Приветствую! Я СВЧ-инженер, и я разрабатываю различные устройства. Кроме того, в мои обязанности входило и входит подбор измерительного оборудования, так что мне эта тема близка и интересна. Автор этой статьи leka_engineer, ищите меня на habr.com и в Инстаграме
Дисклеймер: я привожу примеры только известных мне фирм, с оборудованием которых я работала.
ВАЦ
Самое необходимое для СВЧ-разработчика - векторный анализатор цепей. Этот прибор измеряет S-параметры, то есть показывает степень согласования, усиление (потери) в измеряемом устройстве, а также изменение фазы. Любое устройство характеризуется КСВ и коэф. передачи (модулем) - что то же самое, что и потери (для пассивных устройств) или усиление (для активных).
Цены на ВАЦ очень сильно меняются от модели к модели. Постараюсь хоть немного обобщить. Основным фактором цены является максимальная рабочая частота. Менее значимые факторы - мощность, наличие режима работы во временной области, возможность измерения коэф. шума.
Топовые производители СВЧ (и не только) измерительного оборудования - американская компания Keysight и немецкая фирма Rohde&Schwarz. Цены примерно одинаковые; ВАЦ стоят от 2 млн и до 70 и больше. Средний прибор с частотным диапазоном, который покрывает большинство нынешних применений - до 24 ГГц обойдётся примерно в 5 млн. рублей.
Более дешёвый, но не уступающий по качеству вариант - ВАЦ фирмы Планар. Это отечественный производитель оборудования, которым можно по праву гордиться. Планар выпускает несколько серий приборов, самые известные - Обзор и более дорогая Кобальт. Обзор до 3 ГГц стоит около 1 млн.рублей. Однако к стоимости нужно добавить цену ноутбука (можно самого простого).
Также нельзя не упомянуть фирму Микран и их ВАЦ. Цены немного повыше, чем у Планара. Мои коллеги отмечали среди достоинств опцию измерения во временной области по умолчанию (не за доп плату). Я же позволю себе высказаться негативно - софт мягко говоря, неудачный и неудобный.
Мультиметр
Мультиметр - мастхэв любой технической лаборатории. Даже если вы не разрабатываете активные устройства и нет необходимости проверять напряжение на площадках питания, мультиметр необходим для проверки соединения (опция "прозвон").
В общем, для СВЧ применений неважно, насколько быстродействующий мультиметр вы купите. Подойдёт no-name за 500 руб. Качественные мультиметры, которые приятно держать в руках, типа Fluke или Keysight, стоят от 8 т.р.
Осциллограф
В схемах питания СВЧ усилителей часто возникают неприятные явления: выбросы и сколы напряжения, а также переходные процессы, поэтому следует контролировать напряжение на усилителе с помощью осциллографа. Кроме того, осциллограф в паре с детектором покажет огибающую радиоимпульса.
Для СВЧ применений совершенно нет необходимости в цифровых входах, а частоты в 100-150 МГц обычно достаточно.
Осциллографы на 2 канала на указанную частоту фирм Tektronix, Keysight и R&S стоят от 90-150 т.р. Более доступные типа Rigol или Hantek - от 30 т.р. Однако в вопросе выборе осциллографа, я считаю, стоит ориентироваться на профессиональные единицы.
Отмечу, что СВЧ осциллографы с максимальной частотой несколько ГГц не являются необходимостью в СВЧ лаборатории. Хотя, конечно, позволяют провести уникальные измерения, например, сравнение фаз двух сигналов в реальном времени. Также такие осциллографы показывают мгновенный спектр сигнала. А ещё они имеют опцию переключения входного сопротивления на 50 Ом.
Совет: если купить осциллограф с встроенным генератором сигналов стандартной формы, можно не покупать генератор отдельно.
Лабораторный источник питания
Я думаю, всем известно что такое источник питания. Обращаю лишь ваше внимание, что доступные по цене китайские источники имеют выбросы при включении, что может негативно сказаться на чувствительных элементах схемы. Я советую источники питания Keysight или R&S, они стоят от 100 тыс. рублей, ещё совет - намного удобнее купить двухканальный, а ещё лучше трёхканальный с третьим каналом +5 В.
