Прорыв компании Keysight Technologies в тестировании сверхскоростных систем, устройств и компонентов

В последнее время, наряду со спутниковой и космической СВЧ-связью, нашла очень широкое применение беспроводная мобильная, например сотовая, связь и беспроводные системы Wi-Fi и Bluetooth. Это позволяет получить широкополосный доступ к Интернету с сотовых телефонов, смартфонов и коммуникаторов, а также планшетов и ноутбуков и объединять их в локальные сети. Для обеспечения большой скорости доступа такая связь осуществляется в СВЧ-диапазоне, причем частоты каналов связи непрерывно растут. У современных систем связи 3G, 4G (LTE) и 5G они уже намного превышают 1 ГГц (рис. 1).

Рис. 1. Функциональная схема тестирования 3G и 4G (LTE) беспроводных скоростных систем мобильной связи

Как правило, аппаратура подобных систем имеет много входов и выходов и принадлежит к классу MIMO (рис. 2). В частности, сюда можно отнести и многие современные радиолокационные системы, в том числе радары с фазированной антенной решеткой и многими модулями для возбуждения антенн, распространенные в оборонных комплексах.

Рис. 2. Функциональная схема тестирования систем MIMO и SDA

Для исследования и тестирования таких систем нужна сверхскоростная электронная измерительная аппаратура, к разработке, усовершенствованию и серийному выпуску которой приступила компания Keysight Technologies (рис. 3). По всем новым приборам выпущены новые Data Sheet и технические описания [2–8].

Рис. 3. Аппаратура для исследования и тестирования высокоскоростных систем и устройств

Для своей реализации упомянутые системы требуют применения специальных сложных технологий и разработки сверхскоростных интегральных микросхем со сверхмалым временем пролета носителей и использованием новых полупроводниковых материалов, имеющих более высокое быстродействие, чем традиционные кремниевые микросхемы. На основе сверхскоростных измерительных приборов создаются современные рабочие места и стенды (рис. 4).

Рис. 4. Рабочее место, оборудованное приборами компании Keysight Technologies

Сверхскоростной тестер беспроводных систем E6640A EXM Wireless Test Set

Новейший сверхскоростной тестер беспроводных систем E6640A EXM Wireless Test Set [2] компании Keysight Technologies представляет собой внешне простой прибор, на передней панели которого расположено множество коаксиальных широкополосных разъемов (рис. 5). По существу, это многоканальный цифровой генератор сигналов, не имеющий дисплея для отображения их формы, за счет чего достигается упрощение конструкции, облегчение и удешевление прибора.

Рис. 5. Тестер беспроводных систем E6640A EXM Wireless Test Set

Прибор позволяет исследовать и тестировать современные беспроводные системы связи следующих стандартов: LTE-Advanced Carrier Aggregation (CA), 802.11n/ac Multiple Input Multiple Output (MIMO), LTE/LTE-Advanced FDD, LTE/LTE-Advanced TDD, TD-SCDMA, HSPA+, W‑CDMA, 1xEV-DO, GSM/EDGE/Evo, 802.11a/b/g/n/ac/j/p. PHS. DECT и др. Прибор характеризуется большим числом параметров, приведенных в Data Sheet [2]. Основные из них:

• Число каналов тестирования: 4.
• Частотный диапазон: 380–495, 695–920, 1425–1485, 1620–2030, 2300–2700, 3400–3800, 4900–6000 МГц
  (с различными опциями).
• Максимальная полоса частот модуляции: 40–100 МГц (с различными опциями).
• Уровень выходного сигнала: от –70 до +30 дБи.
• Габариты: 449,9×177,8×581 мм.
• Вес: 21–25,9 кг.
• Потребляемая мощность: 870 Вт.

Для индикации формы тестирующих сигналов и полученных результатов применяется внешний дисплей. Может использоваться дисплей с большим размером экрана для детального отображения множества диаграмм и таблиц (рис. 6).

Рис. 6. Работа тестера с внешним дисплеем

Прибор позволяет создавать сложные сигналы различной формы, используя все современные методы высокоскоростной модуляции с широким спектром частот и несущей СВЧ-частотой (рис. 7, красным цветом обозначена линия предельного спектра, синим — спектра сигнала генератора). Спектры приведены при тестировании беспроводных систем связи стандартов 802.11. Нетрудно убедиться в малом уровне шума этого прибора.

