Генератор сигналов Keysight E8257C: СВЧ-источник PSG для точных измерений до 40 ГГц

Keysight / Agilent E8257C PSG Analog Signal Generator — высококлассный аналоговый генератор сигналов СВЧ-диапазона, рассчитанный на задачи разработки, настройки и поверочных измерений радиочастотных трактов. Прибор относится к семейству PSG и ориентирован на инженеров, которым важны низкий фазовый шум, высокая выходная мощность, точная установка уровня и поддержка аналоговых видов модуляции.

Модель E8257C выпускалась в версиях с верхней частотой 20 ГГц и 40 ГГц. Для E8257C-520 заявлен диапазон 250 кГц – 20 ГГц, для E8257C-540 — 250 кГц – 40 ГГц. Разрешение установки частоты в CW-режиме составляет 0,001 Гц, а в режимах sweep — 0,01 Гц.

Назначение Keysight E8257C

E8257C — это не просто лабораторный генератор «для подачи синуса». Это источник СВЧ-сигнала, который можно использовать как опорный генератор, гетеродин, источник для измерения чувствительности приемников, тестирования смесителей, усилителей, фильтров, аттенюаторов, трактов РЛС и телекоммуникационного оборудования.

Прибор особенно интересен для задач, где требуется чистый несущий сигнал с хорошей спектральной чистотой. В зависимости от конфигурации E8257C поддерживает AM, FM, фазовую модуляцию и импульсную модуляцию, а также работу с внутренними низкочастотными модулирующими генераторами. Официальное описание Keysight указывает поддержку AM, FM, ØM/фазовой и pulse-модуляции, а также наличие двух внутренних модулирующих генераторов с синусом, меандром, треугольником, ramp и шумовыми сигналами.

Частотный тракт и диапазоны

Внутренняя частотная структура E8257C разбита на несколько диапазонов. В документации приведены полосы от 250 кГц до 250 МГц, далее 250–500 МГц, 500 МГц–1 ГГц, 1–2 ГГц, 2–3,2 ГГц, 3,2–10 ГГц, 10–20 ГГц и 20–40 ГГц. Для разных участков используется разный коэффициент N, что важно учитывать при анализе фазового шума, остаточной ЧМ и спектральной чистоты.

Практически это означает, что характеристики прибора заметно зависят от рабочей частоты. На нижних диапазонах генератор имеет более низкий фазовый шум и лучшие паразитные составляющие, а в диапазонах выше 10–20 ГГц влияние умножения частоты становится более заметным.

Выходная мощность

Одна из сильных сторон E8257C — высокий уровень выходной мощности. В стандартной конфигурации для 20-ГГц модели заявлен диапазон уровня до +13 dBm, а с опцией высокой мощности 1EA — до +20 dBm на участке выше 3,2 ГГц до 20 ГГц. Для 40-ГГц модели стандартный верхний уровень составляет до +9 dBm, а с опцией 1EA — до +18 dBm в диапазоне 3,2–20 ГГц и до +14 dBm в диапазоне 20–40 ГГц.

При наличии ступенчатого аттенюатора Option 1E1 минимальный уровень может достигать –135 dBm, что делает прибор удобным для проверки чувствительности приемников, измерения динамического диапазона и настройки трактов с большим усилением. Аттенюатор имеет положение 0 дБ и ступени от 5 до 115 дБ с шагом 10 дБ.

Точность уровня и ALC

Для измерительных задач важна не только максимальная мощность, но и точность установки уровня. Для E8257C заявлена точность уровня порядка ±0,6 дБ до 2 ГГц, ±0,8 дБ в диапазоне 2–20 ГГц и около ±1,0 дБ выше 20 ГГц при уровнях выше +10 dBm. В диапазоне от +10 до –10 dBm точность остается близкой: ±0,6 дБ до 2 ГГц, ±0,8 дБ до 20 ГГц и ±0,9 дБ выше 20 ГГц.

