Misure su sistemi radar e satellitari a banda larga

Transcript

1 Soluzioni per Misure su sistemi radar e satellitari a banda larga Utilizzo di oscilloscopi ad ampia larghezza di banda per misurare e analizzare direttamente le uscite dei trasmettitori Radar e satellitari in banda X, Ku e Ka sino a 32 GHz Nota applicativa Panoramica Una delle più importanti tendenze nel campo delle comunicazioni satellitari e dei sistemi Radar utilizzati nel settore della difesa e aerospaziale è la crescente domanda di maggiore larghezza di banda e guadagno di elaborazione (processing gain). Nei sistemi di comunicazione satellitari è richiesto un aumento della velocità di trasmissione di dati, mentre i moderni sistemi Radar richiedono maggior guadagno di elaborazione per migliorare la risoluzione spaziale, che a sua volta richiede più ampie larghezze di banda di modulazione. I moderni sistemi Radar impiegano anche formati di segnali di modulazione a impulsi più complessi in modo da migliorare la risoluzione spaziale e ridurre le probabilità di intercettazione e l effetto dei disturbi intenzionali (jamming). Molti sistemi Radar e satellitari funzionano su bande di frequenza a microonde (ad esempio bande X, Ku e Ka), che permettono di supportare larghezze di banda di modulazione più ampie, maggiore capacità e offrono anche il vantaggio di poter funzionare con antenne più piccole. In alcuni casi, le ampie larghezze di banda richieste superano le larghezze di banda della sezione a frequenza intermedia (IF) degli analizzatori di spettro RF disponibili sul mercato e degli analizzatori di segnali vettoriali (o FFT). E con frequenze di funzionamento più elevate, gli specialisti RF che collaudano trasmettitori Radar e satellitari devono affrontare una serie di sfide importanti. Problema Misurare in modo rapido, preciso ed economicamente sostenibile le prestazioni dei trasmettitori RF/microonde nelle odierne applicazioni Radar e satellitari non è compito facile. In alcuni casi (come ad esempio, per misurare l ampiezza del vettore di errore (EVM) di un trasmettitore satellitare), l uscita del trasmettitore non può essere sempre misurata direttamente. I progettisti devono spesso fare affidamento su hardware per la conversione di frequenza personalizzati per traslare il segnale RF/microonde a una frequenza intermedia che possa essere misurata con apparecchiature di collaudo commerciali (COTS). Purtroppo, i costi ingegneristici non ricorrenti associati a progettazione, costruzione e collaudo dell hardware possono risultare controproducenti. L hardware per la conversione di frequenza introduce le sue imperfezioni sul segnale RF che possono mascherare le reali prestazioni del trasmettitore RF/microonde in prova. Inoltre, può insorgere della distorsione che contribuisce ad aumentare il valore dell EVM complessivo misurato, rendendo difficile distinguere quale sia la quantità di EVM derivante dall'uscita del trasmettitore. Senza alternative disponibili, molti progettisti RF sono in balia dell incertezza della precisione di misura che deriva da questo approccio non proprio ideale.

2 Soluzione La risposta a questo dilemma consiste nel trovare una soluzione che consenta la misura e l analisi dirette dell uscita del trasmettitore RF/microonde senza dover utilizzare hardware personalizzato per la conversione di frequenza. Una soluzione ideale per questo compito è l oscilloscopio ad ampia larghezza di banda che può misurare e analizzare direttamente i segnali nelle bande X, Ku e Ka (sino a 32 GHz) oggi utilizzate dai trasmettitori Radar e satellitari. L uso dell oscilloscopio ad ampia larghezza di banda non solo elimina i tempi e i costi associati all uso di hardware personalizzato per la traslazione di frequenza verso il basso, ma libera il progettista anche dall'obbligo di dover gestire altri problemi come la taratura dell hardware, le correzioni dei disadattamenti del sistema e le incertezze dei risultati di misura. Altri aspetti delle misure Radar e satellitari a banda larga che solitamente comportano un certo livello di difficoltà ai tecnici RF includono: Creazione di segnali ad ampia larghezza di banda personalizzati/proprietari. Tradizionalmente, la creazione di tali segnali per il collaudo dei trasmettitori risulta difficile poiché spesso non