Сегодня в мире насчитывается несколько десятков компаний, которые занимаются разработкой, проектированием и производством средств измерений для инженеров-радиотехников. Специалистам они хорошо известны. Одна из таких компаний — китайская торгово-производственная площадка Rigol Technologies Inc. Продукция предприятия может использоваться в разных областях науки и техники. К ним относятся лаборатории, производства, ремонтные, поверочные органы и технические службы организаций, эксплуатирующих радиоэлектронную аппаратуру.
Чтобы помочь читателям сориентироваться в ассортименте генераторного оборудования высокочастотного (ВЧ) и сверхвысокочастотного (СВЧ) диапазонов этого передового производителя качественных метрологических средств, написана предлагаемая статья. Она содержит обзорный материал, который будет полезен всем желающим купить генератор сигналов для решения конкретных практических задач.
Время чтения: 17 минут
Немного о генераторах сигнала
Линейка измерительной техники бренда включает метрологическое оборудование, без которого невозможна настройка и регулировка электронной техники. Продукция компании экспортируется в 40 стран мира. На предприятии работают нескольких сотен квалифицированных сотрудников.
Актуальность темы публикации объясняется тем, что по частоте использования в инженерной практике генераторное оборудование находится на втором месте после мультиметров. Фактически генератор представляет собой эталонный передатчик, формирующий колебания с заданными параметрами: амплитудой, фазой, частотой и формой.
Анализ искажений такого напряжения на выходе приёмника позволяет сделать выводы о причинах происходящего и принять организационно-технические меры для их устранения. В качестве инструментов анализа могут использоваться осциллографы, анализаторы спектра, логические анализаторы, измерители нелинейных искажений и другие приборы. Типичным видом искажений является завал фронтов импульсов.
При необходимости такой передатчик позволяет вносить в идеальный сигнал ошибки или искажения требуемого уровня, вида и исследовать поведение испытуемой схемы. Зная характер внесённых погрешностей, можно оценить работу схемы в неблагоприятных условиях.
Обзор модельного ряда генераторного оборудования
Список генераторов сигналов RIGOL, представленных в каталоге магазина Суперайс, включает больше 40 устройств.
Половина экземпляров этих аппаратов включены в Государственный реестр средств измерений Российской Федерации (ГРСИ).
Генераторы RIGOL можно разделить на две большие группы: ВЧ-генераторы смешанных колебаний (или функциональные) и устройства, формирующие тестовые радиосигналы в ВЧ и СВЧ диапазонах.
Первая группа предназначена для создания достаточно мощных модулированных напряжений на несущих частотах до нескольких сотен мегагерц. Такие колебания используются при испытаниях электронных схем, создании программного обеспечения, исследования характеристик систем связи и проведения научных экспериментов. В науке они синтезируют напряжения для управления лабораторными установками.
Принято выделять две разновидности этих аппаратов.
AWG-генератор
Генерация произвольных форм колебаний происходит в устройствах AWG (Arbitrary Waveform Generator — генератор сигналов произвольной формы). Это идеальный формирователь любых осциллограмм, даже тех, которые нарисованы вручную на стандартном листе.
Изделия первой группы отличаются:
- наличием нескольких каналов с защитой выхода от короткого замыкания;
- значительной амплитудой выходных напряжений (в диапазоне от единиц милливольт до нескольких десятков вольт);
- возможностью установки и регулировки постоянного смещения формируемых колебаний относительно нулевого уровня;
- относительно небольшим значением частоты дискретизации в несколько сот мегавыборок в секунду;
- максимальной частотой выходного напряжения до нескольких сотен мегагерц;
- возможностью программирования множества разновидностей выходных колебаний любой сложности, включая квадратурные сигналы I/Q.
Устройства, принадлежащие к первой группе, обозначаются буквами DG (Digital Generator — цифровой генератор).
К функциональным генераторам RIGOL относятся модели DG1022U, DG1022Z, DG1032Z, DG4062, DG4102, DG4202, DG4162, DG5071, DG5072, DG5101, DG5102, DG5251, DG5252, DG5351, DG5352.
Кроме того, эти приборы поддерживают до 4 автономных аналоговых и до 16 высокоскоростных цифровых выходов для выдачи смешанных колебаний.
К главным недостаткам аппаратов AWG относится невозможность обеспечения стандартных видов модуляции и высокая цена аппаратуры.
AFG-генератор
В источниках колебаний AFG (Arbitrary Functions Generators — функциональные генераторы произвольной формы) используется технология DDS генератора (Direct Digital Synthesis — прямой цифровой синтез). Это технология генерации напряжений специальной и произвольной формы. Они позволяют формировать классические колебания гармонического типа, меандр, напряжения пилообразной формы, импульсного и шумового вида, а также напряжения с очень ограниченным числом характеристик, задаваемых пользователем.
Фактически это источник псевдопроизвольных колебаний. В этом основной недостаток приборов AFG.
