Bestimmte Anwendungen von gepulster, Mikrowellen- und Millimeterwellen-HF stellen Entwickler von Radar und elektronischer Kriegsführung vor Messprobleme aufgrund der Notwendigkeit großer Analysebandbreiten sowie ihres Wunsches, einen signifikanten Zeitraum der Aktivität des Systems zu bewerten. In diesem Artikel werden wir uns ansehen, wie man segmentierten Speicher in Breitbandoszilloskopen verwendet, einschließlich der Verwendung von Impulsanalysesoftware, um diese Probleme zu lösen. Außerdem werden wir uns mit dem Anwendungsbereich Radar und elektronischer Kampfführung in Bezug auf Pulsamplituden-, Frequenz- und Phasenmessung befassen, sowie wie die Genauigkeit optimiert werden kann.
Wenn direkte Digitalisierungstechniken verwendet werden, um die Vorteile der Amplituden- und Phasenflachheit bei gepulsten HF-Messungen zu erzielen, wie beispielsweise bei der Verwendung bestimmter Breitband-Oszilloskope, verbraucht die Hochgeschwindigkeits-Abtastmethode sehr schnell Speicherplatz. Daher werden die Notwendigkeit eines "segmentierten Speichers", in dem die interessierenden Signale in Speichersegmente platziert werden, und Zeiten, in denen diese Signale nicht vorhanden sind, vom Empfänger ignoriert.
Die Rolle des segmentierten Oszilloskopspeichers beim Erreichen von Langzeiterfassungszielen in gepulsten HF-Anwendungen
Betrachten wir das Beispiel eines gepulsten HF-Signals mit einer Trägerfrequenz von 15 GHz und einer Modulationsbreite von 2 GHz. Das Oszilloskop muss schnell genug abtasten, um das modulierte 15-GHz-HF-Impulssignal verarbeiten zu können. Dies erfordert eine Abtastrate von mindestens ~2,5 x 16 GHz oder 40 Gmu/s. Um etwas Headroom über die 2-GHz-Trägermodulation hinaus zu haben und um einen Bandbreitenabfall des Oszilloskops zu vermeiden, können wir als nächsthöhere Abtastrate 80 Gmu/s wählen, das Maximum des Oszilloskops, für die Erfassung mit einer Bandbreite von 33 GHz. in dem alle Abtastwerte unabhängig von den vorhandenen Signalen in den verfügbaren Speicher gelangen, bei einer maximalen Rate von 80 Gmu/s eines Oszilloskops mit einer Bandbreite von 33 GHz und unter Verwendung der verfügbaren Speichertiefe von 2 Gpts, würden wir eine Erfassungszeit von 25 ms erhalten: ( 2 Gmu) / (80 Gmu/s) = 25 ms Betrachten Sie nun eine Impulsfolge mit einem Impulswiederholungsintervall von 100 us (bei einer Impulswiederholungsrate [PRI] von 10 kHz) und einer Impulsbreite von 1 us.
Die entsprechende Oszilloskoperfassung würde gemäß der folgenden Formel etwa 250 Impulse umfassen: (25 ms) / (100 us/Impuls) = 250 Impulse Mit dem segmentierten Speicher des Oszilloskops kann die Anzahl der erfassten Impulse dramatisch ansteigen. Im segmentierten Speichermodus können Segmente definiert werden, die etwas länger als der größte erfasste Impuls sind. Beispielsweise können wir ein 1,2 us breites Segment verwenden, um 1 us-Impulse zu erfassen. Die segmentierte Speichererfassung kann so konfiguriert werden, dass sie 1,2-us-Segmente umfasst, wenn eine Speichertiefe von 96.000 Punkten und 32.768 Segmenten gewählt wird.
Die Berechnung der erforderlichen segmentierten Speichertiefe ist sehr einfach, wenn man davon ausgeht, dass die Abtastrate 80 Gmu/s beträgt und wir eine Segmentlänge von 1,2 us wollen: (80 Gmu/s) x (1,2 us) = 96.000 Samples Drücken Sie jetzt die „Einzelner“ Erfassungsknopf erfassen wir 32.000 Impulse und speisen sie in 32.000 Segmente ein, was 3,3 Sekunden Zielaktivität entspricht. Die segmentierte Aufnahme ist in Abbildung 3 zu sehen, die ein gepulstes HF-Signal mit einem 15-GHz-Träger und einer linear fluktuierenden 2-GHz-FM-Frequenzmodulation zeigt Beachten Sie, dass es eine Wiedergabeschaltfläche gibt, mit der Sie alle 32.000 Segmente wiedergeben können. Beachten Sie auch, dass die Statistiken aus den 32.000 erfassten Impulsen berechnet werden.