Рис. 7. Спектр сигнала (дБ — частота) с широкополосной модуляцией при полосе модуляции:
а) частота 2,4 ГГц при полосе частот модуляции 20 МГц;
б) частота 5,8 ГГц при полосе модуляции 40 МГц;
в) частота 5,8 ГГц при полосе модуляции 80 МГц

Сверхскоростной цифровой генератор сигналов произвольной формы M8195A

Для тестирования современных технологий и компонентов высокоскоростных и СВЧ-сигналов в первую очередь необходимы многоканальные генераторы сигналов различной формы. В конце 2014 года компания Keysight Technologies пополнила свою линейку генераторов сигналов произвольной формы модульным прибором с диапазоном частот до 20 ГГц и рекордно большой частотой дискретизации 65 Гвыб/с [3]. До сих пор такая частота дискретизации применялась лишь в сверширокополосных цифровых осциллографах реального времени и стробоскопических осциллографах.

Новый высокоскоростной генератор M8195A (рис. 8а) способен генерировать цифровые многоуровневые сигналы (например, PAM4, MIPI C‑PHY) и тестировать электрические и оптические каналы связи с помощью сложных модулированных сигналов со скоростью 32 Гбод и выше. По мнению фирмы, это делает M8195A самым универсальным генератором сигналов в отрасли. Модули могут размещаться в корпусе или стойке, что позволяет выбирать нужное число выходов (рис. 8б). Генераторы предназначены для тестирования различных МIMO-систем, устройств и компонентов.

Рис. 8. Новый высокоскоростной генератор M8195A:
а) с модулем в корпусном исполнении;
б) сменный модуль

Благодаря ультраширокой полосе частот схемных решений генератора можно формировать чрезвычайно короткие, но прецизионные импульсные сигналы. Разработчики РЛС, средств РЭБ и беспроводных устройств могут применять M8195A для создания широкополосных импульсных сигналов с частотой до 20 ГГц. Прибор имеет высочайшую в своем классе частоту дискретизации, широкую полосу сигналов и самое большое в отрасли число портов. Столь уникальная функциональность позволяет выполнять прецизионные, воспроизводимые измерения при работе с двоичными и многоуровневыми сигналами, многоканальными цифровыми интерфейсами, а также когерентными оптическими и широкополосными коммуникационными сигналами.

В генераторе M8195A предложены стандартные методы калибровки и предыскажений, таким образом, можно получить исключительно чистые сигналы даже при самых высоких частотах дискретизации, а также сформировать каналы с определенными свойствами между генератором и тестируемым устройством. Аппаратная реализация функций предусматривает изменение параметров в процессе работы.

С помощью большой встроенной памяти сигнала (до 16 млрд выборок) M8195A удается создавать длинные, высоко реалистичные сигнальные сценарии для тестирования систем и устройств по самым различным алгоритмам их функционирования. Несколько модулей M8195A можно объединить в одном 5‑слотовом шасси формата AXIe и получить систему, имеющую до 16 полностью синхронизированных каналов.

Генератор сигналов произвольной формы M8195A предоставляет инженерам следующие возможности:

• Генерация многоуровневых сигналов по четырем каналам (например, PAM4) с программируемыми искажениями и малым джиттером со скоростью до 32 Гбод.
• Генерация двух пар сигналов со сложной модуляцией (четыре канала) для когерентных оптических приложений со скоростью 32 Гбод и выше.
• Достижение максимальной частоты дискретизации 65 Гвыб/с с аналоговой полосой 20 ГГц одновременно в четырех прецизионных каналах в каждом слоте AXIe.
• Получение выходного дифференциального напряжения до 2 В пик-пик.
• Задание регулируемого постоянного смещения в диапазоне от –1 до +3,3 В.
• Создание реалистичных сценариев сигналов очень сложной формы с числом отсчетов до 16 млрд.

Генератор M8195A работает в модульной системе формата AXIe, предназначенной для высокопроизводительных приборов, и может устанавливаться в 2‑ или 5‑слотовое шасси. Выпускаются генераторы сигналов специальной формы следующих модификаций: M8195A-R12 (версия 1), M8195A-R14 (версия 1), M8195A‑001 (версия 2), M8195A‑002 (версия 2) и M8195A‑004 (версия 2). Основные характеристики приборов:

• Выходная частота: до 20 ГГц.
• Частота дискретизации: до 65 ГГц.
• Память: 256 кбайт на канал.
• Разрешение по вертикали: 8 бит.
• Выходные коаксиальные разъемы: 2,92 мм/50 Ом.
• Время нарастания/спада сигналов менее 18 пс на уровнях 20 и 80% от амплитуды.
• Выходное напряжение: 250 мВ — 1 В пик-пик (дифференциальное: 500 мВ — 2 В пик-пик).
• Постоянное смещение: от –550 до +550 мВ.
• Интерфейсы PCIe и USB.
• Улучшение характеристик и расширение функциональных возможностей путем модернизации до версии 2 (опция).

