Rohde & Schwarz SMR — СВЧ-генератор сигналов до 40 ГГц

Rohde & Schwarz SMR — серия синтезированных СВЧ-генераторов сигналов, рассчитанных на работу в диапазоне до 20, 27, 30 или 40 ГГц. Приборы создавались как универсальные источники непрерывного и импульсно-модулированного сигнала для разработки, производства, ремонта и испытаний радиочастотной аппаратуры.

Несмотря на возраст платформы, генераторы SMR остаются востребованными на вторичном рынке. Они обеспечивают широкий частотный диапазон, точную установку уровня, полноценное дистанционное управление и развитые возможности импульсной модуляции. При наличии соответствующих опций SMR также поддерживает AM, FM, ASK, FSK, частотную и амплитудную развертку и преобразование внешнего сигнала промежуточной частоты в СВЧ-диапазон.

Для радиоинженера SMR особенно интересен как относительно доступный лабораторный источник до 40 ГГц, пригодный для проверки приемников, смесителей, усилителей, фильтров, радиолокационных модулей и других СВЧ-устройств.

Модификации серии Rohde & Schwarz SMR

Серия включает несколько моделей, различающихся верхней рабочей частотой.

Модель	Стандартный диапазон	С опцией SMR-B11
R&S SMR20	1–20 ГГц	10 МГц – 20 ГГц
R&S SMR27	1–27 ГГц	10 МГц – 27 ГГц
R&S SMR30	1–30 ГГц	10 МГц – 30 ГГц
R&S SMR40	1–40 ГГц	10 МГц – 40 ГГц

Без опции расширения нижнего диапазона генератор работает только начиная с 1 ГГц. Это важно учитывать при выборе прибора: два внешне одинаковых SMR20 могут существенно различаться по возможностям.

Стандартное разрешение установки частоты составляет 1 кГц. Опция SMR-B3 увеличивает разрешение до 0,1 Гц, что особенно полезно при работе с узкополосными приемниками, измерении характеристик преобразователей частоты и проведении научных экспериментов.

Архитектура синтезатора и качество сигнала

В основе SMR используется синтезатор частоты с дробным коэффициентом деления. Такое решение позволяет сочетать широкий диапазон перестройки с достаточно быстрым переключением частоты и небольшим шагом установки.

Типовое время установки частоты определяется выражением менее 10 мс плюс приблизительно 2 мс на каждый гигагерц перестройки. Для ручных лабораторных измерений этого более чем достаточно. Однако при построении быстродействующих автоматизированных систем необходимо учитывать, что современные генераторы обычно переключаются быстрее.

Гарантированный однополосный фазовый шум SMR составляет менее –83 дБн/Гц на частоте 10 ГГц при отстройке 10 кГц. Для своего поколения это был хороший результат, позволявший использовать прибор при испытаниях приемников и СВЧ-трактов.

По современным меркам фазовый шум SMR уже нельзя назвать рекордно низким. Поэтому перед применением генератора для измерения чувствительности малошумящих приемников, блокирующей способности или характеристик узкополосных PLL необходимо сравнить шум генератора с требуемым динамическим диапазоном измерительной установки.

Побочные и гармонические составляющие

Для частот до 20 ГГц заявлены следующие основные параметры спектральной чистоты:

• гармоники ниже –55 дБн;
• субгармоники ниже –65 дБн;
• негармонические составляющие при отстройке более 50 кГц ниже –60 дБн.

Выше 20 ГГц требования становятся менее строгими. Уровень гармоник может достигать –40 дБн, а подавление субгармоник — около –30 дБн.

Это необходимо учитывать при измерении фильтров и смесителей. Например, при проверке коэффициента преобразования смесителя побочная составляющая генератора может попасть в полосу анализатора и быть ошибочно принята за продукт преобразования исследуемого устройства.

Для критичных измерений желательно предварительно проверить спектр конкретного экземпляра SMR анализатором спектра, особенно в верхней части диапазона.

Выходной уровень

Максимальная выходная мощность зависит от модели, частоты и установленных опций. В большинстве диапазонов она находится примерно в пределах от +7 до +13 дБм.

Для SMR20 характерны следующие гарантированные значения без выходного аттенюатора:

• более +11 дБм в диапазоне от 1 до 18 ГГц;
• более +10 дБм в диапазоне от 18 до 20 ГГц.

У моделей SMR27, SMR30 и SMR40 уровень меняется по диапазону. На частотах выше 20 ГГц гарантированная мощность обычно составляет от +9 до +11 дБм, в зависимости от модели и рабочей частоты.

