Мы запустили новую версию сайта. Старая версия сайта доступна здесь.
ru en
Автор: Андрей В. Горевой, к.т.н., ведущий инженер ДИИС, АО "НПФ "Микран", andrew.gorevoy@micran.ru

В линейке измерительных продуктов СВЧ производства АО "НПФ "Микран" существует класс портативных приборов Portable Lab Devices®. Характерными особенностями приборов являются компактность, питание и управление от шины USB, а также умеренные или высокие функциональные возможности и электрические характеристики. Сегодня весь класс представлен измерителями мощности PLS (Portable Lab Sensor) до 6/26,5/50 ГГц и генераторами сигналов СВЧ PLG (Portable Lab Generator) до 6/12/20 ГГц). В статье мы опишем возможности и особенности генераторов сигналов.


Часть первая. Общие сведения о генераторах


Внешний вид и комплект поставки

Все три модели генераторов сигналов PLG06/12/20 выполнены в общем стиле (см. рис. 1) – черный фрезерованный корпус с защитными полимерными чехлами или кольцами синего цвета. Вся электрическая часть генератора размещается на одной печатной плате, устанавливаемой в корпус. На одном торце корпуса выведен выходной разъем СВЧ, на противоположном – разъемы питания/управления, опорного генератора, цифровой синхронизации, выхода внутреннего низкочастотного генератора и кнопка сброса внутреннего микроконтроллера. На больших гранях корпуса размещаются шильдики с минимально необходимой информацией о приборе.

Выходной коаксиальный разъем генератора может быть двух типов: SMA / N, розетка (для PLG20 – только SMA, розетка). Он же определяет обозначение генератора: PLG06-11F – Генератор сигналов до 6 ГГц с выходным разъемом типа N, розетка (для SMA – 12F). Для подключения к прибору устройств или кабелей с другими типами разъемов в комплекте поставки присутствуют три коаксиальных перехода: один – с розетки на вилку в том же типе тракта и два – с розетки на вилку или розетку в другом типе тракта. Для указанного выше PLG06-11F – это ПК2-18-11-11, ПК2-18-11-13, ПК2-18-11-13Р. Для увеличения срока службы переходов и избегания их значительного износа при сочленениях в комплекте поставки присутствует тарированный ключ.

Конструктивное исполнение прибора позволяет размещать только малогабаритные разъемы на торцах – Mini-USB типа B и MCX. Для подключения к ПК и другим приборам, оснащенными разъемами USB-A и BNC, в комплекте поставки по умолчанию присутствуют кабель USB с винтами М2 для жесткой фиксации на корпусе генератора, четыре кабельные сборки BNC-MCX длиной 80 см каждая.

Все приборы оснащаются инструкцией по быстрому запуску. Каждый генератор поставляется в картонной коробке с заполнением из полифома или изолона (см. рис. 1).


Рисунок 1 – Внешний вид упаковки генератора



Функциональные и электрические характеристики

PLG06/12/20 – это генератор сигналов СВЧ с функциями аналогичными полноразмерным измерительным настольным генераторам: генерация непрерывного и модулированного по амплитуде, фазе, частоте сигнала с перестройкой частоты и мощности; сканирование по частоте, мощности или произвольному списку; генерирование непрерывного низкочастотного сигнала стандартной формы; возможность встраивания в комплексы с централизованным управлением.

Список электрических характеристик генераторов приведен ниже.


Таблица 1 – Основные параметры PLG06/12/20

Параметр

Значение

Диапазон выходных частот, МГц

PLG06

PLG12

PLG20


25...6 000

25...12 000

25...20 000

Шаг перестройки по частоте, Гц

1

Диапазон выходных мощностей, дБм

-40...10

Шаг перестройки по мощности, дБ

1

Время перестройки частоты и мощности при сканировании с внешним синхросигналом, мкс

PLG06

PLG12

PLG20



100

200

200

Погрешность установки мощности, дБ

PLG06

PLG12

PLG20


1

2

2

Уровень гармоник при мощности 10 дБм, дБ

макс.

тип.


