле.

где к = 1,38−10 23 Дж/град — постоянная Больцмана; Т— абсолютная температура резистора в градусах Кельвина; R — сопротивление резистора; А/ — полоса пропускания.

Конструктивно резистор выполняется в виде вольфрамовой спирали, намотанной на керамический каркас, температура которой поддерживается постоянной [16, «https://nanayna.ru»].

К источникам тепловой шумовой мощности относится и болометрический генератор, представляющий собой вакуумный стеклянный баллон, внутри которого натянута вольфрамовая нить.

Источники теплового шума используются в качестве образцовых генераторов шумовых напряжений, так как расчетные данные хорошо согласуются с практическими результатами. В шумовых генераторах также применяются фотоэлектронные умножители, газоразрядные трубки, шумовые диоды и т. п.

В качестве преобразователей спектра в шумовых генераторах применяются усилители, фильтры, ограничители, генераторы перестраиваемой частоты — в зависимости от того, какое преобразование шума требуется.

Рис. 9.6. Структурная схема шумового генератора.

Так, применив в качестве преобразователя фильтр с определенным коэффициентом передачи, можно получить из генератора «белого» шума генератор стационарного случайного процесса со спектральной плотностью мощности, изменяющейся по заданному закону в определенном диапазоне частот. Основным элементом выходного устройства генератора служит калиброванный аттенюатор, обеспечивающий одинаковый коэффициент деления мощности по всей полосе частот шума. Для контроля уровня выходной мощности в схему генератора встраивается вольтметр, фиксирующий действующие значения.

Низкочастотные генераторы шумов обозначаются как Г2, работают в диапазоне от 20 Гц до 10 МГц и обеспечивают мощность до 5 Вт. СВЧ-генераторы имеют высшую частоту рабочего диапазона 37 ГГц и, как и генераторы гармонических колебаний, выполняются однодиапазонными с малым перекрытием по частоте. Обозначаются СВЧ шумовые генераторы так же, как и низкочастотные, — Г2.

выбор подходящего генератора сигналов для имитации источников электромагнитных излучений

10 Июля 2019

Введение

Правильный выбор генератора сигналов для имитации источников электромагнитных излучений (ЭМИ) при проведении испытаний средств и комплексов радиоэлектронной борьбы (РЭБ) – непростая задача. Отчасти сложность выбора заключается в необходимости выполнения индивидуальных требований инженера-испытателя и учета особенностей решаемой задачи. Поэтому ни один генератор сигналов не будет идеальным решением на любой случай. Еще одним ключевым моментом, осложняющим выбор, является недостаток информации о подходящем оборудовании. Большинство инженеров попросту не имеют достаточного опыта, чтобы понимать, какие типы источников сигналов и когда нужно использовать. Эта проблема имеет место не только при решении прикладных задач в процессе создания средств и комплексов РЭБ, но не менее актуальна и применительно ко всем задачам, связанным с радиолокационными системами (например, системами посадки, метеорологическими РЛС и т.д.). Фактически любой инженер, сталкивающийся с необходимостью исследования характеристик систем радиолокации и РЭБ, в той или иной степени нуждается в генераторе сигналов для имитации различных типов источников ЭМИ. С помощью генераторов сигналов выполняются: имитация условий ведения РЭБ, запуск различных сценариев испытаний путем формирования последовательностей импульсных сигналов и общей сигнально-помеховой обстановки для определения реакции приемных систем, а также другие виды проверок.

Несмотря на все трудности на пути к правильному выбору источника сигналов результат стоит затраченных усилий, поскольку, сделав неверный выбор, вы столкнетесь с рядом негативных последствий. Инженер может ошибочно задать неверные характеристики или выбрать оборудование, вообще не обладающее нужными для выполнения работы функциями. Аналогичным образом инженер может непреднамеренно задать избыточные требования к оборудованию. Подобная ошибка повлечет чрезмерные траты, и в результате дорогостоящее полнофункциональное оборудование будет использоваться там, где для решения задачи хватило бы старого и менее дорогого. К счастью для любого инженера- испытателя систем радиолокации и РЭБ, сталкивающегося с этой дилеммой, теперь появились общие критерии, помогающие сделать выбор. Эти критерии не только помогут сузить круг вариантов выбора, но и гарантируют эффективное использование имеющихся активов. В зависимости от измерительных задач, решаемых при испытаниях комплексов РЭБ, одновременно могут использоваться различные типы генераторов сигналов.

Типы генераторов сигналов

В настоящее время поставщики предлагают четыре различных типа генераторов сигналов для имитации источников ЭМИ. Это генераторы сигналов с быстрой перестройкой, векторные генераторы сигналов, генераторы сигналов произвольной формы (ГСПФ) и аналоговые генераторы сигналов.

Генераторы сигналов с быстрой перестройкой частоты строятся на основе прямого цифрового синтеза и представляют собой широкодиапазонные источники сигналов с возможностью перестройки частот несущих за доли микросекунд во всем рабочем диапазоне. Векторные генераторы сигналов представляют собой сочетание генератора сигналов произвольной формы и источника с I/Q-модулятором для переноса спектра сигнала на более высокие частоты. Этот тип гнераторов – нечто среднее между сверхширокополосными ГСПФ и генераторами с быстрой перестройкой. Генераторы сигналов произвольной формы (ГСПФ) способны формировать сигналы с различным разрешением (степенью детализации формы сигнала) и частотой дискретизации. Наконец, аналоговые источники сигналов – это генераторы, не обладающие функциями I/Q-модуляции, но способные формировать непрерывные сигналы с различными типами аналоговой модуляции.

Основные показатели качества

При оценке возможности применения этих четырех типов источников для решения поставленных задач следует учитывать ряд различных показателей качества и возможностей. В перечень основных характеристик всех источников сигналов входят восемь показателей:

  • Фазовый шум. Уровень фазовых шумов является одним из наиболее важных показателей качества генераторов и является мерой спектральной чистоты сигналов, формируемых любым источником. Он вполне может быть ограничивающим фактором при решении критически важных задач в аэрокосмической и оборонной промышленности, таких как радиолокация и РЭБ. Из-за фазового шума относительно малые сигналы вблизи несущей могут маскироваться шумовыми боковыми полосами основного сигнала в условиях сигнально-помеховой обстановки с несколькими источниками ЭМИ, а работа систем на основе эффекта Доплера (рисунок 1) может затрудняться ложными эхо-сигналами.


    Рисунок 1. Наглядная иллюстрация того, как высокий уровень фазового шума может исказить форму спектра сигнала относительно большой амплитуды, вследствие чего расположенный близко по частоте сигнал меньшего уровня будет маскирован.

  • Динамический диапазон, свободный от паразитных составляющих (SFDR). SFDR – это отношение уровня мощности поданного на тестируемое устройство сигнала или сигнала несущей частоты на выходе генератора к мощности наибольшей паразитной составляющей в спектре этого сигнала (наибольшей гармоники). Высокий показатель SFDR имеет важное значение при имитации условий ведения РЭБ для создания реалистичной сигнально-помеховой обстановки, когда диапазон амплитуд сигналов-целей может быть очень широким, а ложные цели приводят к получению недостоверных результатов испытаний (рисунок 2). Этот показатель особенно важен при имитации условий ведения РЭБ, когда чувствительность приемников испытываемых комплексов крайне высока.


    Рисунок 2. Паразитные составляющие спектра могут быть распознаны как ложные цели или радиолокационные эхо-сигналы, вследствие чего возможно получение недостоверных результатов испытаний.

  • Мощность. Мощность – это основной энергетический показатель сигнала. Большой диапазон установки уровней мощности сигналов важен для реалистичного моделирования множества целей на различном удалении и с разными углами прихода отраженных сигналов. При использовании ГСПФ и векторных генераторов сигналов показатели мощности выходного сигнала непосредственно связаны с разрешением и качеством цифро-аналоговых преобразователей (ЦАП) в генераторе, где каждый дополнительный бит эффективного числа разрядов (ENOB) АЦП может добавить примерно 6 дБ к динамическому диапазону генератора.
  • Скорость переключения между импульсами. Скорость переключения между импульсами характеризует возможность источника быстро переходить от формирования одного импульсного сигнала с заданной частотой, фазой и уровнем мощности, к формированию другого сигнала. Этот показатель важен при испытаниях систем РЭБ по многим причинам, в числе которых — реалистичность имитации источников ЭМИ с высокой скоростью переключения по указанным выше параметрам, ускорение процесса испытаний и увеличение плотности импульсных сигналов. Плотность характеризует количество импульсных сигналов, присутствующих в общей сигнально-помеховой обстановке в единицу времени, поэтому «быстрые» генераторы с высокой скоростью переключения между импульсами могут создавать сценарии испытаний с более высокой плотностью и меньшим наложением (рисунок 3).


