заводы изготовителинаши партнерыформа заказа

Agilent. Измерения параметров радиолокационных станций. Заметки по применению

 
Страница: 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10

Измерения анализатором цепей

Режимы измерения анализатора цепей
Перед обсуждением конкретных измерений, выполняемых анализатором цепей, необходимо сначала обсудить различные режимы измерения импульсных ВЧ сигналов.
Анализатор цепей может измерять импульсные ВЧ сигналы, используя либо широкополосный (или с синхронным сбором данных) режим приема или узкополосный (с асинхронным сбором данных) режим приема. Резюме этих режимов дается здесь. (Более детальное обсуждение можно найти в Agilent Application Note 1408-12,Pulsed- RF S-Parameter Measurements Using Wideband and Narrowband Detection, номер публикации 5989-4839EN) [8].

Широкополосный режим приема
Широкополосный прием можно использовать, когда большая часть импульсного ВЧ-спектра находится в пределах полосы пропускания приемника. Его можно считать аналогом режима нулевой полосы обзора у анализатора спектра, как показано на рисунке 33. В этом случае, импульсный ВЧ сигнал будет демодулироваться в приборе, создавая видеоимпульсы, снова аналогично нулевой полосе обзора в анализаторе спектра. Такой прием может быть достигнут с помощью аналоговой схемы или техникой цифровой обработки сигнала (ЦОС). При широкополосном приеме анализатор синхронизирован с потоком импульсов и накопление данных происходит только тогда, когда появляется импульс. Это означает, что должен присутствовать запуск импульса, который синхронизирован с ЧПИ, и по этой причине этот метод называют также синхронным сбором данных.

PNA-X анализатор цепей
 
PNA-X анализатор цепей   Быстрая и точная характеристика пассивных и активных устройств
Проверка S-параметров на импульсных сигналах
Однократное подсоединение активных устройств для проверки, включая коэффициент шума
Проверка преобразователя частоты с коррекцией погрешности
Конфигурации для 2-, 4- и N-портов
Несимметричные и симметричные измерения с истинно симметричным стимулом
Упрощенная калибровка с ECal-модулем

режим широкополосного приема

Рисунок 33 – Режим широкополосного приема (режим синхронного приема) анализатора цепей требует, чтобы основная часть мощности импульса находилась в полосе пропускания приема анализатора цепей. Широкополосный режим может иметь лучший динамический диапазон для сигналов с низким коэффициентом заполнения, но будет ограничен в измеряемой длительности импульсов из-за сужения полосы пропускания


Преимущество широкополосного режима состоит в том, что отсутствуют потери в динамическом диапазоне, когда импульсы имеют низкий коэффициент заполнения (длинный интервал между импульсами). Измерение может длиться дольше, но так как анализатор всегда делает выборку, когда присутствует импульс, то отношение С/Ш всегда постоянно в противоположность коэффициенту заполнения. Недостатком этого метода является более низкий предел измеряемой длительности импульса. Когда длительность импульса уменьшается, энергия спектра расширяется и, как только достаточно энергии оказывается вне полосы пропускания приемника, прибор не может правильно обнаружить импульсы. Другой метод основан на том, что импульсы не могут быть обнаружены, когда они короче времени установления приемника. В случае анализатора цепей PNA-X компании Agilent предел полосы пропускания составляет 5 МГц, что соответствует минимальной длительности импульса приблизительно 250 нс.

Узкокополосный режим приема
В режиме узкополосного приема полоса пропускания приемника анализатора цепей устанавливается такой, чтобы вся мощность сигнала отфильтровывалась, за исключением центральной составляющей спектра, как показано на рисунке 34. Режим узкополосного приема аналогичен режиму линейчатого спектра у анализатора спектра, за исключением того, что анализатор остается настроенным на одну конкретную частоту. Центральная составляющая спектра представляет частоту несущей ВЧ. После фильтрации импульсный ВЧ-сигнал представляет собой синусоидальный или НК сигнал. При узкополосном приеме выборки анализатора не синхронизированы с приходящими импульсами (так что никакого запуска импульса не требуется), поэтому метод также называется режимом асинхронного сбора данных

режим узкополосного приема

Рисунок 34 – Режим узкополосного приема (режим асинхронного приема) анализатора цепей использует узкополосный фильтр, чтобы извлечь только центральную составляющую спектра. Узкополосный режим не имеет ограничений на длительность импульсов


Компания Agilent разработала новый способ достижения узкополосного приема, используя более широкую, чем нормальная, полосу пропускания ПЧ, и уникальный способ формирования нуля в спектре. Этот способ позволяет пользователю обменивать динамический диапазон на скорость с результатом, почти всегда приводящим к более быстрым измерениям, чем полученным без этого способа.

