克斯宽带相位变换器

近日，电科思仪突破关键技术，成功研制出110GHz宽带巴伦，满足用户高速测试需求，产品性能达到业内领先水平。巴伦是一种三端口器件，可将一路信号分成大小相等、振动或波动方向相反（镜像）的两路信号，也可将振动或波动方向相反的两路信号合成一路信号输出，在通信系统、光电系统等多种场景中有广泛应用。随着各场景对高性能宽带巴伦的技术要求不断提高，原有频率上限已不能满足用户需求。为解决这一技术瓶颈，电科思仪集中力量攻关，突破关键技术成功研制出110GHz宽带巴伦，充分满足市场需求。

近年来，作为一种可调控波相位、极化方式、传播模式的超薄声学人工表面结构，声学超构表面(Acoustic metasurfaces)可以实现许多新奇的波控功能，在吸声降噪、医学超声、声波器件、探测、通信等领域展现了广阔的应用前景。然而，绝大多数声学超构表面都面临突出的窄带和功能色散问题，且主动调控的手段也存在功能色散、低可靠性、高系统复杂度和高制造成本等诸多挑战。更重要的是，可重构超构表面虽可保证离散频率下波动功能，但不太可能适用于含多个频率的宽带入射波包。因此，从工程应用的角度来看，声学超构表面亟需实现被动式超宽带、非频变特性，也需更多新的结构形式与调控机理。近期，北京理工大学方岱宁院士和董浩文副教授、香港理工大学成利院士、天津大学汪越胜教授、美国罗文大学沈宸助理教授、青岛大学赵胜东副教授密切合作，并联合德国锡根大学张传增院士、美国杜克大学Steven A. Cummer教授、中科院深圳先进技术研究院郑海荣教授和邱维宝研究员等国内外学者，在超构材料领域取得重要进展。该团队提出了定制化色散的逆向设计方法，利用面投影微立体光刻技术(nanoArch S140，摩方精密)实现了声学超构表面的高精度3D打印，成功构造了消色差声学超构表面，实现了高效、相对带宽为93.3%的声波定向传输、相对带宽为120%的能量聚焦、相对带宽为118.9%的超声粒子悬浮等超宽带声学波束工程，并揭示了超宽带消色差特性的力学机理，为超宽带、高效、多功能超构材料器件提供了新的设计范式，可为先进结构技术与完美波动调控的结合提供系统的理论与方法。该研究以“Achromatic metasurfaces by dispersion customization for ultra-broadband acoustic beam engineering”为题发表于《国家科学评论》(National Science Review, NSR, https://doi.org/10.1093/nsr/nwac030, 2022)。为获得超构表面的定制化色散特性，该研究提出了系统的超宽带消色差 “至下而上”逆向设计框架（图1）。为实现声波异常折射、聚焦和超声悬浮功能，超构表面需分别产生具备线性非色散、非线性非色散、非线性色散特性的三类波束，即：定向传输波束、聚焦束和局域空心束（图1b）。事实上，为实现特定的色散、严苛的相位分布与传输效率，所有超构表面单元必须同时满足特定的等效折射率、相对群延迟以及相对群延迟色散。因此，本研究建立了超构表面单元的“相位-效率-色散”的拓扑优化模型，利用遗传算法完成了超宽带、消色差、高效声学超构表面的逆向设计。图1：超宽带消色差超构表面的逆向设计方法 为证实逆向设计方法的正确性与有效性，本研究首先针对声波异常折射功能，设计出具有非对称局部腔体、弯曲空气通道的超构表面单元（图2a）。在低频宽带范围内(1600-4400 Hz)，优化单元具备恒定的等效折射率与高传输率（图2b, 2c）以及线性非色散特性。值得注意的是，这种拓扑特征与传统的Helmholtz共振腔和迷宫结构非常不同。这种区别意味着超宽带非色散特性无法由单一构型所决定，而需要多种拓扑特征的组合来实现。