Новейшие сверхскоростные цифровые осциллографы

Форма сигналов от генераторов импульсных и произвольных сигналов во временной области может оцениваться только с помощью осциллографов. Основатель Keysight Technologies — всемирно известная компания Agilent многие годы была в числе ведущих разработчиков СВЧ- и широкополосных цифровых осциллографов. Это лидерство перешло к Keysight Technologies, ныне выпускающей около 200 типов осциллографов. Свою работу компания начала с серьезного пересмотра номенклатуры осциллографов и подготовки ряда новых моделей, представленных на рынке.

Самыми широкополосными осциллографами являются стробоскопические, чья полоса пропускания достигает 100 ГГц. Однако эти уникальные, дорогие и редко использующиеся приборы не очень удобны для ряда применений. Поэтому компания прекратила их серийное производство и разработала универсальную платформу на модульном принципе. Широкополосный осциллограф Infiniium DCA-X 86100D [4] представляет собой такую платформу и обеспечивает чрезвычайно высокую точность и стабильность измерений параметров высокоскоростных цифровых сигналов со скоростью передачи данных от 50 Мбит/с до 80 Гбит/с. Конфигурирование базового блока 86100D DCA-X (рис. 9) осуществляется с помощью различных сменных модулей, которые обеспечивают анализ электрических и оптических сигналов, а также работу в режиме рефлектометра (TDR/TDT). Есть и модуль для создания стробоскопического осциллографа.

Рис. 9. Новейший модульный осциллограф серии 86100D компании Keysight Technologies

Новые осциллографы серии 86100D имеют широкий выбор специализированных модулей, позволяют получить нужную полосу пропускания, фильтрацию и чувствительность. Полный перечень сменных модулей для осциллографов серии 86100 DCA приведен в техническом описании [4]. Осциллограф Infiniium DCA-X 86100D обеспечивает:

• Высокую точность измерений, глубокий анализ и удобство использования.
• Новые возможности по глубокому анализу сигналов.
• Функцию внесения/компенсации эффектов влияния схем (с помощью опции 86100D-SIM, программное обеспечение InfiniiSim-DCA).
• Расширенные возможности по обработке сигналов, включая фильтрацию, быстрое преобразование Фурье, функции дифференцирования и интегрирования.
• Новые виды измерений, в том числе измерение, зависящее от данных сокращения длительности импульса (Data-Dependent Pulse-Width Shrinkage, DDPWS), измерение некоррелированного джиттера (UJ), J2, J9 и др.
• Двойной пользовательский интерфейс: новый настраиваемый векторный интерфейс FlexDCA для осциллографических измерений, измерений глазковых диаграмм и джиттера.
• Классический интерфейс DCA-J для обеспечения полной обратной совместимости.
• Возможность одновременного отображения результатов до 64 видов измерений.
• Настройку измерений с помощью одной клавиши.
• Встроенный имитатор сигналов с генератором случайного/периодического джиттера и шума.
• Анализ сигналов в реальном времени или в автономном режиме (при использовании опции программного обеспечения дистанционного доступа N1010A FlexDCA).

В приборе обеспечена поддержка до 16 каналов (с использованием новых мини-модулей) для тестирования специализированных микросхем и ПЛИС с высокой плотностью каналов и параллельных шин. Предусмотрены органы управления вертикальным отклонением и смещением для каждого канала и функции. Прибор имеет в 3 раза более быстрый центральный процессор, чем в DCA-J, и 100%-ную обратную совместимость со всеми модулями DCA. Программное обеспечение MATLAB, приобретаемое непосредственно в компании Keysight и настроенное на ее приборы, позволяет создавать собственные методики измерений и анализа, регулируемые фильтры и прикладные измерительные программы.

В настоящее время происходит замена стробоскопических осциллографов осциллографами, работающими в режиме реального времени. Этому способствует повышение частоты и скорости дискретизации сигналов и улучшение методов интерполяции и восстановления формы сигналов. Так, скорость дискретизации достигла 160 Гвыб/с, а минимальная плотность точек для достаточно точного восстановления периода синусоиды 2,5–3 на период наивысшей частоты спектра исследуемого сигнала. Это близко к теоретическому пределу в 2 точки, вытекающему из теоремы Котельникова.