Высокий для лабораторного генератора уровень позволяет компенсировать потери в длинных СВЧ-кабелях, направленных ответвителях, реле и делителях мощности.

Опционный выходной аттенюатор

В базовом исполнении минимальный регулируемый уровень составляет около –20 дБм. Для большинства измерений приемников этого недостаточно.

Опции SMR-B15 и SMR-B17 добавляют ступенчатый СВЧ-аттенюатор и расширяют диапазон установки уровня до –130 дБм. Остаточный сигнал в режиме RF OFF при этом может быть ниже –140 дБм.

При покупке прибора на вторичном рынке наличие аттенюатора является одним из наиболее важных факторов. Генератор без SMR-B15 или SMR-B17 подходит для испытания усилителей, смесителей, фильтров и других устройств среднего уровня, но значительно менее удобен для проверки чувствительности приемников.

Разрешение установки мощности выбирается между 0,1 и 0,01 дБ. Полная погрешность уровня при установке 0 дБм составляет:

• менее 1 дБ на частотах до 20 ГГц;
• менее 1,4 дБ выше 20 ГГц.

Неравномерность уровня по частоте составляет менее 0,5 дБ до 20 ГГц и менее 0,7 дБ в верхнем диапазоне.

Для старого прибора реальные характеристики зависят от состояния выходного тракта, аттенюатора, датчика системы автоматической регулировки уровня и срока, прошедшего после калибровки.

Импульсная модуляция

Импульсный модулятор входит в стандартную конфигурацию SMR. Это одно из главных достоинств серии.

Основные характеристики импульсной модуляции:

Параметр	Значение
Подавление сигнала в паузе	более 80 дБ
Фронт и спад выше 450 МГц	менее 12 нс
Фронт и спад 125–450 МГц	менее 20 нс
Фронт и спад 62,5–125 МГц	менее 50 нс
Минимальная длительность при ALC OFF	25 нс
Минимальная длительность при ALC ON	500 нс
Максимальная частота повторения выше 450 МГц	10 МГц

При отключенной автоматической регулировке уровня минимальная длительность импульса существенно уменьшается. Но уровень сигнала в этом режиме может иметь большую зависимость от температуры, частоты и длительности импульса.

При включенной ALC генератор лучше стабилизирует амплитуду, однако минимальная длительность увеличивается до 500 нс. Поэтому режим выбирают в зависимости от задачи:

• ALC ON — когда важнее точность и стабильность мощности;
• ALC OFF — когда необходимы короткие импульсы и быстрые фронты.

Благодаря импульсному модулятору SMR подходит для испытания радиолокационных приемников, импульсных усилителей, детекторов, ограничителей, переключателей и трактов синхронизации.

Встроенный импульсный генератор SMR-B14

Опция SMR-B14 добавляет программируемый генератор управляющих импульсов. Она позволяет формировать одиночные и двойные импульсы, работать от внутреннего или внешнего запуска, использовать задержанный запуск и режим внешнего стробирования.

Основные возможности SMR-B14:

• длительность импульса от 20 нс до 1 с;
• период повторения от 100 нс до 85 с;
• программируемая задержка;
• одиночные и двойные импульсы;
• внешний и автоматический запуск;
• выходы синхронизации и видеоимпульса;
• джиттер менее 10 нс.

Без SMR-B14 стандартный импульсный модулятор управляется внешним сигналом. Поэтому для автономного формирования импульсных последовательностей наличие этой опции желательно.

Амплитудная модуляция

Опция SMR-B5 превращает базовый CW-генератор в полноценный аналоговый генератор сигналов. Она добавляет линейную и логарифмическую амплитудную модуляцию, частотную модуляцию, ASK, FSK и внутренний низкочастотный генератор.

Линейная AM поддерживает:

• внутренний и внешний источник;
• связь по постоянному или переменному току;
• глубину от 0 до 100%;
• разрешение установки 0,1%;
• полосу модулирующего сигнала до 50 кГц.

При частотах несущей выше 1 ГГц коэффициент нелинейных искажений при глубине 60% и модулирующей частоте 1 кГц составляет менее 1%.

Также предусмотрена логарифмическая модуляция SCAN AM с динамическим диапазоном 30 дБ. Она может использоваться для внешнего управления уровнем, исследования АРУ, измерения компрессии и построения специализированных испытательных стендов.

Частотная модуляция

При установленной SMR-B5 частотная модуляция может выполняться от внутреннего или внешнего источника. Поддерживается связь по постоянному и переменному току.

