Comment traiter les interférences sur le terrain grâce à l'analyse spectrale en temps réel

Avec la prolifération de technologies sans fil Utilisés dans les applications commerciales, aérospatiales et de défense, les problèmes d'interférence deviennent de plus en plus courants et graves. Pour en atténuer les conséquences, de nombreux systèmes aérospatiaux et la défense, ainsi que certaines premières conceptions 5G, passent à des fréquences plus élevées, y compris la bande des ondes millimétriques. Cela implique certaines améliorations de conception, telles que l'utilisation d'impulsions radar étroites et de signaux de communication hautement cryptés. Bien que ces techniques et technologies puissent traiter les effets des interférences générées de l'extérieur, elles rendent le dépannage sur le terrain encore plus difficile. Par conséquent, de nouveaux outils et technologies de mesure sont nécessaires pour maintenir efficacement les systèmes mis en œuvre. L'un de ces outils est l'analyse du spectre en temps réel (RTSA), qui est particulièrement efficace pour détecter et surveiller les interférences. Lorsque ces mesures RTSA à grande vitesse et sans interruption sont ajoutées à un analyseur de spectre ou à un analyseur combiné, les équipes de terrain peuvent utiliser un seul instrument pour détecter, localiser et dépanner les interférences. Pour rendre ces fonctionnalités disponibles jusqu'à la bande Ka, Keysight offre désormais la possibilité d'ajouter une analyse de spectre en temps réel (RTSA) à bon nombre de ses analyseurs RF et hyperfréquences portables FieldFox. Ceux-ci fournissent une bande passante maximale en temps réel de 10 MHz dans des gammes de fréquences allant jusqu'à 50 GHz (modèles N995xA et N996xA).

Comment traiter les signaux transitoires actuels

À mesure que la technologie évolue, les difficultés de détection, de techniques évasives et dans les contre-mesures pour le personnel de terrain. Par exemple, la guerre électronique et les systèmes radar deviennent de plus en plus complexes et dynamiques et peuvent couvrir plusieurs kilomètres cubes d'espace aérien au-dessus du champ de bataille. De plus, l'abondance de systèmes de communication à haut débit et multiformats, tels que Wi-Fi, Bluetooth, LTE, etc., augmente la probabilité de problèmes d'interopérabilité. Beaucoup de techniques de signalisation dernière utilisation modulation d'impulsions et ont tendance à éclater, car ils reposent sur une combinaison de faible durée et de faible puissance. Lorsque ces signaux interfèrent avec les systèmes à proximité, le dépannage peut être difficile lors de l'utilisation d'analyseurs de spectre traditionnels, car ils sont particulièrement bien adaptés pour mesurer et détecter des signaux lents et continus, mais ont des difficultés à capturer et à détecter des signaux de durée, de puissance et de comportement imprévisible. À mesure que la complexité et l'agilité du signal augmentent, les techniques de mesure sans interruption telles que RTSA ne se limitent plus à des applications hautement spécifiques et sont de plus en plus largement acceptées. Des instruments tels que les analyseurs portables FieldFox vont encore plus loin en incorporant un analyseur de spectre en temps réel (RTSA), un analyseur de spectre et un analyseur de câble et d'antenne dans une seule unité, éliminant ainsi le besoin d'apporter des instruments séparés sur le terrain. .

Que signifie l'analyse en temps réel ?

L'expression « analyse en temps réel » et les capacités qu'elle implique signifient souvent différentes choses pour différentes personnes. Heureusement, le concept de base est commun et peut être défini comme suit : dans un analyseur de signal ou de spectre avec une section de fréquence intermédiaire (IF) numérique, le fonctionnement en temps réel est un état dans lequel tous les échantillons de signal sont traités pour obtenir un résultat de mesure. Dans la plupart des cas, les résultats sont scalaires (puissance ou amplitude) correspondant aux mesures traditionnelles du spectre. Pour obtenir une bande passante d'analyse en temps réel plus large, des taux de traitement et d'échantillonnage plus élevés sont nécessaires. Ainsi, pour une capacité de calcul donnée, il y aura une bande passante maximale au-delà de laquelle le matériel de traitement du signal ne pourra pas suivre la cadence d'échantillonnage. Un autre terme étroitement lié est la "bande passante en temps réel" (RTBW), qui est la largeur de mesure la plus large à laquelle l'analyseur peut fonctionner en temps réel.