К высокоскоростным относится и осциллограф реального времени серии 9000 [5]. Он имеет широкую истинную аналоговую полосу пропускания в 33 ГГц. Частота дискретизации у приборов этой серии составляет 80 Гвыб/с при использовании 2 каналов, 40 Гвыб/с — при использовании всех 4 каналов. Объем памяти 50 Мточек на канал в стандартной комплектации с возможностью расширения до 2 Гточек.

Прибор имеет следующие уникальные технические характеристики:

• Высочайшая точность измерений в реальном времени.
• Самая широкая в отрасли истинная аналоговая полоса пропускания — вдвое шире, чем у ближайшего конкурента.
• Самый низкий в отрасли уровень собственных шумов: 2,15 мВ СКЗ на частоте 33 ГГц при коэффициенте отклонения 50 мВ/дел.
• Самый низкий пороговый уровень измерения джиттера: менее 100 фс.
• Новые процедуры калибровки обеспечивают лучшее в отрасли значение диапазона, свободного от паразитных составляющих (SFDR).
• Первая в отрасли система осциллографических пробников с полосой до 30 ГГц.
• Возможность настройки S‑параметров усилителя пробника обеспечивает точную коррекцию частотной характеристики каждого усилителя пробника.
• Первые в отрасли пробники с возможностью расширения полосы пропускания.
• Программа PrecisionProbe позволяет быстро измерять характеристики любого входного канала осциллографа.
• Самый полный в отрасли набор прикладных измерительных программ.
• Самый широкий набор инструментов для запуска, измерения джиттера, анализа сигналов и протоколов (включая PrecisionProbe).
• Готовый комплект программ для испытаний на соответствие требованиям стандартов, базирующийся на опыте специалистов компании в области стандартизации.
• Поддержка перспективных технологий, включая SAS 6G, SATA 6G, SAS 12G, GDDR5, PCIe gen 3, DisplayPort 1.2, QPI, 10GBaseKR и др.
• Программное обеспечение MATLAB, приобретаемое непосредственно в компании Keysight, позволяет создавать собственные методики измерений и анализа, настраиваемые фильтры и прикладные измерительные программы.
• Приборы внесены в Государственный реестр средств измерений за номером 55409-13.

При разработке устройств для высокоскоростных последовательных шин, определении спектрального состава широкополосных ВЧ-сигналов или анализе переходных процессов сложных физических явлений требуется точное и достоверное представление исследуемого сигнала. Осциллографы Keysight серии Infiniium 90000Х обладают истинной аналоговой полосой пропускания до 33 ГГц и способны обеспечить требуемую точность и достоверность. Компания Keysight вложила солидные средства в разработку собственной технологии изготовления микросхем, что позволило ей создать приборы с самой широкой истинной аналоговой полосой пропускания и при этом самым низким в отрасли уровнем собственных шумов и порогом измерения джиттера. Другие производители осциллографов, ограниченные технологическим пределом истинной аналоговой полосы пропускания 16 ГГц, для расширения полосы пропускания используют методы цифровой обработки сигналов или чередование частот, что приводит к увеличению плотности шумов и искажениям сигнала. В осциллографах серии Infiniium 90000Х более широкая полоса пропускания достигается путем улучшения характеристик аппаратных средств, благодаря чему обеспечивается высочайшая точность измерений.

Специальная система пробников разрешает регистрировать сигналы в полосе до 30 ГГц. В систему входит полный набор принадлежностей с номинальной полосой 28 ГГц и возможностью дальнейшего расширения полосы. Программа PrecisionProbe предназначена для автоматического измерения характеристик канала и компенсирования его влияния на систему.

Компания Keysight Technologies, Inc. разработала также уникальные осциллографы Infiniium серии Z [6] с рекордной полосой частот в режиме реального времени (рис. 10), которые выполняют измерения одновременно по 40 синхронизированным каналам с максимальной полосой пропускания в режиме реального времени 63 ГГц (при объединении в систему до 10 осциллографов). Благодаря самому низкому в отрасли уровню собственных шумов и джиттера новые приборы обеспечивают высокую эффективность тестирования устройств, созданных на основе новейших технологий, и позволяют инженерам выйти на новые рубежи при разработке современного электронного оборудования.

