ОБЗОР

Датчики мощности
Agilent 8480 Series

Классические преобразователи средней ВЧ- и СВЧ-мощности

Совокупный диапазон семейства от 100 кГц до 110 ГГц и от -70 до +44 дБм: термопарные, диодные, коаксиальные и волноводные исполнения.

Практический материал для радиоинженеров и специалистов по ВЧ-измерениям

Обзор серии

Agilent 8480 Series - семейство пассивных преобразователей средней мощности, разработанное Hewlett-Packard и выпускавшееся позднее под марками Agilent и Keysight. Датчик подключается к источнику ВЧ- или СВЧ-сигнала, преобразует поглощенную мощность в низкочастотный электрический сигнал и передает его по кабелю серии 11730 в измерительный блок.

Корректное обозначение семейства - 8480 Series. Единой модели E8480 не существует: серия включает коаксиальные 8481/8482/8483/8485/8487 и волноводные 8486 с различными буквенными индексами. Частотный и амплитудный диапазоны всегда определяются конкретной модификацией.

Ключевая особенность: классические 8480 не содержат EEPROM с таблицей калибровочных коэффициентов. Пользователь выбирает таблицу датчика в измерителе либо вводит CAL FACTOR с наклейки вручную.

Основные характеристики семейства

Параметр	Значение
Тип измерения	Средняя мощность / CW
Совокупный диапазон частот	100 кГц - 110 ГГц
Совокупный диапазон мощности	-70...+44 дБм, зависит от модели
Динамический диапазон одного датчика	50 дБ
Измерительные элементы	Термопара или диод
Входное сопротивление	50 Ом; 75 Ом у 8483A
Коаксиальные разъемы	N, APC-3.5 мм или 2.4 мм
Волноводные фланцы	UG-599/U, UG-383/U, UG-385/U, UG-387/U
Рабочая температура	0...+55 °C
Рекомендуемый интервал калибровки	1 год
Соединительный кабель	Keysight/Agilent 11730 Series

 

Пределы 100 кГц - 110 ГГц и -70...+44 дБм относятся ко всему семейству, а не к одному универсальному датчику. Коаксиальные исполнения охватывают частоты до 50 ГГц; диапазон до 110 ГГц обеспечивают волноводные модели.

Как читать обозначение модели

Индекс	Рабочий диапазон	Практический смысл
A	-30...+20 дБм	Универсальный термопарный датчик до 100 мВт
H	-10...+35 дБм	Исполнение средней мощности до 3 Вт
B	0...+44 дБм	Высокомощная пара датчик + согласованный аттенюатор, до 25 Вт
D	-70...-20 дБм	Высокочувствительный диодный датчик малой мощности
Option 033	до 33 ГГц	Расширение верхней частоты моделей 8485A и 8485D

 

Цифровая часть номера обычно указывает частотное и конструктивное исполнение: 8481 рассчитан на 18 ГГц, 8482 - на низкочастотный диапазон до 4,2 ГГц, 8485 - на 26,5/33 ГГц, 8487 - на 50 ГГц. Модель 8483A предназначена для 75-омных трактов.

Коаксиальные модели 8480

Модель	Элемент	Частоты	Диапазон	Разъем / назначение
8481A	термопара	10 МГц - 18 ГГц	-30...+20 дБм	N (m), универсальный 50 Ом
8482A	термопара	100 кГц - 4,2 ГГц	-30...+20 дБм	N (m), низкая нижняя частота
8483A	термопара	100 кГц - 2 ГГц	-30...+20 дБм	N (m), 75 Ом
8485A	термопара	50 МГц - 26,5 ГГц	-30...+20 дБм	APC-3.5 мм (m)
8485A-033	термопара	50 МГц - 33 ГГц	-30...+20 дБм	APC-3.5 мм (m)
8487A	термопара	50 МГц - 50 ГГц	-30...+20 дБм	2.4 мм (m)
8481H	термопара	10 МГц - 18 ГГц	-10...+35 дБм	N (m), до 3 Вт
8482H	термопара	100 кГц - 4,2 ГГц	-10...+35 дБм	N (m), до 3 Вт
8481B	термопара	10 МГц - 18 ГГц	0...+44 дБм	N (m), согласованный тракт до 25 Вт
8482B	термопара	100 кГц - 4,2 ГГц	0...+44 дБм	N (m), согласованный тракт до 25 Вт
8481D	диод	10 МГц - 18 ГГц	-70...-20 дБм	N (m), высокая чувствительность
8485D	диод	50 МГц - 26,5 ГГц	-70...-20 дБм	APC-3.5 мм (m)
8485D-033	диод	50 МГц - 33 ГГц	-70...-20 дБм	APC-3.5 мм (m)
8487D	диод	50 МГц - 50 ГГц	-70...-20 дБм	2.4 мм (m)

 

A-модели удобны для калибровки генераторов и измерения обычных уровней. H- и B-модели нужны при работе с усилителями и передатчиками. D-модели оптимальны для малых сигналов, но их рабочий диапазон заканчивается на -20 дБм: превышение уровня требует внешнего аттенюатора и строгого контроля допустимой мощности.