Прибор поддерживает внутреннее выравнивание уровня, внешнее детекторное выравнивание, режим работы с миллиметровыми модулями и режим ALC Off. Для прецизионных измерений трактов с внешними кабелями, переходами и направленными ответвителями полезна функция пользовательской коррекции плоскостности: таблицы могут содержать до 1601 точки, а количество таблиц ограничивается доступной памятью прибора.

Спектральная чистота и гармоники

E8257C относится к генераторам, которые можно использовать как качественный источник для измерения нелинейности СВЧ-компонентов. При уровне +10 dBm или максимальном указанном уровне, если он ниже, гармоники составляют около –28 dBc в диапазоне 1 МГц – 2 ГГц, –55 dBc в диапазоне 2–20 ГГц и типично –50 dBc выше 20 ГГц.

Субгармоники отсутствуют до 10 ГГц, ниже –60 dBc в диапазоне 10–20 ГГц и ниже –50 dBc в диапазоне 20–40 ГГц. Это важно при использовании прибора как гетеродина или источника для тестирования смесителей, где побочные составляющие генератора могут напрямую попадать в измеряемый спектр.

Фазовый шум

Фазовый шум — одна из ключевых причин, по которой генераторы PSG ценятся в лабораториях СВЧ-измерений. Для стандартного E8257C фазовый шум на отстройке 20 кГц составляет, например, около –130 dBc/Hz в диапазоне 500 МГц – 1 ГГц, –110 dBc/Hz в диапазоне 3,2–10 ГГц и –104 dBc/Hz в диапазоне 10–20 ГГц. Для диапазона 20–40 ГГц указано около –98 dBc/Hz.

Особенно интересна опция UNR Enhanced Close-In Phase Noise. С ней на несущих 3,2–10 ГГц заявлены значения порядка –74 dBc/Hz на 100 Гц, –98 dBc/Hz на 1 кГц, –110 dBc/Hz на 10 кГц и –110 dBc/Hz на 100 кГц отстройки. Для 10–20 ГГц значения составляют примерно –68 / –92 / –104 / –104 dBc/Hz соответственно.

Для инженера это означает: E8257C можно использовать в задачах, где обычный генератор среднего класса уже становится ограничивающим фактором — например, при оценке фазового шума приемников, PLL, умножителей, смесителей и малошумящих СВЧ-трактов.

Аналоговая модуляция

E8257C поддерживает частотную, фазовую и амплитудную модуляцию. Максимальная девиация FM указывается как N × 8 МГц, разрешение — 0,1% от девиации или 1 Гц, в зависимости от того, что больше. Для FM предусмотрены два тракта, которые могут суммироваться внутри прибора, что удобно для сложных аналоговых тестовых сценариев.

Фазовая модуляция поддерживает девиацию до N × 80 рад в нормальном режиме и до N × 8 рад в широкополосном режиме. Полоса модуляции в нормальном режиме достигает 100 кГц, а в high-bandwidth режиме — типично до 1 МГц.

Амплитудная модуляция поддерживает линейный режим и экспоненциальный логарифмический режим. В линейном режиме глубина устанавливается от 0 до 100%, в логарифмическом — от 0 до 40 дБ. Для AM указана типовая полоса до 100 кГц при глубине 30%, с возможностью использования до 1 МГц.

Импульсная модуляция

Для радиолокационных и импульсных СВЧ-задач важна скорость фронтов и минимальная длительность импульса. В E8257C импульсная модуляция поддерживает режимы free-run, triggered, triggered with delay, doublet и gated. Внутренний генератор импульсов позволяет задавать период от 70 нс до 42 с, длительность импульса от 10 нс до 42 с, а разрешение установки ширины, задержки и периода составляет 10 нс.

Для диапазонов выше 3,2 ГГц типовое время нарастания/спада импульса составляет около 10 нс, а при ALC Off и power search возможен режим level hold с длительностью импульса от 20 нс. Это делает прибор полезным для имитации импульсных СВЧ-сигналов и проверки трактов РЛС, приемников, ключей, усилителей и детекторов.

