wersja mobilna
Online: 469 Niedziela, 2016.12.11

Technika

Wydajny analizator szerokopasmowych sygnałów o nośnej do 26,5 GHz

środa, 01 kwietnia 2015 12:07

PXIe-5668R to wektorowy analizator sygnałów (VSA) o paśmie o szerokości 765 MHz, oferujący najlepszą w swojej klasie jakość i szybkość wykonywania pomiarów. Urządzenie spełnia wymagania stawiane przez nowoczesne systemy komunikacji bezprzewodowej, dzięki czemu znajduje zastosowanie przy charakteryzacji zintegrowanych obwodów częstotliwości radiowych (RFIC), testach stacji radiolokacyjnych (radarów), monitorowaniu widma lub rozpoznaniu radioelektronicznym.

PXIe-5668R łączy w sobie unikalną kombinację atrybutów, którymi są jakość pomiaru RF, jego prędkość i możliwość łatwej konfiguracji. Dysponując najlepszym w branży zakresem dynamiki i szerokością pasma, urządzenie to jest idealnym rozwiązaniem dla wymagających systemów pomiarowych w działach R&D.

Szybkość działania PXIe-5668R umożliwia zastosowanie go także do testów produkcyjnych. Istotną częścią wektorowego analizatora sygnałów jest programowalny w LabVIEW układ FPGA Xilinx Kintex-7, dzięki któremu można modyfikować funkcjonalność sprzętu poprzez dodanie procedur wyzwalania lub przetwarzania sygnałów.

Wydajność pomiarów częstotliwości radiowych

PXIe-5668R jest analizatorem sygnałów działającym w oparciu o szybką transformatę Fouriera (FFT), odpowiednim zarówno do profesjonalnej analizy widmowej, jak i wektorowej analizy sygnałów. Zapewnienie niskiego szumu fazowego, niskiego poziomu szumów oraz wysokich punktów przechwytu drugiego i trzeciego rzędu wpływa pozytywnie na zakres dynamiki, niezbędny w przypadku systemów odpowiedzialnych za pomiar współczynnika przesłuchu w kanale sąsiednim (ACLR) lub badanie harmonicznych i poziomu zakłóceń. Tabela 1 przedstawia typową charakterystykę pracy urządzenia PXIe-5668R dla częstotliwości środkowych 1 i 20 GHz.

PXIe-5668R osiąga bardzo dużą chwilową szerokość pasma dzięki użyciu wbudowanego przetwornika o próbkowaniu 2 GS/s. Tak jak przedstawiono, urządzenie charakteryzuje się chwilową szerokością pasma wynoszącą 320 MHz dla częstotliwości środkowych niższych niż 3,6 GHz oraz do 765 MHz dla częstotliwości środkowych w przedziale od 3,6 do 26,5 GHz.

Zakres dynamiki

Rys. 1. Zakres dynamiki urządzenia PXIe-5668R dla częstotliwości 20 GHz

Wysoki zakres dynamiki urządzenia PXIe-5668R daje możliwość dokładnego przeprowadzenia pomiarów w zakresie badania zniekształceń intermodulacyjnych (IMD), mocy w sąsiednim kanale (ACP) czy mocy wektora błędu (EVM). Na rysunku 1 przedstawiona jest charakterystyka zakresu dynamiki urządzenia obrazująca szum i liniowość w funkcji wzmocnienia.

Wysokie parametry liniowości i poziomu szumu są niezbędne podczas pomiaru IMD i ACP. W rzeczywistości, wielkością najlepiej przedstawiającą zdolność urządzenia do przeprowadzenia tych pomiarów jest punkt przechwytu trzeciego rzędu (IP3). PXIe-5668R charakteryzuje się wielkością IP3 na poziomie lepszym niż +23 dBm przy tłumieniu 0 dB. Co więcej, wykorzystanie narzędzi programowych NI obsługujących standardy bezprzewodowe w połączeniu z urządzeniem PXIe-5668R pozwala na testy urządzeń wykorzystujących między innymi technologie GSM/EDGE, UMTS/HSPA+, LTE/LTE Advanced, Bluetooth oraz 802.11a/b/g/n/p/ac.

Duża chwilowa szerokość pasma

Tabela 1. Typowa charakterystyka pracy PXIe-5668R

PXIe-5668R charakteryzuje się chwilową szerokością pasma 320 lub 765 MHz, w zależności od wybranego zakresu częstotliwości. Możliwość badania tak szerokiego pasma w czasie pojedynczej akwizycji jest przydatna podczas testów komunikacji bezprzewodowej lub pomiaru impulsów radarowych. W trakcie charakteryzacji szerokopasmowych sygnałów wielkościami takimi jak EVM, chwilowa szerokość pasma urządzenia musi być większa niż szerokość pasma sygnału.

Przykładowo technologie bezprzewodowej transmisji danych (na przykład standard IEEE 802.11ac) wymagają chwilowej szerokości pasma na poziomie 160 MHz do przeprowadzenia pomiaru EVM. Co więcej, wymagania widmowej maski emisji takiego sygnału definiują zakres ±240 MHz od częstotliwości środkowej, dając łączną szerokość pasma na poziomie 480 MHz. PXIe-5668R może przeprowadzić akwizycję sygnału o szerokości pasma 765 MHz, co z zapasem spełnia powyższe wymagania.

Duża przepustowość urządzenia PXIe-5668R jest idealna przy wykonywaniu dokładnych pomiarów impulsowych; należy jednak podkreślić fakt, że duża chwilowa szerokość pasma - większa od szczeliny emisji - pozwala również na szybsze pomiary widmowe.

