ОБЗОР

Измеритель мощности
Agilent E4418B

Одноканальный измеритель средней ВЧ- и СВЧ-мощности серии EPM

Диапазон до 110 ГГц и от -70 до +44 дБм в зависимости от датчика, скорость до 200 отсчетов/с, встроенная опора 1 мВт и интерфейсы GPIB/RS-232.

Практический материал для радиоинженеров и специалистов по ВЧ-измерениям

Обзор прибора

Agilent E4418B - одноканальный программируемый измеритель мощности семейства EPM, предназначенный для лабораторных стендов, производства и автоматизированных измерительных систем. Прибор выпускался также под маркой Hewlett-Packard, а техническая поддержка и документация позднее перешли к Keysight Technologies.

E4418B представляет собой индикаторный блок: ВЧ-сигнал поступает не в сам прибор, а в внешний датчик мощности. Поэтому частотный диапазон, допустимый уровень, чувствительность, КСВН и значительная часть погрешности определяются выбранным датчиком.

Ключевое ограничение: E4418B измеряет среднюю мощность. Он не поддерживает датчики E9320 и не выполняет прямое измерение пиковой мощности, огибающей импульса или мощности во временном окне.

Основные характеристики

Параметр	Значение
Количество каналов	1
Тип измерения	Средняя мощность
Частотный диапазон системы	9 кГц - 110 ГГц, зависит от датчика
Диапазон мощности системы	-70...+44 дБм, зависит от датчика
Максимальный диапазон одного датчика	до 90 дБ с E-Series
Абсолютная погрешность измерительного блока	±0,02 дБ или ±0,5%
Скорость	20 / 40 / до 200 отсчетов/с
Встроенная калибровочная опора	0 дБм, 50 МГц
Интерфейсы	GPIB, RS-232/RS-422, TTL I/O
Габариты Ш×В×Г	212,6 × 88,5 × 348,3 мм
Масса	4,0 кг; 5,0 кг с Option 001

 

Заявленные пределы 9 кГц - 110 ГГц и -70...+44 дБм не относятся к одному универсальному входу. Они получаются совокупностью разных датчиков, включая коаксиальные и волноводные модели.

Принцип работы

Датчик преобразует ВЧ-мощность в низкочастотный измерительный сигнал. Измерительный блок усиливает и оцифровывает его, применяет калибровочный коэффициент для заданной частоты, усреднение, смещение и выбранные математические функции, после чего выводит результат в ваттах или дБм.

ВЧ-сигнал → Датчик мощности → Кабель 11730 → Аналоговый тракт E4418B → АЦП и коррекция → Усреднение/математика → Дисплей или интерфейс

С датчиками E-Series таблицы калибровочных коэффициентов, данные линейности и температурной коррекции считываются из EEPROM автоматически. Для традиционных датчиков 8480 пользователь выбирает таблицу либо вводит калибровочный коэффициент в соответствии с маркировкой датчика.

Совместимые датчики мощности

E4418B совместим с датчиками средней мощности E4410/E-Series, E9300, 8480 и N8480. Ниже приведены характерные варианты; таблица не является полным перечнем.

Датчик	Частоты	Уровни	Назначение
E4412A	10 МГц - 18 ГГц	-70...+20 дБм	Широкий диапазон, CW
E4413A	50 МГц - 26,5 ГГц	-70...+20 дБм	СВЧ до 26,5 ГГц
E9300A	10 МГц - 18 ГГц	-60...+20 дБм	Средняя мощность модулированных сигналов
E9304A	9 кГц - 6 ГГц	-60...+20 дБм	Низкая нижняя частота
E9300B	10 МГц - 18 ГГц	-30...+44 дБм	Высокая мощность до 25 Вт
E9300H	10 МГц - 18 ГГц	-50...+30 дБм	Средний диапазон уровней
8481A	10 МГц - 18 ГГц	-30...+20 дБм	Классический термопарный датчик
8481D	10 МГц - 18 ГГц	-70...-20 дБм	Высокая чувствительность
8487D	50 МГц - 50 ГГц	-70...-20 дБм	Малые мощности до 50 ГГц

 

Выбор датчика следует начинать с типа сигнала и мощности, а уже затем учитывать частоту. Например, E4412A удобен для очень широкого динамического диапазона CW-сигналов, тогда как E9300 лучше подходит для корректного измерения средней мощности сигналов с выраженной модуляцией.

