是德科技關于數字收發系統(T/R)的數字化趨勢和測試方案介紹

2021-06-26 Keysight
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T/R模塊也稱收發模塊,幾乎應用于所有的電子系統中。無論是軍用雷達系統、衛星通信系統還是地面上常見的無線通信系統,T/R模塊都是最基礎的構成,但是也是影響系統性能的主要部分。傳統的T/R模塊以模擬器件為主,包括變頻器、放大器、濾波器以及移相器、衰減器等類型。隨著電子系統數字化的演進,T/R模塊也從純粹的模擬方式轉向了模擬與數字混合以及高度集成。

圖1. 轉發器框圖


對于測試而言,傳統上一個收發系統的射頻模擬部分和數字基帶部分都是分開進行的。


發射端的混頻器、濾波器和功放,以及接收端的低噪放、混頻器濾波器等模擬器件的特性可以通過矢量網絡分析儀進行測量;數字基帶部分可以通過示波器邏輯分析儀等儀表完成測量;系統的整體收發性能則可以通過信號源以及信號分析儀等設備完成標定。


因此過去的測試方法和設備還是涇渭分明的,射頻歸射頻,數字歸數字。但是隨著系統小型化和功能集成化進一步要求,許多傳統的分立射頻部件變成了小小的芯片,甚至和數字部分的ADC和DAC集成為一個片上系統。這對于測試而言無疑也是一個巨大的變革。


以下圖中的衛星通信系統鏈路為例,射頻與數字高度集成不僅發生在地面站和地面終端側,在傳統上由模擬轉發器主導的衛星載荷側也在悄然發生轉變。隨著5G NTN等新技術賦予了衛星通信更大的應用場景,數字再生技術也成為了越來越熱的話題,進而也強化了數字化T/R在衛星應用上的需求。

圖2. 衛星通信系統鏈路


在雷達相控陣領域,數字T/R的概念更是起源更早,應用更廣泛。數字相控陣具有高集成度、波束控制靈活以及可同時實現多個波束等優點,其基石就是大量高度集成的數字T/R組件。無論是通信收發組件,還是雷達收發組件,其基本的測試需求是相通的。

圖3. 相控陣技術實現方式


對于一個集合了低噪放、變頻器和ADC的接收模塊而言,工程師無法利用熟悉的矢量網絡分析儀對它的噪聲系數、增益和群時延等參數進行測量;對一個集合了DAC、變頻器和功放的發射模塊而言,工程師同樣無法直接利用射頻儀器對它的增益、壓縮等特性直接進行測量。然而這些參數指標,即便對于數字化的T/R而言,其重要性和模擬T/R是一樣的,因此有必要引入數字化的測試方案。


數字發射模塊集成了DAC和射頻模塊,一般通過數字激勵并經過射頻輸出。因此從測試的角度,在硬件上需要為待測件提供標準的數字接口,在軟件方面則需要提供和傳統射頻測試相通的測量算法。Keysight擁有橫跨射頻到數字域的完整產品線,可以為上述測試需求提供完整解決方案。


針對數字發射模塊的測試,可采用信號產生軟件+數字接口卡+射頻信號分析儀的方式進行,系統中包含:

1、自定義信號產生軟件:負責測試所需的激勵信號。

2、數字接口板卡:負責將軟件產生的激勵信號波形文件轉化為物理上的數字信號與待測數字發射模塊的數字輸入端相連。

3、信號分析儀:負責對數字發射模塊的射頻輸出信號進行頻譜、功率以及調制分析。

4、信號分析軟件:測量算法實現。


該系統能夠支持的測試項包括:

針對通信及衛星應用領域的寬帶數字調制下的的EVM測試;寬帶群時延測試;寬帶幅頻、相頻響應;鄰道泄露ACP;噪聲功率比NPR;射頻輸出雜散等;針對雷達脈沖領域的脈沖幅度、頻率、時間域分析;通道間相位特性分析等。


圖4. 數字發射模塊測試


數字接收模塊一般包括射頻前端和ADC部分。和傳統射頻到射頻的測試方法相比,主要區別是如何獲取ADC的數字輸出端信號并進行相應的測量計算。同樣得益于Keysight完整的產品體系,可采用射頻信號源+邏輯分析儀+矢量信號分析軟件的方式組成一個射頻與數字結合的整體測試方案:

1、自定義信號生成:負責產生測試激勵信號給微波矢量信號源。

2、微波矢量信號源:負責產生射頻激勵信號送給數字接收模塊。

3、邏輯分析儀:負責對數字接收模塊的數字輸出信號進行采集分析。

4、信號分析軟件:負責對邏輯分析儀采集到的信號執行測量算法。


該系統能夠支持的測試項包括:

通信及衛星系統模塊的寬帶EVM測試;寬帶群時延測試;寬帶幅頻、相頻響應、噪聲系數等;多通道體制下通道間幅相一致性測量等。

圖5. 數字轉發器接收端測試


數字發射和接收模塊大多最終會作為一個整體進行使用,因此最后一般還需要進行整體測試。


隨著芯片集成度的進一步提升以及系統帶寬、數字接口速率的進一步提高,很多時候甚至無法將數字測試接口和待測件進行快速適配,這往往成為阻礙測試的一個瓶頸。但是數字T/R待測件本身強大的數字處理能力同時又為測試提供了一種可能,利用待測件本身的數字文件輸入輸出功能,我們可以將以軟件為主體的測量算法與之結合起來,構成一個適配能力極強的數字T/R測試平臺。


以數字接收機為例,我們可以利用射頻信號源作為測試激勵信號,利用待測件將響應信號以波形方式導出并送入信號分析軟件進行測量和表征。同理,對于數字發射機的測試我們也可以將測量激勵信號以波形方式注入待測發射機,同時在射頻輸出端利用射頻分析儀進行參數測量。所以從這個角度看,射頻數字化既給測試測量帶來了挑戰,也帶來了革新和融合

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  • zwjiang Lv8. 研究員 2021-07-09
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  • 用戶32866223 Lv4. 資深工程師 2021-07-08
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  • titan Lv8. 研究員 2021-06-29
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