Между расчётом СВЧ-схемы и измерением её реальных параметров обычно проходят недели: разводка печатной платы, изготовление, монтаж компонентов, отладка. В учебном процессе такой цикл не укладывается ни в одно занятие.
Лабораторный комплекс RF Lab сокращает этот путь: схема собирается из готовых функциональных модулей за несколько минут, а её характеристики можно измерить сразу после сборки. Разберём, из чего состоит стенд, какие задачи он решает и с каким измерительным оборудованием его использовать.
Зачем нужен стенд прототипирования СВЧ-устройств
Проверить идею СВЧ-устройства можно тремя способами. Каждый из них хорошо подходит для своего этапа работы:
| Подход | Сильные стороны | Ограничения |
|---|---|---|
| Моделирование в САПР | Быстрая оценка вариантов схемы, не требует оборудования | Модель не учитывает всех паразитных эффектов и разброса параметров реальных компонентов |
| Макет на печатной плате | Максимально близок к серийному изделию | Изготовление занимает время; изменение схемы требует новой платы |
| Модульный стенд RF Lab | Сборка и изменение схемы за минуты, измерение реальных сигналов | Топология определяется набором модулей; для оптимизации конкретной платы нужен собственный макет |
Модульный стенд занимает промежуточное положение: студент или инженер работает с реальными СВЧ-компонентами и сигналами, но не тратит время на изготовление плат. Это позволяет за одно занятие собрать тракт, измерить его параметры, заменить один из блоков и сравнить результаты.
Из чего состоит RF Lab
Базовый набор измерительного стенда по прототипированию СВЧ-устройств RF Lab включает функциональные блоки, из которых собираются типовые узлы радиоаппаратуры:
| Модуль | Роль в схеме |
|---|---|
| Вводный интерфейсный блок | Подача внешнего сигнала и подключение измерительных приборов к собранной схеме |
| Малошумящий усилитель, усилитель мощности, буферный усилитель | Усиление сигнала на входе приёмника, в выходном каскаде передатчика и развязка каскадов |
| Конвертер частоты и синтезатор на основе ФАПЧ | Перенос сигнала по частоте и формирование сигнала гетеродина |
| Цифровые аттенюатор и фазовращатель | Управление амплитудой и фазой сигнала |
| Банк СВЧ-фильтров | Выделение нужной полосы частот и подавление побочных составляющих |
| Направленный ответвитель с детектором мощности | Контроль уровня мощности в тракте |
Особенности конструкции. Стенд работает в диапазоне от 10 МГц до 6 ГГц. Модули соединяются между собой через разъёмы MMCX, а для подключения приборов используются разъёмы SMA. Каждый блок оснащён собственным микроконтроллером и стабилизатором напряжения, поэтому внешние источники питания не нужны: питание и управление подаются по USB Type-C. Блоки связаны по интерфейсу I2C, и систему можно расширить до 128 модулей. Для анализа данных предусмотрено специализированное программное обеспечение.
Что можно собрать и исследовать
Набор модулей позволяет последовательно пройти путь от отдельного каскада до законченной радиосистемы:
- Приёмный тракт. Малошумящий усилитель, фильтр и конвертер частоты образуют входную часть супергетеродинного приёмника. Студенты измеряют коэффициент усиления тракта и разбирают, почему малошумящий усилитель ставят первым каскадом.
- Передающий тракт. Синтезатор формирует сигнал, аттенюатор задаёт его уровень, усилитель мощности обеспечивает выходную мощность, а направленный ответвитель с детектором позволяет её контролировать.
- Многоканальные системы. Цифровые фазовращатель и аттенюатор используются для изучения принципов управления амплитудно-фазовым распределением, которые лежат в основе фазированных антенных решёток и радиолокационных систем.
Такой практикум подходит для подготовки специалистов в области радиотехники, радиофизики, инфокоммуникационных систем и конструирования электронных средств. Кроме того, стенд удобен для быстрого макетирования на предприятиях: проверить архитектуру тракта на модулях проще, чем сразу заказывать печатную плату.
Каким оборудованием измерять параметры собранной схемы
RF Lab – это конструктор СВЧ-трактов. Для исследования их характеристик нужны источник сигнала и измерительные приборы: генератор, анализатор спектра, измеритель мощности. Чем меньше отдельных приборов на рабочем месте, тем быстрее проходит занятие.
Удачное дополнение к стенду – многофункциональная СВЧ-платформа RF-Bench 6-в-1. Она объединяет в одном корпусе функции генерации и анализа сигналов, измерения мощности, частоты и гармоник, анализа спектра и модуляции. Рабочий диапазон платформы – до 6 ГГц, что совпадает с диапазоном RF Lab. Измерения можно автоматизировать с помощью программного обеспечения.
Как подобрать комплект
Мы поставляем оборудование бренда МИР для учреждений образования и предприятий Беларуси. При подборе стенда прототипирования рекомендуем учитывать несколько моментов:
- Частотный диапазон измерительных приборов должен перекрывать рабочий диапазон стенда – до 6 ГГц.
- Максимальный уровень входного сигнала стенда – 10 дБм. Если генератор может выдать больший уровень, на входе стоит предусмотреть аттенюатор.
- Количество комплектов определяется числом рабочих мест, одновременно задействованных на занятии.
- Можно начать с базового набора и расширять его новыми модулями по мере развития курса.
Частые вопросы
Нужен ли для RF Lab отдельный источник питания?
Нет. Каждый модуль имеет собственный стабилизатор напряжения, а питание и управление подаются через USB Type-C.
Можно ли работать со стендом без внешних измерительных приборов?
Направленный ответвитель с детектором позволяет контролировать мощность в тракте. Для полноценного исследования характеристик схем нужны генератор сигналов и анализатор спектра или многофункциональная платформа, например RF-Bench.
Можно ли расширить стенд после покупки?
Да. Модули объединяются по интерфейсу I2C, и система поддерживает до 128 блоков.
Подходит ли RF Lab для разработки, а не только для обучения?
Да. Стенд удобен для предварительной проверки архитектуры приёмопередающих трактов перед разработкой собственной печатной платы.
Поможем подобрать оборудование для СВЧ-лаборатории
Источники
- Модульные измерительные решения. Измерительные стенды по прототипированию СВЧ-устройств RF Lab
- Форум «Микроэлектроника». Остек-АртТул на выставке форума – представление стенда RF Lab профессиональному сообществу.