仿真和实验结果也进一步验证了具有恒定折射角的高效、异常透射功能（图2d，2e）。图2：逆向设计的声学超构表面与其超宽带高效异常波束折射 本研究进一步设计出更复杂的非对称超构表面单元（图3a），其具备超宽带恒定的等效折射率（图3b），且折射率增加的程度逐渐降低；大部分超构表面单元均可保持高于80%的传输效率（图3c）。有趣的是，#4、#5、#6和#7单元具有非常相似的拓扑特征，但#3、#2单元却呈现完全不同的特征，这意味着单一的拓扑构型无法实现超宽带非色散功能。结果表明，优化的超构表面可实现具有恒定焦距、高效、声波聚焦功能（图3d，3e），证实了其超宽带[1000 Hz, 4000 Hz]、消色差特性。图3：逆向设计的声学超构表面与其超宽带高效聚焦 为更进一步展示所发展优化模型与方法的优势，本研究还针对宽低频、高度复杂的色散特性，设计出一系列具有非色散、非线性色散特性的高效超构表面单元（图4a）。通过特定的单元集成方式，构建了含13×13个微米尺度单元(4.2 mm×4.2 mm×1.2 cm,S140，摩方精密，10 μm打印精度)、轻质、超薄的3D声波超表面(5.46 cm×5.46 cm×1.2 cm)。结果表明，超构表面可在[16.5 kHz, 66 kHz]内产生具有恒定悬浮位置的局域空心束（图4e），从而实现了单边、稳定、超宽带的超声悬浮现象（图4f），显著优于目前已知的超声悬浮技术。此外，超构表面的波动功能对热粘滞损耗也具有很强的鲁棒性。图4：逆向设计的声学超构表面与超宽带、单边、稳定的超声粒子悬浮 为揭示超宽带消色差特性的机理，本研究详细地考察了具有线性非色散、线性非色散、非线性色散特性的3个代表性超构表面单元，分析了其相位响应（图5a-5c）、等效阻抗矩阵（图5d-5f）和散射性质（图5g-5i）。结果显示，优化的非对称单元均存在明显的内部共振(internal resonance)，从而有效地补偿了由单个结构块体色散而产生的复杂相移。此外，3种单元也存在一定程度的双各向异性(bi-anisotropy)。更有趣的是，这种优化的超构表面单元还存在显著的多散射效应，可被视为一种新的超构表面设计自由度。 图5：超宽带消色差特性的协同作用机理 针对声波超宽带声束工程，本研究发展了融合相位、幅值、色散、功能的声学超构表面通用逆向设计框架，设计出一系列新型非对称超表面，实现了超宽带、消色差声波负折射、聚焦和超声悬浮三类功能，揭示了超宽带消色差特性的协同作用机理，即：集成的内部共振、双各向异性以及多散射效应。研究可为超宽带、被动式、多功能超构材料的构造提供系统性逆向设计方法，可为2D/3D弹性波/声波超构材料的大规模、集成设计提供重要的理论指导与结构基础。近年来，本团队已提出了多种弹性波/声波超构材料的逆向设计模型，揭示了宽带力学机理，实现了一系列高性能弹性波、声波、水声功能及器件，为超构材料宽低频响应的系统性创新设计提供了解决方案。作者：董浩文

示波器是电子信息工业的基础设备，是应用最广泛的通用电子测试测量仪器，被誉为电子工程师的眼睛，其主要通过采集电路中的电信号并存储和显示，并对信号进行测量、分析和处理，主要用于研发领域。随着电子工业的持续高速发展，信息技术产品的智能化、网络化以及集成化程度逐步提高以及半导体、5G、人工智能、新能源、航天航空及国防等行业驱动，示波器具有良好的发展前景。Mordor Intelligence的数据显示，数字示波器在2023的市场规模达到23.18 亿美元，在2028年将达到28.7586亿美元，在预测期内的复合年增长率为 4.41%。为了满足逐渐丰富的应用场景和市场需求，电子测试测量仪器企业也在不断推陈出新，大部分主流品牌皆有输出，国产方面也多点开花。