Волноводные модели

Волноводные датчики 8486 имеют отдельный коаксиальный N-разъем для калибровки от опоры 1 мВт, 50 МГц. Рабочий СВЧ-сигнал подается на волноводный фланец.

Модель	Частоты	Диапазон	Фланец / особенность
R8486A	26,5 - 40 ГГц	-30...+20 дБм	UG-599/U, термопара
Q8486A	33 - 50 ГГц	-30...+20 дБм	UG-383/U, термопара
V8486A	50 - 75 ГГц	-30...+20 дБм	UG-385/U
W8486A	75 - 110 ГГц	-30...+20 дБм	UG-387/U
R8486D	26,5 - 40 ГГц	-70...-20 дБм	UG-599/U, диод
Q8486D	33 - 50 ГГц	-70...-20 дБм	UG-383/U, диод

 

Принцип работы

В термопарном датчике ВЧ-мощность поглощается согласованной нагрузкой и нагревает термопары. Возникающее постоянное напряжение пропорционально средней мощности. Такая схема хорошо работает с CW и широким классом модулированных сигналов, поскольку реагирует на выделяемое тепло.

В D-моделях ВЧ-сигнал выпрямляется диодом. В области малых сигналов детектор работает по квадратичному закону, что обеспечивает чувствительность до -70 дБм. Для согласования характеристик с измерительным блоком в датчике применяется формирующая цепь.

ВЧ-вход → Поглощающая нагрузка → Термопара или диод → Низкоуровневое DC → FET-прерыватель 220 Гц → Усилитель → Кабель 11730 → Измеритель

Постоянное напряжение от чувствительного элемента имеет уровень нановольт или микровольт. Внутренний балансный прерыватель преобразует его в переменный сигнал 220 Гц, удобный для малошумящего усиления и передачи по кабелю. Автообнуление компенсирует остаточное смещение, а термистор в цепи обратной связи уменьшает температурный дрейф.

Калибровочный коэффициент и точность

CAL FACTOR учитывает частотную зависимость эффективности преобразования конкретного датчика. Значения напечатаны на его наклейке в процентах. Если на выбранной частоте коэффициент равен 92%, измеритель должен применить именно это значение; использование 100% даст систематическую ошибку.

Полная неопределенность складывается из неопределенности CAL FACTOR, линейности, нулевого смещения и шума, температурного влияния, а также рассогласования источника и датчика. На СВЧ вклад рассогласования может стать доминирующим, особенно у моделей до 50 ГГц и при использовании переходов.

1. ввести или выбрать правильную таблицу CAL FACTOR для конкретной модели;
2. задать фактическую частоту измерения;
3. выполнить Zero при отключенном ВЧ-сигнале;
4. повторить Cal после заметного изменения температуры;
5. учесть КСВН источника, датчика и примененных переходов;
6. увеличить усреднение возле нижнего предела диапазона.

Калибровка от POWER REF 0 дБм, 50 МГц

Группа датчиков	Подключение к опоре
8481A/8482A/8481H/8482H	Подключение к N-разъему POWER REF напрямую
8483A, 75 Ом	Через механический адаптер 75 Ом (f) - 50 Ом (m); после Cal снять
8485A	Через переход APC-3.5 мм (f) - N (m); после Cal снять
8487A	Через переход 2.4 мм (f) - N (m); после Cal снять
8481D/8485D/8487D	Через прецизионный 11708A 30 дБ; для 8485D/8487D также нужен переход
8481B/8482B	Перед Cal снять штатный силовой аттенюатор; перед измерением установить обратно
Волноводные 8486	Использовать отдельный коаксиальный N-вход калибровки

 

Важно: 11708A и калибровочные переходы предназначены для опоры 50 МГц. Их не следует считать универсальными измерительными аттенюаторами и переходами на рабочей частоте.

Порядок измерения

7. Проверить модель датчика, его рабочую частоту, диапазон мощности и допустимую пиковую нагрузку.
8. Соединить датчик с измерителем исправным кабелем 11730 и дать системе прогреться.
9. Отключить ВЧ-сигнал и выполнить Zero.
10. Подключить датчик к POWER REF требуемым способом и выполнить Cal.
11. Выбрать таблицу датчика или ввести CAL FACTOR для рабочей частоты.
12. Снять калибровочные переходы и 11708A, если они не должны находиться в измерительном тракте.
13. Подключить источник, начать с безопасного уровня и выбрать достаточное усреднение.
14. Зафиксировать частоту, CAL FACTOR, примененные переходы и дату калибровки в протоколе.