Развертка и применение со скалярными анализаторами

E8257C поддерживает цифровую step/list sweep и опциональную аналоговую ramp sweep. Опция 007 предназначена для работы с аналоговой разверткой и совместима с измерительными сценариями на базе скалярного анализатора Agilent 8757D. На задней панели предусмотрены сигналы sweep output, stop sweep, trigger и другие сервисные линии, необходимые для синхронизации измерительной системы.

Это делает прибор удобным не только как автономный генератор, но и как часть автоматизированного стенда для измерения АЧХ фильтров, усилителей, направленных ответвителей, аттенюаторов и других СВЧ-компонентов.

Интерфейсы и автоматизация измерений

Для удаленного управления E8257C оснащается интерфейсами GPIB, RS-232 и 10BaseT LAN. Поддерживается язык SCPI, а также эмуляция команд ряда старых генераторов Agilent 836xxB, 837xxB и 8340/41B, что важно при модернизации ATE-систем без полной переписи управляющего ПО.

На практике прибор удобно интегрировать в автоматизированные измерительные комплексы через VISA, GPIB или LAN. Типовые задачи автоматизации — установка частоты и мощности, sweep по списку частот, измерение АЧХ через внешний измеритель мощности, управление ALC и синхронизация с анализатором спектра или частотомером.

Разъемы и внешняя синхронизация

RF-выход имеет номинальное сопротивление 50 Ом. Для 20-ГГц моделей используется прецизионный APC-3.5 male или Type-N с опцией 1ED, а для 40-ГГц моделей — прецизионный 2,4-мм male с переходниками 2,4–2,4 мм и 2,4–2,9 мм.

Прибор поддерживает внешний опорный вход 10 МГц, а стандартная версия также допускает опорные частоты 1, 2, 2,5, 5 и 10 МГц. Выход опорной частоты — 10 МГц. Это позволяет синхронизировать E8257C с частотомером, анализатором спектра, векторным анализатором цепей или общей лабораторной 10-МГц опорой.

На что обратить внимание при покупке E8257C

При выборе б/у Keysight / Agilent E8257C важно смотреть не только на максимальную частоту, но и на установленные опции. Самые важные для практической работы:

Список опций E8247C/57C включает диапазоны 20 и 40 ГГц, UNR, 1E6, 007, 1ED, 1EM и механические комплекты для стойки.

Практическая оценка для радиоинженера

Keysight E8257C — удачный выбор, если нужен высокочистый СВЧ-источник с аналоговой модуляцией и хорошей выходной мощностью. Он особенно полезен в задачах:

измерения коэффициента усиления и компрессии усилителей;

проверки чувствительности и избирательности приемников;

испытаний смесителей и гетеродинных трактов;

подачи низкошумящего LO-сигнала;

измерения АЧХ фильтров и СВЧ-компонентов;

настройки радиолокационных и импульсных трактов;

проверки фазового шума и паразитных составляющих в системах синтеза частоты.

Главное ограничение модели — это не векторный генератор. E8257C не предназначен для формирования сложных цифровых I/Q-сигналов как E8267C. Его сильная сторона — чистая несущая, аналоговая модуляция, точный уровень и СВЧ-диапазон до 40 ГГц.

Заключение

Keysight E8257C PSG Analog Signal Generator — профессиональный СВЧ-генератор для инженерных лабораторий, сервисных центров и производственных измерительных систем. Благодаря диапазону до 20 или 40 ГГц, высокой выходной мощности, хорошей спектральной чистоте, низкому фазовому шуму и развитой аналоговой модуляции он остается востребованным прибором даже после снятия с производства.

Для задач, где требуется надежный аналоговый СВЧ-источник без обязательной поддержки цифровой векторной модуляции, E8257C является одним из наиболее интересных вариантов на вторичном рынке измерительного оборудования.