Рис. 10. Сверхскоростной осциллограф реального времени серии Z

В серию Z входит 10 четырехканальных моделей с верхней границей полосы пропускания от 20 до 63 ГГц, при этом полоса пропускания каждой модели может быть расширена до 63 ГГц. Скорость дискретизации достигает 160 Гвыб/с при 2 каналах и 80 Гвыб/с при 4 каналах. Осциллографы серии Z имеют пользовательский интерфейс нового поколения и обеспечивают более высокую производительность обработки данных. Основные возможности осциллографов серии Z:

• Полоса пропускания, достаточная для уверенного захвата третьей гармоники цифровых сигналов, передаваемых со скоростью 28, 32 и 40 Гбит/с.
• Пользовательский интерфейс нового поколения, обеспечивающий возможность анализа сигналов новейших технологий, включая сигналы с пространственной модуляцией.
• Дополнительный порт синхронизации, позволяющий выполнять измерения одновременно по 40 каналам.
• Емкостный сенсорный дисплей и сенсорные органы управления, благодаря которым можно улучшить взаимодействие с пользователем.
• Высокая скорость передачи данных по шине USB 3.0, что приводит к сокращению времени анализа результатов измерений.

Серия Z дает возможность более эффективно использовать ключевые технологии, впервые примененные в осциллографах Agilent серии 90000 Q. Так, технология RealEdge сочетает фирменную архитектуру, специализированные микросхемы и тонкопленочные компоненты нового поколения (рис. 11). В основе RealEdge лежит разработанный компанией Agilent усовершенствованный процесс изготовления полупроводников на базе фосфида индия. Эта технология позволяет работать с высокочастотными сигналами, обеспечивая самый низкий в отрасли уровень собственных шумов и джиттера (порядка 75 фс).

Рис. 11. Входной блок осциллографа серии Z и примененные в нем сверхскоростные микросхемы

Благодаря новым осциллографам серии Z инженеры смогут воспользоваться всеми преимуществами воплощенного в осциллографах семейства Infiniium многолетнего опыта компании Agilent в области разработки лучших в отрасли аппаратной части и программного обеспечения. Усовершенствования прибора включают органичную интеграцию следующих элементов:

• Возможность объединения нескольких осциллографов серии Z с программным обеспечением N8822A для создания измерительной системы, содержащей 40 и более каналов.
• Совместимость более чем с 40 специализированными измерительными приложениями, включая программы для измерения джиттера, расширения возможностей запуска, анализа результатов измерений, а также тестирования на соответствие требованиям стандартов.
• Программа Infiniium Offline, позволяющая анализировать результаты осциллографических измерений на компьютере или ноутбуке без задействования вычислительных ресурсов осциллографа.
• Усовершенствованная программа N2807A PrecisionProbe, которая определяет характеристики и компенсирует влияние кабелей во всей полосе пропускания осциллографа, вплоть до 63 ГГц.
• Гибкая инновационная система пробников Agilent InfiniiMax III, обеспечивающая полосу пропускания до 30 ГГц.

Следует отметить, что описанные приборы являются стационарными и имеют большие габариты, вес и потребляемую мощность. Это вполне естественно для таких уникальных приборов, которые позволяют точно воспроизводить форму сигналов от наиболее скоростных на сегодняшний день генераторов импульсов и сигналов произвольной формы.

Просмотр сигналов сверхскоростных генераторов

Огромная частота дискретизации осциллографов компании Keysight обеспечивает высокую достоверность осциллографирования сигналов высокоскоростных генераторов этой фирмы — прежде всего импульсов с пикосекундными временем нарастания и спада. На рис. 12 показана осциллограмма прямоугольного импульса, у которого наблюдаемое время нарастания и спада всего около 15 пс.

Рис. 12. Осциллограмма почти прямоугольного импульса малой длительности

На рис. 13 показано отображение осциллографом сложных сигналов с различными видами амплитудной модуляции. Следует подчеркнуть, что хорошо отображается не только огибающая сигнала, но и СВЧ-несущая. Это результат очень высокой частоты дискретизации.

Рис. 13. Осциллограммы сложных сигналов с различными видами амплитудной модуляции

При тестировании широкополосных систем и устройств часто используются глазковые диаграммы. Одна из них представлена на рис. 14. Вид глазковой диаграммы и ширина ее линий характеризует скорость функционирования тестируемого устройства, зоны его работоспособности и уровень шумов.

Рис. 14. Глазковая диаграмма

Осциллографы отображают и другие виды диаграмм, например частотные и спектральные характеристики и гистограммы спастического анализа (рис. 15).

Рис. 15. Экран осциллографа с различными диаграммами и таблицей данных

При анализе кодоимпульсной модуляции широко применяются «звездные» диаграммы, точками показывающие положение концов радиус-векторов на комплексной плоскости для различных стадий сигнала (рис. 16). Отображается также частотный спектр сигнала, его глазковая диаграмма и таблица состояний.

