Что такое свч генераторы

В микроволновой печи скрывается мощное и опасное СВЧ оружие

Добрый день, уважаемые хабровчане.

Этот пост будет про недокументированные функции микроволновой печи. Я покажу, сколько полезных вещей можно сделать, если использовать слегка доработанную микроволновку нестандартным образом.

В микроволновке находится генератор СВЧ волн огромной мощности

Вскрываю корпус

Сразу хочу предупредить, электромагнитное излучение СВЧ диапазона может нанести вред вашему здоровью, а высокое напряжение вызвать летальный исход. Но меня это не остановит.
Сняв крышку с микроволновки, можно увидеть большой трансформатор: МОТ. Он повышает напряжение сети с 220 вольт до 2000 вольт, что бы питать магнетрон.

В этом видеоролике я хочу показать, на что способно такое напряжение:

Антенна для магнетрона

Сняв магнетрон с микроволновки я понял, что включать просто так его нельзя. Излучение распространится от него во все стороны, поражая всё вокруг. Не долго думая я решил смастерить направленную антенну из кофейной банки. Вот схема:

Теперь всё излучение направленно в нужную сторону. На всякий случай я решил проверить эффективность этой антенны. Взял много маленьких неоновых лампочек и выложил их на плоскости. Когда я поднёс антенну с включенным магнетроном, то увидел, что лампочки загораются как раз там где нужно:

Необычные опыты

Сразу хочу отметить, СВЧ значительно сильнее влияет на технику, чем на людей и животных. Даже в 10 метрах от магнетрона, техника давала сильные сбои: телевизор и муз-центр издавали страшный рычащий звук, мобильный телефон вначале терял сеть, а потом и вовсе завис. Особо сильное влияние магнетрон оказывал на wi-fi. Когда я поднёс магнетрон близко к музыкальному центру, с него посыпались искры и к моему удивлению он взорвался! При детальном осмотре обнаружил, что в нём взорвался сетевой конденсатор. В этом видео я показываю процесс сборки антенны и влияние магнетрона на технику:

Используя не ионизирующее излучение магнетрона можно получить плазму. В лампе накаливания, поднесённой к магнетрону, зажигается ярко светящийся желтый шар, иногда с фиолетовым оттенком, как шаровая молния. Если вовремя не выключить магнетрон, то лампочка взорвётся. Даже обычная скрепка, под воздействием СВЧ превращается в антенну. На ней наводится ЭДС достаточной силы, что бы зажечь дугу и расплавить эту скрепку. Лампы дневного света и «экономки» зажигаются на достаточно большом расстоянии и светятся прямо в руках без проводов! А в неоновой лампе электромагнитные волны становятся видимыми:

Хочу вас успокоить, мои читатели, ни кто из моих соседей не пострадал от моих опытов. Все ближайшие соседи сбежали из города, как только в Луганске начались боевые действия.

Техника безопасности

Я настоятельно не рекомендую повторять описанные мною опыты потому, что при работе с СВЧ требуется соблюдать особые меры предосторожности. Все опыты выполнены исключительно с научной и ознакомительной целью. Вред СВЧ излучения для человека ещё не до конца изучен. Когда я близко подходил к рабочему магнетрону я чувствовал тепло, как от духовки. Только изнутри и как бы точечно, волнами. Больше ни какого вреда я не ощутил. Но всё же настоятельно не рекомендую направлять рабочий магнетрон на людей. Из-за термического воздействия может свернуться белок в глазах и образоваться тромб в крови. Так же ведутся споры о том, что такое излучение может вызвать онкологические и хронические заболевания.

Необычные применения магнетрона

Это далеко не все возможные применения испытанные мной. Эксперименты продолжаются и вскоре я напишу ещё более необычный пост. Всё же хочу отметить, что использовать так микроволновку опасно! Поэтому лучше так делать в случаях крайней необходимости и при соблюдении правил безопасности при работе с СВЧ.

На этом у меня всё, соблюдайте осторожность при работе с высоким напряжением и микроволнами.

