Задать вопрос
Наши специалисты ответят на любой интересующий вопрос по услуге







В декабре 2016 г. в государственный реестр средств измерений включена серия из пятнадцати новых векторных анализаторов цепей отечественной разработки и производства, перекрывающих частотный диапазон от 100 кГц до 110 ГГц.

На любом этапе разработки, про­изводства и приёмки изделий СВЧ- электроники необходимо подтверж­дать качество продукции. Получить достоверные результаты и удовлетво­рить все вовлечённые стороны помо­гают поверенные средства измере­ний, которые должны находиться на производстве, в отделах техническо­го контроля и метрологии, а также на территории заказчиков. Поверенным может быть только средство измерений утверждённого типа.

В декабре 2016 г. государственный реестр пополнился векторными ана­лизаторами цепей серии Кобальт производства компании «Планар» (г. Челябинск). Испытания с целью утверждения типа проведены специ­алистами ФБУ «Ростест-Москва».

Приборы позволяют проводить пре­цизионные измерения электрических параметров радиотехнических цепей и устройств в широком диапазоне частот. Анализаторы отличаются друг от друга верхней границей диапазона рабочих частот, количеством изме­рительных портов, расположенных на передней панели, наличием соеди­нителей для прямого доступа к входам измерительных и опорных приёмни­ков, а также наличием соединителей для подключения расширителей по частоте. В таблице приведена номен­клатура и основные характеристики приборов.

Анализаторы состоят из измеритель­ного блока, выполняющего функцию компаратора, и принадлежностей, к которым относятся измерительные кабели и переходы, а также средства калибровки. Совместно с кабелями для уменьшения риска их поврежде­ния рекомендуется использовать адап­теры-переходы. Средства калибровки применяются для выполнения проце­дуры, позволяющей устранить неиде­альность измерительного тракта при определении комплексных коэффици­ентов передачи и отражения. Для кали­бровки анализаторов могут использо­ваться автоматические калибровочные модули, наборы мер с резистивны­ми согласованными нагрузками или с согласованными нагрузками с под­вижным поглотителем, а также наборы мер с отрезками прецизионных линий передачи. Пользователь может при­менять коммерчески доступные при­надлежности любых производителей. Рекомендации по подбору комплекта приведены в руководстве по эксплуа­тации. Пользователю не требуется приобретать принадлежности с каж­дым отдельным прибором – допуска­ется использовать уже имеющиеся на предприятии. Нужно лишь убедить­ся, что их метрологические характе­ристики соответствуют измеритель­ной задаче.

 Режимы измерений

 Анализаторы цепей серии Кобальт поддерживают различные режимы измерений:

  • S-параметры;
  • S-параметры с прямым доступом к приёмникам;
  • S-параметры в расширенном диапа­зоне частот;
  • балансные измерения;
  • параметры устройств с переносом частоты;
  • анализ и фильтрация во временной области;
  • абсолютная мощность;
  • линейность амплитудной характе­ристики;
  • импеданс;
  • напряжение постоянного тока;
  • исключение/встраивание цепи. 

Результаты отображаются в декарто­вой и полярной системах, а также на диаграмме Вольперта-Смита.

 S-параметры

 Для исключения влияния устройств, не учтённых в процессе калибровки, можно вводить допол­нительную электрическую задержку или программно исключать/встра­ивать электрические цепи согласно их моделям или данным из файлов описаний. Внесённые значения кор­ректируют плоскость отсчёта изме­ряемых величин и способствуют повышению точности измерений. Программное обеспечение позволя­ет изменять значение характеристи­ческого импеданса измерительной системы. При изменении импедан­са значения S-параметров исследуе­мых устройств пересчитываются авто­матически. Используя функцию пре­образования, можно представлять результаты измерений, как Z, Y или инверсные S-параметры.

S-параметры с прямым доступом к приёмникам

 Некоторые из представленных при­боров имеют перемычки для прямо­го доступа к приёмникам.

Подобная схема построения анализа­торов позволяет выполнять специаль­ные измерительные задачи.

