Ob Broadcast, EMV oder Aerospace & Defense: Analoge Signale für alle Fälle

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1 ALLGEMEINE MESSTECHNIK Signalgeneratoren Signalgenerator R&S SMB100A Ob Broadcast, EMV oder Aerospace & Defense: Analoge Signale für alle Fälle Gute spektrale Reinheit, hoher Ausgangspegel und kurze Einschwingzeiten: Damit setzt sich der analoge Signalgenerator R&S SMB100A in seiner Klasse an die Spitze. Aber nicht nur seine technischen Daten überzeugen, sondern auch seine kompakte Bauform sowie der einfache modulare Aufbau. Der R&S SMB100A im Überblick Der neue analoge Signalgenerator R&S SMB100A (BILD 1) bietet Eigenschaften, die in seiner Preisklasse bislang nicht anzutreffen waren: Weiter Frequenzbereich von 9 khz bis 6 GHz deckt alle wichtigen Frequenzbänder für HF-Applikationen ab Beste spektrale Reinheit in der Mittelklasse sichert hohe Messgenauigkeit in unterschiedlichsten Applikationen Höchster Ausgangspegel in seiner Klasse macht mit seinen Leistungsreserven externe Verstärker überflüssig Sehr schnelle Einstellzeiten für Frequenz und Pegel für schnellen Durchsatz in der Fertigung Einfacher Service vor Ort sichert geringe laufende Kosten sowie maximale Verfügbarkeit des Geräts Großer Temperaturbereich, Betriebshöhe bis 4600 m und schnelle Pulsmodulation für die speziellen Anforderungen bei Aerospace- und Defense-Applikationen Kleine Bauform, geringes Gewicht für geringen Platzbedarf und einfachen Transport Beste spektrale Reinheit in seiner Klasse Phasenrauschen, harmonische sowie nicht-harmonische Nebenlinien und Breitbandrauschen sind die wichtigsten Parameter, wenn es darum geht, analoge Signalgeneratoren in ihren spektralen Eigenschaften zu charakterisieren. Der R&S SMB100A bietet bei allen diesen Parametern sehr gute Werte. Dies ist beispielsweise bei Blocking-Messungen an Empfängern wichtig, bei denen Rauschen sowie nichtharmonische Neben linien gemeinsam die unerwünschte Störleistung im Empfangskanal bilden. Entscheidend für die guten spektralen Eigenschaften des Geräts ist sein HF- Synthesizer, der als DDS-basierter Einschleifensynthesizer realisiert ist. Dank eines neu entwickelten, patentierten Algorithmus zur DDS-Frequenzerzeugung erzielt er spektrale Eigenschaften, die mit herkömmlichen Einschleifen-Synthesizern bislang nicht realisierbar waren. Im Frequenzbereich bis 1500 MHz bietet der Generator beispielsweise typisch 85 dbc Nebenlinienabstand und das bei gleichzeitig besten Phasenrauschwerten (BILD 2). Diese guten Spektraleigenschaften weist er über den gesamten Frequenzbereich auf. BILD 3 zeigt die vereinfachte Architektur eines Gerätes mit der 6-GHz-Frequenz option R&S SMB-B106. Bei handelsüblichen Generatoren werden Frequenzen unterhalb einer bestimmten Frequenzgrenze (typ. 100 MHz bis 250 MHz) von einem sogenannten Down-Konverter erzeugt. Dieser mischt das Signal aus der Frequenzsynthese mit einem festfrequenten Signal (LO) von typisch1 GHz herunter. Das bringt jedoch erhebliche Nachteile mit sich, da die spektrale Reinheit des Signals in diesem Bereich durch das Einseitenband-Phasenrauschen des LO verschlechtert wird. Beim R&S SMB100A wurde stattdessen der Teilerbereich des Geräts bis herunter zu 23 MHz erweitert, darunter erzeugt der DDS-Synthesizer das 18