Источник

USB Генератор СВЧ

Бывает так, что одного СВЧ генератора на рабочем месте не хватает, или же им кто-то пользуется, а проверить например смеситель (усилитель, АЦП…) очень нужно. А ещё стационарные СВЧ генераторы довольно большие и тяжёлые, лично мне часто лень их переносить и освобождать место на рабочем столе. По этим причинам два года назад я сделал свой маленький генератор, первую версию.

Немного об элементной базе

Генератор построен на микросхеме HMC833 (или HMC830), ФАПЧ со встроенным ГУН и микросхеме HMC625, усилитель с переменным коэффициентом усиления. В качестве опорного генератора можно использовать генераторы ГК155-П или CB3LV с частотой 25…100 МГц. В первой версии генератора для управления HMC833 и HMC625 я решил использовать микросхему FT232RL в режиме bit bang, вдохновившись статьями про этот режим в интернете.

Характеристики

3 Гц;
— Максимальная измеренная мощность сигнала на частоте 1 ГГц – 17 дБм;
— Максимальная измеренная мощность сигнала на частоте 2 ГГц – 16 дБм;
— Максимальная измеренная мощность сигнала на частоте 3 ГГц – 12 дБм;
— Питание и управление от microUSB.

Все остальные характеристики можно узнать в документации на применённые мной микросхемы.

Немного о недостатках первой версии

Схема первой версии была не лишена недостатков:
— во первых, как я уже говорил, для управления синтезатором и усилителем по SPI использовалась микросхема FT232RL в режиме bit bang. Из-за этого управление было медленным. Я впервые использовал микросхему FT232RL и не знал о такой особенности.
— во вторых, я использовал комплектующие, которые у меня были в наличии. Из-за этого генератор получился дорогим, а некоторые элементы сложно достать.
Но в целом генератор себя оправдал, часто помогая мне в работе.

Исправление ошибок

Спустя два года я решил избавится от этих недостатков и сделал вторую версию генератора.
Микросхему FT232RL я заменил микроконтроллером STM32F103C8T6, вместо дорогого генератора ГК155-П-100 МГц можно установить CB3LV-3I-25M0000 (или другой), ну и по мелочи. Теперь все элементы для генератора можно купить у китайцев на алиэкспресс, что не может не радовать.

Печатную плату я проектировал в Altium Designer, программа для STM32 написана в IAR Embedded Workbench, программа управления для ЭВМ написана с использованием QT, Visual Studio и библиотеки HID API. Поскольку использован класс USB HID, то установка драйверов не требуется.

Собрать этот USB генератор можно самостоятельно, для этого я прикладываю все необходимые файлы. Без ошибок собранный генератор в регулировке и настройке не нуждается, только в прошивке.

Заключение

На данный момент программное обеспечение пока далеко от финального и обладает только базовыми настройками, такими как установка частоты и усиления. В ближайшем будущем я планирую добавить режимы ГКЧ и возможно (если получится) импульсного генератора.

Теперь немного картинок со спектроанализатора R&S FSL3 и в самом конце ссылки на исходные файлы. К сожалению спектроанализатор у меня на работе только до 3х ГГЦ:

Инструкция по прошивке микроконтроллера

Необходим программатор st-link v2

0) Желательно стереть микроконтроллер утилитой STM32 ST-LINK Utility (на всякий случай)

1) Надо скачать загрузчик, файл stm32_MyDfu.rar от сюда
распаковать HEX, прошить утилитой STM32 ST-LINK Utility
после этого должен появится в диспетчере устройств девайс stm32 dfu (не помню точно)

2) Скачать файл usb_gen_v2_stm32_v19.dfu от сюда
И прошить его утилитой DfuSe USB device firmware upgrade

Источник

КЛАССИФИКАЦИЯ И ФИЗИЧЕСКИЙ МЕХАНИЗМ РАБОТЫ ВЧ И СВЧ ГЕНЕРАТОРОВ

Лекция № 2

Общие принципы генерирования и усиления ВЧ и СВЧ колебаний. Автогенераторы и стабилизация частоты автоколебаний.

Учебные вопросы:

Классификация и физический механизм работы ВЧ и СВЧ генераторов.

