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宽带无线系统的信号发生与分析

不断提高的雷达分辨率要求、高数据速率的通信、稳定的抗干扰接收,这些当今电子战、军事通信(MILCOMS)、电子智能和寻向系统的要求推动了不断增加的高带宽信号的使用。

        要找到能测试这些不断发展的宽带航空/国防系统的仪器非常具有挑战性。很多这些先进的宽带系统为多通道设计,采用相位阵列天线,需要多端口测试功能。在当前最先进的应用中,同时需要宽带信号的产生和分析,然而这些宽带信号可能是数字形式而非模拟形式。当信号带宽超过200MHz,要为当前的先进RF系统找到有效的测试设备解决方案越来越困难。

        本文中,我们将了解某些独特的测试仪器,这些仪器能解决先进的航空/国防应用的特殊需求。

新架构满足挑战

        过去,这些宽带测试信号需要复杂的、定制的测试仪器。安捷伦公司现在提供的测试设备架构具有实现先进的宽带多端口微波信号发生与分析所需的特性和互联端口。

        为了说明这些问题,让我们从信号发生开始研究一些特定的测试和分析解决方案。

宽带信号源解决方案

        安捷伦Z2090B宽带信号源解决方案利用低相位噪声E8267D矢量信号发生器(PSG)以及高分辨率N6030A任意波形发生器。独特的N6030A在采样率为1.25GS/s下,具有高达15bit的幅度分辨率。

        44GHz PSG和高动态范围的N6030A任意波形发生器配合工作,能针对很多困难的宽带应用提供卓越的性能。

 

图1:Z2090B系统能产生多个调制信号输出
图1:Z2090B系统能产生多个调制信号输出

 

图2:为产生整个频谱环境,可以利用E8276D性能信号发生器对多个N6030A任意波形发生器信号的信号进行上变频处理,来产生不同的频带。
图2:为产生整个频谱环境,可以利用E8276D性能信号发生器对多个N6030A任意波形发生器信号的信号进行上变频处理,来产生不同的频带。

 

图3:安捷伦提供了独特的宽带分析工具,它们都使用强大的89600A矢量信号分析仪软件。
图3:安捷伦提供了独特的宽带分析工具,它们都使用强大的89600A矢量信号分析仪软件。

定相阵列与DF测试

        灵活的定相阵列天线主导了新的设计,很多这类设计的工作带宽很宽。对阵列跟踪数百英里外的目标的能力的测试通常对测试激励提出了很大挑战。这些激励需要在多个通道中精确地定相,以仿真到达波阵面。

        某些智能接收器使用多个相位相关的接收器来确定相对信号发射器的方位角。测试这些系统很困难。它们的宽带设计需要在多个输入端口上精确地输入定相信号以仿真多个发射器的空间位置关系。

        现场测试多端口电子系统的成本通常很高昂,需要多个相隔数百英里的昂贵的无线发射配置或表面设备。

        为满足这种需求,安捷伦Z2090B系统结构是唯一能解决定相阵列和DF设备挑战的系统。结构互联被用来允许多个PSG与多个N6030A任意波形发生器调制。然后,PSG的调制输出可以连接到一个相位一致阵列。这种安排可以综合来自安捷伦Signal Studio调制综合工具中定义的带宽高达1GHz的信号。

        安捷伦Z5623A分布式放大器与普通的10MHz基准信号将信号发生器一起锁定,来产生总相位一致的信号输出。

        系统进一步实现对时间、相位、幅度和频率的完全控制。使任意波形发生器时钟一起同步,允许调制波形的精确定时。

        来自44 GHz E8267D的多个相位一致信号之间的相位偏移通过使用数字综合调制来实现。这允许复杂信号的综合在适当的延时下到达天线端口,来仿真一个到达波阵面。

宽带EW频谱环境

        随着系统从语音转移到需要占用大量带宽的高分辨率视频,军用通信的带宽要求若干年来一直增长。

        航空/国防系统通常工作在一种复杂的RF频谱环境中,干扰信号占用了很多频段。加之数据速率的增长,很多的通信系统采用扩频信号,在极大的频带内跳频来降低被截取的可能性,并改善在杂乱的信号环境中的通信性能。

