Гигагерцовый генератор синусоидальных колебаний

[FirstKarmeliy]

Здравствуйте всем!

Изучаю схемы генераторов в Интернете (Колпитца, Клаппа и др и др). Пробую в Мультисим, даже что-то получается. Но все схемы рассчитаны на небольшие (для моей задачи) частоты - кГц - десятки МГц. Попытки менять номиналы колебательных контуров, которые задают-таки частоту колебаний, результатов не дают. Схемы перестают работать. Не знаю, может, на практике и будут, но я сомневаюсь.
Посему, собственно, просьба: подкиньте схемы / идеи, как собрать не сложный генератор колебаний с частотами порядка ГГц (интересует диапазон на 860 с копейками МГц, если быть точным).

[Dmitriy40]

Вот одна из схем на 433МГц, думаю если транзистор позволит и ПАВ заменить, то сдюжит и 1ГГц:


Ещё одна схема.
Вообще гугл много чего выдаёт по запросу "схема брелка сигнализации", они бывают и не только на 433МГц, ещё и на 868МГц, почти Ваше.

[FirstKarmeliy]

Dmitriy40
а что это за элемент, изображённый на второй схеме как корпус полевого транзистора? Это он и есть? Если да, то почемуон просто не изображён, как транзистор?

-- 02.11.2017, 22:24 --

А ещё мне очень нужно (извиняюсь, забыл сразу сказать), чтобы схема занимала как можно меньше места и была выполнена из smd-элементов. Скажите, это вообще осуществимо?

[Dmitriy40]

Элемент - тот же ПАВ (SAW), что и на первой схеме. Они обычно трёхвыводные (но в корпусе от 6 до 8 выводов).
SMD конечно возможно, опять же смотрите схемы брелков, там они именно такие. Места занимают примерно 1-1.5 квадратного сантиметра, с одной стороны платы.
Мы использовали транзистор BFS17A (в sot23). По паспорту он до 2.8ГГц, так что гигагерц точно потянет. Но нужно будет скорректировать LC фильтры, если схема на другую частоту.

-- 02.11.2017, 22:33 --

Сразу предупрежу, если выход генератора пойдёт не в коаксиал, а в антенну - возьмите готовую геометрию антенны на плате, сами спроектировать печатную антенну даже не пытайтесь.

[FirstKarmeliy]

Dmitriy40
Спасибо большое за ответ. Многим помогли.
А скажите, уместно ли пробовать использовать типичные схемы генераторов (как то: те же самые Колпитца и др), используя транзисторы с большой, гигагерцовой максимальной частотой? Просто в ходе уменьшения номиналов L и C контуров указанных мной схем, например, начиналась ахинея: на выходе наблюдался амплитудно-модулированный сигнал, но частоту несущей поднять не удавалось.

-- 03.11.2017, 00:18 --

И если не затруднит, подскажите по схемке, вами указанной:
1) там земля к ПАВу притянута? Сбоку-справа. Это как?
2) транзистор Q2 здесь как ключ просто работает? Я правильно понял, что сигнал, приходящий с TXD, активирует схему?
3) Что означает T после указания номиналов индуктивностей? Это же не ТераГенри.

[Dmitriy40]

Просто заменить транзистор на высокочастоный может оказаться недостаточным - там же ещё и всякие паразитные ёмкости и индуктивности есть, как именно они влияют на работу схемы надо разбираться в каждом конкретном случае. И тут я не помошник, я не радиоинженер. Мне все эти режимы работы транзистора в разных схемах включения - почти китайская грамота.

Земля, да, к ПАВу. Как, как, обычно. ПАВ это такой трёхвыводный приборчик с симметричным входом/выходом и землёй. Подробностей не знаю, мне хватило принципа работы (примерный аналог кварца). Возможно и вообще просто СВЧ кварц в экране.
Да, Q2 это просто ключ для формирования пачек импульсов ВЧ несущей. В нашей схеме вместо него подавалось опорное напряжение на базу генерирующего транзистора и при нуле он запирался.
Про Т у индуктивностей не знаю. Разумеется не ТераГенри. Обычно номиналы порядка десятка наногенри. А у кондёров - единицы пФ.
Верхняя картинка взята отсюда, поглядите может там в тексте есть что про индуктивности.
Или поищите другие схемки брелков, более понятные.