Генераторы на электровакуумных и полупроводниковых приборах.

Назначение, классификация и принцип действия автогенераторов, установившийся режим автоколебаний.

Стабильность частоты, кварцевые автогенераторы.

КЛАССИФИКАЦИЯ И ФИЗИЧЕСКИЙ МЕХАНИЗМ РАБОТЫ ВЧ И СВЧ ГЕНЕРАТОРОВ

Основное назначение генератора состоит в преобразовании энергии источника постоянного тока в энергию ВЧ или СВЧ колебаний.

Генераторы подразделяются на два основных типа (см. рис. 1):

— автогенераторы, работающие в режиме самовозбуждения или автоколебаний, частота которых определяется параметрами самого устройства;

— генераторы с внешним возбуждением, работающие в режиме усиления входного сигнала по мощности или умножения его частоты.

Рис. 1 – Основные типы генераторов

В обоих типах генераторов используются одни и те же типы электронных приборов и физические принципы их работы можно рассматривать в рамках общей теории.

Преобразование энергии источника постоянного тока в энергию колебаний осуществляется с помощью электрически управляемых электронных приборов (нелинейных элементов), обладающих усилительными свойствами. Обобщенно структурная схема генератора может быть представлена в виде схемы (рис. 2, а), включающей источник питания (ИП), управляемый элемент (УЭ) и нагрузку (Н), в виде колебательной системы.

Рис. 2 – Структурные схемы, поясняющие принцип работы и преобразование энергии в генераторе

Схема «перекачки» энергии от источника питания (Э_ип) в нагрузку (Э_н) под воздействием энергии управляющего сигнала (Э_у) изображена на рис. 2, б. Для любого генератора обязательно выполнение двух условий:

— усиление по мощности, т.е. Э_н >> Э_у,

— управляемость энергии в нагрузке (колебательной системе), т.е. Э_н=F(Э_у ).

Схема показывает, что термины «входной сигнал», «выходной сигнал» не означают «прохождение» входного сигнала через усилительный нелинейный элемент в нагрузку – входной сигнал лишь управляет процессом преобразования энергии, в результате которого и формируется сигнал в нагрузке, форма которого, в общем случае, может не повторять форму входного сигнала. Из схемы также видно, что только часть энергии источника поступает в нагрузку, часть ее – энергия потерь (Эп) – расходуется на разогрев элементов УЭ, по которым протекает ток источника.

Известно большое число разнообразных электронных приборов – электровакуумных и полупроводниковых, применяемых в генераторах.

Основные электронные приборы, используемые в генераторах:

— электровакуумные приборы (триоды, тетроды и др.);

— полупроводниковые приборы (транзисторы биполярные и полевые, диоды (туннельные, диоды Ганна и лавинно-пролетные));

— лампы бегущей волны;

— приборы магнетронного типа.

В основе работы всех типов электронных приборов лежит общий физический принцип: взаимодействие потока движущихся носителей заряда с электромагнитным полем. Различие приборов состоит в разном характере этого взаимодействия и в способах управления потоком носителей заряда.

Обозначим время этого взаимодействия через . Под этим временем в биполярном транзисторе следует понимать время переноса неосновных носителей заряда от эмиттера к коллектору, в полевом транзисторе – время переноса основных носителей заряда от истока к стоку, в электровакуумных лампах – время движения электронов от катода к аноду, в СВЧ лампах бегущей волны – время движения электронов вдоль спирали от катода к коллектору и т.д.

В зависимости от обобщенного параметра , имеющего смысл фазы, где — частота сигнала, электронные генераторные приборы можно разделить на три основные группы:

1) , к этой группе относятся ВЧ генераторы, построенные на электровакуумных приборах и полупроводниковых транзисторах;

2) , к второй группе относятся СВЧ полупроводниковые генераторы, реализованные на лавинно-пролетных диодах и диодах Ганна;

3) , к третей группе относятся СВЧ электровакуумные приборы.