Совместимые измерители

Датчики 8480 работают с классическими HP/Agilent 43x, 70100A, E1416A, а также с EPM, EPM-P и P-Series. К типичным современным блокам относятся Keysight N1913A/N1914A и N1913B/N1914B. Совместимость касается измерения средней мощности; пиковые функции измерителя не превращают 8480 в датчик огибающей.

Измеритель	Каналы	Интерфейсы	Комментарий
E4418B	1	GPIB, RS-232/422	Классическая одноканальная пара с 8480
E4419B	2	GPIB, RS-232/422	Два датчика и относительные измерения A/B
E4416A/E4417A	1/2	GPIB, RS-232/422	С 8480 измеряют среднюю мощность
N1913A/N1914A	1/2	LAN, USB, GPIB	Современная автоматизация и таблицы 8480
N1913B/N1914B	1/2 + USB	LAN, USB, GPIB	Текущее поколение EPM

 

Сравнение с более новыми датчиками

Серия	Типичный диапазон	Ключевое отличие
8480	50 дБ	CAL FACTOR вводится вручную; простая и проверенная конструкция
N8480	до 55 дБ	EEPROM с CAL FACTOR, линейностью и температурной коррекцией
E9300	до 80 дБ	Два диодных тракта; лучше для средней мощности модулированных сигналов
E4410 E-Series	до 90 дБ	Широкий диапазон малых уровней и автоматическая идентификация
U8480	до 55 дБ	USB-подключение без отдельного измерительного блока

 

N8480 является наиболее прямой заменой термопарных 8480: он сохраняет характер измерения средней мощности, но автоматически передает калибровочные данные. E9300 удобнее при большом динамическом диапазоне и сложной модуляции. USB-датчики U8480 упрощают мобильные и автоматизированные стенды.

Разъемы, обращение и защита

15. вращать при затяжке только гайку разъема, а не корпус датчика;
16. для Type-N не превышать момент 12 in-lb (примерно 1,35 Н·м);
17. для APC-3.5 мм и 2.4 мм не превышать 8 in-lb (примерно 0,90 Н·м);
18. не чистить разъемы металлическими предметами и агрессивными растворителями;
19. перед подключением оценивать не только среднюю, но и пиковую мощность импульса;
20. защищать чувствительные D-модели внешним аттенюатором при неизвестном уровне;
21. не разбирать датчик: чувствительный узел, золотые проводники и FET-каскад легко повредить статикой и механически.

В B-моделях 30-дБ силовой аттенюатор и измерительная головка откалиброваны как единый комплект. Замена аттенюатора на другой экземпляр нарушает заявленную точность. Поврежденный высокомощный аттенюатор нельзя вскрывать: в конструкции может применяться подложка из оксида бериллия.

Области применения

22. калибровка выходного уровня генераторов сигналов;
23. измерение усиления усилителей и потерь аттенюаторов;
24. контроль средней мощности передатчиков и модулей;
25. настройка ALC в лабораторных и производственных стендах;
26. измерения в 75-омных телевизионных трактах с 8483A;
27. миллиметровые измерения до 110 ГГц с волноводными 8486;
28. метрологические и сервисные работы с наследуемым парком HP/Agilent.

На что обратить внимание при покупке

29. Сверить точную модификацию, диапазон, сопротивление и тип ВЧ-разъема.
30. Проверить наличие читаемой таблицы CAL FACTOR на корпусе и свежего сертификата калибровки.
31. Осмотреть центральный проводник, резьбу и плоскости разъема под увеличением.
32. Проверить Zero и стабильность показаний при изгибе кабеля 11730.
33. Выполнить Cal от опоры 0 дБм и сравнить датчик с эталоном на нескольких частотах.
34. Для D-моделей убедиться в наличии исправного 11708A и нужного перехода.
35. Для 8485/8487 проверить наличие калибровочного перехода 3.5 мм/2.4 мм - N.
36. Для B-моделей покупать только согласованный комплект головки и штатного 30-дБ аттенюатора.
37. Проверить, не превышалась ли допустимая средняя или импульсная мощность.
38. Учитывать, что значительная часть классических A/H/B-моделей снята с производства; прямой заменой служит N8480.

Вывод

Agilent 8480 Series остается важным стандартом для измерения средней ВЧ- и СВЧ-мощности. Сильные стороны семейства - широкий выбор частотных исполнений, предсказуемая термопарная или диодная архитектура, хорошая совместимость с несколькими поколениями измерителей и наличие специальных вариантов до 25 Вт и 110 ГГц.

Главный практический недостаток по сравнению с новыми датчиками - ручная работа с CAL FACTOR и ограниченный 50-дБ динамический диапазон каждой модели. При покупке подержанного датчика решающими являются состояние ВЧ-разъема, комплектность калибровочных принадлежностей, история перегрузок и подтвержденная калибровка.