Рис. 16. Экран с результатами анализа кодоимпульсной модуляции 256QAM

Для осциллографов существуют различные программные опции, значительно расширяющие их возможности. Нередко они имеют свой интерфейс. Так, программное обеспечение Keysight Signal Studio представляет собой пакет гибких, простых в использовании приложений для создания сигналов, которые позволяют сократить время, затрачиваемое на моделирование (риc. 17). Как показывают достижения по опережающему выводу изделий на рынок, данное ПО от компании Keysight помогает пользователям оставаться на переднем крае разработки современной продукции.

Рис. 17. Окно осциллографа с программной опцией

Векторные генераторы СВЧ-сигналов PSG с частотой до 44 ГГц

Особое место в тестировании занимают векторные генераторы. Это приборы с векторным представлением синусоидального сигнала. Они позволяют осуществлять очень быструю манипуляцию и кодоимпульсную модуляцию своих выходных сигналов. Существуют цифровые и так называемые аналоговые векторные генераторы с чистой формой выходного сигнала. Компания Keysight Technologies преуспела в разработке таких генераторов с рекордными частотами выходных сигналов (рис. 18). Частоты нескорых генераторов со специальными опциями могут доходить даже до 1,1 ТГц [7]. Наименьшая частота выходного сигнала в 9 кГц характерна для аналогового генератора N5173B.

Рис. 18. Модели СВЧ-генераторов компании Keysight Technologies

Как правило, к генераторам синусоидального сигнала подключаются различные типы функциональных генераторов и генераторов сигналов произвольной формы (рис. 19), которые служат для задания скоростных модулирующих сигналов.

Рис. 19. Основные типы векторных генераторов и совместимые с ними приборы компании Keysight Technologies

Генераторы используются для подачи на вход СВЧ-сигнала заданной мощности (при очень малых мощностях может потребоваться аттенюатор). С помощью СВЧ-измерителя мощности определяется мощность выходного сигнала (рис. 20).

Рис. 20. Измерение мощности СВЧ-сигнала усилителя СВЧ

Типичный вид экрана генератора векторных сигналов показан на рис. 21. Наряду с индикацией частоты и мощности выходного сигнала может представляться форма модулирующего сигнала и таблица данных.

Рис. 21. Вид экрана генератора при заданной частоте 40 ГГц

Векторный генератор E8267D с частотой до 500 ГГц

Одним из самых совершенных векторных генераторов компании Keysight Technologies является генератор E8257D. Характеристики этого прибора впечатляют:

• Диапазон частот: от 100 кГц до 20 ГГц, 31,8 или 44 ГГц (в зависимости от опции 520Б, 532 и 5440).
• Частотное разрешение: 0,001 Гц.
• Возможность расширения частот до 75, 90, 110, 140, 220, 325 и 500 ГГц с помощью модулей миллиметрового диапазона.
• Типовое значение уровня выходного сигнала: +23 дБм (на частоте от 0,4 до 20 ГГц); +18 дБм (на частоте 40 ГГц).
• Внешние входы I/Q, обеспечивающие полосу модуляции до 160 МГц с возможностью ее расширения до 2 ГГц.
• Минимальное в отрасли значение фазового шума сигнала с одной боковой полосой с опцией UNY: –143 дБн/Гц (тип.) для сигнала 1 ГГц при отстройке 10 кГц.
• Модуляция и свипирование сигналов.
• Аналоговая модуляция: амплитудная (АМ), частотная (ЧМ), фазовая (ФМ), импульсная (ИМ).
• Цифровая модуляция: ASK, FSK, PSK, MSK, QAM, произвольная I/Q.
• Свипирование пошаговое, по списку и плавное (по частоте и по мощности).
• Управление источником сигналов с помощью опции 215 для анализаторов серии PSA.
• Генерирование НЧ-сигналов и создание сложных сигналов.
• Внутренний НЧ-генератор (с полосой до 80 МГц).
• Создание сигналов произвольной формы и I/Q‑сигналов реального времени.
• Совместимость с широкополосным генератором сигналов произвольной формы Keysight M8190A.
• Создание эталонных сигналов с помощью ПО Signal Creation: РЛС, многотоновых, NPR, WLAN, GPS/GNSS, с произвольной модуляцией, MATLAB и др.
• Генерация многоканальных модулирующих сигналов, сигналов цифрового ввода/вывода, замираний в системах MIMO и ВЧ-ВЧ с помощью генератора модулирующих сигналов и эмулятора канала N5106A PXB.
• Средства подключения с интерфейсами 10BaseT LAN и GPIB.
• Поддержка команд SCPI и драйверов IVI–COM.
• Обратная совместимость со всеми генераторами сигналов PSG.
• Габариты: 178×426×515 мм.
• Вес: 25 кг.
• Потребляемая мощность:
• • типичная — 450 Вт,
  • максимальная — 600 Вт.
• Внесен в Государственный реестр средств измерений за номером 53941-13.