[EUgeneUS]

FirstKarmeliy

В 80-х годах в среде радиолюбителей слышал такую поговорку:
"КВ - это наука, УКВ - это искусство". Один собирает - всё работает, другой собирает вроде бы так же - не работает. И речь шла о любительских 144 и 430 МГц.

На столь высоких частотах начинают играть роль много факторов, от геометрии проводников до чистоты их поверхности и тангенса угла потерь в конструкционных материалах.

Поэтому:
1. Прислушайтесь к совету, который Вам давали в предыдущей Вашей теме: бросьте попытки собрать конструкцию на рассыпухе, подберите подходящий чип, в котором будет весь СВЧ-тракт.
2. Что касается эмуляторов, нужно использовать специализированный для СВЧ, где можно задавать (а он будет учитывать) геометрию проводников.

[Dmitriy40]

Ну, присоединяясь к совету брать готовые работающие конструкции, я всё же возражу на аргументацию: сделать на рассыпухе кое-как работающий генератор до примерно 1ГГц несложно, главное транзистор взять достаточно ВЧ. Геометрия дорожек на таких частотах играет роль лишь при сверхслабых сигналах или при длине дорожек сравнимой с длиной волны, для SMD монтажа дорожки фактически нулевой длины (ну 1мм), там можно так расположить элементы что они будут контактировать своими же контактными площадками. Так что всё чем будет портить жизнь дорожка - паразитная индуктивность и ёмкость. А они несложно считаются (даже не считаются, а грубо оцениваются сверху) для таких малых дорожек. Другое дело что надо понимать куда в схеме они окажутся подключенными чтобы правильно отмоделировать.

Но работать спроектированная "на коленке" конструкция будет разумеется именно что кое-как. Ни о какой метрологии без наличия весьма недешёвых (вообще говоря от сотни тысяч рублей и выше) измерительных приборов говорить не приходится. Кое-что можно и кустарными способами проверить, но неплохо понимать что именно измеряешь и с какой погрешностью.

-- 03.11.2017, 10:52 --

Насчёт "другой собирает вроде бы так же - не работает" расскажу историю из личного опыта.
Делали мы аналог брелка сигнализации на 433МГц, долго не парясь повторили всю разводку платы и все детали (выпаяли, промерили на недешёвом фирменном оборудовании), изготовили плату, купили такие же детали, спаяли, включили - не работает. Кварц (ПАВ) правильный, транзистор явно генерит, а приёмник не чувствует. Так как в этот момент на руках не было нормального измерительного оборудования, стали разбираться методом поэлементной замены деталей на родные. Как заработало - обратно. Так и нашли ошибку, оказалось одну из индуктивностей в выходном фильтре промерили плохо. Как потом выяснили должна быть типа 27нГн, а намерялось почему-то 39нГн. Пришлось тащиться в розничный магазин и закупать весь ряд Е12 индуктивностей и сидеть перепаивать каждую. Так и определили что 27нГн работает лучше всего, 22нГн тоже работает, но похуже, а остальные не работают.
Но при этом у нас были на руках гарантированно рабочие и родной брелок и приёмник с хорошей чувствительностью и избирательностью. Без них и без спектроанализатора за сотню тысяч вряд ли разобрались бы (хотя идеи конечно были, чего уж там).
Если же вы хотите строить генератор на другую частоту, то где взять для него калиброванный приёмник или как по другому проверять выходной сигнал - вопрос.

Потому я бы посоветовал найти в продаже сигнализацию с брелком на 868МГц, купить несколько брелков и приёмник - и пытаться отсимулировать реальный живой работающий генератор из брелка. Это для начала. А потом уж задумываться насколько чистый там синус ...

[Theoristos]

FirstKarmeliy в сообщении #1261702 писал(а):

Просто в ходе уменьшения номиналов L и C контуров указанных мной схем, например, начиналась ахинея: на выходе наблюдался амплитудно-модулированный сигнал, но частоту несущей поднять не удавалось.