    Рисунок 3. Плотность импульсов характеризует количество импульсных сигналов, присутствующих в общей сигнально-помеховой обстановке в единицу времени. Источник сигналов с большей скоростью переключения способен обеспечить большую плотность импульсных сигналов и имитировать большее количество источников ЭМИ.

  • Диапазон быстрой перестройки. Диапазон быстрой перестройки – это диапазон частот, в котором источник сигналов может с высокой скоростью переключаться от имитации одного источника ЭМИ к другому. Этот параметр важно знать потому, что он определяет два важных показателя: диапазон значений плотности импульсных сигналов и возможности по когерентности между различными импульсами при их переключении. Диапазон быстрой перестройки варьируется в зависимости от архитектуры генератора сигналов. Он более подробно рассматривается в последующих разделах. Когерентность между импульсами при переключении важна для адекватной имитации изменений фазы источников ЭМИ в ходе выполнения сценария, поскольку системы РЭБ отслеживают эти изменения. Например, если генератор имитирует два источника ЭМИ на двух различных частотах, фаза сигналов этих источников на обеих частотах должна «запоминаться» при переключении между частотами и продолжать изменяться при возврате генератора на прежнюю частоту так, как будто переключения не было вовсе (рисунок 4).


    Рисунок 4. Для корректной имитации двух источников ЭМИ на двух различных частотах их фазовые соотношения должны поддерживаться с высокой точностью.

  • Полоса частот модулирующего сигнала. Данный параметр характеризует диапазон частот модулирующих сигналов, которые способен формировать источник. Он влияет на время нарастания фронта импульсных сигналов, а также на параметры модуляции, такие как девиация ЛЧМ-сигнала (рисунок 5). Векторные генераторы сигналов и ГСПФ способны одновременно формировать сигналы нескольких источников ЭМИ в пределах полосы частот модулирующих сигналов. Их диапазоны быстрой перестройки, как правило, также ограничены шириной диапазона частот модулирующих сигналов в зависимости от набора частот формируемых сигналов. Полоса частот модулирующих сигналов источника зависит от частоты дискретизации его внутреннего ЦАП, а также от его аналоговых характеристик (например, от разноса частотных диапазонов).


    Рисунок 5. Чтобы правильно сформировать показанный ЛЧМ-сигнал, полоса частот модулирующих сигналов источника должна быть больше либо равна девиации частоты.

  • Объем памяти и функции потокового воспроизведения. Продолжительность сценариев имитации условий ведения РЭБ может варьироваться от нескольких микросекунд до нескольких дней. В связи с этим генератор сигналов должен формировать сигналы указанной длительности. Методики воспроизведения сигналов различной длительности отличаются по архитектуре аппаратной части и стоимости реализации. При коротких интервалах времени воспроизведения для загрузки данных о квадратурных составляющих формируемых сигналов обычно достаточно внутренней памяти прибора или сжатых форматов данных, обработка которых будет производиться по наступлению конкретного события.

    Прямая загрузка данных пригодна только при небольшой продолжительности сценариев. По мере увеличения частоты дискретизации и продолжительности сценариев, а также количества задействованной аппаратуры, потребуется использование дополнительных средств и схем хранения и обработки данных. Одним из способов расширения времени воспроизведения при ограниченном объеме памяти является формирование последовательностей и цифровое преобразование с повышением частоты, которые позволяют индексировать различные сегменты памяти и помещать их в цикл в соответствии с присвоенными индексами, либо изменять частоты несущих при наступлении определенных событий (таких, как получение программной команды или запуск с малой задержкой). В зависимости от условий сценариев, создание последовательностей воспроизведения сегментов памяти может значительно увеличить их продолжительность.

    Еще один метод экономии памяти заключается в сжатии данных. Если прибор способен воспринимать абстрактные, общие для всех сигналов, параметры, такие как длительность импульса и тип модуляции, тогда для описания сигнала может потребоваться меньшее число бит данных. Средства, используемые для имитации сценариев ведения РЭБ, используют общий метод описания источников ЭМИ – дескрипторы импульсов (PDW). Различные системы и организации используют разные форматы дескрипторов импульсов, но при этом они имеют много общего. Формат дескрипторов импульсов позволяет адекватно описывать источники ЭМИ при имитации условий ведения РЭБ. Во многих случаях использование дескрипторов импульсов вместо прямого описания сигналов в виде квадратурных составляющих может сократить объем используемой памяти на несколько порядков, а также упростить программирование требуемой формы сигнала (рисунок 6).


    Рисунок 6. Методы сжатия данных (например, использование дескрипторов импульсов) способны значительно снизить требования к объему памяти и упростить формирование сигналов по сравнению с описанием сигналов в виде квадратурных составляющих (слева), формы сигналов могут описываться в табличной форме и быстро загружаться программным путем.

    Для максимальной гибкости по временным характеристикам источник сигналов должен иметь возможность потокового воспроизведения сигналов с внешнего управляющего устройства, на котором запускается имитация, или устройства хранения данных, например, RAID-массива. В зависимости от схемы хранения данных пропускная способность может быть либо ограничивающим фактором, либо определяющим критерием стоимости источника сигналов с функцией потокового воспроизведения. Однако использование методов сжатия данных в памяти (таких, как дескрипторы импульсов) способно стать эффективным решением указанной проблемы, поскольку для формирования аналогичного сигнала потребуется меньше данных.

  • Возможности синхронизации. Во многих случаях генераторы сигналов, используемые для имитации условий ведения РЭБ, должны быть когерентны по фазе, поскольку для формирования сигналов одного источника ЭМИ могут использоваться несколько генераторов, а для реализации некоторых методик испытаний приемников потребуется создать несколько составных фронтов волны с интервалом менее наносекунды. Возможность объединения нескольких генераторов сигналов в единую когерентную систему (с синхронизацией по фазе и времени) для формирования сигналов, помимо всего прочего, также следует рассматривать при выборе оборудования, поскольку именно она определяет способность системы к расширению. Для реализации такой системы важны не только возможности использования разными источниками общих сигналов синхронизации и гетеродина, но и наличие настраиваемых функций запуска, а также высокая точность и повторяемость параметров выходного сигнала.

Критерии выбора типа генераторов сигналов

В целях облегчения выбора наиболее предпочтительного для решения поставленных задач генератора сигналов ниже приведены общие данные для сравнения функциональных возможностей и технических характеристик четырех основных типов источников сигналов, применяемых для имитации источников ЭМИ.

Генераторы сигналов с быстрой перестройкой


Рисунок 7. Типовая структурная схема генератора с быстрой перестройкой.

Варианты применения: генераторы сигналов данного типа используются для имитации одного или нескольких источников ЭМИ в очень широком диапазоне частот и в качестве быстро перестраиваемых гетеродинов в различных подсистемах (рисунок 7). Благодаря архитектуре, в основе которой лежит принцип прямого цифрового синтеза, их можно жестко синхронизировать при работе в составе многоканальных измерительных систем.

Преимущества: генераторы сигналов с быстрой перестройкой обеспечивают высокую производительность при имитации множества различных типов сценариев ведения РЭБ. Благодаря архитектуре, основанной на принципе прямого цифрового синтеза, они способны обеспечивать фазовую когерентность и/или непрерывность во всем диапазоне, а синхронизация нескольких генераторов может быть выполнена с легкостью и высоким разрешением. Кроме того, генераторы сигналов с быстрой перестройкой могут использовать различные форматы дескрипторов импульсов для описания выходных сигналов, позволяя выполнять потоковое воспроизведение сигналов при времени обновления менее микросекунды. Как результат, они способны имитировать множество источников ЭМИ во всем диапазоне рабочих частот, при этом работать совместно с несколькими генераторами и воспроизводить потенциально бесконечно длинные последовательности данных.

