Сколько стоит СВЧ лаборатория?
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. Сейчас же, у меня дома есть мини-лаборатория.
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 — 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 генератор 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, 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.
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 прошлый статьи.
