Tilda Publishing

Разработка электроники полного цикла: схемотехника, разработка ПО, серийное производство

info@teslatec.ru

+7 (383) 304-94-30

Teslatec

Высокочастотный генератор мощностью до 5 Вт с регулируемой частотой

Описание проекта

Высокочастотный генератор предназначен для возбуждения зондирующей антенны и подстройки сигнала под изменяющуюся резонансную частоту нагрузки. В рамках проекта разработали техническое решение, промоделировали ВЧ-часть, создали электронику и отладочное ПО, изготовили и испытали опытный образец.

Задачи разработки проекта

Заказчику требовалось заменить устаревший ВЧ-автогенератор, построенный на транзисторах, снятых с производства.

Устройство использовалось для возбуждения высокодобротной зондирующей антенны с добротностью около 300. Из-за узкой полосы пропускания резонансная частота антенны могла изменяться под воздействием температуры и внешней среды, что снижало эффективность передачи мощности.

Необходимо было разработать управляемый высокочастотный генератор, способный подстраивать частоту под текущий резонанс нагрузки.

Готовое устройство должно было:

работать на современной элементной базе;
обеспечивать выходную мощность от 1 до 4 Вт;
формировать сигнал с номинальной частотой 54 МГц;
поддерживать регулировку частоты в пределах ±3%;
подстраиваться под резонансную частоту антенны;
регулировать выходную ВЧ-мощность;
изменять напряжение смещения силовых транзисторов;
регулировать амплитуду сигнала драйвера;
принимать команды управления по интерфейсу SPI;
измерять параметры нагрузки и силового каскада;
обеспечивать сниженный уровень гармоник;
работать с несимметричной нагрузкой, подключенной коаксиальным кабелем длиной один метр;
обеспечивать высокий КПД на резонансной нагрузке.

Решение, разработанное «Тесла тек»

Специалисты «Тесла тек» разработали управляемый высокочастотный генератор с регулируемой частотой и выходной мощностью.

Для подстройки частоты применен VCO — генератор, управляемый напряжением. Он позволяет изменять частоту сигнала и настраивать устройство на фактический резонанс антенны.

Выходная мощность регулируется управляемым DC-DC-преобразователем, который изменяет напряжение питания силового каскада. Напряжение смещения транзисторов и амплитуда сигнала драйвера задаются через цифро-аналоговый преобразователь. Управление параметрами осуществляется по SPI.

Для определения отклонения от резонанса в устройстве реализовано измерение:

угла импеданса нагрузки — разности фаз между током и напряжением;
пикового напряжения на стоках силовых транзисторов;
тока потребления усилителя.

По разности фаз система определяет положение рабочей частоты относительно резонанса и позволяет скорректировать частоту VCO. Измерение напряжений и тока используется для оценки режима работы силового каскада.

Архитектура высокочастотного каскада

Силовая часть генератора построена по архитектуре E/F odd на двух ВЧ-транзисторах PD84002 мощностью до 2 Вт каждый.

Такая архитектура позволяет:

суммировать мощность двух транзисторов;
получать необходимую выходную мощность;
снижать уровень гармоник;
повышать эффективность силового каскада.

Для согласования дифференциального выхода усилителя с несимметричной нагрузкой установлен симметрирующий трансформатор. Антенна подключается через коаксиальный кабель длиной один метр.

Моделирование устройства

Высокочастотная часть схемы была полностью промоделирована в PSpice.

Моделирование позволило до изготовления печатной платы проверить:

режимы работы силовых транзисторов;
формы токов и напряжений;
пиковые напряжения на стоках;
влияние номиналов компонентов на рабочую частоту;
выходную мощность
расчетный КПД;
уровень гармоник.

Результаты моделирования использовались при разработке принципиальной схемы и выборе параметров силового каскада.

Основные узлы устройства

Печатная плата генератора включает:

управляемый DC-DC-преобразователь;
цифро-аналоговый преобразователь с управлением по SPI;
VCO для регулировки частоты;
схему измерения характеристик нагрузки;
силовой высокочастотный каскад;
драйверы затворов ВЧ-транзисторов;
схему измерения фазового сдвига;
схему измерения пикового напряжения;
схему измерения тока потребления;
выходной симметрирующий трансформатор.

Результаты выполнения проекта

В результате проекта разработан высокочастотный генератор для возбуждения зондирующей антенны.

Основные характеристики устройства:

номинальная частота генерации 54 МГц;
диапазон регулировки частоты ±3%;
выходная мощность от 1 до 4 Вт;
возможность подстройки частоты под резонанс антенны;
цифровое управление параметрами по SPI;
регулировка мощности, напряжения смещения и амплитуды сигнала драйвера;
измерение угла импеданса нагрузки;
измерение пиковых напряжений на силовых транзисторах;
измерение тока потребления;
сниженный уровень гармоник в выходном сигнале;
КПД 62–65% на резонансной нагрузке.

Разработанное устройство заменило устаревший автогенератор и позволило управлять частотой и мощностью ВЧ-сигнала с учетом изменения параметров зондирующей антенны.

Выполненные работы

В рамках проекта специалисты «Тесла тек»:

Исследовали задачу и разработали техническое решение;
Разработали архитектуру устройства;
Разработали дизайн плат: схемотехнику и топологию;
Разработали встроенное ПО и алгоритмы;
Изготовили и испытали опытные образцы.

Команда разработки

Руководитель проекта; Инженер-схемотехник, Программист микроконтроллеров.

2013 год

Требуется разработка электроники?

Если у вас уже есть задача или идея, которую нужно формализовать и оценить, свяжитесь с нами. Наш менеджер позвонит вам, чтобы осудить детали. Конфиденциальность и защиту авторского права гарантируем документально.

Нажимая на кнопку, вы даете согласие на обработку персональных данных и соглашаетесь c политикой конфиденциальности

Заказать звонок

Другие проекты