sono supportati dalle apparecchiature commerciali. Di conseguenza, i progettisti si vedono costretti a sviluppare apparecchiature per collaudi su misura, una situazione che comporta costi elevati e tempi di realizzazione più lunghi. Analisi di segnali ad ampia larghezza di banda su misura/proprietari. I formati dei segnali Radar e satellitari possono essere su misura o proprietari e possono richiedere un certo livello di personalizzazione delle analisi. Trovare una soluzione di collaudo commerciale in grado di creare e analizzare segnali su misura/proprietari con software integrato risulta quindi di fondamentale importanza. L oscilloscopio 90000X ad ampia larghezza di banda consente ai progettisti RF di misurare e analizzare direttamente le uscite dei trasmettitori Radar e satellitari a banda larga. Con una vera larghezza di banda analogica sino a 32 GHz, offre precisione di misura in tempo reale per misure dirette delle uscite dei trasmettitori, senza la necessità di hardware esterno per la conversione di frequenza. L analisi nel dominio del tempo può essere eseguita per misurare le caratteristiche RF degli impulsi emessi dal trasmettitore (ad esempio, tempo di salita, tempo di discesa e durata dell impulso). Il generatore M8190A è uno strumento modulare in formato AXIe. È utilizzato per generare le forme d onda a banda larga necessarie per per collaudare i più avanzati sistemi Radar e satellitari. Essendo il generatore di forme d onda arbitrarie di precisione a 1 o 2 canali con una risoluzione del DAC di 14 bit sino a 8 GS/s e 12 bit sino a 12 GS/s (da 2 a 4 bit in più di quanto attualmente disponibile), offre eccellenti prestazioni sulla qualità dei segnali. Il generatore M8190A dispone anche di fino a 2 GSa di memoria per le forme d onda per canale (un miglioramento di 30 volte rispetto ai generatori di forme d onda arbitrarie sul mercato) che consente ai tecnici di costruire scenari prolungati e realistici, come ad esempio le simulazioni radar. Un percorso di uscita con larghezza di banda a 3 db di circa 5 GHz permette di utilizzarlo come generatore di segnali in banda base e a frequenza intermedia. Il generatore di segnali PSG crea segnali di collaudo di elevata qualità. Gli ingressi IQ a banda larga lo rendono ideale per eseguire misure su sistemi Radar e satellitari a banda larga. Quando vengono combinati, i generatori PSG e M8190A offrono la flessibilità necessaria per creare segnali Radar su misura/proprietari e segnali modulati a banda larga (ad esempio, QPSK e 16 QAM) per applicazioni satellitari. Questi segnali possono essere utilizzati per il collaudo di dispositivi in prova (DUT) in laboratorio, senza la necessità di ricorrere a costose apparecchiature di collaudo realizzate su misura. Quando viene utilizzato per il collaudo di componenti, il generatore M8190A crea segnali IQ a banda larga che sono inseriti negli ingressi IQ a banda larga del generatore PSG. Il generatore PSG crea poi il segnale di test a microonde che verrà utilizzato come stimolo per il dispositivo in prova. Successivamente, l uscita del dispositivo in prova viene collegata all oscilloscopio 90000X dove vengono eseguite le misure tipiche dei sistemi Radar e satellitari (Figura 1). Per misurare un singolo trasmettitore, lo specialista RF si limita a collegare l oscilloscopio direttamente all uscita del trasmettitore. Una soluzione di questo tipo viene fornita da Agilent Technologies e comprende l oscilloscopio ad alte prestazioni Infiniium Serie X (90000X), il generatore di segnali vettoriali PSG, il generatore di forme d onda arbitrarie M8190A (AWG) e il software per l'analisi dei segnali vettoriali (VSA). Insieme, queste soluzioni offrono agli specialisti RF le funzionalità e la flessibilità necessarie per eseguire misure a banda larga su sistemi Radar e satellitari. FIGURA 1: Qui viene illustrato un tipico banco di misura usato per creare e analizzare segnali a larga banda per applicazioni Radar e satellitari. In alto a sinistra il generatore di forme d onda arbitrarie M8190A, in basso a sinistra il generatore PSG con ingressi I/Q a banda larga, sulla destra l oscilloscopio a banda larga serie X con il software VSA. 2