-20

-30

Уровень негармонических составляющих при 10 дБм, дБ

-60

Уровень субгармоник при 10 дБм, дБ

PLG06

PLG12

PLG20


нет

-60

-50 (5ГГц < fвых < 20ГГц)

Уровень фазового шума, дБн/Гц, макс.

см. табл. 3



Таблица 2 – Параметры НЧГ, модуляций и опорного генератора

Параметр

Значение

НЧГ

Диапазон выходных частот, МГц

0...1

Диапазон выходных амплитуд, В

0,006...3

Формы сигналов на выходе

синус, пила,

треугольник, импульс,

пост. сост., случайный

Погрешность установки частоты

100 × 10-6

Гармоники при 1 В, дБ

-40

Время нарастания импульса, нс

100

Время спада импульса, нс

100

Сопротивление нагрузки, кОм, мин.

1

Параметры АМ, ЧМ, ФМ

Диапазон модулирующих частот, Гц

АМ, ФМ

ЧМ


0...100 000

100...100 000

Источник модуляции

Внешний или внутренний

Диапазон установки глубины АМ, %

PLG06

PLG12

PLG20


1...96

1...70

1...70

Диапазон установки девиации ЧМ, Гц

(0,002...1) × 0,1 × fвыхmax [МГц]

Диапазон установки индекса ФМ, рад

(0,002...1) × fвыхmax [ГГц]

Параметры ИМ

Подавление несущей в паузе ИМ, дБ, мин.

50

Время нарастания и спада радиоимпульса, нс

10

Минимальная ширина модулирующего импульса, нс

40

Источник импульсов

Внешний или внутренний

Опорный генератор

Выходная частота, МГц

10

Входная частота, МГц

10 ... 100 с шагом 10

Диапазон захвата внешней частоты, мин.

5 × 10-6

Изменение частоты в течение первого года

1 × 10-6

Волновое сопротивление порта, Ом

50

Массогабаритные показатели и питание

Напряжение питания, В

4,75...5,25

Потребляемый ток, мА

PLG06

PLG12

PLG20


350

500

900

Время прогрева, ч

0.5

Габаритные размеры, мм

длина

ширина

высота


130

65

25

Масса, кг, макс.

0.3



В отличие от PLG06/12, PLG20 требует повышенного энергоресурса шины USB, характерного для шины USB 3.0. Свободный порт этой шины и рекомендуется использовать. Однако питание и управление генератором осуществляется все тем же стандартным кабелем USB 2.0.


Таблица 3 - Характеристики фазового шума

Частота, МГц

Уровень фазового шума на отстройке от несущей, дБн/Гц, макс.

100 Гц

1 кГц

10 кГц

100 кГц

1 МГц

10 МГц

1 000

-78

-103

-114

-112

-125

-132

3 000

-68

-93

-104

-102

-115

-135

6 000

-62

-88

-98

-97

-118

-134

12 000

-56

-86

-96

-95

-116

-132

20 000

-52

-82

-90

-86

-100

-130





Рисунок 3 – Типовые характеристики фазового шума PLG




Рисунок 4 – Типовые характеристики подавления в паузе ИМ




 Рисунок 5 – Типовой уровень гармоник


Управление генератором

Все генераторы управляются одним ПО PLG-Клиент. ПО бесплатно прилагается к каждому генератору и хранится на внутреннем накопителе microSD  в виде пакета установки. Для начала работы с генератором необходимы права администратора на ПК. Генератор достаточно соединить кабелем USB с ПК. После того, как ОС определит и установит драйвер для накопителя необходимо запустить исполняемый файл с появившегося съемного диска PLG*(*:\). На ПК будет установлен драйвер устройства USBTMC и ПО, которое по окончании установки автоматически запустится, подключится к генератору и произведет его включение и настройку. Эти операции описаны в инструкции по быстрому запуску, поставляемому вместе с каждым генератором.


Установка основных параметров

Внешний вид ПО управления представлен на рис. 6


.


Рисунок 6 – Внешний вид главного окна PLG-Клиент

На главном окне размещены основные элементы управления генератором (слева направо и сверху вниз) – кнопки подключения к генератору, вызова списка предустановок, переключения опорного источника, поля установки частоты и мощности, включения СВЧ-мощности, вызова панелей управления сканированием, модуляцией и НЧГ. Также присутствуют вспомогательные элементы: вызова информации о ПО и контекстной справки и т.п.