Хороший эмулятор, значит.

...хотя для 1 ГГц не факт что и этого будет достаточно.

[realeugene]

FirstKarmeliy в сообщении #1261675 писал(а):

Пробую в Мультисим, даже что-то получается. Но все схемы рассчитаны на небольшие (для моей задачи) частоты - кГц - десятки МГц.

Для гигагерца негодная система моделирования. На гигагерце нужно уже моделировать компоненты с их паразитными индуктивностями и ёмкостями, а дорожки на плате моделировать как линии задержки. Паразитные реактивности присутствуют в СВЧ моделях компонентов, которые доступны у хороших производителей специализированных СВЧ компонент. Низкочастотные компоненты могут таить неожиданности. Для СВЧ транзисторов эти модели нередко существуют только как таблицы S-параметров для некоторых токов коллектора. Такие модели всё равно малопригодны для проектирования генераторов. Так что, проектирование СВЧ генераторов из дискретных компонентов и сейчас в большой степени искусство.

[realeugene]

Dmitriy40 в сообщении #1261765 писал(а):

Потому я бы посоветовал найти в продаже сигнализацию с брелком на 868МГц, купить несколько брелков и приёмник - и пытаться отсимулировать реальный живой работающий генератор из брелка.

Который почти наверняка будет специализированным чипом.

-- 06.11.2017, 10:15 --

FirstKarmeliy в сообщении #1261702 писал(а):

1) там земля к ПАВу притянута? Сбоку-справа. Это как?

Фильтр работает на последовательном резонансе. На частоте резонанса закорачивает по ВЧ базу на землю. Остаётся классический усилитель на транзисторе с общей базой, включённый в колебательный контур по схеме ёмкостной трёхточки.

Вы курс ТОЭ уже прошли? А на десяток мегагерц сможете самостоятельно спроектировать генератор?

[Dmitriy40]

realeugene в сообщении #1262677 писал(а):

Dmitriy40 в сообщении #1261765 писал(а):

Потому я бы посоветовал найти в продаже сигнализацию с брелком на 868МГц, купить несколько брелков и приёмник - и пытаться отсимулировать реальный живой работающий генератор из брелка.

Который почти наверняка будет специализированным чипом.

Который почти наверняка будет на одном транзисторе, паре индуктивностей, пятке конденсаторов и одном ПАВе. К тому же это легко проверить при покупке. Просто потому что этого вполне достаточно для этих целей. Вам так лень поискать в гугле темы вроде "ремонт брелков сигнализации" или "свой брелок" или хотя бы картинки? Ну тогда лишь повторю, мы недавно занимались повторением такого брелка (к сожалению работа была платной и потому схему публиковать не могу, хоть она и широкоизвестна), там именно один ВЧ биполяр (тип указан мною выше), два дросселя (один из которых в питании и явно в генерации не участвует в этом ошибся, симулятор утверждает что очень даже участвует), ПАВ на 433МГц, и с печатной антенной длиной см 5. Если память не изменяет, при токе 20мА от 5В дальность работы составила до сотни метров. Приёмник разумеется был на специальной микросхеме, с кучей функций и высокой чувствительностью и избирательностью, но речь то про передатчик.

[realeugene]

Dmitriy40 в сообщении #1262692 писал(а):

Ну тогда лишь повторю, мы недавно занимались повторением такого брелка

Простейшие сигналки - да, один транзистор. Низкая скорость передачи и низкий КПД. Зато дёшево в огромных сериях. Чуть более сложное - уже MSP432 с синтезатором на PLL внутри.

[Dmitriy40]

realeugene в сообщении #1262698 писал(а):

Низкая скорость передачи и низкий КПД.

А про 10кВт, КПД 99% и 100МБит/с никто и не спрашивал! Речь изначально шла про простой генератор на транзисторе.

[realeugene]

Dmitriy40 в сообщении #1262705 писал(а):

А про 10кВт, КПД 99% и 100МБит/с никто и не спрашивал! Речь изначально шла про простой генератор на транзисторе.

В одной из недавних тем этот же ТС спрашивал про передатчик для пассивного датчика температуры.