Другая особенность этих устройств заключается в зависимости доступного диапазона рабочих частот от формы колебания. Для синусоидальных напряжений он максимальный, для меандра почти вдвое меньше и т. д.
Достоинство AFG заключается в том, что они создают близкие к идеальным колебания, описываемые стандартными функциями. Они способны очень быстро перестраиваться по частоте. AFG проще и дешевле аппаратов AWG, поэтому на сегодня они получили наибольшее распространение.
Вторая группа принадлежит к генераторам стандартных сигналов (ГСС). Они служат для синтезирования слабых ВЧ- или СВЧ-колебаний, применяемых в тестировании, настройке и регулировке радиоприёмных устройств.
Изделия этого типа отличаются:
- очень широким диапазоном рабочих частот от единиц килогерц до десятков гигагерц и амплитуд;
- возможностью формирования традиционных форм несущих колебаний, таких как синусоида, треугольник и т. д.;
- высоким разрешением по частоте порядка сотых долей герца;
- наличием одного рабочего канала;
- калиброванным значением коэффициента стоячей волны по выходу (не хуже 1.8).
Устройства, принадлежащие к второй группе, обозначаются буквами DSG (Digital Signal Generator — цифровой генератор сигналов).
К этой группе приборов относятся модели DSG815, DSG830, DSG3065B, DSG3065B-IQ.
Популярные модели генераторов функций RIGOL
Для описания свойств этих устройств используются классические параметры, применяемые к аналоговым устройствам (диапазон рабочих частот и амплитуд, обеспечиваемые виды колебаний — с амплитудной модуляцией, фазовой модуляцией и т. д.) в сочетании со следующими специфическими величинами, характерными для цифровых приборов. Вот что учитывается:
- Объём памяти (длина записи). Чем больше объём памяти, тем лучше достоверность формирования колебаний на разных частотах.
- Тактовая частота (частота дискретизации). Чем больше значение этого параметра, тем шире частотный диапазон генератора сигналов. Так для формирования гармонического выходного напряжения в 1МГц необходимо обеспечить дискретизацию не менее 2 мегавыборок в секунду.
Для сравнения генераторов сигналов RIGOL были выбраны приборы, принадлежащие к разным сериям и ценовым сегментам. Это лидер продаж DG4062 и популярный DG5102. Сравнение осложняется тем, что функциональные модели обладают очень широким набором функций. Основные характеристики сведены в таблицу.
| Параметр/Марка | DG4062 | DG5102 |
| Область рабочих частот, Гц | От 1х10-6 до 60х106 | От 1.5х106 до 100х106 |
| Стабильность частоты, ppm | ±2 | ±1 |
| Уровень гармоник, дБн | ≤ минус 40 | ≤ минус 40 |
| Диапазон по выходу, В | От 15х10-3 до 10 | От 5х10-3 до 10 |
| Амплитудная погрешность | ±1% от значения настройки ±2 мВ | 1% от значения настройки ±1 мВ |
| Разрешение по вертикали, бит | 14 | 14 |
| Фазовый шум, дБн/Гц | ≤ минус 115 | ≤ минус 105 |
| Время развёртки | от 1мс до 300с | от 1мс до 300с |
| Объём памяти, точек | 16х103 | 128х106 |
| Частота дискретизации, Мвыб/c | 500 | 1000 |
| Цена, руб* | 105650 | 400680 |
| Ценовой сегмент | Бюджетный | Средний |
Примечания.
*Цены действительны на момент подготовки публикации.
Измеритель обеспечивает:
- формирование 2 независимых ВЧ каналов;
- модуляцию AM, FM, PM, ASK, FSK, PSK, PWM, BPSK, QPSK, 3FSK, 4FSK, OSK;
- режим качания частоты (генератор сигналов с функцией sweep) и создания пачек импульсов;
- работу 7-разрядного встроенного частотомера с измерением параметров внешнего напряжения;
- функцию аналогового и цифрового модулятора;
- создание гармоник до 16 включительно с индивидуально заданными параметрами амплитуды, частоты и фазы;
- формирование 150 предустановленных форм колебаний произвольной формы;
- генерацию шума в полосе до 120 МГц и его наложение на основное напряжение;
- режим пакетной и импульсной передачи;
- создание напряжений, изменяющихся по синусоидальному, прямоугольному, пилообразному, импульсному, шумовому, двухтональному, экспоненциальному, произвольно заданному закону, а также по Гауссу и Лоренцу;
- защиту выхода от короткого замыкания и перегрузки;
- интерфейсы подключения USB Device, LAN;
- интерфейсы вывода сигналов для подключения входа/выхода сигнала синхронизации 10 МГц, два многоцелевых разъёма каналов 1 и 1, разъём для подключения к частотомеру внешнего сигнала;
- 7-дюймовый TFT LCD экран, разрешением 800х480.