2 44731/1 BILD 1 Hervorragende technische Daten sowie die Möglichkeit für den Anwender, das Gerät selbst zu warten, machen den R&S SMB100A zum Allrounder. BILD 2 Typisches Einseitenband-Phasenrauschen bei verschiedenen HF-Frequenzen (mit Option Referenzoszillator R&S SMB-B1). SSB-Phasenrauschen in dbc (1 Hz) GHz GHz 1 GHz MHz 10 MHz Frequenz in Hz BILD 3 Vereinfachtes Blockschaltbild der Frequenzerzeugung des Signalgenerators R&S SMB100A mit Frequenzoption R&S SMB-B106. DDS-Modul von Rohde&Schwarz Referenzfrequenz Up- Konverter PLL G 3 GHz bis 6 GHz 9 khz bis 23 MHz 2 N Synthesizer Out 1 9 khz bis 6 GHz Frequenzteiler 19

3 ALLGEMEINE MESSTECHNIK Signalgeneratoren Ausgangssignal direkt. In BILD 4 sind die Vorteile dieses Konzeptes deutlich zu erkennen. Das Phasenrauschen ist auch bei tieferen Ausgangsfrequenzen wesentlich geringer als bei herkömmlichen Konzepten mit Down- Konverterbereich. Damit ist der R&S SMB100A hervorragend als Ersatz für Referenzoszillatoren geeignet oder für alle Applikationen, bei denen ein spektral hochwertiges Signal benötigt wird (z.b. zum Test von A/Dund D/A-Umsetzern). Der DDS-basierte Synthesizer generiert sowohl Frequenz- als auch Phasenmodulation direkt digital. Dank dieses Verfahrens erreicht der R&S SMB100A beste Modulations eigenschaften. Im Frequenzbereich unterhalb 23 MHz generiert er auch die Amplitudenmodulation direkt digital. Seine Amplitudenmodulation ist im Kurzwellenbereich daher präziser, als es mit üblichen Konzepten bislang realisierbar war und erlaubt hochgenaue Messungen an Kurzwellenfunkempfängern (BILD 5). Höchste Ausgangsleistung in seiner Klasse Der R&S SMB100A liefert eine maximale Ausgangsleistung von typisch +25 dbm über den Frequenzbereich von 1 MHz bis 6 GHz (BILD 6). Sein verschleißfreier elektronischer Stufenabschwächer erweitert den Dynamikbereich bis 145 dbm, ideal also für Empfängermessungen. Die Grunddämpfung des Stufenabschwächers verringert jedoch die Ausgangsleistung, weshalb eine nachgeschaltete Breitband-Endstufe im R&S SMB100A diese Einfügedämpfung nicht nur ausgleicht, sondern auch für die sehr hohe Ausgangsleistung am HF-Ausgang sorgt (BILD 7). Die Breitband-Endstufe ist schaltbar und wird nur bei hohen Ausgangspegeln zugeschaltet. Bei geringen Ausgangspegeln befindet sie sich nicht im Signalpfad, da sie sonst durch ihre Rauschzahl den Breitbandrauschabstand des Ausgangssignals verschlechtern würde. Durch ein von der Ausgangsfrequenz und der Endstufen-Temperatur analog gesteuertes Dämpfungsglied vor der Breitband-Endstufe wird die Temperatur-Drift erster Ordnung der Verstärkung der Breitband-Endstufe kompensiert und es ergibt sich so auch bei eingeschalteter Breitband-Endstufe ein sehr stabiler Ausgangspegel. Der Anwender kann somit häufig auf eine zusätzliche externe Endstufe zum Ausgleich von hohen Kabeldämpfungen zum Testobjekt oder zur Ansteuerung eines Leistungsverstärkers verzichten. Eine weitere Besonderheit ist der Überspannungsschutz (Reverse Power Protection) bis 6 GHz im R&S SMB100A. Er besteht u.a. aus einem Paar Begrenzer- Dioden, die eine versehentlich in den HF-Ausgang des Generators eingespeiste HF-Leistung oder einen Spannungs-Transienten begrenzen. Detektiert die Schutzschaltung einen solchen Fehler-Zustand, trennt ein Relais den HF-Ausgang von der Ausgangsbuchse ab. Bei ausgeschaltetem Gerät ist dieses Relais ebenfalls geöffnet und schützt so den Ausgang sicher vor Zerstörung. Kurzdaten R&S SMB100A Frequenz Frequenzbereich Einstellzeit Pegel Pegelbereich Gerade im Labor oder im Service, wo es bei Messungen am Empfangsteil eines Transceivers vorkommen kann, dass dieser versehentlich in den Sendebetrieb versetzt wird, schützt dieser Überspannungsschutz effektiv