Недостатки: одним из недостатков генераторов сигналов с быстрой перестройкой является последовательное воспроизведение дескрипторов импульсов по принципу «первый на входе – первый на выходе» (FIFO), следствием чего является невозможность одновременного воспроизведения двух и более дескрипторов импульсов. Этот недостаток не играет большой роли, если коэффициент заполнения имитируемых источников ЭМИ не очень велик. Для одновременного воспроизведения нескольких дескрипторов импульсов инженер-испытатель может использовать соответствующее количество дополнительных генераторов сигналов с быстрой перестройкой, синхронизированных между собой (рисунок 8). Однако при создании законченного эмулятора такое решение может быть менее рентабельным.

Основные показатели:
  • Диапазон частот: от 10 МГц до 40 ГГц
  • Полоса частот модулирующего сигнала: 3 ГГц
  • Когерентность/непрерывность во всем диапазоне частот (от 10 МГц до 40 ГГц)
  • Количество каналов: от 1 до 6 когерентных
  • Скорость обновления дескрипторов импульсов: от 180 нс до 500 мкс
  • Схема данных: на основе дескрипторов импульсов (с высокой степенью сжатия)
  • Пропускная способность при обработке дескрипторов импульсов, по техническому описанию:
  • Минимальная длительность = 4 нс
  • Скорость обновления = 180 нс
  • Макс. скорость = 1/(минимальная длительность + скорость обновления) = 1/(184 нс) = 5,4348 миллионов дескрипторов импульсов в секунду
  • Разрешение по времени: 10 пс
  • Возможность потокового воспроизведения


Рисунок 8. Пример сценария с заданной плотностью импульсных сигналов, реализованного с использованием генераторов сигналов с быстрой перестройкой. Для предотвращения пропуска импульсов дескрипторы импульсов распределены между двумя синхронизированными генераторами.

Примером генератора сигналов с быстрой перестройкой может послужить генератор N5193A/N5191A серии UXG компании Keysight (рисунок 9).


Рисунок 9. Высокопроизводительные генераторы сигналов с быстрой перестройкой N5193A/N5191A серии UXG разработаны специально для имитации сценариев ведения РЭБ с высокой скоростью воспроизведения потоковых данных и переключения между дескрипторами. Имеется возможность синхронизации по внешнему источнику при работе в составе системы.

Векторные генераторы сигналов


Рисунок 10. Типовая структурная схема векторного генератора сигналов. В схеме векторного генератора сигналов присутствуют синтезатор частот с I/Q-модулятором, который дает ему возможность формировать сигналы с векторной модуляцией (также известной как «цифровая» или «комплексная»), благодаря чему он и получил свое название.

Варианты применения: векторные генераторы сигналов используются для имитации сигналов отдельных источников ЭМИ с различными полосами частот модулирующего сигнала или нескольких источников ЭМИ с близкими частотами. Типовая структурная схема векторного генератора сигналов приведена на рисунке 10. В силу своей архитектуры векторные генераторы сигналов обычно используются для формирования сигналов в определенной полосе частот. Они могут осуществлять перестройку по частоте в пределах диапазона и изменять полосу сигнала, а более продвинутые решения позволяют подавать на вход I/Q-модулятора сигналы с ГСПФ для формирования широкополосных сигналов (до нескольких ГГц).

Достоинства: благодаря высокому разрешению ЦАП векторные генераторы сигналов обладают более широким динамическим диапазоном, чем сверхширокополосные ГСПФ. Они также способны одновременно формировать несколько сигналов, но в связи с этим динамический диапазон каждого из таких сигналов будет уменьшаться. Генераторы данного типа могут использоваться для имитации сигналов систем связи при испытаниях, что добавляет им универсальности. Поскольку сигналы формируются на основе данных о квадратурных составляющих, эти генераторы способны обеспечить большую гибкость при имитации таких факторов, как интерференция в радиоэфире. Также векторные генераторы сигналов способны воспроизводить длинные последовательности данных.

Недостатки: данный тип генераторов переносит сформированный модулирующий сигнал на более высокую фиксированную частоту несущей и обеспечивает когерентность только в пределах полосы частот модулирующего сигнала. Как следствие, они могут имитировать несколько источников ЭМИ только в пределах полосы частот модулирующего сигнала. Например, если частота несущей 20 ГГц, а полоса частот модулирующего сигнала 2 ГГц, то широкополосный векторный генератор сигналов сможет эффективно функционировать только на частотах от 19 до 21 ГГц (рисунок 11). Кроме того, если источник сигналов использует несжатые данные о квадратурных составляющих сигналов, то это ограничивает его возможности по воспроизведению из памяти или потоковому воспроизведению, а также добавляет сложности при описании сигналов. В дополнение следует отметить, что при смене несущей частоты векторные генераторы сигналов утрачивают повторяемость по фазе.

Основные показатели:
  • Диапазон частот: от 100 кГц до 44 ГГц
  • Частота дискретизации: до 12 Гвыб/с,
  • Разрешение по времени: от 83,3 пс
  • Полоса частот модулирующего сигнала: до 2 ГГц
  • Когерентность/непрерывность в пределах полосы частот модулирующего сигнала
  • Глубина памяти: до 2 Гвыб с функциями создания последовательностей и потокового воспроизведения
  • Разрешение по амплитуде: до 16 бит
  • Количество каналов: от 1 до 6 когерентных
  • Схема данных: квадратурные составляющие


Рисунок 11. Пример сценария с заданной плотностью импульсных сигналов, реализованного с использованием широкодиапазонных векторных генераторов сигналов. В силу ограничений по ширине полосы частот модулирующего сигнала сценарий должен быть разнесен по трем участкам более широкого диапазона рабочих частот векторного генератора сигналов. Полоса модуляции первого источника ЭМИ допускает использование внутреннего модулятора генератора, в то время как полоса частот и скорость переключения между импульсами двух других источников ЭМИ требуют подачи на внутренний I/Q-модулятор векторного генератора сигнала с внешнего ГСПФ для их формирования.

Некоторые примеры векторных генераторов сигналов приведены на рисунках 12-14.


Рисунок 12. Векторный генератор сигналов серии MXG N5182B компании Keysight способен формировать сигналы на частотах до 6 ГГц с полосой частот модулирующего сигнала до 160 МГц. Он также имеет возможность совместной работы с несколькими генераторами серии MXG для одновременного создания нескольких когерентных сигналов для решения многоканальных прикладных задач.


Рисунок 13. Генераторы M9381A в формате PXIe способны формировать сигналы на частотах до 6 ГГц с полосой частот модулирующего сигнала до 160 МГц. Их модульный формат позволяет синхронизировать несколько генераторов M9381A, помещенных в компактный корпус.


Рисунок 14. При выдаче выходного сигнала с ГСПФ M8190A на вход I/Q-модулятора векторного генератора сигналов полученная система позволит формировать сигналы в диапазоне от 0 до 44 ГГц и полосой частот модулирующего сигнала до 2 ГГц. Кроме того, станут доступны функции многоканальной синхронизации и работы с памятью (организация последовательностей, потоковое воспроизведение и цифровое преобразование с повышением частоты).

Сверхширокополосные ГСПФ


Рисунок 15. Современные генераторы сигналов произвольной формы – это гораздо больше, чем просто ЦАП. Они обладают такими новыми возможностями, как динамическое распределение последовательностей воспроизведения сегментов памяти, работа с общим внешним источником синхронизации и различные выходные тракты для оптимизации сигналов в зависимости от решаемой прикладной задачи. Выше показана структурная схема ГСПФ M8190A, имеющего высокое разрешение.

Варианты применения: ГСПФ подразделяются по частоте дискретизации и разрешению, при чем эти два параметра обычно обратно пропорциональны друг другу (рисунок 15). ГСПФ с высокой частотой дискретизации имеют низкое разрешение и наоборот. ГСПФ могут применяться для имитации сигналов РЛС с высокой плотностью и сигналов систем связи в пределах их полосы частот.

Достоинства: сверхширокополосные ГСПФ имеют очень широкую полосу частот формируемых сигналов, которая позволяет формировать одиночные или множественные сигналы источников ЭМИ на всем заданном частотном интервале. ГСПФ с высоким разрешением позволяют формировать сигналы в широком динамическом диапазоне в пределах узкой полосы частот. Среди ключевых особенностей — одновременное формирование нескольких импульсных сигналов и возможность изменения массива I/Q-данных для имитации влияния среды распространения сигналов. Если для проведения измерений требуется несколько когерентных каналов формирования сигналов их можно легко получить с использованием внешней синхронизации.