К примеру, прямой доступ к при­ёмникам является необходимым условием для реализации систем с переменным импедансом (Load Pull Measurement Systems). Внешний вид измерительной системы показан на рисунке 3. Эти системы ориентиро­ваны на измерение входной и выход­ной мощности, коэффициентов пере­дачи и эффективности при исследова­нии устройств, когда сопротивление источника сигнала и нагрузки отли­чаются от характеристического импе­данса линии передачи. Системы хоро­шо зарекомендовали себя при раз­работке и производстве усилителей мощности СВЧ, включая отдельные транзисторы. Также они используют­ся для определения и построения раз­личных моделей на группы устройств и, соответственно, валидации таких моделей.

Номенклатура и основные характеристики приборов

             

 Анализатор     

        

Диапазон частот; время измерений; количество портов

Выходная мощность; средний уровень шума; СКО трассы

Режимы измерений

С1205

От 100 кГц до 4,8 ГГц;

10 мкс;

2 порта, тип N

От –60 до 10 дБм;

–143 дБм/Гц;

0,001 дБ

S-параметры, линейность, импеданс, преобразование частоты, временная область, напряжение

С1207

От 100 кГц до 7 ГГц;

10 мкс;

2 порта, тип N

От –60 до 15 дБм;

–143 дБм/Гц;

0,001 дБ

S-параметры, линейность, импеданс, преобразование частоты, временная область, напряжение

С1209

От 100 кГц до 9 ГГц;

10 мкс;

2 порта, тип N

S-параметры, линейность, импеданс, преобразование частоты, временная область, напряжение

С2209

От 100 кГц до 9 ГГц;

10 мкс;

2 порта, тип N

S-параметры, линейность, импеданс, преобразование частоты, прямой доступ к приёмникам, временная область, напряжение

С4209

От 100 кГц до 9 ГГц, расширение до 110 ГГц;

10 мкс;

2 порта, тип N

S-параметры, линейность, импеданс, преобразование частоты, расширение диапазона частот, временная область, напряжение

С1409

От 100 кГц до 9 ГГц;

10 мкс;

4 порта, тип N

S-параметры, линейность, импеданс, преобразование частоты, балансные измерения, временная область, напряжение

С2409

От 100 кГц до 9 ГГц;

10 мкс;

4 порта, тип N

S-параметры, линейность, импеданс, преобразование частоты, прямой доступ к приёмникам, балансные измерения, временная область, напряжение

С4409

От 100 кГц до 9 ГГц, расширение до 110 ГГц;

10 мкс;

4 порта, тип N

S-параметры, линейность, импеданс, преобразование частоты, расширение диапазона частот, балансные измерения, временная область, напряжение

С1214

От 100 кГц до 14 ГГц;

12 мкс;

2 порта, тип N

От –60 до 10 дБм;

–133 дБм/Гц;

0,001 дБ

S-параметры, линейность, импеданс, преобразование частоты, временная область, напряжение

С1220

От 100 кГц до 20 ГГц;

12 мкс;

2 порта, NMD 3,5 мм

S-параметры, линейность, импеданс, преобразование частоты, временная область, напряжение

С2220

От 100 кГц до 20 ГГц;

12 мкс;

2 порта, NMD 3,5 мм

S-параметры, линейность, импеданс, преобразование частоты, прямой доступ к приёмникам, временная область, напряжение

С4220

От 100 кГц до 20 ГГц, расширение до 110 ГГц;

12 мкс;

2 порта, NMD 3,5 мм

S-параметры, линейность, импеданс, преобразование частоты, расширение диапазона частот, временная область, напряжение

С1420

От 100 кГц до 20 ГГц;

12 мкс;

4 порта, NMD 3,5 мм

S-параметры, линейность, импеданс, преобразование частоты, балансные измерения, временная область, напряжение

С2420

От 100 кГц до 20 ГГц;

12 мкс;

4 порта, NMD 3,5 мм

S-параметры, линейность, импеданс, преобразование частоты, прямой доступ к приёмникам, балансные измерения, временная область, напряжение

С4420

От 100 кГц до 20 ГГц, расширение до 110 ГГц;

12 мкс;

4 порта, NMD 3,5 мм

S-параметры, линейность, импеданс, преобразование частоты, расширение диапазона частот, балансные измерения, временная область, напряжение

S-параметры в расширенном диапазоне частот

 В линейке приборов представлены анализаторы с перемычками для под­ключения расширителей по часто­те. Расширители представляют собой внешние преобразователи, имеющие волноводные соединители и пере­крывающие диапазон частот от 50 до 110 ГГц. Питание расширителей осу­ществляется от прибора.