Affichage des informations pratiques

À mesure que les environnements de signaux deviennent plus complexes, il devient de plus en plus important de pouvoir représenter de grandes quantités de données de mesure sur un seul écran. Ceci est essentiel pour les RTSA qui génèrent des milliers de spectres par seconde, bien plus que ce que l'œil humain peut discerner. Par exemple, FieldFox avec RTSA peut produire plus de 120.000 30 spectres par seconde, bien que l'œil humain moyen ne puisse pas en détecter plus de 4000. Ainsi, pour profiter des résultats en temps réel, chaque mise à jour d'écran doit représenter environ 30 XNUMX x XNUMX formes utiles. résultats. Les écrans les plus informatifs ont été créés en compilant des statistiques et en indiquant la fréquence d'apparition d'une valeur de mesure particulière (par exemple, une amplitude particulière à une fréquence spécifique). Un exemple serait l'affichage de la densité, qui est une mesure de spectre améliorée pour montrer la fréquence de l'événement et peut être considérée comme une version inversée de la probabilité. Ces affichages sont codés par couleur ou de force de trace, et une fonction de persistance peut être ajoutée pour attirer l'attention sur des événements plus récents à mesure que les anciennes données s'estompent. Les données de trace (par exemple, la dernière mise à jour d'un écran ou une valeur moyenne) peuvent également être superposées sous forme de trace, tout comme une mesure de spectre traditionnelle. Cette approche permet au personnel de terrain de voir et de se concentrer sur les événements transitoires ou peu fréquents, puis de les séparer des autres comportements. En modifiant les paramètres de persistance et de couleur, il est possible de mettre en évidence certains comportements. RTSA peut également révéler des signaux dans des signaux. Dans un environnement hautement dynamique, il peut être difficile de voir de petits signaux avec de faibles rapports cycliques lorsque le contenu fréquentiel chevauche des signaux plus larges, plus grands ou plus fréquents. Heureusement, l'ajustement du temps de persistance peut augmenter les petites différences qui révèlent des signaux sporadiques. Dans toute situation où les signaux peuvent être séparés par fréquence d'occurrence, cette méthode peut être utilisée.

Apporter de la précision sur le terrain

Chaque pièce d'un kit de terrain doit faire ses preuves - c'est la philosophie de la famille d'analyseurs portables FieldFox de Keysight. Dans des applications telles que les tests de réseaux aérospatiaux/défense, les analyseurs FieldFox aident les ingénieurs et les techniciens à détecter rapidement les problèmes, à localiser leur source (qu'il s'agisse d'un signal interférant
ou défaillance d'un composant) et, après avoir mis en œuvre une solution, vérifiez les performances du système. Les analyseurs offrent des mesures précises des micro-ondes et des ondes millimétriques et possèdent des fonctionnalités clés qui facilitent la maintenance de routine, le dépannage approfondi et toutes sortes d'activités connexes :

• Couverture en fréquence : de 5 kHz à 50 GHz maximum.

• Capacités multiples : testeur de câble et d'antenne (CAT), analyseurs de spectre, analyseur de spectre en temps réel (RTSA), analyseur de réseau vectoriel (VNA), wattmètre, source de signal indépendante, compteur de fréquence, récepteur GPS et bien plus encore.

• Conception robuste : selon MIL PRF 28800 F, classe 2 ; type testé selon IP 53 et MIL STD 810G 511.5, processus 1 (environnements explosifs).

• Idéal pour le terrain : 3,2 kg et autonomie jusqu'à 4 heures. Un analyseur d'interférences intégré permet également l'enregistrement et la lecture des signaux capturés.