Подробные технические характеристики векторного генератора даны в Data Sheet [7], опубликованном в августе 2014 года. Для создания сигналов с СВЧ I/Q‑модуляцией приходится использовать два генератора (рис. 22). Один (сверху) используется для создания I/Q‑сигналов модуляции, второй для создания выходного сигнала. Обычно это генератор сигналов произвольной формы.

Рис. 22. Приборы для создания сигналов с СВЧ I/Q модуляцией

Прецизионный векторный генератор серии PSG обеспечивает формирование самых сложных сигналов для тестирования современных приемников благодаря возможности создания реалистичных широкополосных сигналов радиолокационных систем, систем радиоэлектронной борьбы и спутниковой связи с диапазоном частот до 44 ГГц.

Моделирование сложной электромагнитной обстановки с шириной полосы частот до 2 ГГц

Векторные генераторы PSG предназначены для тестирования систем с фазированной антенной решеткой и пеленгационных приемников с помощью множества фазово‑когерентных сигналов (создаваемых с использованием до 16 связанных генераторов). Кроме того, выполняется тестирование современных систем радиоэлектронной борьбы, радиолокационных систем и систем спутниковой связи с помощью ПО Signal Creation, векторного генератора PSG и широкополосного генератора сигналов произвольной формы.

Генератор PSG может быть сконфигурирован под текущие задачи генерации ВЧ- и СВЧ-сигналов, а в будущем легко модернизирован при изменении требований к испытательной системе. Наличие множества опций позволяет использовать прибор в самых различных приложениях — от измерения искажений сигналов до разработки алгоритмов кодирования модулирующих сигналов и проверки современных цифровых СВЧ-приемопередатчиков.

Генератор с быстрой перестройкой частоты N5193A UXG

Современная аэрокосмическая и оборонная техника (рис. 23) остро нуждается в специальной измерительной аппаратуре [8]. Она должна не только иметь расширенный диапазон частот сигналов, но и обеспечивать быстрое изменение частоты.

Рис. 23. Аэрокосмическая техника

Первого октября 2014 года в Санта-Роза (США) компания Keysight Technologies, Inc. представила генератор сигналов с быстрой перестройкой частоты N5193A UXG (рис. 24) — серийно выпускаемый прибор, который обеспечивает высокореалистичное и настраиваемое моделирование средств РЭБ аэрокосмической и оборонной отраслей. Генератор UXG представляет собой гарантированную замену для существующих гетеродинов с высокой скоростью переключения, часто используемых в больших специализированных системах моделирования.

Рис. 24. Генератор N5193A UXG

Для создания реалистичных сценариев различных множественных помех генератор UXG обеспечивает высокую аппаратную стабильность фазы, а также время переключения между значениями частоты, амплитуды и фазы от 250 нс. Все это стало возможным благодаря использованию технологии прямого цифрового синтеза и цифро-аналогового преобразователя собственной разработки Keysight. Основные особенности нового генератора:

• Быстрое переключение частоты, фазы и амплитуды (рис. 25).

Рис. 25. Диаграмма быстрого переключения частоты

• Повторяемость и непрерывность фазы (рис. 26).

Рис. 26. Диаграмма управления фазой при переключении:
а) повторяемость фазы;
б) непрерывность фазы

• Частотный диапазон:
• 10 МГц – 20 или 40 ГГц.
• Фазовый шум: –126 дБн при 10 ГГц, отстройка: 20 кГц.
• Паразитные негармонические сигналы: –65 дБн при 18 ГГц.
• Выходная мощность:
  • стандартная: +10 дБм;
  • опциональная: от –130 до 10 дБм.
• Скорость переключения частоты: 250 нс.
• Скорость обновления списка: <100 нс в режиме списка (частота, амплитуда, фаза).
• Минимальная длительность: 5 нс.
• Время нарастания и спада импульса: 1 нс.
• Подавление в паузе: 80 дБ.
• Ширина радиоимпульса с линейной частотой модуляции: от 10 до 25% от опорной частоты.
• Режим совместимости: Aeroflex.
• Высота: 3 стандартные единицы (3 модуля).
• Широкие ЛЧМ-сигналы (10–25% от частоты несущей).
• Длинные последовательности импульсов с применением бинарного или BCD-интерфейса на задней панели.
• Превосходные показатели по фазовому шуму.
• ФШ сопоставимы с PSG с опцией UNY.
• Использование в когерентном режиме.