3 Misure personalizzate/ proprietarie Creare forme d onda personalizzate/proprietarie ed eseguire misure personalizzate/proprietarie in applicazioni Radar e satellitari è un compito che può essere notevolmente semplificato grazie a MATLAB, che può essere utilizzato per la generazione di segnali per creare forme d onda simulate che possono poi essere scaricate sul generatore di forme d onda arbitrarie M8190A. Nel generatore vengono sintetizzate in forme d onda IQ differenziali e inviate agli ingressi I/Q esterni del generatore di segnali PSG. Quest ultimo genera poi i segnali di collaudo RF/microonde modulati. Le funzioni personalizzate di MATLAB definite dall utente possono essere utilizzate anche all interno dell oscilloscopio 90000X e applicate alla forma d onda della traccia (ad esempio, per calcolare l inviluppo della forma d onda RF a impulsi) in modo che l inviluppo della forma d onda RF a impulsi possa essere misurato e visualizzato. Le misure precon figurate dell oscilloscopio 9000X sono utilizzate per misurare il tempo di salita, il tempo di discesa, la durata dell impulso e l overshoot degli impulsi radar RF (Figura 2). In tal caso, la memoria di acquisizione profonda dell oscilloscopio 90000X (2 GSa) gioca un ruolo fondamentale nel permettere di catturare e analizzare un grande numero di impulsi radar. Forma d onda dell oscilloscopio Funzione MATLAB personalizzata Inviluppo impulsi RF estratto dalla funzione MATLAB personalizzata FIGURA 2: Inviluppo di un segnale RF a impulsi e misure di tempo di salita eseguite sull inviluppo. Spettro con chirp LFM centrato a 10 GHz 2 GHz Traccia elaborata con MATLAB Esecuzione di ulteriori misure dell oscilloscopio Discesa misure dell oscilloscopio preconfigurate sull inviluppo visualizzato Misura tempo di salita degli impulsi RF Fase con chirp La memoria segmentata ottimizza ulteriormente il numero di impulsi radar che possono essere catturati e analizzati con la memoria disponibile nell oscilloscopio. Essenzialmente, permette all utente di ingrandire un impulso e catturare solo il tempo di attività dell impulso, ignorando gli intervalli di assenza dell impulso. Si noti che mentre la memoria segmentata può essere utilizzata con le funzioni MATLAB definite dall utente, questa funzionalità non è disponibile con il software VSA. Facilitare la migrazione all oscilloscopio Mentre l analizzatore di spettro e gli analizzatori dei segnali vettoriali sono stati tradizionalmente utilizzati per il collaudo RF, i problemi nell esecuzione delle misure sui moderni sistemi Radar e satellitari sono diventati di fondamentale importanza per i tecnici RF che sono passati agli oscilloscopi ad ampia larghezza di banda. Fortunatamente, il software VSA di Agilent viene eseguito direttamente all interno dell oscilloscopio 90000X semplificando questa migrazione in quanto offre agli specialisti RF sia la funzionalità e l interfaccia utente di un analizzatore di segnali vettoriali, sia l accesso all ampia larghezza di banda dell oscilloscopio, che permette di eseguire misure su segnali sino Inviluppo ampiezza eventi Ampiezza vs. tempo FIGURA 3: L immagine illustra una misura su un segnale Radar con chirp LFM ad ampia larghezza di banda mediante il software VSA eseguito sull oscilloscopio 90000X. a 32 GHz per applicazioni Radar e satellitari a banda larga. Con la sua interfaccia utente familiare, il software VSA permette ai tecnici RF di specificare i tradizionali parametri RF (ad esempio, span di frequenza e larghezza di banda di risoluzione) sull oscilloscopio. Successivamente, elabora i dati dell oscilloscopio e visualizza i risultati digitalizzati utilizzando le visualizzazioni di ampiezza e fase tipiche dell analizzatore dei segnali vettoriali. Il software VSA può anche eseguire analisi di dominio della frequenza per misurare caratteristiche come spettro 3 6 us 2 GHz Frequenza con chirp RF/microonde, caratteristiche di frequenza e fase (ad esempio, fase e frequenza con chirp o caratteristiche di salto di frequenza visualizzate su uno spettrogramma RF) ed EVM (Figura 3). Inoltre, il software VSA supporta molti standard di segnali e tipi di modulazione per demodulare segnali in formato QPSK, 16 QAM e 64 QAM per applicazioni di comunicazione satellitare e di altro tipo. Questa analisi offre ai progettisti una maggiore visibilità delle reali prestazioni hardware del trasmettitore Radar e satellitare.