Недостатки: в отличии от прочих типов источников сигналов, сверхширокополосные ГСПФ имеют низкое разрешение и узкий динамический диапазон. Кроме того, в силу крайне высокой частоты дискретизации они воспроизводят очень короткие по времени массивы данных. ГСПФ с высоким разрешением имеют узкие полосы частот, но их сигналы могут быть перенесены на более высокие частоты с использованием дополнительного оборудования, как описано в разделе о векторных генераторах сигналов (рисунок 16).

Основные показатели:
  • Частота дискретизации: до 65 Гвыб/с
  • Разрешение по времени: от 15,39 пс
  • Аналоговая полоса частот: до 20 ГГц
  • Глубина памяти: до 16 Гвыб с функциями создания последовательностей и потокового воспроизведения
  • Разрешение: от 8 до 14 бит
  • Количество каналов: до 12
  • Максимальная выходная мощность: 10 дБм
  • Когерентность во всем диапазоне частот (до 20 ГГц)
  • Схема данных: квадратурные составляющие


Рисунок 16. Пример сценария с заданной плотностью импульсных сигналов, реализованного с использованием генераторов сигналов произвольной формы. В силу ограничений по полосе формируемых сигналов сценарий должен быть разделен между двумя источниками. Сформированный вторым источником сигнал на модулирующей частоте был перенесен на более высокую частоту путем подачи его на вход I/Q-модулятора векторного генератора сигналов. Стоит отметить, что из-за высокой частоты дискретизации и более низкого относительного динамического диапазона сверхширокополосного ГСПФ, используемого в качестве источника №1, время воспроизведения резко сокращается, а качество сигнала может быть не таким хорошим, как при использовании других источников.

Некоторые примеры сверхширокополосных ГСПФ показаны на рисунках 17 и 18.


Рисунок 17. Генератор M8195A представляет собой 8-разрядный ГСПФ с частотой дискретизации до 65 ГГц и аналоговой полосой частот до 20 ГГц.


Рисунок 18. Генератор M8190A компании Keysight имеет частоту дискретизации 12 Гвыб/с и является ГСПФ с высоким разрешением (до 14 бит). Он может обеспечить до 12 синхронных каналов формирования сигналов и регулировку временных параметров с шагом менее 1 нс, что является важной возможностью при имитации многоканальных сценариев. Справа показана синхронизация четырех каналов генератора с одинаковыми уровнями на экране четырехканального осциллографа.

Аналоговые источники сигналов


Рисунок 19. Типовая структурная схема аналогового генератора сигналов. Аналоговые генераторы сигналов не имеют I/Q-модуляторов, но чаще всего способны формировать сигналы с различными типами аналоговой модуляции, такими как АМ, ЧМ и ФМ, а также с импульсной модуляцией, благодаря чему они и получили свое название.

Варианты применения: аналоговые источники сигналов используются в качестве недорогих средств имитации и формирования импульсных сигналов с малым периодом повторения импульсов. Они обычно имеют функции аналоговой модуляции, благодаря чему могут использоваться для формирования модулированных сигналов, а также в качестве источников непрерывных помех при реализации различных сценариев.

Достоинства: основные преимущества при использовании аналоговых источников сигналов – это их низкая стоимость и простота. Несмотря на то, что они не способны формировать сигналы произвольной формы, они являются недорогим средством создания менее сложных сигналов при реализации различных сценариев (рисунок 20).

Недостатки: аналоговые генераторы не способны формировать векторные сигналы, в отличии от систем генерации производной формы, в связи с чем количество типов формируемых ими сигналов крайне ограничено.

Основные показатели:
  • Диапазон частот: от 100 кГц до 67 ГГц
  • Диапазон установки мощности: до 30 дБм
  • Типы модуляции: ЧМ, ФМ, АМ и ИМ
  • Функции качания по частоте и уровню мощности


Рисунок 20. Повторно рассмотрим пример сценария, в котором за счет введения аналогового генератора сигналов, когда это возможно, удается уменьшить общую стоимость системы. В данном случае показано, как дополнительный источник ЭМИ может быть сымитирован с помощью менее дорогого аналогового генератора (фиолетовый).

Пример аналоговых источников сигналов показан на рисунке 21.


Рисунок 21. Аналоговый генератор сигналов E8257D имеет диапазон частот от 100 кГц до 67 ГГц, а также функцию аналоговой модуляции.

Важные вопросы

В дополнение к основным показателям источников сигналов для имитации условий ведения РЭБ, рассмотренным выше, имеется ряд вопросов, которые следует принять в рассмотрение при выборе наиболее подходящего источника для реализации конкретного сценария. В перечень таких вопросов, а также связанных с ними функциональных возможностей оборудования, входят:

Вопрос 1: Каковы частоты источников ЭМИ, задействованных в моем сценарии?
Затрагиваемые показатели: диапазон быстрой перестройки, диапазон рабочих частот, скорость переключения между импульсами и возможность синхронизации по внешнему источнику

Вопрос 2: Какие типы модуляции и полосы модулирующих сигналов у имитируемых источников ЭМИ?
Затрагиваемые показатели: полоса частот модулирующего сигнала, диапазон быстрой перестройки и скорость переключения между импульсами

Вопрос 3: Какие требования к радиочастотным характеристикам в моем сценарии?
Затрагиваемые показатели: диапазон перестройки уровней мощности, диапазон рабочих частот, динамический диапазон, свободный от паразитных составляющих спектра, уровень фазового шума и разрешение по амплитуде

Вопрос 4: Какова продолжительность выполняемого сценария?
Затрагиваемые показатели: глубина памяти, возможность организации последовательностей, функция потокового воспроизведения, сжатие I/Q-данных и частота дискретизации

Вопрос 5: Как много каналов задействовано в выполнении моего сценария?
Затрагиваемые показатели: возможности синхронизации, диапазон быстрой перестройки частоты и полоса частот модулирующего сигнала

Вопрос 6: Какова плотность импульсных сигналов в моем сценарии (импульсов в секунду)?
Затрагиваемые показатели: диапазон быстрой перестройки частоты, диапазон рабочих частот, скорость переключения импульсов, возможности синхронизации, глубина памяти, возможность организации последовательностей, потоковое воспроизведение, сжатие I/Q- данных, частота дискретизации, уровень фазового шума, динамический диапазон, свободный от паразитных составляющих

В дополнение к этим вопросам при выборе подходящего источника для выполнения конкретного сценария помогут данные, приведенные в таблице 1.

Таблица 1. В данной таблице представлены сводные данные генераторов сигналов различных типов, рассмотренных в качестве примеров выше.

  M8195A
Генератор сигналов
произвольной формы
M8190+E8267D
Векторный
генератор сигналов
N5193A/N5191A
Генератор сигналов
с быстрой перестройкой
E8257D
Аналоговый
генератор сигналов
Диапазон рабочих частот (ГГц) 0-20 0-44 0,01-40 0,0001-67
Диапазон частот
модулирующего сигнала (ГГц)
20,0 21
Глубина памяти (Гвыб) 16 2+, потоковое
воспроизведение
480 Гб для ~2 х 109 PDW +
полная полоса, потоковое
воспроизведение
Разрешение (бит) 8 12/143
Частота дискретизации (Гвыб/с) 65 12
Схема данных I/Q-данные I/Q-данные PDW
Число каналов 1-4 (2 I/Q пары)4 1-125 1-N5 N5
Максимальный уровень
мощности (дБм)
10 23 10 30,0
Когерентность между каналами да да да да
Диапазон быстрой перестройки 20 ГГц 4 ГГц 40 ГГц
Время перестройки источника 15,4 пс 24 мс 180 нс/30 мс&sup6; 11 мс

1. Центральные частоты свыше 3,5 ГГц
2. Зависит от частотного диапазона и соотвествующего фильтра
3. Зависит от частоты дискретизации
4. Четырехканальная плата, позволяющая формировать две пары сигналов с I/Q модуляцией
5. Количество каналов зависит от конфигурации стенда
6. Зависит от пересечения полос частот
7. Полоса частот, где сохраняется скорость обновления дескрипторов импульсов и когерентность
8. Аналоговый

Заключение

При проведении испытаний систем радиолокации и РЭБ правильный выбор источника сигналов для имитации источников ЭМИ крайне важен. Неправильно подобрав источник сигналов, вы можете столкнуться с тем, что его характеристики или функциональные возможности избыточны или недостаточны для выполнения поставленных задач. С другой стороны, правильный выбор обеспечит достоверные результаты измерений и позволит оптимально использовать ресурс оборудования. Используя критерии выбора, описанные в данных рекомендациях по применению, инженеры-испытатели смогут подобрать нужный источник сигналов для создания требуемой конфигурации источников ЭМИ.