При запуске ПО сразу подключается к генератору. Если к ПК подключены несколько генераторов, то выводится окно выбора нужного генератора с указанием типа и серийного номера. На одном ПК можно запустить несколько ПО.





Рисунок 7 – Панель выбора генератора


При нажатии кнопки подключения к прибору, когда соединение было установлено, оно разрывается и питание СВЧ части генератора отключается. Для его включения нужно повторно нажать кнопку подключения. При извлечении кабеля USB из ПК ПО сразу отобразит разрыв соединения, а при повторном включении кабеля – автоматически подключится и настроит генератор.

Если ПО уже установлено на ПК, то при запуске состояние генератора будет как в предыдущем сеансе работы. Изменение настроек генератора может производиться вручную или с использованием меню предустановок.

Переключение опорного источника на внешний вызывает поле управления его частотой под переключателем. Нажатие ЛКМ на этом поле вызывает клавиатуру, где можно ввести новое значение внешней опорной частоты. На этом же поле выводится надпись "Unlock", когда внешнего сигнала нет или его параметры некорректны для обеспечения захвата.

Установка и отображение частоты выполняется в Гц, но может быть облегчена использованием горячих клавиш "k", "m", "g" (без учета регистра), когда вводимое значение измеряется в кГц, МГц или ГГц. При вводе значения параметра и нажатии Enter или горячей клавиши в генератор сразу отправляется соответствующая команда установки. Шаговое изменение частоты может производиться стрелками на клавиатуре или колесиком мыши. Также может использоваться экранная клавиатура, вызываемая нажатием ЛКМ на поле с размерностью частоты, где кроме самой частоты устанавливается шаг ее перестройки. Аналогично перестраивается мощность выходного сигнала.

Кнопка включения СВЧ-мощности управляет состоянием внутренних электронных аттенюаторов и управляемых усилителей. При отключенной мощности они обеспечивают ее максимальное подавление на выходе генератора. При каждом запуске ПО мощность СВЧ будет отключена.


Сканирование

Нажатие на кнопку управления сканированием (Sweep/List) вызывает панель управления.



Рисунок 8 – Панель управления сканированием


На панели расположены кнопки ручного перехода между точками, кнопка включения автоматического перехода между точками по внутреннему таймеру, кнопка однократного или циклического сканирования, кнопки привязки в переднему или заднему фронт внешнего синхросигнала, кнопка запуска полного сканирования по одному импульсу (по умолчанию, каждый импульс инициирует переход между соседними точками) и переключатель режима сканирования по частоте/мощности ли по списку.

В конце однократного сканирования генератор останется на последней точке. При циклическом сканировании генератор будет циклически проходить весь массив точек бесконечное количество раз.

Внешний синхросигнал подается на разъем "TRIG IN/PULM" на заднем торце генератора.

Для запуска сканирования с синхронизацией от шины и управление кнопками со стрелками необходима деактивация кнопок "AUTO" и привязки к фронту внешнего синхросигнала. Для запуска сканирования с синхронизацией с внутренним таймером необходимо активировать кнопку "AUTO". Для запуска сканирования с внешним синхросигналом нужно активировать одну из двух кнопок привязки к переднему или заднему фронту внешнего импульса.

Вместе с основной панелью управления сканированием появляется дополнительная, вид которой меняется в зависимости от выбранного режима по частоте, мощности или списку.




Рисунок 9 ­– Вид дополнительной панели управления сканированием


В положении переключателя "Sweep" на панели отображаются органы управления сканированием по частоте или мощности в зависимости от положения переключателя на дополнительной панели. В положении "List" отображается список сканирования.

При сканировании по частоте или мощности на панели вводятся начальные и конечные значения переменного параметра сканирования, количество точек, значение фиксированного параметра при сканировании, время удержания одной точки. Аналогично основным параметра, поддерживаются шаговое изменение, горячие клавиши и ввод с экранной клавиатуры. Перед запуском нужно выбрать параметры синхронизации на основной панели. Сканирование начинается после нажатия зеленой кнопки.

