ВЧ-калибровка

Радиочастотная и микроволновая (ВЧ- и микроволновая) калибровка предназначена для более высоких частот по сравнению с методами калибровки постоянного напряжения и низкочастотной калибровки переменного напряжения. Границы диапазона нечеткие, однако многие специалисты указывают значение 1–10 МГц. ВЧ- и микроволновая калибровка часто проводится в отдельных лабораториях, причем микроволновая калибровка проводится в абсолютно обособленном помещении. В отсутствие четких границ микроволновыми частотами обычно считаются значения в несколько ГГц. Если частота достигает 100 ГГц, используется понятие «миллиметровые волны». Независимо от способа определения частоты при калибровке многие элементы процесса являются общими.

Чем отличаются ВЧ- и микроволновая калибровки от низкочастотной калибровки переменного напряжения?

Главное отличие состоит в том, что в ВЧ- и микроволновых системах и устройствах используются согласованные линии передачи для связи (коаксиальные кабели или волноводы высокой частоты).

Какие параметры измеряются при ВЧ-калибровке?

Два основных параметра – это мощность ВЧ и степень потерь мощности в цепи от источника к нагрузке. Уровень соответствия сопротивлению линии передачи обычно выражается такими величинами, как коэффициент стоячей волны по напряжению (КСВН), коэффициент отражения, параметры S и т. д.

Ошибки несоответствия являются основной причиной неточности измерений при ВЧ-калибровке. Это происходит из-за несоответствия входов и выходов оборудования, а также соединительных кабелей и разъемов. Для снижения вероятности появления таких ошибок и погрешностей важно использовать высококачественные разъемы и кабели метрологического назначения и правильно с ними обращаться.

При калибровке ВЧ- и микроволнового тестового оборудования можно измерить ряд других параметров и характеристик, которые ввиду своей многочисленности и специфичности (для инструментов) здесь не рассматриваются.

Как обычно выполняется ВЧ-калибровка?

В отличие от низкочастотной калибровки постоянного напряжения, при которой всегда имеется несколько отдельных калибраторов, для ВЧ- и микроволновой калибровки не создаются специальные калибраторы (кроме серии Fluke 9640A Series RF Reference Source). Для калибровки ВЧ- и микроволнового устройства необходимо собрать несколько узлов тестового оборудования, реализующих требуемую функциональность и рабочие параметры.

Оборудование может образовывать системы для определенного типа инструмента, системы для калибровки различных типов устройств или просто использоваться для решения определенных единичных задач калибровки.

Из-за использования большого количества инструментов требуется проведение большого количества настроек соединения с тестируемым блоком/устройством (UUT/DUT). Переключение и мультиплексирование невозможно из-за распределения неточности и ошибок измерения, которые могут появиться при переключении, особенно при высоких частотах.

Калибровку можно проводить вручную или автоматически с помощью ПО, контролирующего инструменты системы и калибруемый объект. Полностью автоматические ВЧ- и микроволновые калибровки проводятся достаточно редко, потому что сложно автоматизировать переключение сигнала без потери качества измерения.

Стандартные автоматические системы требуют постоянного вмешательства пользователя для изменения переключений. Вследствие этого возникает большая вероятность ошибок и необходимость привлекать высококвалифицированных специалистов. Время высокооплачиваемого оператора зачастую тратится на ожидание следующего изменения настроек.

Какие типы инструментов обычно используются в ВЧ- и микроволновых калибровочных системах?

Стандартная система обычно включает: генераторы сигналов, генератор уровня, генератор функции, измерители мощности, измерительный приемник, анализатор спектра, счетчики ВЧ- и микроволн, сетевой анализатор, анализатор звука, осциллограф, цифровой мультиметр. Ни один из этих инструментов не предназначен исключительно для калибровки; все они являются инструментами общего назначения. Генераторы сигналов не располагают функциями, нужными при ВЧ-калибровке. Поэтому для обеспечения нужного уровня и точности затухания сигнала они должны применяться совместно с измерителями мощности и откалиброванными шаговыми аттенюаторами. Если важна нижняя гармоника, необходимо использовать внешние фильтры (например, при калибровке анализатора спектра). Для высокоточной калибровки анализатора спектра требуются также источники сигнала с низким уровнем фазового шума.