Литература

Решения для измерений параметров широкополосных радиолокационных и спутниковых систем, рекомендации по применению, номер документа 5990-6353RURU

Восемь советов для качественного улучшения процесса измерений с использованием аналоговых радиочастотных генераторов сигналов, рекомендации по применению, номер документа 5967-5661RURU

Восемь советов для качественного улучшения процесса измерений с использованием радиочастотных генераторов сигналов, рекомендации по применению, номер документа 5988-5677RURU

Формирование сигналов для имитации условий ведения РЭБ: технологии и методы, рекомендации по применению, номер документа 5992-0094RURU

Генерация шумового сигнала

Введение аддитивного белого гауссовского шума (гауссовского шума) различной мощности от генераторов шума Noisecom в кабельную сеть является эффективным способом оценки степени способности кабельной сети справляться с помехами гауссовского шума различной интенсивности. В этом примечании к применению мы выделяем область, в которую следует добавить гауссовский шум, чтобы изучить его влияние, и использовали некоторые метрики качества сигнала для оценки состояния сети DOCSIS.

ПОДРОБНЕЕ

Запас реализации спутниковой системы связи определяется как ухудшение сигнала после прохождения через оборудование восходящей и нисходящей линий связи.Чтобы найти это, сначала можно использовать генератор EbNo, такой как серия Noisecom CNG-EbNo, для выполнения петлевого теста IF модема, чтобы найти значения коэффициента ошибок по битам (BER) при различных отношениях Eb / No. График этих значений затем можно сравнить с теоретической кривой для используемой схемы цифровой модуляции. Результирующая разница называется потерей реализации модема, и это значение используется в качестве эталонного уровня для второй части теста, в которой обнаруживается запас реализации полного восходящего и нисходящего каналов.

Eb / No — очень важный параметр для тех, кто работает с цифровыми системами связи. Обычно этот термин используется при обсуждении коэффициента ошибок по битам (BER) или методов модуляции в системе связи.

ПОДРОБНЕЕ

Измерение шума холодного аттенюатора на криогенных LNA

В стремлении создать малошумящие усилители (МШУ) с минимально возможными коэффициентами шума обычно используют криогенные методы для охлаждения МШУ до 20 ° кельвинов (-253 ° C) или даже ниже.Это имеет множество положительных эффектов: минимальный коэффициент шума и шумовое сопротивление малошумящих транзисторов в МШУ существенно снижаются, но также любые омические потери в МШУ вносят гораздо меньший тепловой шум, и, действительно, сами потери обычно существенно снижаются, поскольку проводимость металлов обычно значительно увеличивается при таких низких температурах.

ПОДРОБНЕЕ

Что такое шум? Все материалы производят шум на уровне мощности, пропорциональном физической температуре материала.Доступно примечание по применению на китайском языке.

ПОДРОБНЕЕ

Узнайте все, что вам нужно знать о том, что может делать шум, как он создается, типы шума, которые предоставляет Noisecom, и как с ним бороться. Это отличный ресурс для определения ваших требований к шуму и определения того, какой продукт или продукты Noisecom вы можете использовать: компонент, модуль или инструмент. Доступно примечание по применению на китайском языке.

ПОДРОБНЕЕ

В этом документе представлен метод Noisecom для измерения пик-фактора источника шума с помощью осциллографа LeCroy Wavepro 7200.Доступно примечание по применению на китайском языке.

ПОДРОБНЕЕ

Серии NC346 и NC5000 компании

Noise Com разработаны для использования с измерителем коэффициента шума HP8970 или аналогичным. Доступно примечание по применению на китайском языке.

ПОДРОБНЕЕ

Радиометр — это чувствительный, точный, откалиброванный приемник, который используется для дистанционного измерения температуры. Доступно примечание по применению на китайском языке.

ПОДРОБНЕЕ

Простым способом калибровки анализатора спектра является использование широкополосного источника белого шума для контроля частотной характеристики анализатора.Доступно примечание по применению на китайском языке.

ПОДРОБНЕЕ

Простым способом калибровки анализатора спектра является использование широкополосного источника белого шума для контроля частотной характеристики анализатора. Доступно примечание по применению на китайском языке.

ПОДРОБНЕЕ

Генератор сигналов, Генератор функций и сигналов произвольной формы, Источники шума

Генератор сигналов

RohdeSchwarz SMC 100A

  • диапазон от 9 кГц до 3.2 ГГц
  • мощность до +17 дБм
  • встроенная защита от перенапряжения
  • максимальная выходная мощность + 17 дБм
  • аналоговая модуляция (AM / FM / φM / Pulse)

  • кабели с разъемами N, SMA
  • SMA — N — BNC редуктор

RohdeSchwarz SMY01

  • диапазон уровней от -140 дБм до +13 дБм (выход за 19 дБмВт), достаточный даже для приемников с самой высокой чувствительностью
  • высокая точность уровня и низкий уровень утечки радиочастот, позволяющий проводить точные измерения чувствительности без ухудшения качества.
  • диапазон от 9 кГц до 1 ГГц

  • кабели с разъемами N, SMA
  • уменьшение SMA — N — BNC

ЭЛСИ SG2000

  • диапазон до 2 ГГц
  • минимальный шаг частоты 1 Гц
  • внутренняя и внешняя модуляция
  • уровень выходного сигнала от -127 до + 10 дБм
  • дистанционное управление через RS232

  • кабели с разъемами N, SMA
  • уменьшение SMA — N — BNC

RohdeSchwarz SMB100A

  • 2 генератора сигналов
  • диапазон от 100 кГц до 20 ГГц с очень хорошей спектральной чистотой
  • возможность амплитудной, фазовой и частотной модуляции
  • отличные характеристики сигнала с низким фазовым шумом SSB, обычно -128 дБн (на 1 ГГц, отстройка 20 кГц)
  • выходная мощность до 27 дБм

  • кабели с разъемами N, SMA
  • уменьшение SMA — N — BNC

Векторный генератор

RohdeSchwarz SM300

  • 2 векторных генератора с внешней модуляцией и I / Q-входами
  • диапазон от 9 кГц до 3.2 ГГц
  • Фазовый шум SSB <-95 дБн (fc = 1 ГГц, девиация 20 кГц, полоса пропускания 1 Гц)
  • Погрешность измерения <1 дБ (fc> 100 кГц, уровень> -120 дБмВт, от 20 ° C до 30 ° C)
  • графический интерфейс пользователя
  • Интерфейс USB

  • кабели с разъемами N, SMA
  • уменьшение SMA — N — BNC

RohdeSchwarz SMBV100A

  • векторный генератор сигналов с диапазоном от 9 кГц до 3.2 ГГц
  • возможность генерации модулированных сигналов ASK, FSK, PSK, MQAM до 1024QAM и Bluetooth 2.1 / EDR, WLAN 802.11 и / b / g / n, WiMAX 802.16, GSM, EDGE, EDGE, OFDM до 128 QAM
  • Модулятор IQ с полосой пропускания 500 МГц, внутренняя полоса пропускания 60 МГц
  • 32 Мб памяти для воспроизведения

  • кабели с разъемами N, SMA
  • уменьшение SMA — N — BNC

Генератор функций

Agilent 33522A

  • двухканальная синхронизированная функция и произвольный генератор
  • диапазон до 30 МГц
  • создание папок IQ
  • частотная синхронизация с другими устройствами
  • Джиттер <40 пс и менее.Общий коэффициент гармонических искажений 04% для более точных сигналов
  • 250 Мвыб / с, 16-битный диапазон дискретизации для сигналов произвольной формы с более высоким временным разрешением
  • Опция памяти сигналов произвольной формы на 16 Мвыб / канал