以下对2023年示波器新品进行盘点，数据主要统计自公开信息，如有遗漏、错误欢迎在留言区补充或邮件（kangpc @instrument.com.cn ）。2023年示波器发布新品速览品牌产品型号国家是德科技UXR-B美国泰克科技4系列B MSO美国罗德与施瓦茨R&S MXO 5德国LecoryWaveMaster 8000HD美国电科思仪4457系列（4457E/F/G/K/EH/FH/GH/KH）中国普源精电DS80000系列中国鼎阳科技SDS800X HD、SDS3000X HD、SDS1000X HD中国鼎阳科技SDS6000 Pro中国玖锦科技PDS6184A中国优利德MSO8000X中国优利德UPO1000X中国麦科信MHO5004中国麦科信STO2002中国麦科信MDO5004中国致远电子ZUS6000中国是徳科技|UXR-B百万级超大带宽高端新品示波器2023年9月，是德科技发布了一款百万级超大带宽高端新品示波器UXR-B。是德科技UXR-B高端示波器整个硬件做了全面加速升级，CPU处理器从I5-3550S升级为I7-9700E，具有8核8线程，内存由16G升级为64G，保证强大的计算处理能力。除此之外，新的UXR-B型号示波器的标配更加强大，标配支持500Mpts内存，波形捕获提升了2.5倍，160MHz带宽的数字下变频（DDC）和实时频谱分析仪（RTSA）加速了无线信号的分析和调试。对于高速数字设计，InfiniiSim Basic去嵌入、PrecisionCable和PrecisionProbe现在是标准配置，这样的组合有助于对信道损耗进行补偿或去嵌。泰克科技|4系列B混合信号示波器（MSO）泰克公司与福迪威公司联合推出4系列B混合信号示波器（MSO），该产品具有多项高级分析功能以及贯穿所有信道的前沿测量性能，可为用户带来丝滑高效的使用体验。泰克4系列B MSO专门面向需要高精度、多功能性和易用性的嵌入式产品设计人员，其带宽为200MHz至1.5GHz，硬件12位ADC, 在高分辨率模式下实现16位的垂直分辨率和6.25GS/s的实时采样率，并可实现与先前版本的4系列同样出色的信号保真度。此外，该产品不仅继承了前代产品备受好评的触控式用户界面，而且对处理器系统进行了升级，用户界面的响应速度可达先前产品的两倍以上，且高级分析功能的运行速度也有明显提升。4系列B MSO具有多达6个输入信道，非常适合执行三相功率分析，且其特有的频谱视图功能可以实现与时域波形同步的多通道频谱分析。除了提升前面板的操作效率之外，经过升级的处理器系统还能够提升远程操作的速度。用户可以使用简单的Web浏览器、专用的TekScope PC端软件或通过自定义编程支持各种通讯接口远程访问和控制4系列B MSO。此外，4系列B MSO还配备了13.3英寸 （1920x1080）高清显示屏，并通过业界领先的光学粘合技术来实现更大的屏幕对比度和可视角度。罗德与施瓦茨|R&S MXO 5示波器罗德与施瓦茨推出了全新的 R&S MXO 5 示波器，提供四通道和八通道模式。这些示波器基于罗德与施瓦茨开发的下一代 MXO-EP 处理 ASIC 技术，该技术在 R&S MXO 4 中首次引入，新的八通道 R&S MXO 5 示波器将测量性能提升到了新的水平。R&S MXO 5是全球首款每秒采集450万次和每秒生成1800万个波形的八通道示波器，极致精确度能够捕获复杂信号细节和偶发事件，在时域和频域中显示了信号活动的更多细节。R&S MXO 5在八个通道上都具有数字触发功能，能够准确隔离小信号异常。45000次每秒快速傅立叶变换(FFT)的性能突破为工程师们提供了极致的频谱信号查看体验，非常适合EMI和谐波测试。R&S MXO 5以超高的采集速度捕获高达99%的实时信号活动，加速信号分析，并能够检测到大多数示波器无法捕捉的罕见随机事件。