        产生千兆赫兹的频谱环境来测试这些数据链路的稳定性需要非常高的带宽性能。

        当需要产生这样的测试环境时,多个PSG用N6030A任意波形发生器来调制,能对频率进行偏置来提供连续的信号带宽,采用一个PSG和N6030A系统就可以产生大于1GHz的信号。

        例如,5个PSG和N6030A可以产生高达5GHz的频谱来测试更广的频谱条件。

        而且,N6030A优异的排序功能可以通过对短的重复信号片段排序来产生复杂的信号,不需要大量的信号存储器。这种重要的功能实现了长的或连续产生的宽带频谱环境,不需要太(Tera)字节大小的高速波形存储器。

        此外,N6030A集成了内置的直接数字综合( DDS)功能,在不需要使用额外的存储器条件下扩展仿真功能。Z2090B还能配置来播放从现场获得的宽带信号。MILCOM工程师可以采用Z2090B,利用记录下来的信号或合成信号,来分析系统对多径、干扰的响应。

        先进的工具,如Signal Studio或第三方软件解决方案可以快速、简单地产生复杂多载波频谱环境,包括改变多普勒变换的发射器。

        安捷伦Z2090B系列信号仿真系统提供了用于解决具有挑战性的宽带信号激励所要求的灵活性和性能。

宽带信号分析选项

        产生测试信号和分析宽带调制信号具有很多相同的挑战:带宽、多端口性能、一致性等等。基于这个原因,安捷伦提供了用于宽带系统分析和测试的各种信号分析选项。

一致的接收器阵列测试

        通过比较两个复杂调制信号的到达相位来决定方位角或描述超宽带( UWB)信号的频谱形状,Infiniium示波器提供了各种宽带测试解决方案。

        安捷伦公司的Infiniium 80000B系列示波器采样率高达40 GS/S,提供高达13GHz的分析带宽。而且80000B具有业界最低的背景噪声、最佳的相位噪声性能和平坦的频率响应。

        这些卓越的性能特点允许多通道Infiniium示波器来捕获超窄时域事件和进行RF调制分析。

        VSA 80000A超宽带信号分析仪将Infiniium 80000A示波器与89600A矢量信号分析仪(VSA)软件捆绑。这种强大的组合扩展了Infiniium的测试功能,远远超出了传统的时域测试。VSA软件支持频域频谱测试以及深度的调制测试。

        除了对这些数GHz带宽的信号进行测试之外,高速示波器的多输入端口允许同时进行双通道分析。甚至可以实现跨通道信号分析相关性和相位测试。这些独特的功能对于比较两个不同宽带接收器通道间的相位非常理想。

        VSA 80000A独特的宽带双端口测试功能使其成为先进的宽带多通道系统的一种有效的测试解决方案。

软件无线电

        当考虑到宽带信号分析功能时,或许不会立即想到逻辑分析仪;然而复杂系统越来越多的部分采用快速FPGA处理的软件定义的硬件来实现,这种趋势已经无处不在,越来越多的宽带信号是数字信号。

        安捷伦的分析产品线非常独特,在很多的硬件平台上都有89600A VSA软件。频谱分析仪、示波器和逻辑分析仪都能支持这种强大的分析工具。

        例如安捷伦16800系列逻辑分析仪支持采用89600A VSA软件实现的宽带数字格式调制信号的测试。

        不仅这些高速宽带逻辑分析仪提供一种测试数字信号调制性能的方法,尽管还是以二进制总线格式,89600A软件接口还与Infiniium示波器和传统的矢量信号分析仪设备上使用的相同。

        因此,89600A分析软件可以用于许多不同的信号格式。逻辑分析仪可以在数字I/Q总线上进行调制分析。采用安捷伦公司的FPGA动态探测技术,即使FPGA内的总线信号也可以被探测。

 

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