Балансные измерения

 Функция балансных измерений пре­образует небалансные S-параметры в их балансные аналоги путём объединения произвольной пары портов в логиче­ский балансный порт. Поддерживают­ся четыре конфигурации измеряемых устройств с различными комбинациями балансных и небалансных портов. Типы балансных цепей показаны на рисунке 5.

Измеряемые параметры: S-параметры в дифференциальном режиме, коэффи­циент ослабления синфазной состав­ляющей, дисбаланс.

Параметры устройств с переносом частоты

 С помощью анализаторов цепей воз­можно выполнение измерений параме­тров устройств с переносом частоты.

Скалярный метод позволяет опреде­лять модуль коэффициента передачи смесителей и других устройств, у кото­рых входная частота не равна выход­ной. Метод использует режим смеще­ния, когда частота порта приёмника смещена относительно порта источ­ника, и не требует применения внеш­них смесителей.

Комплексный коэффициент пре­образования, конверсионные потери и групповое время запаздывания мож­но измерять векторным методом. Он требует применения внешнего смесите­ля и единого гетеродина для внешнего и исследуемого смесителей.

Функция подстройки частоты смеще­ния позволяет автоматически подстра­ивать частоту, компенсируя погреш­ность установки внутреннего гетеро­дина в исследуемом смесителе.

 Временная область

Приборы поддерживают анализ элек­трических параметров во временнόй области.

В программном обеспечении доступ­на функция преобразования дан­ных из частотной области в отклик устройства во временной области. Можно выполнить расчёт оценки импульсной (режим видео­сигнала или радиосигнала) или пере­ходной (режим видеосигнала) характеристик в рабочей полосе прибора. Для достижения компромисса между разрешающей способностью и уров­нем паразитных боковых лепестков используются различные формы окон. Для устранения нежелательных откли­ков может применяться функция вре­менной селекции.

 Интерфейс

 Анализаторы имеют простой интер­фейс, не требующий долговременно­го изучения. В программном обеспе­чении реализованы функции, упро­щающие работу: маркерная система для поиска требуемых значений по заданному критерию, допусковый кон­троль, математическая и статистиче­ская обработка, фильтрация, сохра­нение и восстановление измеренных данных и настройки органов управле­ния. Важным преимуществом является возможность удалённого управления программным обеспечением пользо­вателя, адаптированным под конкрет­ные приложения. Используя возмож­ности программирования, пользова­тель может самостоятельно выбрать, как применять прибор для решения собственных задач.

Метрологические параметры анализаторов

Особое внимание уделено метроло­гическому обеспечению анализаторов: как способам представления погреш­ностей, так и автоматизации процес­са поверки.

Погрешности измерений

Пределы абсолютной погрешности измерений коэффициентов передачи и отражения представлены в виде фор­мул. Подобный подход привёл к еди­ному способу описания погрешно­сти и позволил расширить диапазоны измерений указанных величин. Анали­тическая формулировка отражает мате­матическую модель векторного анали­затора и является более корректной с физической точки зрения.

Наряду с формулами в эксплуатаци­онной документации приводятся аль­тернативные способы представления погрешности: в виде графиков и аппрок­симирующих ступенчатых кривых. На рисунках 8 и 9 показаны два способа представления погрешностей коэффи­циентов отражения и передачи. Для обе­спечения максимальной повторяемости результатов измерений даны соответ­ствующие рекомендации по подключению устройств и оперативной провер­ке качества их соединителей.

VNA Performance Test

Было разработано специализиро­ванное программное обеспечение VNA Performance Test, позволяющее в любой момент времени провести верифика­цию прибора с требуемым комплектом принадлежностей для подтверждения его характеристик.

В программном обеспечении VNA Performance Test использованы рас­пространённые и простые решения – кнопки, поля для ввода, таблицы и гра­фики. Наличие встроенной инструк­ции позволяет выполнить проверку без обращения к руководствам по экс­плуатации или иным документам. Слу­чайные действия пользователя не при­ведут к утрате результатов измерений или сбою в работе.