R&S MXO 5示波器在所有八个通道上提供了标准的500M存储深度，是同类产品存储深度的两倍，可用于大规模数据捕获。R&S MXO 5作为首款具备数字触发功能的八通道示波器，树立了信号分析的新标准。数字触发功能的灵敏度达到0.0001格。R&S MXO 5在时域和频域都表现出色。它是首款每秒进行45000个快速傅立叶变换(FFT)的示波器。并可同时显示四个不同频谱，实现该产品独有的射频信号可见性，这些高级功能均是该产品的标准配置。Lecory|WaveMaster 8000HD高带宽示波器2023年9月5日，纽约Chestnut Ridge,特励达力科今天宣布推出全新 WaveMaster 8000HD 高带宽、高精度示波器 (HDO) 平台，该平台的示波器具有 20 至 65 GHz 带宽、12 位分辨率、高达 320 GS/s 的采样率和业界领先的 8 Gpts存储深度。新型 WaveMaster 8000HD 保留了和其前代一样的无与伦比的验证和调试功能，同时增加了新的 SDA Expert 串行数据分析软件，用于测试下一代串行数据技术。新型 WaveMaster 8000HD 系列高带宽示波器为下一代串行数据技术（如 PCIe 6.0 和 USB4 v2.0）提供卓越的信号表征性能。与前代示波器相比，WaveMaster 8000HD的带宽和采样率增加了一倍多，与竞争对手的示波器相比，提供四倍以上的分辨率和存储深度 — 全带宽和采样率下业界领先的 12 位分辨率以及高达 8 Gpts 的存储深度。12 位分辨率分别为 USB4 v2.0 和 PCIe 6.0 中使用的多级 PAM3 和 PAM4 信号提供了出色的信号表征，8 Gpts 显著增强了链路协商问题的调试。电科思仪|天玑星系列数字示波器产品2023年6月28日，思仪科技在2023MWC上海世界移动通信大会发布并展示了4457系列数字示波器产品，该系列示波器共8个产品型号4457E/F/G/K/EH/FH/GH/KH，模拟通道数4、8个，带宽1GHz、2GHz、3GHz、4GHz，采样率10GSa/s、20GSa/s，垂直分辨率8bit、12bit。4457系列是思仪科技全新推出的天玑星系列数字示波器产品，在通信、工业电子和教育等领域有着广泛的应用。4457系列数字示波器采用AnyAcquire技术，提供更多仪器功能、更快的测试速度和更智能化的操控，为用户提供全新示波器使用体验。具体来讲，一、更多：多合一仪器，为用户提供更多测试功能示波器、实时频谱分析、逻辑分析仪、函数发生器、总线分析仪及数字电压表功能多合一，多达8个模拟通道、16个数字通道，可实现多通道模数混合信号的测试与分析。4457系列示波器还支持眼图与抖动分析、波特图分析、极限模板测试、功率测量与分析、波形录制与回放、参数测量直方图统计等功能，帮助用户轻松应对各种挑战。二、更快：全硬件加速处理技术，为用户提供更快的测试速度4457系列示波器高达120万个波形/秒的波形捕获率，20GSa/s的采样率，极大提高了毛刺和偶发事件捕获的概率；示波器标配了分段存储器采集，即使示波器工作在深度存储模式下，依然可以保持快速的响应速度和屏幕更新率；示波器支持硬件的参数测量功能，支持同时显示20个测量项目的统计分析，全部采集模式下支持全内存自动测量，可提供更加精确的测量结果；示波器采用叠加FFT和数字荧光显示技术使得FFT刷新频率大于40万次/秒，增强查看偶发事件的能力。三、更智能：智能化操控，为用户提供全新使用体验4457系列示波器采用智能化、可视化的区域触发技术，只需在屏幕上观察感兴趣的信号并在它周围绘制一个区域，可以迅速简便地识别想要的触发事件。