СВЧ генератор + ваттметр и анализатор спектра
В отличие от ВАЦ, генератор и ваттметр со спектроанализатором не является необходимостью для любой СВЧ лаборатории. Этот набор необходим, если вы разрабатываете СВЧ усилители или смесители. Также он может понадобиться в случае, если вы разрабатываете пассивное устройство, но на большую мощность - тогда нужно провести тестирование на указанной мощности (правда тут потребуется ещё кое-что, об этом ниже).
СВЧ генераторы, как и ВАЦ стоят от 2 и до 20 млн. рублей.Средний генератор Keysight или R&S можно купить за 3 млн. рублей. Отличной альтернативой настольному прибору, если нет необходимости проводить сложные измерения, требующие многотонового режима, может быть портативный USB генератор. Например такой есть у фирмы Микран, и он имеет весьма доступную цену около 100 тыс. рублей до 6 ГГц и 250 - до 12.
Ваттметры я советую выбирать типа USB, они дешевле (мы же говорим о минимальном лабораторном наборе). Недавно я писала про свою покупку - ваттметр Микран до 6 ГГц, он стоит около 70 тыс. рублей. Ваттметры Keysight или R&S примерно на порядок дороже и стоят от 700 тыс. рублей.
Анализатор спектра необходим для оценки уровня кратных гармоник на выходе усилителя или смесителя. Основными параметрами при выборе спектроанализатора являются полоса разрешения и видео полоса. Если объяснять по-простому, полоса разрешения показывает, насколько часто будут ставиться точки на графике "мощность-частота", видео полоса обозначает размер окна, то есть количество спектральной плотности мощности, которая затем будет интегрироваться и результат будет равен мощности на данной частоте. Более продвинутые спектроанализаторы имеют опцию показа спектра в реальном времени, она необходима для специфических применений, например когда сигнал, его форма и время прихода неизвестен.
Уровень цен на профессиональные спектроанализаторы примерно такой же, как на ВАЦ. Видела бюджетный спектроанализатор Акип/Siglent за 300 тыс. рублей до 3 ГГц, однако, никогда за ним не работала.
Аксессуары
Самое необходимое - СВЧ кабели (кабельные сборки). Для обеспечения качественных измерений к ВАЦ необходимо купить фазостабильные кабельные сборки. Такие сборки обычно армированные металлическим шлангом или дополнительным слоем пластика и тканью.
Цена фазостабильных кабельных сборок сильно зависит от максимальной рабочей частоты. Импортные кабельные сборки стоят очень дорого - до нескольких сотен тысяч за один кабель. Производители, чьи сборки я держала в руках: EMC technology, Maury microwave, Huber+Suhner, Gore, Rosenberger. К счастью в нашей стране тоже делают качественные фазостабильные кабельные сборки. Например, уже упомянутый Микран (около 15 тыс.рублей), такие у меня долго были на прошлой работе, грубовато сделаны, и неприятно крутить гайки, но в общем неплохие, а также Амитрон Электроникс (от 8 тыс. рублей) - у меня сейчас такие.
Также необходим набор калибровочных мер (с разъёмами такого же типа, как и фазостабильные кабельные сборки). Часто калибровочные наборы продают в комплекте с ВАЦ, однако сильно дешевле купить калибровочный набор отдельно, например от фирмы Микран. Например,набор мер до 26 ГГц с характеризацией стоит 45 тыс. рублей. Многие инженеры любят автокалибраторы, они стоят значительно дороже (я же в этой статье пишу про необходимый, но качественный минимум).
Кроме дорогих измерительных фазостабильных сборок необходимы короткие кабели для соединения измерительных блоков. Такие сборки сильно дешевле и стоят от 1,5 тыс. рублей. Я советую покупать на полужёстком кабеле - у них сильно выше максимальная рабочая частота. Фирмы, которые я могу посоветовать: Wurth, Амитрон Электроникс, MiniCircuits.