Точность и неопределенность измерения

Абсолютная погрешность самого измерительного блока составляет ±0,02 дБ в логарифмическом или ±0,5% в линейном режиме. Это не является полной погрешностью готового измерения.

В бюджет неопределенности необходимо включать линейность датчика, неопределенность его калибровочного коэффициента, рассогласование источника и датчика, дрейф нуля, шум, температурное влияние, потери кабелей и переходов. На СВЧ рассогласование нередко становится одной из основных составляющих ошибки.

1. выполнить прогрев прибора не менее 30 минут;
2. обнулить датчик без поданного ВЧ-сигнала;
3. откалибровать его от встроенного выхода POWER REF;
4. задать фактическую частоту измеряемого сигнала;
5. использовать минимальное число переходов и проверить допустимую мощность датчика;
6. увеличить усреднение при измерении уровней вблизи нижней границы.

Встроенная опора POWER REF

На передней панели находится калибровочный выход 1,00 мВт, то есть 0 дБм, с номинальной частотой 50 МГц и разъемом N-типа. Он используется для калибровки измерительного тракта вместе с датчиком.

Параметр POWER REF	Значение
Мощность	1,00 мВт / 0 дБм
Частота	50 МГц, номинально
Заводская установка	±0,4%, метрологическая прослеживаемость
Точность за 2 года, 23 ± 3 °C	±0,5%
Точность за 2 года, 25 ± 10 °C	±0,6%
Точность за 2 года, 0...55 °C	±0,9%
КСВН	не более 1,06; 1,08 для Option 003

 

Калибровка от POWER REF не заменяет периодическую метрологическую поверку датчика. Она компенсирует текущий коэффициент преобразования измерительной пары и должна выполняться после смены датчика, значительного изменения температуры или перед ответственными измерениями.

Скорость измерения и усреднение

Режим	Максимальная скорость	Особенности
Normal	20 отсчетов/с	Основной режим
x2	40 отсчетов/с	Ускоренный режим, включая 8480
Fast	до 200 отсчетов/с	Только с E-Series; GPIB, двоичный формат, free run

 

Цифровой фильтр усредняет от 1 до 1024 результатов. Увеличение числа отсчетов уменьшает шум, но замедляет реакцию. В режиме Fast с E-Series время установления после уменьшения уровня на 10 дБ типично около 10 мс в диапазоне -50...+17 дБм; при пересечении точки автопереключения диапазона добавляется примерно 25 мс.

Измерительные и математические функции

7. отображение абсолютной мощности в дБм или ваттах;
8. относительные измерения в дБ или процентах;
9. компенсация внешнего усиления или потерь от -100 до +100 дБ;
10. ручное или автоматическое усреднение от 1 до 1024 отсчетов;
11. верхний и нижний пределы с индикацией Pass/Fail и TTL-выходом;
12. цифровое и квазианалоговое представление для настройки по максимуму;
13. сохранение и вызов до 10 состояний прибора;
14. аналоговый выход Recorder 0-1 В для регистратора или системы управления.

Функция Duty Cycle позволяет ввести скважность от 0,001 до 99,999% и пересчитать измеренную среднюю мощность в расчетное пиковое значение. Это математический пересчет, а не измерение реального пика. Он достоверен только при известной форме импульсов и стабильной скважности.

Калибровка и порядок измерения

15. Подключить датчик к E4418B кабелем серии 11730 и дать прибору прогреться.
16. Отключить ВЧ-сигнал от датчика и выполнить Zero.
17. Подключить датчик к выходу POWER REF 0 дБм, 50 МГц и выполнить Cal.
18. Задать частоту измеряемого сигнала, чтобы прибор применил нужный калибровочный коэффициент.
19. Проверить допустимую среднюю и пиковую мощность датчика, затем подключить сигнал.
20. Выбрать единицы, разрешение, усреднение, смещение и пределы контроля.
21. Для серии измерений зафиксировать конфигурацию и сохранить состояние прибора.

Дистанционное управление

E4418B создавался с расчетом на автоматизированные испытательные системы. GPIB работает по IEEE 488.2, последовательный порт поддерживает RS-232 и RS-422, а язык управления основан на SCPI.

