寬帶無線系統的信號發生與分析測試

電子工程專輯

　　不斷提高的雷達分辨率要求、高數據速率的通信、穩定的抗干擾接收，這些當今電子戰、軍事通信(MILCOMS)、電子智能和尋向系統的要求推動了不斷增加的高帶寬信號的使用。

　　要找到能測試這些不斷發展的寬帶航空/國防系統的儀器非常具有挑戰性。很多這些先進的寬帶系統為多通道設計，采用相位陣列天線，需要多端口測試功能。在當前最先進的應用中，同時需要寬帶信號的產生和分析，然而這些寬帶信號可能是數字形式而非模擬形式。當信號帶寬超過200MHz，要為當前的先進RF系統找到有效的測試設備解決方案越來越困難。

　　本文中，我們將了解某些獨特的測試儀器，這些儀器能解決先進的航空/國防應用的特殊需求。

　　新架構滿足挑戰

　　過去，這些寬帶測試信號需要復雜的、定制的測試儀器。安捷倫公司現在提供的測試設備架構具有實現先進的寬帶多端口微波信號發生與分析所需的特性和互聯端口。

　　為了說明這些問題，讓我們從信號發生開始研究一些特定的測試和分析解決方案。

　　寬帶信號源解決方案

　　安捷倫Z2090B寬帶信號源解決方案利用低相位噪聲E8267D矢量信號發生器(PSG)以及高分辨率N6030A任意波形發生器。獨特的N6030A在采樣率為1.25GS/s下，具有高達15bit的幅度分辨率。

　　44GHzPSG和高動態范圍的N6030A任意波形發生器配合工作，能針對很多困難的寬帶應用提供卓越的性能。
　　　　　　  
　　　　　　　　

　　圖2：為產生整個頻譜環境，可以利用E8276D性能信號發生器對多個N6030A任意波形發生器信號的信號進行上變頻處理，來產生不同的頻帶。 

　　圖3：安捷倫提供了獨特的寬帶分析工具，它們都使用強大的89600A矢量信號分析儀軟件。

　　定相陣列與DF測試

　　靈活的定相陣列天線主導了新的設計，很多這類設計的工作帶寬很寬。對陣列跟蹤數百英里外的目標的能力的測試通常對測試激勵提出了很大挑戰。這些激勵需要在多個通道中精確地定相，以仿真到達波陣面。

　　某些智能接收器使用多個相位相關的接收器來確定相對信號發射器的方位角。測試這些系統很困難。它們的寬帶設計需要在多個輸入端口上精確地輸入定相信號以仿真多個發射器的空間位置關系。

　　現場測試多端口電子系統的成本通常很高昂，需要多個相隔數百英里的昂貴的無線發射配置或表面設備。

　　為滿足這種需求，安捷倫Z2090B系統結構是唯一能解決定相陣列和DF設備挑戰的系統。結構互聯被用來允許多個PSG與多個N6030A任意波形發生器調制。然后，PSG的調制輸出可以連接到一個相位一致陣列。這種安排可以綜合來自安捷倫SignalStudio調制綜合工具中定義的帶寬高達1GHz的信號。

　　安捷倫Z5623A分布式放大器與普通的10MHz基準信號將信號發生器一起鎖定，來產生總相位一致的信號輸出。

　　系統進一步實現對時間、相位、幅度和頻率的完全控制。使任意波形發生器時鐘一起同步，允許調制波形的精確定時。

　　來自44GHzE8267D的多個相位一致信號之間的相位偏移通過使用數字綜合調制來實現。這允許復雜信號的綜合在適當的延時下到達天線端口，來仿真一個到達波陣面。

   寬帶EW頻譜環境

　　隨著系統從語音轉移到需要占用大量帶寬的高分辨率視頻，軍用通信的帶寬要求若干年來一直增長。

　　航空/國防系統通常工作在一種復雜的RF頻譜環境中，干擾信號占用了很多頻段。加之數據速率的增長，很多的通信系統采用擴頻信號，在極大的頻帶內跳頻來降低被截取的可能性，并改善在雜亂的信號環境中的通信性能。

　　產生千兆赫茲的頻譜環境來測試這些數據鏈路的穩定性需要非常高的帶寬性能。

　　當需要產生這樣的測試環境時，多個PSG用N6030A任意波形發生器來調制，能對頻率進行偏置來提供連續的信號帶寬，采用一個PSG和N6030A系統就可以產生大于1GHz的信號。