Elastyczność

Rys. 2. Możliwość przeprowadzenia analizy widma w czasie rzeczywistym daje unikalne możliwości w zakresie wizualizacji wyników

Ważną cechą analizatora sygnałów radiowych PXIe-5668R jest elastyczność umożliwiająca łatwą konfigurację. Architekturę urządzenia współtworzy programowalny w LabVIEW układ FPGA, dzięki któremu można zaimplementować dowolne algorytmy przetwarzania sygnałów bezpośrednio na urządzeniu.

Wykorzystując przykładowy kod w LabVIEW, można skonfigurować urządzenie tak, by pełniło funkcję analizatora widma w czasie rzeczywistym (RTSA). Dzięki funkcjonalności RTSA można badać widmo w dużym zakresie szerokości pasma z zachowaną ciągłością pomiaru w dziedzinie czasu (rys. 2).

Wykorzystanie modułowej architektury urządzenia w połączeniu z dodatkowym mieszaczem i modułem dyskretyzatora daje zestaw obsługujący tryby wielokanałowego odbioru. PXIe-5668R jest w stanie współdzielić sygnał pochodzący z lokalnego oscylatora (LO) i inne sygnały taktujące z pozostałymi modułami i umożliwia osiągnięcie zgodności faz pomiędzy wszystkimi kanałami częstotliwości radiowych.

Ta zgodność faz w pracy wielokanałowego odbiornika jest istotna podczas testów radiopelengatorów, urządzeń wykorzystujących wiele nadajników i odbiorników (MIMO) oraz procesów kształtowania wiązki.

Architektura

Rys. 3. Uproszczony schemat blokowy urządzenia PXIe-5668R

PXIe-5668R ma dwie odrębne ścieżki sygnału, zapewniając duży zakres chwilowej szerokości. W ścieżce dolnego pasma (poniżej 3,6 GHz) urządzenie korzysta z konstrukcji trójstopniowej superheterodyny z opcjonalnym przedwzmocnieniem. W ścieżce górnego pasma, powyżej 3,6 GHz, preselekcja zachodzi dzięki wykorzystaniu dwustopniowej konstrukcji z filtrem (YTF) sterowanym granatem itrowo-żelazowym (YIG).

PXIe-5668R jest wyposażone w kilka dodatkowych funkcji podnoszących wydajność pomiaru w dolnym paśmie (PXIe-5668R). Rysunek 3 przedstawia uproszczony schemat blokowy. Można zauważyć, że użycie 30-decybelowego przedwzmacniacza redukuje istniejący w urządzeniu poziom szumu w przypadku pomiaru słabych sygnałów.

Na rysunku 3 można również zauważyć dwa górnoprzepustowe filtry przed pierwszym mieszaczem. Ich górne częstotliwości odcięcia wynoszą odpowiednio 1350 i 2200 MHz. Filtry te można zastosować do tłumienia bazowej częstotliwości pasm stosowanych w telefonii komórkowej (około 1 GHz). Dzięki użyciu filtrów wzrasta dokładność pomiaru drugiej i trzeciej harmonicznej odpowiednio dla częstotliwości ok. 2 i 3 GHz.

W górnym paśmie, w zakresie częstotliwości 3,6-26,5 GHz, filtr YTF działa na zasadzie preselektora - jest to domyślne ustawienie umożliwiające przeprowadzenie pomiarów widmowych. W celu wykonania wektorowej analizy sygnału w szerokim paśmie, wyłączenie filtra pozwoli na wykorzystanie pełnej szerokości pasma, którą dysponuje urządzenie - 765 MHz.

Konfigurowalna struktura obsługująca częstotliwości pośrednie

Połączenie dyskretyzatora charakteryzującego się częstotliwością próbkowania wynoszącą 2 GS/s z mieszaczem o elastycznej strukturze obsługującej częstotliwości pośrednie umożliwia przeprowadzenie dokładnej analizy widmowej oraz szerokopasmowej, wektorowej analizy sygnału.

Przykładowo, użycie wąskiego filtra analogowego 300 kHz usprawni pomiary wymagające dużego zakresu dynamiki - takimi są badania ACLR lub dwusygnałowych zniekształceń intermodulacyjnych (IMD). Na potrzeby wektorowej analizy sygnału można wyłączyć filtrowanie p.cz. w celu otrzymania nominalnych szerokości pasm wynoszących 320 lub 765 MHz, w zależności od częstotliwości środkowej.

Elektronika analogowa dyskretyzatora PXIe-5624R jest zoptymalizowana pod architektury oparte na odbiornikach superheterodynowych. Urządzenie to ma wewnętrzny cyfrowy mieszacz (DDC) konwertujący sygnały o częstotliwościach pośrednich do postaci sygnałów kwadraturowych. W rezultacie, PXIe-5642R może być częścią wektorowego analizatora sygnałów PXIe-5668R lub zostać użyte jako samodzielny dyskretyzator częstotliwości pośrednich.

Podsumowanie

Moduł PXIe-5668R jest urządzeniem o wysokiej wydajności, idealnym dla szerokiego zakresu zastosowań. Połączenie doskonałej charakterystyki analogowej, dużej szerokości pasma i rozległych możliwości konfiguracji pozwala na przeprowadzenie wymagających pomiarów, począwszy od badania ACLR, poprzez weryfikację pracy radaru, a skończywszy na monitorowaniu widma.

National Instruments Poland Sp. z o.o.
poland.ni.com