Полоса модулирующего сигнала составляет от постоянного тока до 5 МГц. Максимальная девиация зависит от частоты несущей:

• до 39,0625 кГц на самых низких частотах;
• до 2,5 МГц в диапазоне 500 МГц – 1 ГГц;
• до 5 МГц в диапазоне 1–2 ГГц;
• до 10 МГц в диапазоне 2–10 ГГц;
• до 20 МГц в диапазоне 10–20 ГГц;
• до 40 МГц выше 20 ГГц.

Такая зависимость объясняется структурой синтезатора и коэффициентами умножения в различных диапазонах.

SMR можно применять для испытания аналоговых FM-приемников, дискриминаторов, систем автоподстройки частоты, широкополосных частотных детекторов и трактов телеметрии.

ASK и FSK

Опция SMR-B5 также поддерживает цифровые режимы переключения амплитуды и частоты:

• скорость ASK — до 200 кбит/с;
• скорость FSK — до 2 Мбит/с;
• максимальная глубина ASK — 90%;
• время переключения — менее 10 мкс.

ASK и FSK в SMR являются относительно простыми цифровыми видами модуляции. Прибор не следует считать полноценным векторным генератором: он не формирует произвольные IQ-сигналы и не поддерживает современные стандарты связи без использования внешнего модулятора или внешнего источника ПЧ.

Низкочастотный генератор

В состав SMR-B5 входит внутренний НЧ-генератор с диапазоном от 0,1 Гц до 10 МГц. Доступны синусоидальная и прямоугольная формы сигнала.

НЧ-генератор может использоваться как внутренний источник AM или FM, а также как отдельный вспомогательный выход. Это удобно при проверке модуляторов, демодуляторов и систем автоматического регулирования.

Частотная и амплитудная развертка

Даже в базовой конфигурации SMR поддерживает цифровую пошаговую развертку по частоте и уровню. Возможны автоматический, одиночный, ручной и внешне запускаемый режимы.

Цифровая развертка может использоваться для:

• измерения АЧХ фильтров;
• исследования усилителей;
• определения полосы смесителей;
• проверки чувствительности приемника по частоте;
• измерения точки компрессии;
• автоматизированного перебора каналов.

Амплитудная развертка охватывает диапазон 20 дБ. В режиме List можно сохранить до 2003 комбинаций частоты и уровня, после чего быстро переключать их вручную или по внешнему триггеру.

Опция SMR-B4 добавляет аналоговую линейную развертку. Она особенно полезна при совместной работе со скалярным анализатором цепей, измерительным приемником или осциллографом.

SMR как СВЧ-апконвертер

Опции SMR-B23, SMR-B24 и SMR-B25 добавляют вход промежуточной частоты. В такой конфигурации SMR может преобразовывать внешний аналоговый или цифровой сигнал в СВЧ-диапазон.

В зависимости от опции поддерживаются:

• вход ПЧ от постоянного тока до 700 МГц;
• расширенный вход от 40 МГц до 6 ГГц;
• выходные диапазоны до 20, 27, 30 или 40 ГГц.

Это позволяет использовать внешний векторный генератор, IQ-модулятор или генератор произвольной формы в качестве источника модулированной ПЧ, а SMR — в качестве широкодиапазонного СВЧ-преобразователя.

Однако такой комплект уступает современному интегрированному векторному генератору по удобству, коррекции IQ-дисбаланса, подавлению зеркального канала и автоматизации измерений. Кроме того, необходимо учитывать преобразовательные потери и полосу входного тракта.

Дистанционное управление

SMR поддерживает дистанционное управление через интерфейс IEC/IEEE-488, то есть GPIB. В руководстве также предусмотрено управление через RS-232.

Система команд построена на основе SCPI и позволяет программировать:

• частоту;
• выходную мощность;
• включение RF;
• AM, FM и импульсную модуляцию;
• параметры импульсного генератора;
• развертку;
• списки частот и уровней;
• внутренний опорный генератор;
• сохранение и вызов настроек;
• чтение состояния и ошибок прибора.

SMR можно интегрировать в автоматизированную измерительную систему через VISA. При этом следует учитывать отсутствие штатных современных интерфейсов LAN и USB.

Где применяется Rohde & Schwarz SMR

Генераторы серии SMR подходят для следующих задач:

• проверка приемников и СВЧ-преобразователей;
• испытание усилителей мощности и малошумящих усилителей;
• измерение АЧХ фильтров и трактов;
• проверка смесителей;
• исследование радиолокационных модулей;
• генерация коротких СВЧ-импульсов;
• проверка детекторов и измерителей мощности;
• настройка синтезаторов и PLL;
• испытание переключателей, аттенюаторов и фазовращателей;
• построение автоматизированных производственных стендов;
• использование в качестве гетеродина;
• преобразование внешней ПЧ в диапазон до 40 ГГц.