  • ПО для генерации и генерации сигналов и компонентов IQ
  • кабели с разъемами N, SMA
  • уменьшение SMA — N — BNC

Agilent 33521A

  • функционально-произвольный генератор
  • диапазон до 30 МГц
  • 250 мс / с скорость
  • генерируя IQ
  • частотная синхронизация с другими устройствами
  • Опция памяти сигналов произвольной формы на 16 Мвыб / канал
  • Стандарт USB и LAN (LXI-C) для простоты использования и подключения, а также опция GPIB

  • ПО для создания и генерации сигналов и компонентов IQ
  • кабели с разъемами N, SMA
  • уменьшение SMA — N — BNC

Agilent 33220A

  • 2 одноканальных и произвольных генератора
  • диапазон до 30 МГц
  • частотная синхронизация с другими устройствами
  • 14 бит, 50 MSa / s Разрешение и частота дискретизации
  • выходная амплитуда колеблется от 10 мВпик до 10 Впик
  • 64 КБ стандартной произвольной памяти

  • ПО для создания и генерации сигналов и компонентов IQ
  • кабели с разъемами N, SMA
  • SMA — N — BNC редуктор

Генератор шума

ШУМ COM NC346A

  • диапазон от 0.От 01 до 18 ГГц
  • Разъемы N и BNC
  • блок питания 28 В
  • максимальная мощность 1 Вт

  • кабели
  • SMA — N — BNC редуктор

Произвольный генератор

Табор WW2571A

  • одноканальный и произвольный генератор
  • диапазон от 1 Гц до 100 МГц
  • 250 мс / с скорость
  • 16-битное разрешение
  • 1M памяти
  • Интерфейсы LAN, USB и GPIB
  • Синхронизация нескольких инструментов
  • бесплатное программное обеспечение ArbConnection, драйверы IVI и MATLAB
  • AM, FM, произвольная FM, FSK, ASK, (n) PSK, (n) QAM, 3D и развертка

  • Кабели BNC
  • уменьшение SMA — N — BNC

Agilent 81160A

  • двухканальный импульсный, функциональный и произвольный генератор с диапазоном генерации импульсов до 330 МГц
  • Скорость 2 Гвыб / с
  • разрешение 14 бит
  • Амплитуда 5 В
  • Эмуляция шума и джиттера
  • SATA
  • Ethernet
  • генерация тактового сигнала

  • ПО для генерации сигналов; кабели с разъемами N, SMA
  • уменьшение SMA — N — BNC

Размер фотографий:

Генератор белого гауссовского шума — дБм

  • WGN выдает очень точный высококачественный белый гауссовский шум.Выходной уровень может быть установлен как плотность шума или мощность шума в выбираемой полосе пропускания. Заводская калибровка во всем диапазоне частот дает абсолютную точность 0,25 дБ. Мощность шума можно изменять с разрешением 0,015 дБ в диапазоне 60 дБ. Пользовательский сигнал может быть введен в прибор для объединения с шумом. В приборе используется аттенюатор дБм , управляемый микропроцессором, с разрешением 0,015 дБ, обеспечивающий чрезвычайно точный выходной сигнал.

    Приложения
    • Частота ошибок по битам и тестирование SINAD
    • Характеристики модема и приемника
    • Тесты на обесценение канала
    • Включение / выключение тракта прохождения сигнала и выхода шума
    • Диапазон мощности шума 60 дБ, обычно от -103 дБм / Гц до -163 дБм / Гц
    • Диапазон частот 100 — 3000 МГц
  • Тип выхода Калиброванный белый гауссовский шум
    Крест-фактор 15 дБ минимум, 18 дБ типичный
    Диапазон затухания от 0 до 60 дБ
    Разрешение затухания 0.016 дБ
    Точность затухания 0,2 дБ относительно
    Спектральная плотность мощности Неопределенность плотности:
    <0,5 дБм / Гц
    Сопротивление:
    50 Ом
    КСВН:
    <1,5: 1
    Разъемы3 (розетка)

    1
    Управление и интерфейс Локальный интерфейс:
    Цветной сенсорный дисплей, клавиатура на передней панели и программные клавиши
    Удаленный интерфейс:
    Ethernet и IEEE-488.2
    Сохранить / вызвать:
    10 состояний
    Первичная мощность Напряжение:
    90-264 В переменного тока, автоматический выбор диапазона
    Частота:
    48-66 Гц
    Потребление:
    100 ВА, максимум
    Предохранитель

    1 2, медленный
    Физические Рабочая температура окружающей среды:
    от 0 ° до 50 ° C
    Размеры:
    10 ″ Ш x 4 ″ В x 10.5 ″ D

  • Терминология и характеристики генератора сигналов


    Как объяснялось ранее, для точной генерации цифровой сигнал должен обновляться по крайней мере в два раза быстрее, чем самая высокая частота полезного аналогового сигнала. Несмотря на то, что теоретическое требование для тактовой частоты дискретизации, fs, вдвое больше ширины полосы сигнала, f0, изображения вводятся в выходной сигнал при | f0 ± nfs |, как показано на рисунке 11. Изображения ухудшают спектральную чистоту сигнала. сигнал, создавая необходимость отфильтровывать эти изображения из сигнала.


    Рисунок 11


    Для создания качественных сигналов большинство генераторов сигналов имеют возможность фильтровать нижние частоты генерируемого сигнала. Фильтр нижних частот используется для сглаживания сырого выходного сигнала ЦАП. Фильтр удаляет высокочастотные компоненты с наложением спектров, которые появляются в результате цифровой генерации сигнала. Вы можете реализовать фильтр нижних частот как через аналоговые, так и через цифровые фильтры.

    Разработка аналогового фильтра, который отклоняет изображения, но при этом получает максимальную выходную полосу пропускания (от 0 до 0.43fs) сложно и почти невозможно, и он представлен на рисунке 6 кривой Analog Filter 1. Аналоговый фильтр 2 представляет собой более практичный фильтр. Этот фильтр не так агрессивен, как аналоговый фильтр 1. Аналоговый фильтр 2 не отфильтровывает изображения вблизи fs, но отклоняет все остальные. Аналоговые фильтры имеют компромисс между спадом затухания после точки 3 дБ и равномерностью затухания до точки 3 дБ.


    Рисунок 12


    Третий фильтр, аналоговый фильтр 3, имеет точку на 3 дБ выше, чем первые два аналоговых фильтра.Из-за более высокой точки на 3 дБ фильтр почти плоский в полосе пропускания (от 0 до 0,43 фс). Аналоговый фильтр 3 вообще не фильтрует изображения, полученные при частоте кадров и 2 кадровой частоты, но этот недостаток можно устранить с помощью цифрового интерполяционного фильтра.

    Чтобы упростить требования к аналоговому фильтру и получить большую полосу пропускания выходного сигнала, генераторы сигналов часто используют цифровые фильтры для интерполяции данных между сохраненными данными формы сигнала. Например, при 2-кратной интерполяции ЦАП интерполирует 1 точку между каждым цифровым отсчетом.Большинство генераторов сигналов NI предлагают варианты интерполяции 2x, 4x и 8x. Чтобы сгенерировать наиболее спектрально чистые сигналы с помощью цифрового фильтра, вы должны использовать самый высокий коэффициент интерполяции, который вы можете.


    Рисунок 13


    На рисунке 13 используется фильтр с двукратной интерполяцией, а эффективная частота дискретизации ЦАП составляет 2 фс. Изображения на fs ± f0 больше не являются проблемой, и теперь изображения находятся на | 2fs ± f0 |.

    Теперь Analog Filter 2 может легко отфильтровать все изображения из-за цифровой генерации сигнала.Такое поведение наблюдается в представлении частотной области и во временной области.

    Генераторы шума

    — обзор

    5.01.4.2 Низкочастотный шум

    Несмотря на работу на высоких несущих частотах или скоростях передачи данных, различные ВЧ-приложения подвержены влиянию низкочастотного шума, а также высокочастотного шума, описанного выше. Хорошо известно, что низкочастотный шум преобразуется с повышением частоты из-за нелинейной природы схемы для создания границ фазового шума вокруг основной частоты для ВЧ-генераторов.