vor Zerstörung und gewährleistet die hohe Zuverlässigkeit des Generators. Sehr kurze Einstellzeiten für Frequenz und Pegel In automatischen Testsystemen für die Produktion sind besonders kurze Einschwingzeiten der Messgeräte für kurze Messabläufe nötig, um einen hohen Durchsatz zu gewährleisten. Der R&S SMB100A glänzt in dieser Disziplin mit einer mittleren Pegeleinstellzeit von 1,2 ms und einer mittleren Frequenzeinschwingzeit von 1,6 ms. BILD 8 zeigt die Verteilung der Einstellzeiten bei Fernbedienung per IEC-Bus für jeweils zufällige Pegel- und ebenso viele Frequenzwechsel. Die Pegeleinschwingzeit ist definiert als die Zeit, die der R&S SMB100A benötigt, bis sein Ausgangspegel auf 0,1 db Abweichung von seinem Endwert eingeschwungen ist. Dies ist durch Einsatz einer schnellen Pegelregelung und durch die Verwendung von schnellen 9 khz bis 6 GHz <3 ms, typ. 1,6 ms 145 dbm bis +18 dbm (Overrange bis typ. 25 dbm) Einstellzeit <2,5 ms, typ. 1,2 ms Spektrale Reinheit (f = 1 GHz) SSB-Phasenrauschen (Trägeroffset 20 khz, 1 Hz Messbandbreite) < 122 dbc, typ. 128 dbc Nichtharmonische (Trägeroffset > 10 khz) < 70 dbc, typ. 85 dbc Breitbandrauschen (Trägeroffset > 10 MHz, 1 Hz Messbandbreite) < 142 dbc, typ. 152 dbc Modulationsarten AM, FM / ϕm, Puls Schnittstellen IEC (IEEE 488) Ethernet (TCP/IP) USB 20

4 SSB-Phasenrauschen in dbc (1 Hz) R&S SMB100A Generator mit herkömmlichem Synthesizer-Konzept Trägerfrequenz in MHz Pegel in dbm Frequenz in GHz BILD 4 Vergleich des Einseitenband-Phasenrauschens bei 20 khz Offset über der Trägerfrequenz zwischen dem R&S SMB100A und einem Generator mit herkömmlichem Synthesizer-Konzept. 0 1 SA -10 AVG Center 10 MHz BILD 5 Ref 8 dbm *RBW 100 Hz Att 35 db AQT 40 ms 1.5 khz/ Span 15 khz Amplitudenmoduliertes Spektrum bei f = 10 MHz mit geringem Klirrfaktor. A EXT BILD 6 Gemessener maximaler Ausgangspegel des R&S SMB100A. CMOS K (T, f) Schaltbare Endstufe CMOS Relais HF geregelt 0 db, 5 db, 125 db Stufenabschwächer Überspannungsschutz HF out BILD 7 Ausgangsschaltung des R&S SMB100A BILD 8 Statistik der Pegel- und Frequenzeinstellzeiten von jeweils Messungen Anzahl Messungen , ,5 3 Frequenzeinstellzeit in ms Anzahl Messungen , ,5 Pegeleinstellzeit in ms 21

5 ALLGEMEINE MESSTECHNIK Signalgeneratoren CMOS-HF-Schaltern möglich. Diese sehr zuverlässigen HF-Schalter weisen kein langes Pegeleinkriechen auf, wie dies von GaAs-Schalter bekannt ist. An seinem Ausgang Signal Valid signalisiert der Generator zusätzlich, dass sein Einschwingvorgang abgeschlossen ist. Mit diesem Signal lässt sich unmittelbar die Messung des Messobjektes triggern und gewährleistet somit schnellstmögliche Testabläufe. Für sehr zeitkritische Anwendungen bietet der R&S SMB100A serien mäßig den List Mode, in dem er mittlere Einschwingzeiten von 650 μs erreicht. Einfacher Service vor Ort Bei der Entwicklung des R&S SMB100A wurde besonders auf hohe Zuverlässigkeit und einfachen Aufbau geachtet. Der Generator ist deshalb aus lediglich vier Modulen aufgebaut (BILD 9): 1. Netzteil 2. Rechner-Modul mit allen digitalen internen und externen Schnittstellen 3. Fronteinheit mit Display, Tastatur und Drehgeber 4. HF-Board mit kompletter HF-Messtechnik Sollte das Gerät doch einmal fehlerhaft sein, so erleichtert der übersichtliche Aufbau das Lokalisieren des defekten Moduls. Der integrierte Selbsttest, der die Gerätefunktionen überprüft, hilft bei der Fehlersuche. Ein Modultausch ist dank der einfachen Montage vor Ort möglich und gewährleistet damit minimale