Когда мы знакомились с модуляцией мы узнали что низкочастотный сигнал(информация) накладывается на несущую частоту(высокочастотный сигнал).Так вот а откуда берется несущая частота  или ещё по другому называют рабочая частота,мы не разобрали.По этому темой с которой мы сегодня познакомимся это генераторы сигналов.И так приступим.

Что такое генератор сигналов?

Генератор сигналов формирует электрические сигналы с заданными временными
характеристиками. В зависимости от типа генератора сигналов формируемый сигнал
может меняться от простого синусоидального, пилообразного и прямоугольного до
сигнала с аналоговой модуляцией, такой как АМ, ЧМ и ФМ, или даже до сигнала со
сложной цифровой модуляцией, вроде тех, что используются в мобильной связи
(GSM, UMTS, LTE и т.п.). Диапазон частот может меняться от нескольких кГц до
десятков ГГц. С помощью использования внешнего умножителя частоты можно
получить сигнал частотой до нескольких сотен ГГц. Частота выходного сигнала, как
правило, может меняться с очень маленьким шагом (< 1 Гц).
ВЧ-генераторами, используемыми в производственных автоматических тестовых
системах, можно дистанционно управлять через LAN-соединение, USB-порт или
GPIB-порт, в зависимости от доступного оборудования.

Генераторы ВЧ-сигналов можно разделить на два основных класса:
ı Аналоговые генераторы сигналов
ı Векторные генераторы сигналов

Зачем нужны генераторы сигналов?

Генераторы сигналов, в основном, используются при разработке и производстве
электронных модулей и компонентов. Сигнал, формируемый генератором, подается
на испытуемый ВЧ-модуль (усилитель, фильтр и т.п.). Затем выходной сигнал модуля
анализируется с помощью подходящего контрольно-измерительного оборудования,
например анализатора спектра или сигналов, осциллографа, измерителя мощности и
т.д. На основе результатов такого анализа можно определить,
корректно ли модуль выполняет свои функции. Помимо стандартных функций выбора
частоты, амплитуды и режима модуляции, современные генераторы сигналов также
обладают способностью добавлять шум к тестовому сигналу или имитировать
многолучевое распространение (замирание) входного сигнала. Таким образом,
появляется возможность изучить работу приемника при наличии сильно зашумленных
сигналов, которые, к тому же, достигли входа после многократного переотражения.
Хотя в строгом смысле генераторы сигналов не являются измерительным
оборудованием, благодаря описанным выше функциям они все же являются
тестовыми передатчиками.

Какие существуют типы генераторов сигналов?

Выбор подходящего генератора сигналов всегда определяется областью применения. Важными критериями являются диапазон частот, диапазон уровней, чистота спектра, доступные типы модуляции (аналоговая, цифровая) и возможность добавления определенных помех к сигналу (шум, имитация многолучевого распространения).
Простые генераторы низкочастотных сигналов называются тональными генератора-ми. Как правило, тональный генератор формирует синусоидальный, прямоугольный или пилообразный электрический сигнал в слышимом человеческим ухом диапазоне, т.е. от 20 Гц до 20 000 Гц. Можно вручную настроить как частоту, так и амплитуду выходного сигнала. Тональные генераторы чаще всего используются в контрольно-измерительной аппаратуре для акустических и электроакустических приборов в сочетании с подходящим измерителем уровня звука. Например, таким способом можно определить наличие требуемого уровня на выходе передатчика тонального сигнала. При измерениях с переменной входной частотой можно дополнительно использовать подходящий измеритель уровня (например, осциллограф, анализатор спектра, измеритель мощности) для измерения полной частотной характеристики передающей системы, постоянно изменяя входную частоту сигнала генератора или используя в качестве источника сигнала анализатор спектра.
Генераторы сигналов, которые могут формировать только простые периодические сигналы, называются генераторами стандартных сигналов. Как правило, они могут формировать синусоидальные, прямоугольные и треугольные колебания. Современ-ные генераторы стандартных сигналов в большинстве своем цифровые. Их работа основана на прямом цифровом синтезе они могут формировать различные периодические сигналы. Примером использования генераторов стандартных сигналов может служить проверка таких электронных схем, как усилители и фильтры.
Генераторы ВЧ-сигналов используются для формирования высокочастотных синусоидальных колебаний. Также они часто содержат функцию качания частоты, позволяющую проводить повторяющуюся развертку в заданном диапазоне частот. Диапазон частот может достигать от нескольких кГц до десятков ГГц. ВЧ-генераторы разделяются на две категории: аналоговые или векторные генераторы сигналов. Аналоговые генераторы сигналов позволяют формировать сигналы с частотной и амплитудной модуляцией. Они также могут формировать импульсные сигналы. Генераторы векторных сигналов к тому же способны формировать сигналы с цифровой модуляцией для различных стандартов мобильной связи, цифрового радио и ТВ и т.п. Как и аналоговые генераторы сигналов, векторные генераторы сигналов также могут модулировать высокочастотные несущие сигналы.
Генераторы сигналов произвольной формы (ARB-генераторы) – это векторные генераторы сигналов, для которых данные модуляции рассчитываются заранее (а не в реальном масштабе времени) и хранятся в памяти прибора. Выходной сигнал такого генератора всегда является модулирующим. Преимуществом таких генераторов является то, что они способы формировать сигнал практически любой формы и повторять его практически с любой требуемой частотой. ARB-генераторы используются как универсальные источники сигналов при разработке новых устройств, научных исследованиях, испытаниях и техническом обслуживании.
В следующем разделе этих обучающих материалов приводится более подробный обзор генераторов ВЧ-сигналов (аналоговых, с векторной модуляцией) и генераторов сигналов произвольной формы.