Какова нагрузка при ВЧ- и микроволновой калибровке?

Обычно нагрузкой являются все те многочисленные инструменты, использующиеся в рамках системы калибровки. Наиболее распространенными являются генераторы сигналов, анализаторы спектра, измерители мощности, датчики мощности. К ним также относятся ВЧ-милливольтметры, измерители уровня сигнала, приемники анализаторов модуляции и датчики/таймеры.

Какие существуют способы повысить эффективность и снизить расходы?

Используя разработанный специально для ВЧ-калибровки образец Fluke 9640A Series RF Reference Source в качестве основы ВЧ- и микроволновой системы калибровки, можно избежать необходимости внедрения многих системных инструментов и использовать вместо них всего один. Уникальная комбинация свойств и возможностей выгодно отличает устройства серии 9640A Series от остальных генераторов сигналов общего назначения. Устройства серии 9640A Series можно использовать вручную или совместно с калибровочным ПО MET/CAL, стоимость системы при этом снизится вдвое, емкость системы увеличится до 25 %, у системных операторов появится до 50 % больше свободного времени, которое они смогут потратить на решение важных задач.

Подробная информация

Руководство по калибровке вашего анализатора спектра »
Руководство по передовому опыту ВЧ-калибровки: коаксиальные разъемы »
Понятие о фазовом шуме в приложениях ВЧ- и микроволновой калибровки »
Измерение и сертификация уровня фазового шума в низкошумных устройствах ВЧ »

В настоящее время практически нет инструментов, разработанных специально для проведения ВЧ- и микроволновой калибровки (кроме устройств серии Fluke 9640A Series). Процедуры ВЧ- и микроволновой калибровки являются сложными для проведения, требуют большого количества тестовых инструментов общего назначения, дополнительных устройств, кабелей, переходников и разъемов. Решения для калибровки обычно создаются пользователями, которые разрабатывают и собирают свои собственные системы. Решения по автоматизации предлагают пользователи, разрабатывающие собственное ПО или использующие готовое ПО для автоматизации процессов. Более крупные компании могут обратиться к системным интеграторам, занимающимся разработкой калибровочных систем. Некоторые производители тестового оборудования предлагают пакеты программ для калибровки их собственных ВЧ- и микроволновых продуктов; такой способ позволяет лишь использовать эти продукты в качестве стандартов при калибровке, другую нагрузку откалибровать будет невозможно.

Какой способ ВЧ-калибровки предлагает Fluke Calibration?

Используя разработанный специально для ВЧ-калибровки образец Fluke 9640A Series RF Reference Source в качестве основы ВЧ- и микроволновой системы калибровки, можно избежать необходимости внедрения многих системных инструментов и использовать вместо них всего один. Уникальная комбинация свойств и возможностей выгодно отличает устройства серии 9640A Series от остальных генераторов сигналов общего назначения. Устройства серии 9640A Series можно использовать вручную или совместно с калибровочным ПО MET/CAL, стоимость системы при этом снизится вдвое, емкость системы увеличится до 25 %, у системных операторов появится до 50 % больше свободного времени, которое они смогут потратить на решение важных задач.

Что нужно учитывать при выборе решения?

Эффективность

Время и стоимость проведения калибровки, включая общее время калибровки, время автоматических процессов, время, затраченное оператором, – это основные факторы, влияющие на эффективность.

В стандартном автоматическом процессе ВЧ-калибровки оператор вынужден регулярно вмешиваться в процесс и менять настройки тестирования. Полная автоматизация позволяет повысить емкость системы до 25 %, у системных операторов появится до 50 % больше свободного времени, которое они смогут потратить на решение важных задач, не дожидаясь следующего изменения настроек автоматической системы. Например, калибровка анализатора спектра Agilent E4407B средствами изготовителя требует 27 различных тестовых настроек.

При этом устройство серии 9640A, используемое совместно с ПО управления калибровкой MET/CAL Plus, может выполнить основную серию тестов с помощью единственной настройки. Для завершения калибровки потребуется лишь 6 дополнительных настроек. Время калибровки снизится с 4,5 часа (стандартное время) до 2 часов.

Эффективность особенно заметна при использовании устройств 9640A совместно с ПО MET/CAL.  Например, процедура MET/CAL с кодом E4407B для модели 9640A-LPNX высвобождает 90 минут времени оператора при полной длительности испытаний, равной двум часам.