Ausfallzeiten und eine hohe Verfügbarkeit des Generators. Nach dem Modultausch ist das Gerät sofort wieder einsetzbar, da Ersatzbaugruppen bereits werkseitig komplett vermessen und abgeglichen sind. Das zusätzliche externe Justieren von Parametern ist nicht weiter notwendig, ein einfacher Funktionstest reicht in der Regel aus. Der Anwender selbst kann den Signalgenerator kalibrieren, empfohlen sind Kalibrierintervalle von drei Jahren. Um höchste Pegelgenauigkeit nach einem Servicefall zu erhalten, ist mit einem an den Generator angeschlossenen Leistungsmesskopf R&S NRP-Z92 eine vollautomatische Pegelkorrektur durchführbar (BILD 10). * Spezielle Anforderungen für Aerospace und Defense Nicht nur dank seines geringen Gewichts und seiner kompakten Bauform ist der R&S SMB100A für den mobilen Einsatz in Aerospace- und Defense-Anwendungen geeignet. Vielmehr lassen seine besonders robuste Konstruktion sowie das großzügig dimensionierte Netzteil und die von der Gerätetemperatur gesteuerte Kühlung den Betrieb bis 4600 m über NN und einen Betriebstemperaturbereich von 0 C bis 55 C zu. Der integrierte hochwertige Pulsmodulator mit Anstiegs- und Abfallzeiten von typ. <10 ns ist in dieser Geräte klasse außergewöhnlich und normalerweise nur in deutlich höheren Preisklassen zu finden. In BILD 11 ist als Beispiel die Signalamplitude eines 20 ns dauernden Pulses bei 6 GHz dargestellt. Außer dem sehr sauberen Verlauf stimmt auch die Pulsdynamik mit einem Ein/Aus-Verhältnis von typ. 90 db. Dank seines schnellen internen Pulsgenerators, der außer einfachen Pulsen auch Doppelpulse erzeugen kann, eignet sich der R&S SMB100A auch bestens für den Einsatz in Radar-Applikationen. * Verfügbar ab Januar 2008 über Firmware- Update. Kleine Bauform, geringes Gewicht Mit seiner kompakten Bauform von 344 mm 112 mm 368 mm beansprucht der Generator nur wenig Platz auf beengten Labor- oder Service tischen. Bei seiner handlichen Größe und dem geringen Gewicht von nur 5,3 kg ist er besonders gut auch für den mobilen Einsatz geeignet. Vielfältige Fernsteuermöglichkeiten Das speziell für den R&S SMB100A entwickelte Rechner-Modul beinhaltet als Standard bereits die in der Messtechnik übliche IEC-Bus-Schnittstelle sowie je eine USB- und LAN-Schnittstelle. Somit lässt sich der Generator einfach in das jeweilige Setup integrieren. Wer den R&S SMB100A über die LAN- Schnittstelle von seinem Computer aus bedienen möchte, kann dies über einen gewöhnlichen Web-Browser oder über die mitgelieferte Software VNC (Virtual Network Computing) tun. Fazit Der R&S SMB100A ergänzt das Portfolio an analogen Signalgeneratoren von Rohde&Schwarz. Neben dem bereits auf dem Markt etablierten analogen High- End-Signalgenerator R&S SMA100A bietet Rohde&Schwarz nun auch im analogen Mittelklassebereich ein Gerät an, das durch sein attraktives Preis/ Leistungs- Verhältnis überzeugt. Der Generator besticht durch hervorragende spektrale Reinheit, sehr hohe Ausgangsleistung, kurze Einstellzeiten sowie durch seine kompakte und robuste Bauweise. Günther Klage; Dr. Joachim Danz 22

6 BILD 9 Der R&S SMB100A ist servicefreundlich aufgebaut, er besteht aus nur vier Modulen / /9 BILD 10 Der R&S SMB100A führt mit angeschlossenem Leistungsmesskopf R&S NRP-Z92 eine automatische Pegelkorrektur durch. * Weitere Informationen, Broschüre und Datenblatt unter (Suchbegriff: SMB100A) Ch 1 Anstieg 3,128 ns Ch 2 Abfall 2,225 ns BILD 11 Signalamplitude eines 20 ns breiten Pulses bei 6 GHz mit 0 dbm Pegel. 23 H 10,0 ns / Div