За проверку приборов одного типа отвечает отдельный программный модуль с набором тестов и инструк­ций. Каждый модуль обладает общи­ми чертами: внешний вид, основные функции и управляющие элементы, справка.

Программа автоматически устанав­ливает параметры анализатора, такие как частотный диапазон, количество точек по частоте, уровень выходной мощности и полосу пропускания филь­тра промежуточной частоты.

VNA Performance Test предоставля­ет возможность поверки анализато­ров в автоматическом режиме. Возмож­на также поверка и без использования автоматизации – вручную.

Форма представления результатов универсальная и соответствует реко­мендациям международных докумен­тов по метрологии. VNA Performance Test отображает результаты измере­ний в виде таблиц и графиков. Все гра­фики поддерживают возможность мас­штабирования. Для их анализа удобно использовать реализованные в про­грамме маркеры. Полученные результа­ты могут быть сохранены в файл и/или напечатаны в форме протокола.

Заключение о соответствии форми­руется автоматически по результатам проведения каждой операции.

Программное обеспечение поддер­живает несколько методов определе­ния погрешности измерений модуля и фазы коэффициентов передачи и отра­жения, в зависимости от доступной эта­лонной базы.

Метод 1 (метод сравнения) – с исполь-зованием эталонного набора кали­бровочных мер.

Метод 2 (прямой) – с использовани­ем верификационного набора мер.

Метод 3 (прямой) – при помо­щи фиксированного аттенюато­ра, с ослаблением не менее 30 дБ, и нагрузки короткозамкнутой со смещением с известными метроло­гическими характеристиками (для сокращения количества аттенюато­ров при поверке и имитации измере­ний в широком диапазоне коэффи­циента передачи измерения выпол­няются при двух уровнях выходной мощности).

Метод 4 (прямой) – при помощи отдельных мер коэффициентов отра­жения с известными метрологиче­скими характеристиками, такими как нагрузки согласованные, рассо­гласованные и/или полного отраже­ния, параметры которых отличают­ся от мер при «калибровке» прибора.

С помощью прямых методов опреде­ляются абсолютные погрешности путём сравнения измеренных и действитель­ных значений параметров исследуе­мых устройств. Методика измерений, основанная на методе сравнения кали­бровок, представлена в МИ 3411-2013. Она позволяет определять отдельные составляющие погрешности измерений модуля и фазы коэффициентов переда­чи и отражения. Принцип метода состо­ит в последовательном проведении двух калибровок одного и того же анализато­ра с помощью двух разных средств (эта­лонного и пользовательского наборов мер) и поэлементном сравнении полу­ченных данных. МИ 3411-2013 также может быть использована для опреде­ления погрешности измерений моду­ля и фазы коэффициентов передачи и отражения для анализаторов в волново­де с сечением, отличающимся от изме­рительных портов.

Автоматизация поверки, заложенная и опробованная на этапе испытаний, поможет быстрее проводить рутин­ные операции и анализировать полу­ченные данные. Также за счёт авто­матизации снижается не только сум­марное время проверки прибора, но и требования к квалификации персо­нала. Сложные математические вычис­ления выполняются автоматически, без участия пользователя.

Ручной метод может быть использо­ван при поверке анализаторов в огра­ниченном диапазоне их применения. В этом случае поверитель может само­стоятельно назначать контролируемые точки или диапазоны, не противоре­чащие указанным в методике повер­ки. Фиксацию результатов измерений допускается проводить согласно тре­бованиям и в форме, предусмотрен­ной системой качества организации, выполняющей поверку.

Заключение

Векторные анализаторы цепей серии Кобальт зарегистрированы под номером 65960-16 в реестре средств измерений. Приборы могут быть поверены и полноценно эксплуати­роваться на всех этапах разработки и производства СВЧ-электроники, включая работы по государственным контрактам.

По своим характеристикам, включая стабильность, динамический диапазон и скорость измерений, векторные ана­лизаторы цепей серии Кобальт не усту­пают аналогам от известных зарубеж­ных производителей и, в некоторых случаях, даже превосходят их.

Заказать услугу
Оформите заявку на сайте, мы свяжемся с вами в ближайшее время и ответим на все интересующие вопросы.
Вернуться к списку