Рабочая нагрузка и степень автоматизации

Рабочая нагрузка определяется типом инструмента и его производителем; степень автоматизации характеризуется количеством автоматических решений калибровки.

Анализаторы спектра являются основными потребителями нагрузки в любой лаборатории для ВЧ- и микроволновой калибровки. Устройства 9640A обеспечивают необходимую функциональность для анализаторов спектра с невысокими характеристиками для средних диапазонов. Низкий уровень фазового шума устройств 9640A-LPNX позволяет использовать их для анализаторов спектра с широким диапазоном.

Устройства серии 9640A Series дают возможность выполнить 80–100 % всех необходимых тестов высококачественных анализаторов спектра ВЧ-диапазона. Если для выполнения задачи требуется частота более 4 ГГц, то существующие источники ВЧ- и микроволнового излучения можно использовать совместно с устройствами серии 9640A Series для прохождения этапов тестирования, требующих наличия источника высоких частот.

Характеристики и производительность серии 9640A делают ее оптимально пригодной для других устройств, включая милливольтметры ВЧ-диапазона, измерители уровня сигнала, анализаторы модуляции, приемники и счетчики/таймеры.

Некоторые пакеты ПО подходят для калибровки тестируемых блоков только одного производителя, при этом необходимо также использовать системные инструменты этого производителя. ПО для калибровки MET/CAL не имеет такого ограничения за счет постоянного расширения библиотеки доступных процедур ВЧ-калибровки.

Уровень подготовки операторов и вероятность ошибок

Процедуры ВЧ- и микроволновой калибровки являются достаточно сложными, и часто бывает сложно найти достаточно квалифицированных специалистов. Обладающие нужными знаниями и навыками специалисты обычно имеют очень много задач, поэтому освобождение их времени и направление усилий на действительно важные задачи, требующие применения их специальных знаний, является важным аспектом при выборе решения для калибровки.

Соответствие существующим стандартам, автоматизация и процессы

Имеющаяся в ПО MET/CAL функция Flexible Standards помогает автоматизировать прочие инструменты, входящие в вашу систему. С ее помощью вы можете подобрать эквивалентные стандарты для ваших процедур и преодолеть ограничения какой-либо специфической эталонной модели. Функция Flexible Standards поддерживается для распространенных СВЧ-генераторов, включая HP8340, HP83630, Agilent E8254 и E8257 и другие модели производства Anritsu и Rohde & Schwarz.

Модели 9640A соответствуют или превосходят по рабочим характеристикам устройства HP3335A и HP8662/3A в калибровочной системе. За счет эмуляции команд GPIB устройства HP3335A, присутствующей в обеих моделях серии 9640A, а также дополнительной эмуляции HP8662/3A в модели 9640A-LPNX эти популярные, но устаревшие и сложные в эксплуатации продукты легко заменяются новыми. Эмуляция команд GPIB устройства HP8662/3A активируется в модели 9640A-LPNX в виде временной пробной лицензии, чтобы дать возможность перед покупкой этой функции быстро и просто проверить совместимость.

Простота и непрямые расходы

Системы с несколькими инструментами являются сложными и дорогими в обслуживании. Снижение количества инструментов в устройствах 9640A имеет ряд преимуществ. Более простые метрологические исследования, меньше источников ошибок и неточностей измерения. Снижаются расходы на поддержку системы, поскольку калибровке подлежит меньше инструментов.

Портативность

Компактная небольшая система идеально подходит для автономного использования; это снижает транспортные расходы и позволяет удобно использовать систему на объектах, не пригодных для больших систем.

Какие ВЧ-приложения могут также пользоваться преимуществами источника сигнала с повышенной точностью и рабочими характеристиками?

Ряд приложений для НИОКР, промышленных испытаний, ATE и научных исследований требуют более высокие рабочие характеристики по сравнению с генераторами сигналов общего назначения. Устройства 9640A Series RF Reference Source – уникальное сочетание уровня и точности затухания, чистоты сигнала, низкого уровня вибрации, разрешения частоты, динамического диапазона и точной модуляции, что дает более совершенные рабочие характеристики, чем любой современный генератор сигналов для этих приложений.