    Хотя существует несколько источников низкочастотного шума, наиболее доминирующим в современных HBT является шум 1/ f , названный в честь его поведения, которое падает примерно обратно пропорционально частоте, прежде чем окончательно слиться с широкополосным шумовым фоном при более высоких значениях. частоты. Этот символ 1/ f фактически является составным результатом отдельных генераторов шума, каждый из которых отображает спектр мощности лоренцевского шума, который постоянен ниже характеристической частоты и спадает как 1/ f 2 выше этой частоты ( Маквортер, 1955; Дин и Симоэн, 2002).Для большого количества таких генераторов, равномерно распределенных по характеристической частоте, объединенный спектр имеет тенденцию к поведению 1/ f .

    Из-за преимуществ в усилении, HBT в беспроводной цепи обычно подключается в конфигурации с общим эмиттером. Для современного поликремний-эмиттера HBT, подключенного в этом режиме, шум 1/ f генерируется в основном в основном токе I B , с мощностью шума базового тока S I b найдено увеличиваться пропорционально с I B 2 .Этот шум возникает из-за колебаний количества носителей, возникающих из-за нескольких механизмов, связанных с ловушками (Jin и др. , 2003; Babcock и др. , 2001; Sanden и др. , 2002; Deen and Simoen, 2002).

    При смещении от среднего до высокого носители захватываются и высвобождаются из-за дефектов, которые обычно распространяются по области эмиттера A E , концентрируясь около тонкого межфазного оксидного слоя на границе эмиттера поликремния и кремния. Устройства с большим A E (e.g., 1 мкм 2 ) содержат большое количество ловушек (например, 30–60 для устройства 1 мкм 2 ; Jin et al. , 2003; Sanden et al. , 2002) и, таким образом, отображать относительно гладкий спектр 1/ f с небольшими отклонениями от устройства к устройству. С другой стороны, устройства меньшего размера могут содержать относительно мало ловушек и, таким образом, проявлять покачивание в S I b по сравнению с f , со спектрами, которые значительно различаются между устройствами.

    При очень низких смещениях доминирующий механизм шума может сместиться в сторону рекомбинации и генерации по периметру эмиттера P E , возникающих из-за дефектов в области обеднения E – B. Количество таких дефектов может быть небольшим в новых устройствах, но может значительно увеличиваться в результате повреждения, связанного со стрессом (Babcock et al. , 2001; Jin et al. , 2003).

    Там, где преобладают ловушки, относящиеся к площади, S I b может быть эмпирически записано как

    (47) SIb = KfIB2AE⋅1f = KfIC2β2AE⋅1f = KfFC2AEβ2⋅1f, где

    f — коэффициент, зависящий от реальной плотности ловушек, а также от силы взаимодействия носитель-ловушка.Типичные значения для K f из недавней литературы попадают в диапазон (2–4) × 10 –9 , независимо от состава Ge в основании (Sanden et al. , 2002; Tang и др. , 2002). Это соотношение можно использовать для прогнозирования тенденции масштабирования, а также для управления оптимизацией устройства специально для низкого уровня шума.

    Можно ожидать, что уменьшение ширины излучателя W E с генерацией литографии повлияет на низкочастотный шум по крайней мере с помощью двух механизмов.В той степени, в которой область излучателя A E уменьшается вместе с W E , уравнение (47) предсказывает либо увеличение S I b , если I C и β являются постоянными или уменьшают шум, если вместо этого плотность тока остается постоянной. Меньшая площадь эмиттера также подразумевает большее отношение периметра к площади, увеличивая роль механизмов шума периметра при низком смещении, таких как генерация-рекомбинация из ловушек, вызванных напряжением.Оба эти механизма находятся под контролем дизайнера, который может соответствующим образом выбрать макет и смещение. С точки зрения технологического проектирования, S I b может быть уменьшено за счет увеличения β, хотя этот выбор конструкции может привести к снижению напряжения пробоя BV CEO . Кроме того, поскольку преобладающим источником ловушек при смещении от среднего до высокого является межфазный оксидный слой E – B (более подробные сведения об этом оксидном слое обсуждаются ниже в связи с проблемами надежности), шум 1/ f должен уступать попытки уменьшить толщину этого слоя или перейти к эмиттеру монокремния.Типичные характеристики шума 1/ f SiGe HBT представлены на рис. 15 для устройства с f T = 120 ГГц, с разницей В BE уровня смещения. На нем показана угловая частота, обычно принятая мера шума 1/ f , составляющая около 400 Гц, что на один-три порядка меньше по сравнению с типичными устройствами на основе комплементарных металлооксидных полупроводников (CMOS).

    Рисунок 15. Выходной шум в зависимости отчастота при различных частотах В BE для биполярного SiGe-транзистора с гетеропереходом (HBT) 0,2 × 6,4 мкм 2 , 120 ГГц. Воспроизведено с разрешения рисунка 19 в Rieh J-S, Jagannathan B, Greenberg DR, et al. (2004) SiGe-гетеропереходные биполярные транзисторы и схемы для приложений терагерцовой связи. IEEE Transactions on Microwave Theory and Techniques 52: 2390–2408, авторское право, 2004, IEEE.

    Построить недорогой генератор белого шума

    Аннотация: Реализована и переработана идея конструкции генератора белого шума.Два каскадных малошумящих усилителя (МШУ) усиливают шум, создаваемый обратным смещением стабилитрона, работающего в режиме пробоя перехода, создавая белый шум с полосой пропускания в несколько сотен мегагерц. Результаты тестирования показывают, что достаточно широкополосный белый шум можно создать с помощью нескольких недорогих компонентов.

    Белый шум, который определяется как шум с постоянным спектром мощности, полезен для измерения и тестирования широкополосных коммуникационных цепей. Коммерчески доступные генераторы белого шума обычно очень дороги.Идея конструкции, представленная в этой статье, — недорогой метод, производящий белый шум до нескольких сотен МГц.

    Этот генератор белого шума основан на лавинном шуме, создаваемом явлением пробоя стабилитрона. Он создается при работе PN-перехода в режиме обратного пробоя. Лавинный шум очень похож на дробовой шум, но намного более интенсивен и имеет плоский частотный спектр (белый). Величину шума трудно предсказать из-за его зависимости от материалов.

    В основном схема состоит из двух частей: стабилитрона и малошумящих усилителей MAX2650 (LNA). Диод имеет обратное смещение, а выходной шум снимается с анода. MAX2650 — это широкополосный малошумящий усилитель с усилением 19 дБ, работающий от постоянного тока до 1 ГГц.

    Сводка результатов испытаний

    Схема генератора белого шума реализована на 2 платах, одна для стабилитрона, другая для МШУ MAX2650. Выходная линия от анода стабилитрона до входа LNA рассчитана на 50 Ом.Выходной сигнал LNA измеряется анализатором спектра Rhode & Schwarz. Для практических целей в интересующей полосе частот желательна мощность шума -60 дБм или выше.

    После нескольких экспериментов я получил следующие результаты:

    1. Выходная мощность шума в основном определяется напряжением пробоя диода. Я использовал стабилитроны с напряжением пробоя 4 В (1N749), 5,1 В (1N751), 5,6 В (1N752), 7,5 В (1N755) и до 12 В (1N759). Мощность шума, создаваемого стабилитроном на 12 В, по крайней мере, на 15-20 дБ выше, чем мощность, создаваемая стабилитроном 5 В.
    2. Даже с стабилитроном 12 В, 20 дБ усиления от МШУ недостаточно для получения мощности шума выше -60 дБм. Нам нужно как минимум два LNA в каскаде (усиление 38 ~ 40 дБ).
    3. Выходная мощность шума практически не зависит от тока источника. С помощью потенциометра ток на диоде может изменяться от 0 мА до 100 мА. В пределах этого диапазона тока источника мощность шума изменяется довольно случайным образом в пределах ± 1 дБ. Похоже, что в явлениях пробоя стабилитрона лавинный шум преобладает над другими источниками шума, такими как дробовой шум (который пропорционален току), фликкер-шум и тепловой шум.
    4. Спектр частот / мощности выходного шума не является идеально ровным в широком диапазоне частот. Как показано в результате теста Рисунок 2 , от 1 МГц до 100 МГц мощность шума падает почти на 10 дБ. Это может быть связано с более высоким затуханием на плате для более высокочастотных компонентов.
    5. 2 МШУ использовались в каскаде для генератора белого шума, который давал усиление 38 ~ 40 дБ.
    Схема показана на рисунке , рисунок 1 , а результат теста показан на рисунке 2.На рисунке 2 нижняя кривая представляет собой минимальный уровень шума прибора (измеренный, когда все выключено). Вторая кривая снизу — это шум на выходе МШУ, когда диод выключен. Две верхние кривые представляют собой спектр выходного шума при токе диода 10 мА и 60 мА соответственно.


