如何表征數(shù)字寬帶收發(fā)信機(jī)

隨著各種應(yīng)用開始采用相控陣天線，網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)已經(jīng)走上了新臺階，從而滿足尺寸、重量、功率和成本（SWaP+C）要求。為了向更高階段演進(jìn)，天線系統(tǒng)需要可擴(kuò)展的數(shù)字波束賦形和更加豐富的功能來滿足應(yīng)用需求。

新一代射頻前端體系結(jié)構(gòu)需要盡量縮小每個(gè)功能模塊，并用軟件替代一部分硬件，通過集成數(shù)字基帶和數(shù)據(jù)處理要素來減少互連。得益于射頻元器件和數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換器技術(shù)的進(jìn)步，數(shù)字集成射頻前端已成為一種實(shí)用的設(shè)計(jì)體系結(jié)構(gòu)，可以在未來的許多射頻通信和傳感系統(tǒng)中實(shí)現(xiàn)。

數(shù)字射頻跨域測試解決方案具有以下優(yōu)勢：

? 支持新型數(shù)字射頻激勵(lì)響應(yīng)測試

? 表征數(shù)字集成射頻前端的真實(shí)性能

? 展示寬帶收發(fā)信機(jī)的射頻性能

更高的集成度帶來重重挑戰(zhàn)

高度集成的射頻系統(tǒng)具有高速數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換器和大工作帶寬，它們擁有諸多優(yōu)勢（圖1）。但是，它們也在設(shè)計(jì)和性能驗(yàn)證方面給工程師設(shè)置了障礙。工程師需要快速克服這些障礙才能設(shè)計(jì)和構(gòu)建滿足應(yīng)用需求和上市時(shí)間要求、降低成本且具有競爭優(yōu)勢的射頻系統(tǒng)。

圖1. 憑借新的數(shù)字基帶體系結(jié)構(gòu)，集成射頻前端可以采用具有千兆赫采樣率、更高工作頻率和瞬時(shí)射頻帶寬的高速數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換器

挑戰(zhàn)一 更多數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)有待分析

高速數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換器是發(fā)射機(jī)和接收機(jī)中的關(guān)鍵元器件，通常具有較大的信息帶寬?，F(xiàn)代寬帶發(fā)射機(jī)和接收機(jī)將高速數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換器和射頻前端集成到一個(gè)模塊中，避免了對它們單獨(dú)進(jìn)行性能表征。

測試數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換器需要用到射頻測試設(shè)備。射頻前端的測試則需要記錄并分析數(shù)字輸出數(shù)據(jù)比特。針對更大帶寬提高采樣率意味著您需要處理和分析更多數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)。通過記錄數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)來分析接收機(jī)的全部工作射頻帶寬需要花費(fèi)大量時(shí)間。對于具有許多射頻路徑的系統(tǒng)（例如陣列天線中的大規(guī)模多路輸入多路輸出和發(fā)射/接收模塊）而言，這個(gè)過程需要重復(fù)成百上千次，因此很難進(jìn)行完整的表征。

挑戰(zhàn)二 傳統(tǒng)射頻測試工具的局限

射頻信號發(fā)生器和分析儀仍然可用于測試現(xiàn)代發(fā)射機(jī)和接收機(jī)。矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀可以精準(zhǔn)地表征射頻前端和元器件的性能。然而，激勵(lì)響應(yīng)測量和校準(zhǔn)無法再用于測試直接轉(zhuǎn)換數(shù)字和射頻信號的器件。接收機(jī)表征通常有賴于信號發(fā)生器的線性度和信號保真度，以及用戶分析接收到的數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)的能力。盡管發(fā)射機(jī)表征遇到的問題比較少，您仍然需要考慮測量和測試設(shè)置錯(cuò)誤。

挑戰(zhàn)三 高頻率大帶寬下的性能

具有高速數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換器的射頻系統(tǒng)不斷提高工作頻率，在用于Ka、Q 和低 V 頻段衛(wèi)星鏈路時(shí)甚至?xí)M(jìn)入毫米波頻率范圍。這些頻率使用的是分配給最終應(yīng)用的指定信道，但需要在整個(gè)工作帶寬上對設(shè)備進(jìn)行測試。在高頻率大帶寬下，射頻前端的性能越發(fā)會受到頻率的影響。

舉個(gè)例子，在某個(gè)通道中的某個(gè)點(diǎn)上表征的發(fā)射機(jī)性能可能會與同一通道的其他點(diǎn)不同。隨著工作頻率提高，其中的差異變得更加顯著。工程師必須以更高的頻率分辨率進(jìn)行測試，才能準(zhǔn)確了解在更高、更寬頻率下運(yùn)行的器件受到頻率的影響。這種對射頻器件的簡單測試在用于數(shù)字到射頻混合器件時(shí)需要更多操作。