При сканировании по списку нужно заполнить вручную или загрузить из файла .csv таблицу значений частоты, мощности и времени удержания, выбрать параметры синхронизации и нажать кнопку запуска.

Максимальное количество точек во всех режимах сканирования – 501.

Изменение параметров сканирования производится после его остановки повторным нажатием кнопки запуска. При остановке сканирования генератор переходит в режим непрерывной генерации с параметрами, отображаемыми на главном окне ПО.

Повторное нажатие на кнопку "Sweep/List" на главном окне скрывает панели сканирования. Если сканирование при этом работает, надпись на кнопке справа меняется с "OFF" на название режима сканирования.


Модуляция

Нажатие на кнопку "Modulation" на главном окне вызывает панель управления модуляциями.




Рисунок 10 ­– Вид панели управления модуляциями


На панели расположены кнопки включения АМ, ЧМ, ФМ и ИМ. Нажатие на одну из них вызывает соответствующую панель управления и включает модуляцию. Отключение модуляции производится повторным нажатием соответствующей кнопки. Панели управления АМ, ЧМ и ФМ аналогичны. Первые три типа модуляции являются взаимоисключающими. Один из них может работать совместно с ИМ. Одновременная работа модуляций и сканирования исключены. Включение модуляции выключит сканирование так же, как включение сканирования выключит модуляцию.




Рисунок 11 – Вид панелей управления АМ и ИМ


На панелях расположен переключатель источника модуляций (внешний сигнал подается на разъем "MOD IN/LF OUT" на заднем торце генератора). На панели АМ расположены кнопки выбора формы модулирующего сигнала от внутреннего источника и поля установки их параметров. На панели ИМ расположены поля установки периода и ширины радиоимпульсов. Аналогично основным параметра, поддерживаются шаговое изменение, горячие клавиши и ввод с экранной клавиатуры.

Модулирующие импульсы ИМ подаются на разъем "TRIG IN/PULM" на заднем торце генератора.

Панели управления модуляциями могут быть скрыты повторным нажатием кнопки "Modulation" на главном окне. Модуляция будет продолжать работать. Ее тип будет отображаться на этой кнопке в виде соответствующей пиктограммы на месте надписи "OFF".

Низкочастотный генератор

Нажатие на кнопку "LF Generator" на главном окне вызывает панель управления параметрами НЧГ. Сигнал НЧГ снимается с разъема "MOD IN/LF OUT" на заднем торце генератора. Одновременная работа НЧГ, модуляций и сканирования исключены. Включение НЧГ выключит модуляции или сканирование так же, как включение одного из двух других режимов выключит НЧГ.




Рисунок 12 – Вид панели управления НЧГ


На панели расположены кнопки выбора формы выходного сигнала и установки его параметров. Аналогично основным параметра, поддерживаются шаговое изменение, горячие клавиши и ввод с экранной клавиатуры. Включение генератора производится нажатием кнопки с выбранной формой сигнала. Отключение – ее повторным нажатием.

Панель управления НЧГ может быть скрыта повторным нажатием кнопки "LF Generator" на главном окне. НЧГ будет продолжать работать. Форма сигнала НЧГ будет отображаться на этой кнопке в виде соответствующей пиктограммы на месте надписи "OFF".

Ознакомиться подробнее с ПО можно в контекстной справке, входящей в состав пакета установки. Ее можно вызвать в любой момент нажатием клавиши F1.


Заключение

В первой части приведено краткое описание генераторов сигналов PLG06/12/20 с питанием и управлением по USB, включающее основные электрические характеристики, реализуемые функции и ПО управления. Как видно из описания, генераторы реализуют типовой функционал полноразмерных настольных приборов, но в гораздо меньших габаритах. Такие генераторы могут стать выгодной альтернативой последним в случаях стесненного рабочего пространства, отсутствия линий питания переменного тока или просто могут освободить рабочее пространство инженера от аналогичных, но громоздких и тяжелых устройств.

В следующих частях будет рассмотрена архитектура генератора и особенности некоторых режимов работы, а также принципы программирования генераторов.