支持多窗口自由设定，用户可根据观察需求自由对打开的波形窗口进行各种操作。支持快捷栏自由定义，用户可根据自己的使用习惯，将常用功能按键设定为功能区快捷按键。支持智能语音交互，用户可以通过语音向示波器发出指令，从而完成用户想要的操作，解放双手，操作更智能、更便捷。普源精电|DS80000系列数字示波器2023年9月18日，普源精电科技股份有限公司（简称：普源精电）发布公告称，普源精电科技股份有限公司首次正式公开发布13GHz带宽的DS80000系列数字示波器。DS80000系列数字示波器是RIGOL自主研发的第八代数字示波器，基于StationMAX II代平台，实现了最高40GSa/s实时采样率、13GHz模拟带宽。基于RIGOL新一代UltraVision III平台，实现最大4Gpts的存储深度，让DS80000拥有高保真的信号采集能力，并可以在高采样率下采集更长时间的波形。普源精电称，该新产品通过自研核心技术平台，首次实现国产数字示波器产品带宽达到13GHz，具备国内行业技术领先优势和核心技术壁垒。本次推出的DS80000主要对标国外同类产品，包括但不限于是德科技（KEYSIGHT）Infiniium UXR 系列、Infiniium V 系列、 Infiniium S 系列，泰克科技（Tektronix）MSO/DPO70000DX 系列、6 Series B MSO 系列，特励达力科（Teledyne LeCroy）WavePro HD 系列、WaveMaster 8Zi-B 系 列，罗德与施瓦茨（Rohde & Schwarz）R&S®RTP 系列等。鼎阳科技|SDS800X HD、SDS3000X HD及新款SDS1000X HD高分辨率示波器2023年9月26日，鼎阳科技发布两款高分辨率示波器，分别是SDS3000X HD以及新款SDS1000X HD。SDS3000X HD/SDS1000X HD系列示波器全系采用12-bit高分辨率ADC，量化等级高达4096级，高分辨率模式下（ERES）可将分辨率提升至16-bit，配合垂直&水平放大功能，助力用户更完整清晰地观测到波形的细节。比如在LLC半桥式变换电路分析时，需要通过波形观察上管和下管的驱动信号之间存在的死区时间，12-bit示波器还原后的波形细节远比8-bit示波器清晰。SDS1000X HD的ENOB高达8.4-bit，而SDS3000X HD高达8.3～8.6-bit，时间误差、频率杂散都比较小，同时宽带噪声也比较低，能够有效保证测量的精准度。SDS3000X HD最高带宽为1GHz，分辨率为12-bit，高分辨率模式下可达16-bit，波形细节清晰可见，能够观测到微小波形变化；采样率为4GSa/s，存储深度为400Mpts/ch，即使长时间捕获波形，依然不会出现波形失真；Sequence模式下能够实现每秒采集89万个波形，能够在短时间内依据大量波形得出可靠的统计结果，帮助用户快速查找罕见的异常信号，SDS3000X HD不仅支持搜索导航、频率计、万用表、历史模式、区域触发等基本功能，还支持电源分析、波特图、模板测试、混合信号分析等重要功能，能广泛应用在第三代半导体，高精度电源等测试领域。此外，为进一步满足广大用户的需求与期待，鼎阳科技将SDS1000X HD进行了软件与硬件上的升级，SDS1000X HD在保持高性价比与具有诸多基本功能的基础上，诸多指标有一定程度上的提升：采样率将由1GSa/s提升至2GSa/s，波形还原更真实，参数测量更精准；Sequence模式下，波形捕获率最高由400,000wfm/s提升至500,000wfm/s，触发事件的间隔由2.5μs提升至2μs，异常事件捕获概率更高，除此之外，还有部分功能也进行了升级。12月12日，鼎阳科技正式公开发布SDS800X HD高分辨率数字示波器。