В приборах первой группы при нарушении соотношения , т.е. при частоте , резко уменьшается их выходная мощность, коэффициент усиления и КПД. Этот недостаток преодолен в приборах третьей группы. Благодаря увеличению , т.е. длительному взаимодействию потока с полем, мощность СВЧ электровакуумных приборов существенно превышает мощность СВЧ полупроводниковых генераторов. Если удастся создать полупроводниковые структуры, в которых значение будет увеличено без снижения частоты колебаний , то мощность полупроводниковых генераторов будет повышена.

Процессы усиления и генерации ВЧ и СВЧ колебаний сопровождаются двумя характерными явлениями.

Первое связано с модуляцией потока носителей заряда по скорости и плотности (или только по плотности). В результате происходит синхронное изменение частот колебаний потока и электромагнитного поля, а также обмен энергией между ними. В этом равенстве или кратности частот колебаний потока и поля и заключается соблюдение принципа синхронизма.

Однако соблюдения одного принципа синхронизма недостаточно, поскольку генерация и усиление ВЧ и СВЧ колебаний, сопровождающиеся передачей энергии от потока полю, возможны только при торможении носителей заряда электромагнитным полем. Иначе говоря, перемещение носителей заряда под воздействием высокочастотного поля должно быть противоположно их движению за счет постоянного поля. В этом и заключается сущность принципа фазировки. Для его соблюдения необходимо иметь определенную разность фаз между векторами, характеризующими поток и поле, или между током i (t), наведенным во внешней цепи, и напряжением и(t) на электродах прибора. При торможении носителей заряда полем ток i (t) и напряжение и(t) должны находиться в противофазе.

Мощность взаимодействия между потоком носителей заряда и электромагнитным полем, определяет мощность, генерируемую электронным прибором. Поток носителей заряда будем характеризовать током i(t), наведенным во внешней цепи, а электромагнитное поле – напряжением u(t) на электродах прибора. Из-за нелинейного характера этого взаимодействия полное использование по мощности электронных генераторных приборов имеет место при несинусоидальных формах тока и напряжения, которые представим в виде ряда Фурье:

; (1)

, (2)

где — постоянная составляющая тока; — напряжение источника питания генератора.

Процесс взаимодействия потока носителей заряда с полем или электронного прибора с электрической цепью в установившемся режиме работы можно рассматривать по каждой гармонике сигнала. Мощность взаимодействия по 1-й гармонике

(3)

где — комплексно-сопряженная амплитуда 1-й гармоники тока, — комплексная амплитуда напряжения (см. рис. 3).

Из выражения (3) для активной и реактивной составляющих мощности взаимодействия получим

, ,

где — фазовый угол между двумя векторами (см. рис. 3).

При поток носителей зарядов отдает мощность электромагнитному полю или электронный прибор – электрической цепи.

При , наоборот, поле отдает мощность потоку зарядов и поэтому колебания в устройстве затухают, или вообще не возникают.

Неравенство соблюдается при , т.е. при выполнении условия фазировки. Мощность 1-й гармоники сигнала, передаваемая в активную нагрузку:

, (4)

где — разность фаз согласно рис. 3.

В выражении (3) реактивная составляющая мощности взаимодействия характеризует обмен энергией между потоком и полем по 1-й гармонике сигнала или между электронным прибором и электрической цепью.

Мощность, потребляемая электронным прибором:

. (5)

С учетом (4) и (5) КПД генератора равен

. (6)

Источник

Физические принципы работы ВЧ и СВЧ генераторов

Стандарты частоты и времени.

Классификация и параметры источников опорных колебаний.

Лекция 7. Основные виды и параметры источников опорных колебаний

Классификация источников колебаний.

Характеристики источников опорных колебаний.

Классификация и параметры источников опорных колебаний

1.1. Классификация источников колебаний

Основное назначение ВЧ или СВЧ генератора – преобразование энергии источника постоянного тока в энергию ВЧ или СВЧ колебаний. В зависимости от природы первичных электромагнитных колебаний различают 2 основных типов генераторов:

а) автогенераторы, работающие в режиме самовозбуждения или автоколебаний, частота которых определяется параметрами самого устройства. Используется в основном в качестве источника опорных колебаний.