　　例如，5個PSG和N6030A可以產生高達5GHz的頻譜來測試更廣的頻譜條件。

　　而且，N6030A優異的排序功能可以通過對短的重復信號片段排序來產生復雜的信號，不需要大量的信號存儲器。這種重要的功能實現了長的或連續產生的寬帶頻譜環境，不需要太(Tera)字節大小的高速波形存儲器。

　　此外，N6030A集成了內置的直接數字綜合(DDS)功能，在不需要使用額外的存儲器條件下擴展仿真功能。Z2090B還能配置來播放從現場獲得的寬帶信號。MILCOM工程師可以采用Z2090B，利用記錄下來的信號或合成信號，來分析系統對多徑、干擾的響應。

　　先進的工具，如SignalStudio或第三方軟件解決方案可以快速、簡單地產生復雜多載波頻譜環境，包括改變多普勒變換的發射器。

　　安捷倫Z2090B系列信號仿真系統提供了用于解決具有挑戰性的寬帶信號激勵所要求的靈活性和性能。

　　寬帶信號分析選項

　　產生測試信號和分析寬帶調制信號具有很多相同的挑戰：帶寬、多端口性能、一致性等等。基于這個原因，安捷倫提供了用于寬帶系統分析和測試的各種信號分析選項。

　　一致的接收器陣列測試

　　通過比較兩個復雜調制信號的到達相位來決定方位角或描述超寬帶(UWB)信號的頻譜形狀，Infiniium示波器提供了各種寬帶測試解決方案。

　　安捷倫公司的Infiniium80000B系列示波器采樣率高達40GS/S，提供高達13GHz的分析帶寬。而且80000B具有業界最低的背景噪聲、最佳的相位噪聲性能和平坦的頻率響應。

　　這些卓越的性能特點允許多通道Infiniium示波器來捕獲超窄時域事件和進行RF調制分析。

　　VSA80000A超寬帶信號分析儀將Infiniium80000A示波器與89600A矢量信號分析儀(VSA)軟件捆綁。這種強大的組合擴展了Infiniium的測試功能，遠遠超出了傳統的時域測試。VSA軟件支持頻域頻譜測試以及深度的調制測試。

　　除了對這些數GHz帶寬的信號進行測試之外，高速示波器的多輸入端口允許同時進行雙通道分析。甚至可以實現跨通道信號分析相關性和相位測試。這些獨特的功能對于比較兩個不同寬帶接收器通道間的相位非常理想。

　　VSA80000A獨特的寬帶雙端口測試功能使其成為先進的寬帶多通道系統的一種有效的測試解決方案。

　　軟件無線電

　　當考慮到寬帶信號分析功能時，或許不會立即想到邏輯分析儀；然而復雜系統越來越多的部分采用快速FPGA處理的軟件定義的硬件來實現，這種趨勢已經無處不在，越來越多的寬帶信號是數字信號。

　　安捷倫??89600AVSA軟件。頻譜分析儀、示波器和邏輯分析儀都能支持這種強大的分析工具。

　　例如安捷倫16800系列邏輯分析儀支持采用89600AVSA軟件實現的寬帶數字格式調制信號的測試。

　　不僅這些高速寬帶邏輯分析儀提供一種測試數字信號調制性能的方法，盡管還是以二進制總線格式，89600A軟件接口還與Infiniium示波器和傳統的矢量信號分析儀設備上使用的相同。

　　因此，89600A分析軟件可以用于許多不同的信號格式。邏輯分析儀可以在數字I/Q總線上進行調制分析。采用安捷倫公司的FPGA動態探測技術，即使FPGA內的總線信號也可以被探測。

　　觀察范圍功能將精確的邏輯分析儀的定時信號與示波器信號在單個屏幕上顯示，揭示89600AVSA軟件發現的信號錯誤的精確數字總線狀態。

　　MXA或E4440PSA系列性能頻譜分析儀(PSA)還支持相同的89600A軟件，可以按不同頻率和信號格式對所有的信號格式進行一致的分析。現在，一套分析軟件可以跨越數字和模擬格式轉換來對調制信號進行比較。

　　對于寬帶分析，帶有123選項的PSA頻譜分析儀可以用作寬帶下變換器，其中頻輸出可以利用Infiniium示波器來進行數字化，在3Hz到50GHz的整個PSA頻率范圍內獲得高達230MHz的測試帶寬。

　　其他的外部下變換器可以用于更高的帶寬。這種組合結合89600AVSA軟件，提供了用于寬帶MILCOM信號以及包含復雜脈沖內調制的雷達脈沖描述的測試工具。