На передней панели устройства находятся 2 ВЧ выхода сигналов канала 1 и 2, выходы синхронизации этих каналов, дисплей TFT LCD и все органы управления. Её внешний вид изображён на следующем рисунке.
Сравнение параметров ГСС бренда RIGOL
Для сравнения выбраны приборы DSG830 и DSG3065B-IQ. Они относятся к разным ценовым сегментам. Эти измерители перекрывают наиболее востребованные диапазоны, используемые в современных радиосредствах. Функционал ГСС гораздо менее широкий, чем у осцилляторов смешанных сигналов, и почти одинаковый у разных моделей ГСС, поэтому сравнивать их можно в основном по электрическим параметрам.
Основные характеристики ГСС приведены в таблице.
| Параметр/Марка | DSG830 | DSG3065B-IQ |
| Область рабочих частот, Гц | От 9х106 до 3х109 | От 9х106 до 6.5х109 |
| Стабильность частоты, ppm | ≤1 | ≤1 |
| Уровень гармоник, дБн | ≤-54 | ≤-30 |
| Диапазон по выходу, В | От минус 110 до +13 | От минус 130 до +27 |
| Формы напряжения внутреннего модулятора | Синусоида, меандр | Синусоида, меандр |
| Амплитудная погрешность, дБ | ≤ 0,9 | ≤ 0,5 |
| КСВН по внешнему входу I/Q | 1.8 | 1.5 |
| Фазовый шум, дБн/Гц | минус 99-минус 112** | минус 92-минус 116** |
| Тип модуляции | AM, FM, PM, Pulse Mode, I/Q | AM, FM, PM, Pulse Mode, I/Q |
| Цена, руб* | 650990 | 1669919 |
| Цена, руб* | 105650 | 400680 |
| Ценовой сегмент | Средний | Премиум |
Примечания.
*Цена указана на момент написания этого материала.
**В зависимости от выбранной рабочей частоты.
Анализ данных, приведённых в таблице 2, позволяет выделить преимущества каждого из сравниваемых измерителей.
Особенности изделия DSG830:
- лучшая спектральная чистота сигнала (уровень гармоник менее минус 54 дБн);
- привлекательное соотношение цена/качество.
Особенности измерителя DSG3065B-IQ:
- существенно более широкий диапазон по выходному напряжению и частоте;
- меньшая амплитудная погрешность выходного колебания;
- меньший уровень фазовых шумов;
- лучшее значение КСВН по внешнему входу I/Q;
- наличие встроенной справочной системы;
- поддержка режима качания частоты;
- больший размер сенсорного экрана.
DSG830 и DSG3065B-IQ обеспечивают одинаковые интерфейсы связи с внешними устройствами: USB Device, USB Host, LAN 10/100M.
Оба прибора обеспечены гарантией производителя 12 месяцев и включены в ГРСИ.
Изделие DSG3065B-IQ обладает лучшими метрологическими характеристиками, поэтому его целесообразно применять для решения ответственных профессиональных задач.
В остальных случаях можно удовлетвориться аппаратом DSG830.
DSG3065B-IQ стоит значительно дороже, чем DSG830, но внимательный покупатель осциллятора DSG3065B-IQ понимает, за какие преимущества он платит.
Выводы и рекомендации
Инженерам-разработчикам радиоприёмной аппаратуры при испытании двухсигнальной избирательности радиоприёмников понадобится два ГСС: основной и дополнительный. С помощью основного прибора формируется тестовый сигнал с требуемым видом модуляции, а с помощью дополнительного — немодулированный сигнал радиопомехи. В отличие от основного устройства, к дополнительному аппарату жёстких требований не предъявляется. Поэтому это может быть недорогое устройство.
Кроме испытаний радиоприёмников, источники стандартных сигналов могут использоваться для формирования ВЧ-колебаний при разработке и отладке усилителей мощности.
В рабочий комплект всех рассмотренных генераторов не входят аттенюаторы. При проведении некоторых видов измерений без этих аксессуаров не обойтись, поэтому их придётся приобретать отдельно.
Из представленного материала можно сделать вывод о том, что характеристики генераторов RIGOL отвечают самым современным техническим требованиям.
Сейчас в каталоге продукции магазина Суперайс 32 устройства высокочастотного и 9 изделий сверхвысокочастотного диапазонов. Многие экземпляры этого метрологического оборудования включены в Государственный реестр средств измерений Российской Федерации.
Все рассмотренные в настоящем материале устройства выпускаются в настольном исполнении, питаются от промышленной сети переменного тока 220В и предназначены для эксплуатации в преимущественно лабораторных условиях.
За рамками настоящей статьи по понятным причинам остались модели, которые на момент подготовки публикации были сняты с производства.
Выбрать и купить генератор сигналов RIGOL несложно, если использовать ресурсы сайта и каталог продукции, предлагаемой магазином.
На сайте Суперайс можно получить консультацию квалифицированных специалистов по любым техническим вопросам и оперативно оформить заказ.