б) генераторы с внешним возбуждением, работающие в режиме усиления входного сигнала по мощности или умножения его частоты.

В обоих типах генераторов используется одни и те же типы электронных приборов физические принципы их работы можно рассматривать в рамках общей теории.

Далее разговор в основном об источниках опорных колебаний. Классификация осуществляется по различным признакам.

По типу активного элемента:

— на логических микросхемах;

— на операционных усилителях;

— на электровакуумных лампах;

— на транзисторах (биполярных, полевых);

— на полупроводниковых диодах СВЧ (туннельных, лавинно-пролетных, Ганна);

— на электровакуумных генераторных приборах (на отражательных клистронах, на магнетронах, на лампах бегущей (обратной) волны, на митронах, на стабилитронах и др.);

— на квантовомеханических генераторных приборах – молекулярных генераторах;

— лазерах (полупроводниковых, твердотельных и жидкостных); и т.д.

По виду колебательной системы:

— с кварцевыми резонаторами;

— с дисковыми диэлектрическими резонаторами СВЧ;

— с резонаторами на полосковых или двух проводниковых линиях;

— с объемными резонаторами;

— с резонансными резонаторами;

— со сверхпроводящими резонаторами;

— с резонаторами на поверхностных акустических волнах (ПАВ)

— с резонансными цепями на основе квантовых переходов;

По способу управления частотой:

— с управлением частоты на варикапах;

— с ферритовыми управителями частоты на железо-иттриевом гранате (ЖИГ – перестройка);

— с управлением частотой за счет изменения U пит.;

— с управляемыми реактансами;

По способу защиты от влияния дестабилизирующих факторов:

— в незащищенном исполнении;

— со средствами радиационной и/или влагозащиты;

— с термовиброустойчивыми частотно-задающими элементами;

— с амортизирующей конструкцией;

Далее по признакам.

По рабочей частоте.

По уровню паразитного отклонения частоты.

По выходной мощности.

По сервисным возможностям.

1.2. Характеристики источников опорных колебаний

Основные характеристики источников опорных колебаний:

— форма выхода сигнала;

— частота повторения сигнала на выходе;

— уровень нестабильности частоты.

Вспомогательные параметры источников опорных колебаний количественно определяют чувствительность основных параметров к изменениям внешних факторов (температуры, влажности, радиации, вибрации и т.п.)

где V₀ 2 – амплитуда выходного напряжения,

R_н – согласованная активная нагрузка ( по умолчанию R_н = 50 Ом)

2) в дБ относительно определенной мощности

Вариант 1 – в дБ содержание мощности второй А₂, третьей А₃ и след. гармоники в спектре выходного сигнала по отношению к мощности несущего колебания

Вариант 2 – в дБ или разах отношение мощности А₂, А₃ к мощности А₁.

Нестабильность частоты после установления теплового режима (длительность «выбега» частоты) зависит от постоянной времени колебательной схемы и характера тепловых процессов в конструкции генератора) является случайным процессом. Параметры этого процесса определяются внутренними явлениями движения зарядов (дробовые и тепловые эффекты) и влиянием факторов внешних воздействий (давление, tº, влажность, вибрация, радиация, ЭМИ).

При расчетах и проектировании надо знать S_φ(F) (см. лек. 1).

Кратковременная нестабильность опорного генератора – СКО за определенный отрезок времени δ_к(Т_к), Т_к = 1, 10, 100, 1000с при усредненном за 1, 10, 100мс.

Вариации фазы за короткое время могут проявлять эффект дрожания, который обусловлен влиянием пульсаций питающего напряжения, внешними акустическими воздействиями (микрофонный эффект) или фликкер-эффектами в элементах генератора. Оценивают среднее квадратическое отклонение количества моментов перехода фазы через Ǿ за 1с и измеряют в пикосекундах.

В таблице представлены параметры источников опорных колебаний.

Таблица 4.1. Параметры источников опорных колебаний

Нам важно ваше мнение! Был ли полезен опубликованный материал? Да | Нет

Источник