Verbesserte Puls-/Radarmessungen mit der Kombination aus segmentiertem Oszilloskopspeicher und Pulsanalysesoftware
Der segmentierte Speicher kann durch eine Signalanalysesoftware gesteuert werden, so dass eine statistische Pulsanalyse an mehreren im segmentierten Speicher erfassten HF-Pulsen durchgeführt werden kann. Diese Analyse kann an digital herunterkonvertierten Oszilloskop-Samples durchgeführt werden, bei denen das Format jetzt Basisband-I/Q ist und die Messung auf die Mittenfrequenz eingestellt wurde und ein Frequenzanalyse-Oszilloskop ausgewählt wurde, das etwas breiter als die Spektralbreite des ist Signal. Auf diese Weise kann die Verarbeitungsverstärkung das Rauschen in der Messung reduzieren. Nach der Rauschunterdrückung können viele Messungen an den I/Q-Daten vorgenommen werden, einschließlich der Entwicklung von Amplitude, Frequenz und Phasenverschiebung während eines HF-Impulses. Abbildung 4 zeigt ein Beispiel für diese Art von Messung; Es analysiert die Speichersegmente 3, 4 und 6 sowie die darin enthaltenen Impulse. In diesem Beispiel wird die Änderung der linear schwankenden Frequenz in FM über den Verlauf des HF-Pulses gemessen und mit einer idealen linearen Rampe verglichen (siehe Mitte rechts). Die Differenz zwischen dem gemessenen Impuls und der idealen geraden Rampe wird berechnet und angezeigt (horizontale Kurve mit Rauschen). Wir sehen also, dass die gemessene Rampe und die Referenzrampe kaum Unterschiede aufweisen.
Die Fehlerspur wird mit einer Skala von 1 MHz/Div und einer Spitzenabweichung von etwa 500 kHz gezeigt, und der quadratische Mittelwert (RMS) des Frequenzfehlers in der Tabelle unten rechts zeigt einen Frequenzfehler von etwa 300 kHz. In ähnlicher Weise wird die Phasenverschiebung entlang eines Impulses mit der idealen parabolischen Phasenverschiebung (siehe oberes rechtes Feld) verglichen, die für lineare FM-Driftmodulation in Radarimpulsen charakteristisch ist. Es ist möglich, in die gemessene Verschiebung und ihre Referenz hineinzuzoomen, um zu sehen, wie weit ein Zielsystem von seinem Ideal abweicht. In der Tabelle von Abbildung 4 sehen wir eine Spitzenabweichung von etwa +8 und -5 Grad und einen Phasenfehler RMS von 2 Grad.
Der spektrale Inhalt des HF-Pulses ist in der Mitte links zu sehen; in der oberen linken Tafel ist eine Ansicht der Amplitude der HF-Puls-Hüllkurve; Schließlich zeigt das untere linke Feld die Differenz zwischen der gemessenen Amplitudenhüllkurve und dem idealen direkten Referenzsignal. Schließlich ist es möglich, eine statistische Analyse der gemessenen Parameter in der Anzahl der in den Segmenten erfassten Impulse durchzuführen. In Abbildung 5 sehen wir die statistische Analyse in der Pulstabelle basierend auf 1.000 erfassten Speichersegmenten. Bei der direkten Erfassung breitbandiger gepulster HF-Signale kann die erforderliche Abtastrate die Erfassung vieler Impulse erschweren, da der verfügbare Erfassungsspeicher schnell erschöpft ist.
Mit segmentiertem Speicher können Sie dieses Problem jedoch umgehen, indem Sie HF-Impulse in Speichersegmenten erfassen und dann die Erfassung während „ruhiger“ Zeiten ausschalten, bis der nächste HF-Impuls auftritt. Die Pulsanalysesoftware kann eine segmentierte Speichererfassung steuern und die erfassten Signale digital in Basisband-I/Q-Daten herunterkonvertieren. Auf diese Weise wird die Messung effektiv auf eine bestimmte Trägerfrequenz abgestimmt.
Es ist praktisch, wenn der Frequenzbereich etwas höher ist als das zu testende Signal, wodurch das Rauschen reduziert und die Genauigkeit der Messung erhöht wird.
Die Systemvalidierungszeit wird verkürzt, indem die Eigenschaften des real gemessenen Pulses in Bezug auf Amplitude, Frequenz und Phase mit idealen relativen Referenzsignalen verglichen werden können. Dadurch können Probleme bei der Signalerzeugung und der Systemleistung identifiziert werden.