    Рисунок 1. Схема генератора белого шума.


    Рис. 2. Спектр выходного сигнала генератора белого шума.

    Заключение

    В этой статье реализована идея конструкции генератора белого шума. Результат теста показывает довольно широкополосный белый шум, генерируемый несколькими недорогими компонентами.

    Аналогичная версия этой статьи была опубликована в выпуске журнала Electronica за сентябрь-октябрь 2004 г.

    ©, Maxim Integrated Products, Inc.
    Содержимое этой веб-страницы защищено законами об авторских правах США и зарубежных стран. Для запросов на копирование этого контента свяжитесь с нами.
    ПРИЛОЖЕНИЕ 3469:
    ПРИМЕЧАНИЕ ПО ПРИМЕНЕНИЮ 3469, г. AN3469, AN 3469, APP3469, Appnote3469, Appnote 3469

    maxim_web: en / products / digital / clock-gen-distribution, maxim_web: en / products / analog / amps

    maxim_web: en / products / digital / clock-gen-distribution, maxim_web: en / products / analog / amps

    Генератор сигналов

    | Tektronix

    Лучшее тестирование стало проще.

    Мониторинг формы сигнала в реальном времени, встроенное создание формы сигнала ARB, низкий уровень шума

    Увидеть новый AFG31000

    Что такое генератор сигналов?

    Генераторы сигналов

    Tektronix охватывают широкий спектр приложений, от репликации сигналов датчиков до создания высокоскоростных последовательных данных или радиочастотных сигналов с применением цифровой модуляции. Каждый универсальный генератор сигналов может создавать практически неограниченное количество сигналов — аналоговых или цифровых, идеальных или искаженных, стандартных или нестандартных. От единственного в мире прямого синтеза высокоскоростных сигналов последовательных данных для упрощенного тестирования приемника до самого универсального в мире генератора произвольных функций для общих стимулирующих сигналов и гибких генераторов радиочастотных сигналов для аналоговых и цифровых приложений — Tektronix предлагает генератор сигналов для решения любых задач отладки. .

    Типы генераторов сигналов

    Сравните спецификации генераторов радиочастотных сигналов, функциональных генераторов и генераторов сигналов произвольной формы

    Модель каналов Разрешение по вертикали Пропускная способность Частота Частота дискретизации Длина записи Прейскурантная цена
    TSG4102A
    Генератор радиочастотных сигналов
    1 400 МГц 2 ГГц 10 200 долл. США
    Настройка и предложение
    TSG4104A
    Генератор ВЧ сигналов
    1 400 МГц 4 ГГц 13 200 долларов США
    Настройка и предложение
    TSG4106A
    Генератор ВЧ сигналов
    1 400 МГц 6 ГГц US $ 19 500
    Настройка и предложение
    Генератор произвольных функций серии AFG31000 1-2 14 бит от 25 МГц до 250 МГц от 25 МГц до 250 МГц 250 Мвыб / с — 2 Гвыб / с 16 MSa / ch 2400 долларов США
    Настройка и предложение
    AFG1022
    Генератор произвольных функций
    2 14 бит 25 МГц от 1 мкГц до 25 МГц 125 Мвыб / с 8k точек 1,010 долл. США
    Настройка и предложение
    AFG1062
    Генератор произвольных функций
    2 14 бит 60 МГц от 1 мкГц до 60 МГц 300 МС / с 1 млн баллов 1360 долларов США
    Настройка и предложение
    AFG2000 Генератор произвольных функций 1 14 бит 20 МГц 20 МГц 250 Мвыб / с 128k точек 2,040 долл. США
    Настройка и предложение
    3390 Генератор сигналов произвольной формы 1 14 бит 50 МГц от 1 мкГц до 50 МГц 125 Мвыб / с 256 тыс. Точек 2420 долларов США
    Настройка и предложение
    AWG5202
    генератор сигналов произвольной формы
    2 16 бит 2 ГГц (при -3 дБ x) Прямой выход постоянного тока: 1.5Vp-p Diff
    Прямой выход переменного тока: от -17 до -5 дБм, несимметричный, BW от 10 МГц до 2 ГГц (стандарт)
    Amp AC Out: от -85 до +10 дБм, несимметричный, BW от 10 МГц до 2 ГГц (опция)
    1,5 квыб / с — 10 Гвыб / с (4 ГГц)
    Настройка и предложение
    AWG5204
    генератор сигналов произвольной формы
    4 16 бит 2 ГГц (при -3 дБ x) Direct DC Out: 1.5Vp-p Diff
    Direct AC Out: от -17 до -5 дБм, несимметричный, BW от 10 МГц до 2 ГГц (стандарт)
    Amp AC Out: от -85 до +10 дБм, несимметричный, BW от 10 МГц до 2 ГГц (опция)

    Настройка и предложение
    AWG5208
    генератор сигналов произвольной формы
    8 16 бит 2 ГГц (при -3 дБ x) Прямой выход постоянного тока: 1.5Vp-p Diff
    Прямой выход переменного тока: от -17 до -5 дБм, несимметричный, BW от 10 МГц до 2 ГГц (стандарт)
    Amp AC Out: от -85 до +10 дБм, несимметричный, BW от 10 МГц до 2 ГГц (опция)

    Настройка и предложение
    AWG70002B
    генератор сигналов произвольной формы
    2 8, 9 или 10 бит до 13,5 ГГц 10 ГГц 25 Гвыб / с 2 GS, 16 GS (дополнительно)
    Настройка и предложение
    AWG70001B
    генератор сигналов произвольной формы
    1 8, 9 или 10 бит до 15 ГГц 20 ГГц 50 Гвыб / с 2 GS, 32 GS (дополнительно)
    Настройка и предложение

    Часто задаваемые вопросы о генераторе сигналов

    Для чего используется генератор сигналов?

    Генератор сигналов — это аналоговое или цифровое устройство, которое инженеры используют для создания электронных сигналов и отправки их на тестируемое устройство (DUT) при тестировании схемотехники.Существует ряд различных типов генераторов сигналов, включая генераторы радиочастотных сигналов, генераторы функций, генераторы сигналов произвольной формы и генераторы векторных сигналов.

    Как работает генератор сигналов?

    Генератор сигналов создает сигналы напряжения с заданной частотой и подает их на тестируемое устройство (DUT). Используя переднюю панель инструмента, оператор может легко установить и отрегулировать наиболее важные параметры формы волны, такие как скорость воспроизведения, амплитуда и смещение, или добавить базовое искажение или модуляцию.

    В чем разница между генераторами сигналов и генераторами функций?

    Генератор сигналов — это любое устройство, создающее электронные сигналы. Векторный генератор сигналов специализируется на создании радиочастотных сигналов с аналоговыми и цифровыми схемами модуляции в таких форматах, как QAM, QPSK, FSK, BPSK и OFDM. Генераторы векторных сигналов обычно используются для проверки чувствительности приемника.

    Функциональный генератор обычно имеет заранее установленный список форм сигналов или шаблонов, которые он может воспроизводить.Оператор может изменить параметры формы волны, такие как скорость воспроизведения, амплитуда и смещение, или добавить базовое искажение или модуляцию.

    Какие бывают типы генераторов сигналов?

    Есть много типов генераторов сигналов. Просмотрите таблицу ниже, чтобы увидеть различия между ними.

    Генератор сигналов Общее название категории для аналоговых и цифровых источников электронных сигналов.
    Функциональный генератор Генераторы сигналов обычно используются для сигналов общей формы, таких как синусоида, волна, треугольник и т. Д.необходимы.
    Генератор произвольных функций Функциональные генераторы могут формировать сигналы произвольной формы.
    Генератор сигналов произвольной формы Генераторы сигналов произвольной формы в основном используются, когда требуются индивидуально скомпилированные формы сигналов (а не предустановленные общие формы сигналов).

    Оставить комментарий

    Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *