Att generera frekvenser mellan 50 till 110 GHz har tidigare varit besvärligt. Rohde & Schwarz har tagit fram en lösning som är enkel att handha och som här beskrivs av Frank-Werner Thuemmler.

Användningen av frekvensmultiplikatorer i konventionella uppkopplingar kräver att man använder extra komponenter och inte minst att man har fingertoppskänsla när man ställer in frekvens och framför allt när man ställer in nivåer. Proceduren har nu förenklats avsevärt för att göra tröskeln lägre när det gäller att använda höga frekvenser.

Höga frekvenser
Under en tid har man redan kunnat se en trend att både kommunikations- och radarapplikationer gått mot frekvenser över 50 GHz. Detta beror dels på den dåliga tillgången på lediga resurser på lägre frekvenser. Dels beror det, i vissa fall, på att de fysikaliska egenskaperna för luftgränssnittet för högre frekvenser kan utnyttjas för dessa applikationer.
För applikationer på dessa frekvenser gäller det att kunna generera CW-signaler, till exempel för att användas som lokaloscillatorer (LO). För radarapplikationer måste dessa signaler genereras i övre U-bandet (50 GHz till 60 GHz) och V-bandet (50 GHz till 75 GHz), för satellit- och fordonsapplikationer i W-bandet (75 GHz till 110 GHz) och för direkta mikrovågslänkar i V- och W-banden, bara för att nämna några exempel.

Fig 1. En traditionell uppkoppling kräver en dämpsats på utgången.

I de flesta fall används signalgenerator i kombination med frekvensmultiplikator för att generera nödvändig CW-signal. I konventionella uppkopplingar krävs ett stort mått av kunnande samt fingertoppskänsla för att exakt ställa in önskad frekvens och nivå.

Komplexa och dyra
I konventionella uppkopplingar används frekvensmultiplikatorn aldrig ensam (se fig 1). Det beror på en generell egenskap, eller begränsning, hos frekvensmultiplikatorer: De är okänsliga för förändringar i ingångsnivå.
Det betyder att nivån på utgången ändrar sig obetydligt när nivån på ingången förändras. Om en viss nivå krävs på utgången, måste en dämpsats anslutas för att man skall kunna justera nivån. För att ställa en önskad utnivå, så måste den aktuella nivån mätas med en nivådetektor eller effektmeter och dämpsatsen justeras tills man når rätt nivå. På så sätt kan man se det som att man kalibrerar systemet – en procedur man måste göra om varje gång man ändrar frekvens eller nivå – eftersom frekvensmultiplikatorer har en märkbar frekvens/amplitudkaraktäristik. Testuppkopplingarna blir relativt komplexa på grund av den vågledarteknik som måste användas på dessa frekvenser. Dessutom blir mätningarna tidskrävande, komplexa och framför allt blir det lätt fel.

Enkelt handhavande
Den nya lösningen, i kontrast till den konventionella, är en plug & play lösning. Se fig 2. Fokus har varit att få ett avsevärt enklare handhavande och en högre tillförlitlighet i mätningarna. För att minska komplexiteten i testuppkopplingen har frekvensmultiplikatorn och dämpsatsen integrerats i en gemensam enhet. Se fig 3. När den tillverkas mäts frekvens/amplitudkaraktäristiken upp och den lagras i ett minne i enheten. Värdena kan läsas ut via ett USB-gränssnitt och används för att noggrant justera nivån.

Fig 2. Enkel testuppkoppling bestående av en mikrovågsgenerator och en frekvensmultiplikator med inbyggd elektroniskt justerbar dämpsats.

En tydlig fördel är att man eliminerar den komplicerade justeringen av utnivån, som tidigare behövde göras varje gång man ändrade frekvens och/eller nivå.
Testuppkopplingen (fig 2) består av en mikrovågsgenerator och en frekvensmultiplikator med en inbyggd dämpsats. Mikrovågsgeneratorn känner automatisk av frekvensmultiplikatorn och styr den via USB. En viktig funktion är den automatiska justeringen av nivån i förhållande till frekvensen genom att frekvensmultiplikatorn är förkalibrerad.

Fig 3. Fram- och baksida av frekvensmultiplikator: a) Till vänster med mekaniskt justerbar dämpsats, b) till höger med inbyggd elektroniskt justerbar dämpsats.

Det är väldigt enkelt att ställa in utfrekvens och utnivå för frekvensmultiplikatorn tack vare den inbyggda elektroniskt styrbara dämpsatsen. Önskad frekvens och nivå ställs in på mikrovågsgeneratorn – allt annat hanteras helt automatiskt.
Nu kan man, för första gången, också göra ett frekvenssvep, till exempel från 70 GHz till 80 GHz med hög noggrannhet på nivån.

Många fördelar
Jämfört med uppkopplingar som baseras på separata komponenter, har denna lösning med allt inbyggt i en enhet många fördelar:
Det oöverträffat enklaste handhavandet
* Enkel testuppkoppling med en enda enhet som innehåller en frekvensmultiplikator och en inbyggd mekaniskt eller elektroniskt justerbar dämpsats.
* Automatisk detektering och styrning av frekvensmultiplikatorn.
* Frekvensinställningen görs på mikrovågsgeneratorn som automatiskt tar hänsyn till frekvensmultiplikatorn.
* Nivåinställning görs på mikrovågsgeneratorn, som automatiskt tar hänsyn till frekvensmultiplikatorn och dämpsatsen.
* Mikrovågsgeneratorn korrigerar automatiskt för frekvensgången hos den förkalibrerade frekvensmultiplikatorn och dämpsatsen.
Frank-Werner Thuemmler, Rohde & Schwarz
 

Filed under: Radimat