Аналоговые генераторы сигналов

Основной задачей аналоговых генераторов сигналов является формирование высоко-качественных ВЧ-сигналов. Они обеспечивают функционирование режимов АМ / ЧМ и ФМ модуляций. Многие приборы также способны формировать высокоточные импульсные сигналы с заданными характеристиками.

Аналоговые генераторы сигналы работают на частотах вплоть до СВЧ диапазона.
Помимо качания частоты в заданном диапазоне частот, некоторые приборы также
могут в заданных пределах выполнять развертку уровня выходного сигнала.
Благодаря такой возможности эти генераторы способны формировать часть сигналов
генератора стандартных сигналов, в частности, пилообразный и треугольный.
Как уже упоминалось, уровни с заранее заданным коэффициентом заполнения
позволяют выводить повторяющуюся последовательность прямоугольных импульсов.
Аналоговые генераторы обычно имеют следующие характеристики:
ı Очень высокая чистота спектра (отсутствие гармоник), к примеру –100 дБн
ı Очень низкий собственный широкополосный шум, к примеру –160 дБн
ı Очень низкий однополосный фазовый шум, к примеру –140 дБн/Гц (отстройка от
несущей 10 кГц, f = 1 ГГц, полоса измерений 1 Гц)
Варианты применения аналоговых генераторов сигналов:
ı Формирование стабильного опорного сигнала, используемого в качестве
гетеродинного, например, при измерении фазового шума или в качестве
калибровочного опорного сигнала
ı Универсальный прибор для измерения коэффициента усиления, линейности,
полосы частот и т.п.
ı При разработке и тестировании ВЧ и других полупроводниковых микросхем,
например, аналогово-цифровых преобразователей
ı Для испытаний приемников (двухтональные испытания, генерация помеховых
сигналов и сигналов блокирования)
ı Для испытаний на электромагнитную совместимость (ЭМС)
ı В составе автоматического испытательного оборудования (АИО) на производстве
ı В приложениях авиационной электроники (таких как система ближней навигации
VOR, система инструментальной посадки самолетов ILS)
ı Для испытаний радиолокационных систем (РЛС)
ı Для военных целей

Аналоговые генераторы сигналов доступны во всех ценовых диапазонах с
различными характеристиками.К типовым характеристикам относятся заданный уровень выходной
мощности, скорость установки уровня и частоты, различная точность установки
уровня и частоты, низкий КСВН или даже корпус и вес прибора.

Схема и принцип действия аналогового генератора сигналов

На рисунке 1-3 приведена базовая схема аналогового генератора ВЧ-сигналов.
Генератор сигналов состоит из трех основных функциональных блоков:
ı Синтезатор, формирующий колебания
ı Автоматический регулятор уровня для стабилизации уровня выходного сигнала
ı Выходной каскад с усилителями и ступенчатыми аттенюаторами для управления
выходной мощностью

Синтезатор:

