Konstrukce z oblasti vysokofrekvenční techniky a elektroniky

Podrobnosti

Kategorie: Témata studentských projektů SGS

Témata vhodná zejména pro studenty se zájmem o praktickou konstrukci elektroniky s vazbou na vysokofrekvenční techniku a radioelektroniku pro účely sdělování nebo měření.

• Úprava a testování automatického anténního tuneru pro dálkový příjem KV stanic. Úprava spočívá ve změně topologie dolaďovacího obvodu a způsobu jeho ovládání. Testování je třeba provést měřením a přijmem reálných signálů. K vyřešení je třeba základních znalostí a zájmu o VF techiku do 30 MHz.

Anténní tuner je LC obvod s proměnnými prvky L a C, který umožňuje provoz drátové antény pevné délky na různých kmitočtech. Běžně prodávané anténní tunery určené pro přizpůsobení antény k vysílači mívají zpravidla topologii Gamma, T nebo Pi. Správné nastavení tuneru se indikuje měřením VSWR, tedy poměru odražené vlny při vysílání malým výkonem, který při případném stoprocentním odrazu ještě nezpůsobí škody. Přijímací tunery jsou zapojeny zpravidla jako paralelní LC obvod, jímž je anténa naladěna do rezonance. Impedanční přizpůsobení se neřeší, signál z antény je snímán zesilovačem s vysokou vstupní impedancí, v dnešní době nejčastějí s vhodným typem tranzistoru MOSFET nebo JFET. Vyhodnocení správného nastavení je komplikovanější, lze vyhodnocovat intenzitu nebo jiný parametr kvality přijímaného signálu, nebo jě možné vyhledávat rezonanci pomocným generátorem a měričem úrovně. Hledá se pak vlastně maximální napětí na LC obvodu. Tento princip by bylo velmi zajímavé zkusit zautomatizovat.

• Digitální modulátor pro systém rozhlasu DRM. Přípravek modulátoru je třeba doplnit vhodým digitálním rozhraním na vstupu, zesilovačem na výstupu a obvodem pro řízení. Kompletní zařízení je třeba otestovat měřením. Relativně jednoduchá konstrukce částečně spadající do VF techniky a částečně do číslicové techniky.

Se systémem digitálního rozhlasu DRM jste se již setkali při výuce, víte tedy, že je zajímavý svým velmi úzkým přenosovým kanálem, který odpovídá kmitočtovému rastru původních stanic AM rozhlasu. Díky této malé šířce pásma je možné modulovaný signál velmi snadno připravovat v reálném čase na běžném PC vybaveném zvukovou kartou, která jednak digitalizuje zvukový obsah vysílání, například signál z mikrofonu, ale hlavně generuje složku I a Q modulovaného signálu. Tyto složky je nutné za pomoci vhodného hardware transponovat na výsledný kmitočet na kterém má vysílač či generátor signálu pracovat. Téma práce se zabývá realizací a testováním jednoho z několika možných obvodů pro výslednou transpozici signálu.

• Generátor pro distribuci a umělé zkreslení signálu kmitočtové reference. Zesilovač a rozbočovač standardního signálu 10 MHz kmitočtové reference pro více přístrojů v laboratoři. Do signálové cesty může být vložen PLL umožňující posun referenčního kmitočtu v řádu 0.1 - 10 Hz. Generátor bude využit při laboratorní výuce.

Realizace a testování několika jednoduchých laboratorních přístrojů pro práci se signálem kmitočtové reference. Vyzkoušíte si principy pro zesilování a distribuci středofrekvenčního signálu, stejně jako například vlastnosti PLL pro odstraňování jitteru.

• Generátor impulzních signálů, impulzů s velmi strmou náběžnou hranou v řádu 10 ps. Vytvoření dalších přípravků umožňujících zkrácení doby náběžné hrany případně synchronizaci generátoru na bázi lavinového tranzistoru a nelineárních vedení.

Velmi strmé impulzy lze využít k měření vlastností VF obvodů v časové oblasti (poté lze transformovat a porovnat s parametry naměřenými ve frekvenční oblasti). případně k testování speciálních obvodů typu detektorů částic. Princip generování impulzů využívá jeden ze známých jevů pozorovaných u polovodičů. Podobné jednoduché zařízení je nyní využíváno pro testování obvodů ve spolupráci s pracovištěm v CERNu. Tématem SGS projektu je další zlepšování parametrů generátoru, zejména strmosti hrany impulzu, možnosti synchronizace, apod. Připravena je teorie týkající se využití nelineárních vedení což je velmi dobrý tip na možné řešení.

• Zdroj vysokého napětí pro měření speciálních elektronických prvků. Klasický sériový lineární napájecí zdroj je navržen pro provoz do 1000 V. Je třeba verifikovat návrh, prakticky realizovat a provést potřebná ověřovací měření.

Vysokonapěťový zdroj je nezbytný pro jakékoli měření a experimenty s většinou částicových detektorů jako jsou GM trubice, scintilační detektory, křemíkové a diamantové detektory. Stávající zdroj využívaný při oživování komponent by bylo možné nadále zlepšovat, zejména s ohledem na rozsah nastavení napětí a proudu a na možnost měření proudu. Připraveny jsou dvě možné cesty vývoje, vylepšení stávajícího sériového lineárního zdroje, nebo stavba speciálního impulzního zdroje.

• Částicový detektor s vysokým rozlišením v čase na bázi Si a CVD diamantu. Srovnání stávajícího řešení s tranzistorem technologie HBJT a řešení využívajícího předzesilovač s prvkem HEMT.

Částicové detektory s vysokým časovým rozlišením pracují na principu uvolnění náboje v krystalové mřížce polovidiče nebo vhodného izolantu v silném elektrickém poli vlivem dopadu ionizované částice. Uvolněný náboj se snímá pomocí elektrod a vzniklé velmi slabé impulzy se zesilují na měřitelnou a zpracovatelnou úroveň. Čím lepší odstup signál-šum výstupního signálu se podaří získat, tím vyšší je výsledné časové rozlišení detektoru. V současné době se časové rozlišení pohybuje u detektorů vyvíjených ve spolupráci s CERNem kolem 80 - 90 ps. Tématem projektu je spolupráce na vývoji zkušebního přípravku využívajícího levnější a dostupnější detektor na bázi Si i standardní detektor na bázi CVD diamantu. Výsledné parametry je třeba srovnat pro dvě odlišné technologie snímacího zesilovače. Cílem je ověřit, zda je možné při vývoji zesilovačů používat Si detektor a z výsledků odvodit parametry s CVD diamantem.