Для измерения современных цифровых стандартов связи SMR ограничен. Его основная область — непрерывные, импульсные и аналогово-модулированные сигналы, а также применение в качестве СВЧ-гетеродина или апконвертера.

На что обратить внимание при покупке SMR

На вторичном рынке встречаются приборы с сильно различающейся конфигурацией. Перед покупкой необходимо запросить фотографию списка установленных опций или результат команды идентификации конфигурации.

Особенно важны следующие опции:

Опция	Назначение
SMR-B1	высокостабильный опорный генератор OCXO
SMR-B3	разрешение частоты 0,1 Гц
SMR-B4	аналоговая частотная развертка
SMR-B5	AM, FM, ASK, FSK и НЧ-генератор
SMR-B11	расширение диапазона вниз до 10 МГц
SMR-B14	внутренний импульсный генератор
SMR-B15/B17	выходной аттенюатор до –130 дБм
SMR-B23/B24/B25	вход промежуточной частоты

При проверке прибора желательно выполнить следующие тесты:

1. Проверить выходную мощность на нескольких частотах по всему диапазону.
2. Сравнить установленный и измеренный уровень.
3. Проверить переключение ступенчатого аттенюатора.
4. Оценить спектр, гармоники и субгармоники.
5. Проверить импульсную модуляцию осциллографом или анализатором сигналов.
6. Проверить синхронизацию от внутренней и внешней опоры 10 МГц.
7. Убедиться в отсутствии сообщений UNLEVELED и UNLOCKED.
8. Проверить GPIB и выполнение базовых SCPI-команд.
9. Оценить состояние дисплея, клавиатуры и энкодера EasyWheel.
10. Проверить работу вентиляторов и отсутствие перегрева.

Особого внимания требует выходной СВЧ-разъем. Повреждение центрального контакта или подключение сигнала с недопустимой мощностью может вывести из строя дорогостоящий выходной модуль.

Преимущества Rohde & Schwarz SMR

К сильным сторонам серии относятся:

• частотный диапазон до 40 ГГц;
• штатная качественная импульсная модуляция;
• подавление сигнала в паузе более 80 дБ;
• короткие фронты;
• возможность установки уровня до –130 дБм;
• полноценная аналоговая AM и широкополосная FM;
• пошаговые и аналоговые развертки;
• List mode;
• работа от внешней опоры 10 МГц;
• управление по GPIB;
• возможность использования в качестве СВЧ-апконвертера;
• удобная для своего поколения панель управления.

Ограничения

К недостаткам SMR по современным меркам можно отнести:

• сравнительно высокий фазовый шум;
• отсутствие LAN и USB;
• отсутствие встроенного произвольного IQ-генератора;
• нижнюю частоту 1 ГГц без опции SMR-B11;
• минимальный уровень только –20 дБм без выходного аттенюатора;
• зависимость характеристик от установленных аппаратных опций;
• значительные габариты и энергопотребление;
• возраст элементной базы;
• сложность и стоимость ремонта СВЧ-модулей;
• необходимость проверки калибровки старых экземпляров.

Заключение

Rohde & Schwarz SMR — профессиональный синтезированный СВЧ-генератор, который и сегодня может быть полезен в радиотехнической лаборатории. Его основные преимущества — диапазон до 40 ГГц, стабильная установка уровня, развитая импульсная модуляция и возможность расширения функциональности аппаратными опциями.

Наиболее универсальной конфигурацией для лаборатории является прибор с опциями расширения вниз до 10 МГц, выходным аттенюатором, AM/FM-модулятором, внутренним импульсным генератором и высокостабильной опорой.

При исправном состоянии и правильно подобранной конфигурации SMR подходит для ремонта, разработки и испытания СВЧ-оборудования, радиолокационных узлов, приемников, усилителей, смесителей и фильтров. Однако перед покупкой необходимо внимательно проверить перечень опций, точность уровня, спектральную чистоту и состояние выходного СВЧ-тракта.

SEO Title

Rohde & Schwarz SMR — СВЧ-генератор сигналов до 40 ГГц

SEO Description

Технический обзор генератора сигналов Rohde & Schwarz SMR20, SMR27, SMR30 и SMR40. Диапазон до 40 ГГц, выходной уровень, фазовый шум, AM, FM, импульсная модуляция, опции и применение.

Ключевые слова

Rohde Schwarz SMR, R&S SMR20, SMR27, SMR30, SMR40, СВЧ-генератор сигналов, генератор до 40 ГГц, импульсная модуляция, SMR-B5, SMR-B14, SMR-B15, микроволновый генератор, генератор Rohde Schwarz