4 Esempio: 16 QAM a banda larga Oltre alle misure su sistemi Radar, gli stessi strumenti commerciali possono essere utilizzati per tante altre applicazioni, incluse le comunicazioni a banda larga. Si consideri l esempio di un segnale 16 QAM ad ampia larghezza di banda da 1,76 GHz. È creato e analizzato utilizzando la strumentazione commerciale illustrata nella Figura 1. MATLAB è utilizzato per generare una forma d onda 16 QAM che viene scaricata nel generatore di forme d onda arbitrarie M8190A. Come illustrato nella Figura 4, il software VSA eseguito nell oscilloscopio viene utilizzato per demodulare la forma d onda 16 QAM. Si tenga presente che l EVM è un indicatore di ampiezza e distorsione di fase di un segnale modulato digitalmente. In questo caso, l EVM residuo è approssimativamente 1,17%, che è piuttosto buono per una forma d onda a banda larga modulata a 1,76 GHz in banda X (10 GHz). Al contrario, con gli apparecchi esistenti, l EVM raggiungibile con questa velocità di trasmissione di dati è solitamente pari solo a circa il 2/3 percento, che comporta errori di misura e incertezze molto più elevati. AWG Modulatore IQ analogico Memoria D/A Memoria D/A Modulazione digitale a banda larga: 16 QAM, 1,76 G Sym/s Fs = 7,2 GHz con correzioni di ampiezza EVM = 1,17% FIGURA 4: I quattro quadranti del display VSA mostrano il diagramma di costellazione (in alto, a sinistra), lo spettro in banda X da 10 GHz (in basso, a sinistra), l EVM rispetto al tempo (in alto, a destra) e il sommario EVM in basso a destra. In questo esempio, il valore dell EVM residuale deriva dalle prestazioni della combinazione degli strumenti di misura: generatore di forme d onda arbitrario, generatore PSG con ingressi IQ a banda larga e oscilloscopio digitale da 32 GHz. Sintesi dei risultati L utilizzo di hardware esterno per la conversione di frequenza per misurare le prestazioni di un trasmettitore Radar o satellitare ad ampia larghezza di banda può essere un compito costoso e che richiede tempo. Potrebbe non risultare adeguato per valutare correttamente le vere prestazioni di un trasmettitore RF/microonde. L oscilloscopio Agilent 90000X offre ai progettisti RF una valida alternativa, un mezzo per misurare e analizzare direttamente le prestazioni dei trasmettitori RF/microonde per applicazioni Radar e satellitare. L oscilloscopio può essere combinato con il generatore di forme d onda arbitrarie M8190A e il generatore di segnali PSG, che insieme possono creare e analizzare i segnali di collaudo fisici. Le forme d onda su misura/ proprietarie possono essere generate con 4 MATLAB e scaricate in seguito nel generatore di forme d onda arbitrarie M8190A, combinato con un generatore di segnali PSG per creare il segnale di collaudo. Con l oscilloscopio 90000X, l uscita del trasmettitore può essere misurata mediante il software VSA di Agilent, una funzione MATLAB definita dall utente o mediante le funzionalità di analisi nel dominio del tempo integrate dell oscilloscopio. Con le odierne applicazioni Radar e satellitari che si avvalgono di larghezze di banda più ampie e frequenze superiori, la misurazione diretta e precisa dell uscita del trasmettitore utilizzando l oscilloscopio 90000X è diventata essenziale per approfondire la conoscenza delle vere prestazioni del trasmettitore, risparmiando tempo e contribuendo a ridurre costose attività supplementari di riprogettazione.

5 Applicazioni correlate Misure LTE MIMO, Analisi e collaudo modulazione a livello fisico Prodotti Agilent correlati Oscilloscopio digitale DSOX93204A da 32 GHz con opzioni: 02G, memoria da 2 Gpt/canale 062, MATLAB Standard Digital Package 010, Funzione definita dall utente Generatore di forme d onda arbitrarie M8190A 89601A/AN Software VSA con opzioni: 200, Analisi segnali vettoriali di base 300, Connettività hardware AYA, Analisi modulazioni vettoriali E8267D PSG Generatore segnali vettoriali con opzioni: 520 o 532, Gamma di frequenza da 250 khz a 20 GHz o 31,8 GHz 016, Ingressi I/Q esterni differenziali a banda larga H18, Modulazione a banda larga inferiore a 3,2 GHz Advantage Services di Agilent Advantage Services di Agilent si impegna per il vostro successo, per tutta la durata di vita delle vostre apparecchiature. Per restare competitivi, investiamo continuamente in strumenti e processi che velocizzano la taratura e la riparazione per ridurre i costi di proprietà. Potete anche utilizzare i Servizi Web Infoline per la gestione dell attrezzatura e dei servizi in modo più efficace. Condividiamo l esperienza nelle misure e nella manutenzione per aiutarvi a creare i prodotti che cambiano il nostro mondo. Agilent Electronic Measurement Group KEMA Certified ISO 9001: Per maggiori informazioni sui prodotti, le applicazioni o i servizi di Agilent Technologies, contattate l ufficio Agilent di zona. L elenco completo è disponibile su: Americhe Brasile (11) Canada (877) Messico Stati Uniti (800) Asia Pacifico Australia Cina Corea Giappone 0120 (421) 345 Hong Kong India Malesia Singapore Taiwan Altri paesi regione Asia Pacifico (65) Europa e Medio Oriente Belgio 32 (0) Danimarca Finlandia 358 (0) Francia * *0,125 / minuto Germania 49 (0) Irlanda Israele /544 Italia Paesi Bassi 31 (0) Regno Unito 44 (0) Spagna 34 (91) Svezia Per altri paesi non elencati: Revisione: 8 giugno 2011 Dati tecnici e descrizioni soggetti a variazione senza preavviso. Agilent Technologies, Inc. 2010, 2011 Stampato negli U.S.A., 1 settembre ITE