SDS800X HD系列产品垂直分辨率为12-bit，最高带宽为200 MHz，具有极佳的信号检测和显示能力，波形细节清晰可见，能够观测到微小波形变化，有助于分析信号的细节与特征；采样率为2 GSa/s，存储深度可达100 Mpts/ch，适用于观察分析长时间信号、低频信号和瞬态现象。该系列产品具有丰富的触发功能，包括边沿、斜率、延迟、建立/保持时间和多种总线触发（串行触发），支持嵌入式行业的I2C、SPI、UART协议及汽车行业的CAN、LIN协议的触发与解码，能够准确捕获并直观地将总线的协议信息以表格形式或其他方式显示，稳定进行测试。玖锦科技|PDS6184A高速数字实时示波器2023年12月28日，玖锦科技《信号的复现艺术》主题发布会正式面向全网推出了“守仁”系列产品：18GHz高速数字实时示波器PDS6184A。该款国产自研的高速数字实时示波器产品攻克了三大国际技术壁垒指标：18GHz带宽，80GSa/s采样率和640Gbps高速实时处理算法。玖锦科技PDS6184A高速数字实时示波器是基于超高速数据捕获、校正与实时处理技术及专研ADC技术研制出的一款采样率高达80GSa/s、输入带宽高达18GHz的高速数字实时示波器。PDS6184A具备640Gbps超高速数据实时分析处理能力、高达2Gpts/ch的最大存储深度以及500000wfms/s的最高波形捕获率，能更大程度保留信号的完整性，迎接更复杂的测试及设计挑战，可广泛应用于5G/6G通信与光通信、卫星导航与通信及汽车电子自动驾驶等多领域。优利德|UPO1000X数字荧光示波器、MSO8000X高带宽混合信号示波器UPO1000X系列数字荧光示波器配置100MHz/200MHz 两个级别带宽，实时采样率高达2GSa/s，全系列标配4通道，标配最大存储深度56Mpts，Fast Acquire模式下最高可达500,000wfms/s，硬件实时波形不间断录制和波形分析功能最大达12万幅波形。支持独立的DVM模块，7位数字频率计和拥有丰富的触发功能，可选配全内存硬件实时解码，让协议分析不再成为难题。2023年5月11日，优利德举办了测试仪器新产品发布会，发布了MSO8000X系列高带宽混合信号示波器，分别有带宽4GHz和2.5GHz版本，最高实时采样率20GSa/s。麦科信|MHO5004、MDO5004、STO2002平板示波器麦科信于2023年10月30日推出12位高分辨率示波器MHO系列，并同时发布第五代平板示波器MDO系列。此外，STO2002是一款全新推出的双通道示波器，并且搭配了200MHz的带宽、1GSa/s的采样率、70Mpts的存储深度；支持串行总线触发和解码；具备丰富的测量项和高级数学运算功能；结合 Micsig 独有的触控算法专利技术，以及人性化的操作系统界面，将使用体验做到了极致。在专业级便携平板示波器领域，满足了工程师更多样化的产品需求。致远电子|ZUS6000高精度智能应用型示波器ZUS6000是致远仪器最新推出的采用12bit高速ADC，实现最高1GHz测量带宽，并配备了电源分析、智能硬件时序分析、汽车总线分析、以太网眼图、X-Key等功能的高精度智能应用型示波器。ZUS6000高精度智能应用型示波器可以支持多通道的波形运算功能，提高工程师波形和数据分析效率，并能实现多通道波形的分屏显示，查看更多波形的同时保障细节显示与测量准确。近年来，国产示波器性能进步发展飞快。整体来看，2023年，国产示波器产品买入了新的里程碑。普源精电首先推出了13GHz带宽的示波器，之后玖锦科技又推出18GHz带宽的示波器。而此前，国产示波器最高带宽仅4GHz。国产示波器正逐渐向高端迈进，这主要得益于企业在ADC等核心芯片的不断研发而开花结果。