Также часто нужны адаптеры, то есть коаксиальные переходы. С вилки на розетку, либо межканальные. Переходы стоят от 2 тыс. рублей. Фирмы: Huber+Suhner, Амитрон, Микран.
Советую обязательно приобрести тарированные ключи на SMA или N тип соединителей. Эта покупка во-первых гарантирует качественное соединение разъёмов, а также убережёт дорогие кабельные сборки от сорванной резьбы. Дешёвые и качественные ключи можно купить в Микране - около 10 тыс. рублей. Также Keysight или R&S продают ключи (как и кабели и адаптеры), но цена на порядок выше.
Я считаю необходимым наличие в лаборатории разработчика съёмных краевых разъёмов типа SouthWest (end launch high perfomance connectors). Есть разные фирмы, производящие похожие разъёмы, например Gigalane. Стоимость одного разъёма - около 13 тыс. рублей.
Дополнительно
Часто необходимы дополнительные СВЧ устройства, такие как вентили (для защиты приборов от обратной волны, если сгорит испытуемый усилитель),аттенюаторы, DC блоки, Bias T, СВЧ нагрузки, делители, а также лабораторные усилители. Часть из перечисленного удобно купить на широкий диапазон частот: аттенюаторы, DC блоки, Bias T, нагрузки (у меня много аксессуаров от MiniCircuits - качественно и недорого). А вот широкополосные усилители, вентили и делители очень дорогие, обычно они покупаются под каждый проект с новым частотным диапазоном.
Кроме того необходимы инструменты - отвёртка (обязательно маленькая, с битами PH0, 00 и 000), пинцеты, антистатические перчатки.
Также, если мы говорим о микроэлектронике, довольно сложно обойтись без микроскопа. Я советую купить профессиональный стереомикроскоп. Например отечественный ЛОМО (похоже, что они производятся сейчас в Китае) стоит около 70 тыс. рублей. Однако, вполне подойдёт и дешёвый цифровой микроскоп, например Andonstar как у меня стоит около 5 тыс. рублей.
Заключение
Как видите, разрабатывать СВЧ изделия - дорогое удовольствие. Я потихоньку оснащаю свою лабораторию. Больше про мою лабораторию вы можете узнать в моём инстаграме, я регулярно делюсь с подписчиками своими покупками. Автор этой статьи leka_engineer, ищите меня на Хабре и в Инстаграме
Бонус
Все изделия упоминаемых в статье фирм я держала в руках и работала с ними, поэтому советую. В бонусной главе хочу рассказать о нескольких "измерительных фейлах", в общем, вот то, что я советую не покупать:
-генератор АКИП 3405/1 уходит в режим сна при долгих измерениях, чтобы его разбудить, нужно нажать на любую кнопку, но он выполнит команду нажатой кнопки
-сборки на базе huber+suhner российских дистрибьюторов НКТ на гибком кабеле с SMA разъёмами развалились через год работы
-осциллограф Hantek MSO7304BLG имеет опцию генератора сигналов стандартной формы, но нельзя менять ширину импульса
-китайские источники питания часто имеют отрицательное напряжение на выходных клеммах даже в выключенном состоянии. Также работала с одним источником (не помню модель), у которого при выключенном выходе, при нажатии кнопки вкл-выкл возникал выброс на 16 вольт!
-отечественный СВЧ генератор Спектран за 400 тыс. рублей (цена до включения в Росреестр): в нём плохо почти всё. От КСВ нагрузки зависит его выходная мощность, также на экране в импульсном режиме мощность отображается с шагом 0,1 дБ, а в реальности изменяется с шагом 1 дБ. Кроме того в выходном спектре присутствует не только настроенная частота, а ещё и 11 ГГц. Мы использовали этот прибор с вентилем и полосовым фильтром. А ещё у него кнопки как-будто напечатаны на 3d принтере
Спасибо за внимание! Приглашаю почитать мои прошлые статьи.