При моделировании сигналов радиолокационных систем генератор UXG позволяет формировать импульсы длительностью от 5 нс с временем нарастания/спада 1 нс (рис. 27). Кроме того, генератор UXG обеспечивает создание импульсов с линейной частотной модуляцией, частота которых изменяется в пределах от 10 до 25% от частоты несущей.

Рис. 27. Формирование импульсов с длительностью 5 нс и шумовой модуляцией амплитуды

Пример формирования сложного сигнала с быстрым скачкообразным изменением частоты показан на рис. 28.

Рис. 28. Осциллограмма сложного сигнала с быстрым скачкообразным изменением частоты

Для имитации диаграмм сканирования антенны дополнительный аттенюатор обеспечивает изменение амплитуды до 80 дБ при динамической перестройке и полный диапазон амплитуды 120 дБ. Зависимость выходной мощности генератора от частоты отличается малой неравномерностью даже в полном диапазоне частот (рис. 29).

Рис. 29. Зависимость выходной мощности генератора N5193A UXG от частоты

В генераторе UXG применены конструктивные решения, используемые в хорошо зарекомендовавших себя генераторах сигналов PSG, MXG и EXG компании Keysight, что позволило максимально повысить функциональную надежность прибора. Однако генератор имеет иные функции и является специализированным устройством для применения в аэрокосмической и оборонной отраслях. Генератор прошел жесткие испытания на воздействие различных условий окружающей среды, включая температуру, влажность и ударные нагрузки. Обеспечиваемая компанией Keysight стандартная гарантия на три года позволяет снизить эксплуатационные расходы.

Применение векторных генераторов для СВЧ-измерений

На рис. 30 показала типовая система испытания СВЧ-компонентов. Система построена на основе векторного генератора. Могут тестироваться такие компоненты, как линии передачи, фильтры, умножители частоты, усилители и т. д.

Рис. 30. Система испытания СВЧ-компонентов

Применение векторного генератора для испытания СВЧ-радиоприемников с кодоимпульсной модуляцией представлено на рис. 31. При этом удается обойтись одним генератором.

Рис. 31. Система испытания приемников CВЧ-сигналов

При тестировании радиоприемных устройств особо важны малые шумы генераторов. Генераторы компании отличаются очень низким уровнем фазовых устройств, что иллюстрируют зависимости уровня фазовых шумов, показанные на рис. 32.

Рис. 32. Частотные характеристики фазового шума

Генераторы предоставляют обширные возможности и для тестирования трактов передающих устройств и антенных систем: на рис. 33 показано такое применение на частоте 40 ГГц.

Рис. 33. Тестирование передающего тракта на частоте 40 ГГц с помощью генератора PSG 8257D

Для тестирования передающих устройств часто требуется достаточно высокая мощность. Генераторы компании имеют широкий диапазон изменения мощности выходного сигнала, малую неравномерность частотной зависимости выходной мощности и довольно большое значение максимальной выходной мощности (рис. 34).

Рис. 34. Зависимость выходной мощности от частоты у генератора PSG 8257D

Большинство этих и других комплексов для тестирования высокоскоростных систем и устройств может размещаться на обычном рабочем месте или в типовой стойке (рис. 35). Таким образом, могут быть построены перемещаемые стенды для тестирования самых разнообразных изделий.

Рис. 35. Стойка с приборами компании Keysight Technologies

Заключение

Компания Keysight Technologies отметила начало своей деятельности представлением ряда новейших измерительных и тестирующих приборов для исследования сверхскоростных систем, устройств и компонентов. И эти приборы уже заслужили международные награды. Устройства Keysight достигли рекордных параметров — по частоте произвольных сигналов до 20 ГГц и частоте дискретизации 63 ГГц, по осциллографированию в режиме реального времени до 65 ГГц при скорости дискретизации до 160 Гвыб/c и по генерации синусоидальных сигналов до 70 ГГц, а с опциями — и до 1,1 ТГц при малом уровне фазовых шумов. Это означает прорыв в области измерений и тестирования существующих [9] и новых технологий, систем, устройств и компонентов и резко повышает планку предельных возможностей измерительной техники.