22. GPIB для быстрого обмена и совместимости с традиционными ATE-стойками;
23. RS-232/RS-422 для простых контроллеров и удаленного управления;
24. TTL-входы для запуска Zero и Cal;
25. TTL-выход результата сравнения с установленными пределами;
26. совместимость команд с измерителями HP 436A и 437B.

Встроенных USB и LAN у E4418B нет. Для современного компьютера обычно используют адаптер USB-GPIB или преобразователь последовательного интерфейса, причем для стабильной работы в производственном стенде предпочтителен качественный контроллер GPIB.

Опции и конструктивные исполнения

Опция	Назначение
001	Внутренняя NiMH-батарея: до 3,5 ч с подсветкой и до 5,5 ч без нее
002	Параллельный вход датчика на задней панели; POWER REF остается спереди
003	Вход датчика и выход POWER REF продублированы на задней панели
004	Поставка без стандартного кабеля датчика 11730A
908 / 909	Комплекты установки одного или двух приборов в стойку

 

При покупке батарейной версии следует учитывать возраст NiMH-пакета. Заявленный ресурс составлял около 450 циклов до снижения емкости до 70%, поэтому оригинальная батарея у подержанного прибора часто требует восстановления или замены.

Сравнение с близкими моделями

Модель	Каналы	Тип измерений	Скорость	Отличия
E4418B	1	Средняя	до 200/с	GPIB/RS; устаревшая модель
E4419B	2	Средняя	до 100/с на канал*	Два входа и относительные функции A/B
E4416A	1	Пик и средняя	зависит от режима	Работа с E9320, временные окна
N1913A	1	Средняя	до 400/с	Историческая замена E4418B; USB/LAN
N1913B	1 + USB	Средняя	до 400/с	Современное поколение, цветной экран, LAN/USB

 

* Для E4419B при одновременной работе обоих каналов в режиме Fast типичная скорость составляет до 100 отсчетов/с на канал.

Если требуется только точное измерение средней мощности, исправный E4418B остается полезным и экономичным прибором. Для анализа импульсов и временной структуры лучше выбирать E4416A/E4417A либо более современный пиковый измеритель. Для новых автоматизированных систем удобнее N1913B благодаря LAN, USB и более высокой скорости.

Области применения

27. калибровка выходного уровня ВЧ- и СВЧ-генераторов;
28. измерение коэффициента усиления усилителей и потерь аттенюаторов;
29. контроль мощности передатчиков и генераторных модулей;
30. настройка трактов с использованием аналогового индикатора;
31. измерение средней мощности модулированных сигналов с подходящим датчиком E9300;
32. производственные Pass/Fail-испытания;
33. автоматизированные частотные и амплитудные прогоны совместно с генератором.

На что обратить внимание при покупке

34. Уточнить, входит ли датчик и кабель 11730: без них измерительный блок неработоспособен как система.
35. Проверить разъем датчика, кабель и отсутствие плавающих показаний при изгибе кабеля.
36. Выполнить Zero и Cal от POWER REF; убедиться, что нет ошибок калибратора.
37. Сравнить показания с эталонным измерителем на нескольких уровнях.
38. Проверить чувствительность и шум в нижней части диапазона выбранного датчика.
39. Осмотреть ВЧ-разъем датчика и проверить, не подавалась ли на него чрезмерная мощность.
40. Проверить GPIB и последовательный интерфейс, если прибор нужен для автоматизации.
41. Проверить клавиатуру, дисплей, подсветку, вентилятор и сохранение настроек.
42. Для Option 001 оценить емкость батареи и состояние зарядного устройства.
43. Проверить дату последней калибровки отдельно для измерительного блока и датчика.

Вывод

Agilent E4418B - надежный одноканальный измеритель средней мощности, хорошо подходящий для лаборатории, ремонта и автоматизированных стендов. Его сильные стороны - большой выбор датчиков, широкая совокупная область частот и уровней, встроенная опора 0 дБм, развитые функции коррекции и высокая для своего поколения скорость.

Главное при выборе - не рассматривать E4418B отдельно от датчика. Именно датчик определяет реальный диапазон и пригодность системы для конкретного сигнала. При работе с импульсами необходимо помнить, что прибор измеряет среднее значение и не заменяет пиковый измеритель мощности.

 

Источники

1. Keysight E4418B/E4419B EPM Series Power Meters and Power Sensors Data Sheet

2. Agilent/Keysight E4418B RF Power Meter User's Guide

3. Power Meters and Power Sensors