Ядром генератора является синтезатор, формирующий колебания. Термин
синтезатор описывает принцип формирования колебаний с помощью умножения и
деления частоты фиксированного опорного сигнала кварцевого генератора (опорного
генератора). Как правило, генератор сигналов можно использовать с внешним
источником опорного сигнала, подключенного к соответствующему частотному входу.
Такой подход позволяет синхронизироваться с другими измерительными приборами,
например, с анализатором спектра. Так как частота кварцевого генератора обладает
долговременной стабильностью и слабо зависит от температуры, такие генераторы
используются для формирования опорной частоты. Качество генератора, как правило,
определяется стабильностью его амплитуды, частоты и фазы. Стабильность можно
повысить, если использовать кварцевый генератор с температурной компенсацией
(TCXO). Он состоит из генератора, управляемого напряжением (ГУН), и схемы
стабилизации, которая компенсирует температурную зависимость генератора.
Точность частоты таких генераторов составляет порядка 100 чнм (чнм: частей на
миллион, т.е. 10–6), что делает их в десять тысяч раз более точными, чем
резонансные LC-цепи на дискретных компонентах. Тем не мене, TCXO все же
обладают небольшим температурным дрейфом частоты, который недопустим в
высокоточных приложениях. Чтобы еще больше увеличить точность частоты, для большинства генераторов сигналов также предлагаются опциональные
термостатированные кварцевые генераторы (OCXO). В случае OCXO кварцевый
генератор помещается в отапливаемую камеру с управляемой температурой.
Повышая температуру кристалла и схемы генератора выше комнатной, можно еще
больше повысить стабильность частоты генератора, что позволяет достичь еще
большей точности, чем без нагревания. В зависимости от типа используемого
генератора, диапазон рабочих температур находится в пределах от +30 °C до +85 °C.
Таким способом можно получить уровень точности в тысячу раз больший, чем у
TCXO, порядка 0,001 чнм или 10–9. Дрейф частоты, вызванный старением генератора,
также уменьшается. В этом случае, достигается улучшение до 100 раз, от 10–6/ год до 10–8/ год. Так как старения опорного генератора избежать нельзя, то, в зависимости
от приложения, для уменьшения абсолютной погрешности может потребоваться
проводить периодическую подстройку опорной частоты.

Умножение частоты, как правило, выполняется с помощью системы фазовой авто-
подстройки частоты (ФАПЧ). Базовая схема системы ФАПЧ показана на рисунке 1-4.

Цепь состоит из замкнутого контура. В него входят три функциональные группы:
фазовый детектор для компенсации фазы, контурный фильтр низких частот для
фильтрации высокочастотных составляющих из управляющего напряжения фазового
детектора и генератор, управляемый напряжением (ГУН). Входными и выходными
параметрами системы ФАПЧ являются частоты. В замкнутом контуре фазовый
детектор осуществляет сравнение фазового сдвига генератора, управляемого
напряжением (ГУН) и фазового сдвига опорного генератора. Полученная разница
используется для формирования управляющего напряжения, которое в свою очередь
используется для регулировки фазового сдвига генератора несколько раз в секунду.
Принцип ФАПЧ используется для умножения частоты в генераторе сигналов. Для
этого производится деление выходной частоты ГУН на целое число N с помощью
цифрового программируемого делителя частоты, выходной сигнал с которого
подается на фазовый детектор через цепь обратной связи (ФАПЧ с целочисленным
умножением). В замкнутом контуре ФАПЧ выходная частота fout , таким образом, будет
точно в N раз больше входной частоты fin опорного генератора. Главным
преимуществом такого подхода является то, что генерируемая частота может
изменяться в широком диапазоне частот, одновременно обладая такой же
стабильностью и точностью, как частота опорного кварцевого генератора.
Недостатком такого подхода является то, что выходная частота является кратной
входной частоте, шаг разрешения по частоте равен опорной частоте. Чтобы
реализовать минимальное возможное разрешение, частоту опорного генератора
можно разделить до системы ФАПЧ с помощью делителя частоты. Для получения
высоких частот из-за итогового маленького шага приходится выбирать
соответствующий большой коэффициент делителя N (работает как множитель для выходной частоты системы ФАПЧ). Это оказывает отрицательное влияние на
фазовый шум (см. также раздел 1.3.1) выходного сигнала, который увеличивается на
20 log (N) дБ. В этом случае для генератора сигналов с шагом по частоте 100 кГц и
максимальной выходной частотой 1 ГГц фазовый шум увеличивается для 1 ГГц на
log (10000) дБ = 80 дБ. Уменьшение опорой частоты приводит к сужению полосы
захвата. Время захвата напрямую зависит от полосы захвата. Чем меньше полоса,
тем медленнее работает система ФАПЧ.
Для того чтобы обойти указанные выше недостатки большого коэффициента
делителя и соответствующее ухудшение фазового шума, синтезаторы могут
строиться на основе нескольких систем ФАПЧ, как показано на рисунке 1-5.

Для реализации малого шага по частоте частотный делитель помещается в верхний
сигнальный тракт на выходе первой системы ФАПЧ (ФАПЧ1). Большие шаги по
частоте реализованы в нижнем сигнальном тракте с помощью второй системы ФАПЧ
(ФАПЧ2).

Получается высоко-частотный генератор сигналов имеет в себе ряд устройство которые показаны на рисунке 1-3.Но главная наша цель это узнать что ВЧ-генератор вырабатывает несущий сигнал предназначенный для модуляции и излучения через антенну в эфир.Так же мы должны усвоить что высоко-частотный сигнал это переменный ток с заданной частотой колебания.Как вырабатывается высокочастотный сигнал это отдельная тема,а нам пора двигаться дальше.

До связи.