連接數(shù)字域和射頻域的解決方案

是德科技數(shù)字寬帶收發(fā)信機(jī)測試解決方案能準(zhǔn)確表征直接支持?jǐn)?shù)字到射頻的混合器件。這樣能夠揭示現(xiàn)代發(fā)射機(jī)和接收機(jī)射頻前端的真實(shí)性能。

該解決方案由高性能矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀、矢量信號發(fā)生器以及測量和分析軟件（圖2）組成。整個(gè)系統(tǒng)包括用于被測發(fā)射機(jī)和接收機(jī)的可定制數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)和控制接口。測試設(shè)置界面和分析采用新寬帶收發(fā)信機(jī)器件類別和 Device Measurement eXpert（DMX）軟件上的 IQ Waveform Creator，從而將數(shù)字域和射頻域銜接了起來。

圖2. 借助寬帶收發(fā)信機(jī)器件類別，DMX 可以使用 IQ Waveform Creator 上定義的測試信號測試混合數(shù)字到射頻器件。

跨域激勵(lì)與響應(yīng)系統(tǒng)

頻率響應(yīng)是高頻寬帶射頻系統(tǒng)的一個(gè)重要性能特征。這樣一個(gè)系統(tǒng)務(wù)必要保持系統(tǒng)線性度并實(shí)現(xiàn)所需的信號接收和傳輸性能。然而，測量數(shù)字到射頻混合器件的頻率響應(yīng)頗有挑戰(zhàn)。舉個(gè)例子，在接收機(jī)測量中，射頻信號發(fā)生器輸出所需信號，被測接收機(jī)則會接收信號并進(jìn)行數(shù)字化處理。這些任務(wù)由兩個(gè)獨(dú)立的系統(tǒng)完成。

是德科技數(shù)字寬帶收發(fā)信機(jī)測試解決方案將信號生成與射頻儀器有效集成，還將信號接收與被測接收機(jī)有效集成，從而獲得頻譜相關(guān)性。

信號生成和接收過程中的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換具有與采樣周期相同或?yàn)槠湔麛?shù)倍的采樣率，這就形成一個(gè)數(shù)字射頻跨域激勵(lì)響應(yīng)測量系統(tǒng)。該解決方案包括對射頻儀器的線性S參數(shù)進(jìn)行誤差校正和失真誤差校正，從而揭示被測發(fā)射機(jī)和接收機(jī)的真實(shí)性能特征。

快速頻率和響應(yīng)測量

使用頻譜相關(guān)技術(shù)進(jìn)行跨域激勵(lì)響應(yīng)測量主要有以下兩點(diǎn)優(yōu)勢：

? 快速頻率和功率響應(yīng)測量

? 線性和失真表征

多個(gè)頻率分量有助于創(chuàng)建激勵(lì)信號（在發(fā)射機(jī)測試中為數(shù)字信號，在接收機(jī)測試中為射頻信號），從而覆蓋所需的頻率帶寬。這些信號會重復(fù)播放。工程師在同一周期或整數(shù)倍周期內(nèi)不斷獲取響應(yīng)信號，以獲得更好的精確度以及更高的靈敏度和穩(wěn)定性。激勵(lì)信號與響應(yīng)信號之間的關(guān)系支撐了線性相關(guān)的頻率響應(yīng)測量，例如增益平坦度（圖3）和時(shí)延偏差（圖4）。它也支持誤差矢量幅度（EVM）之類的不相關(guān)失真測量。

性能表征與功率的關(guān)系也遵循同樣的原則。在這個(gè)示例中，激勵(lì)信號是一個(gè)頻率分量，其幅度由范圍和步長界定。該解決方案可得出壓縮和飽和性能特征。

圖3. 增益平坦度(幅度偏差)

圖4. 與平均時(shí)延的偏差

數(shù)字寬帶接收機(jī)表征

要想全面了解數(shù)字寬帶接收機(jī)的特性，您需要掌握兩個(gè)領(lǐng)域的知識：模擬信號調(diào)理和具有數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換的數(shù)字信號調(diào)理。然而，這兩個(gè)領(lǐng)域的知識和專業(yè)經(jīng)驗(yàn)通常掌握在不同的團(tuán)隊(duì)手中：高頻射頻設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)和數(shù)字信號處理團(tuán)隊(duì)。

在新的體系結(jié)構(gòu)下，數(shù)字寬帶接收機(jī)融合了這兩方面的功能，您需要掌握這兩個(gè)領(lǐng)域的知識才能進(jìn)行全面的性能表征。是德科技的跨域測試解決方案無需用戶去學(xué)習(xí)復(fù)雜的知識，而且簡化了測量過程。