FieldFox peut également effectuer des mesures d'impulsions en utilisant le mode analyseurs de spectre et le capteur de puissance de crête USB. Les principales spécifications RTSA de FieldFox sont exceptionnelles lors des tests sur le terrain. Pour la plupart des applications en direct (OTA), la bande passante en temps réel (RTBW) maximale de 10 MHz est plus que suffisante, car les interférences extérieures se situent souvent dans une bande beaucoup plus étroite. Une autre spécification clé est la probabilité d'interception (POI), qui est la durée minimale d'un signal d'intérêt qui peut être détecté avec une probabilité de 100 % et mesuré avec la même précision d'amplitude que lors de l'observation d'un signal CW. Un analyseur FieldFox a une performance de POI <12,2 us et peut détecter des impulsions aussi courtes que 22 ns. Lors de la recherche d'interférences sur le terrain, la plage dynamique et les performances d'émissions parasites sont également des spécifications importantes. La plage dynamique utile est fonction de la compression du gain d'entrée, des performances du préamplificateur et du niveau de bruit du récepteur de l'analyseur. Ensemble, ces facteurs déterminent les niveaux de puissance minimum détectables. La figure 5 illustre les performances des analyseurs FieldFox avec RTSA : le bruit de fond est de -93 dBm, il n'y a pas de parasites et la plage dynamique utile est d'environ 67 dB à une fréquence centrale de 2,45 GHz et une plage de 300 MHz. , FieldFox peut détecter
signaux jusqu'à -150 dBm minimum avec le préamplificateur engagé et les réglages de bande passante de résolution (RBW) étroits.

Améliorer les mesures dans le monde réel

Ces capacités peuvent être appliquées à une variété de situations de mesure réelles, des tests radar et de l'analyse LTE à la surveillance des signaux et à la simulation d'erreurs dans les dispositifs explosifs improvisés (IED). La caractérisation des signaux radar sur le terrain en est un bon exemple. Avec un système de radar pulsé, l'analyseur doit offrir une variété de paramètres de plage et de bande passante de résolution (RBW) pour permettre la mesure de caractéristiques telles que la fréquence de répétition des impulsions (PRF), la largeur d'impulsion (PW), le rapport cyclique et la puissance de crête. Pour les tests OTA, vous avez besoin de fonctions de déclenchement précises qui capturent les impulsions spécifiques d'intérêt. Si FieldFox fonctionne en mode RTSA, l'utilisateur n'a qu'à saisir la fréquence centrale et l'analyseur captera immédiatement le signal pulsé. La largeur d'impulsion et la puissance de crête peuvent être facilement mesurées et l'utilisateur peut ajuster la plage de fréquences pour élargir ou rétrécir le fragment observé. Pour la mesure du rapport cyclique ou de la fréquence répétitive des impulsions (PRF), il suffit de passer en mode course nulle. L'écran du spectrogramme vous permet de voir l'ensemble du train d'impulsions sur une période de temps ; en outre, il est possible de sélectionner un spectre de fréquence individuel (c'est-à-dire une seule ligne de spectrogramme) à afficher sur une trace distincte (Figure 6). Ce type de mesure n'est pas possible avec un analyseur de spectre à balayage ou « instantané ». Si un signal ou une impulsion échoue au test de vérification, la source du problème se trouve généralement dans le système : un module d'émission/réception, un filtre, une antenne ou un câble. Avec son analyseur de réseau vectoriel intégré et ses capacités de testeur de câbles et d'antennes, le même analyseur FieldFox peut être utilisé pour effectuer des mesures de réponse de phase et de perte d'insertion, par exemple pour dépanner des dispositifs suspects au sein même du radar.

Conclusion

Avec la multitude de technologies sans fil disponibles aujourd'hui, nous avons besoin d'outils de mesure avancés pour maintenir efficacement les systèmes commerciaux et aérospatiaux/défense déployés. Dans les analyseurs de spectre portables ou combinés FieldFox, RTSA est particulièrement efficace pour détecter les interférences et surveiller les signaux. Ainsi, le personnel de terrain peut utiliser un seul instrument pour détecter, localiser et résoudre les interférences dans des scénarios allant des tests radar et de l'analyse LTE à la surveillance des signaux et à la simulation des erreurs des IED. Pour plus d'informations: www.keysight.com/find/fieldfox