Преимущество узкополосного приема состоит в том, что нет никакого более низкого предела для длительности импульса, поскольку независимо от того, насколько широк спектр импульса, большая часть его, так или иначе, отфильтровывается, оставляя только центральную составляющую спектра. К недостатку узкополосного приема относится то, что динамический диапазон измерения является функцией коэффициента заполнения. Как только коэффициент заполнения импульсов уменьшается (более длительный интервал между импульсами), уменьшается средняя мощность импульсов, приводя к уменьшению отношению С/Ш. Таким образом, динамический диапазон измерения уменьшается по мере уменьшения коэффициента. Это явление часто называют десенсибилизацией импульса. Деградация в динамическом диапазоне (в децибелах) может быть выражена как 20Чlog(коэффициент заполнения). Часть этой деградации можно преодолеть путем сложной обработки сигнала. Прибор PNA X ,например, имеет улучшение динамического диапазона на 40 децибел по сравнению с PNA, когда используется стимул с коэффициентом заполнения 0,001%.

Измерения анализатором цепей
Есть множество измерений и функций индикации, которые анализатор цепей может выполнять, чтобы описать поведение элемента или узла. Эти функции включают вносимые потери, групповую задержку, S параметры, и изменения этих же самых параметров в течение длительного времени. На рисунке 35 показан пример измерения вносимых потерь, выполненного как в узкополосном режиме приема, так и в широкополосном режиме приема на анализаторе цепей PNA-X. Для импульсного ВЧ сигнала с длительностью импульса 1 мкс и ППИ 100 мкс широкополосный способ приема выполняет измерение в 17 раз быстрее. Из-за преимущества в скорости, как правило, предпочитается широкополосный способ, когда это возможно. Однако, как объяснялось ранее, узкополосный режим может быть единственным выбором для измерения узких импульсов с широкой полосой частот.

сравнение вносимых импульсным фильтром потерь

Рисунок 35 – Изображение показывает сравнение вносимых импульсным фильтром потерь при измерениях, использующих в анализаторе цепей PNA-X широкополосный режим в противоположность узкополосному режиму. В этом примере узкополосный режим обеспечивает лучший динамический диапазон, однако который режим лучше, будет зависеть от коэффициента заполнения



влияние коэффициента заполнения

Рисунок 36 - Влияние коэффициента заполнения на динамический диапазон показано путем сравнения широкополосного и узкополосного режимов приема анализатора цепей


С точки зрения динамического диапазона преимущество зависит от прибора и будет функцией коэффициента заполнения. Как можно видеть на рисунке 36, PNA-X имеет исключительные характеристики динамического диапазона для узкополосного приема, основанного на использовании передовых методов обработки. Типы измерений импульсной характеристики анализатором цепей При выполнении измерений анализатором цепей очень важно определить тип измерения, котороенеобходимо выполнить. Подробности о том, как выполнить каждый тип измерения, можно найти в Agilent Application Note 1408-12,Pulsed-RF S-Parameter Measurements Using Wideband and Narrowband Detection, номер публикации 5989 4839EN [8]. Среднее значение в импульсе Измерения среднего значения в импульсе выполняются без использования какого либо запуска или стробирования приемника. Это означает, что приемник измеряет и интегрирует всю энергию от испытуемого устройства (ИУ) во время длительности импульса. В действительности, когда используется узкополосный режим, длительность стробирующего импульса устанавливается равной или больше, чем длительность импульса, как показано на рисунке 37. Использование этого метода усреднения вносимых потерь или групповой задержки дает в результате возможность построить график зависимости длительности ВЧ-импульса от частоты.

анализатор цепей имеет четыре различных варианта
выборки импульса

Рисунок 37 – Анализатор цепей, подобный PNA компании Agilent, имеет четыре различных варианта выборки импульса


Измерения в точке импульса
Измерения в точке импульса обеспечивают пользователю возможность измерять выходной сигнал ИУ в любой момент времени в течение импульса, применяя задержку времени между моментом, когда источник/смещение создает импульс, и моментом, когда приемники начинают получать данные, как показано в верхнем углу рисунка 37. Длительность времени стробирования, за которое энергии импульса разрешено пройти на приемники, также может быть указана, обеспечивая переменное окно интегрирования приемника. Использование этого метода дает возможность построить график зависимости от частоты вносимых потерь или групповой задержки за данный период времени внутри ВЧ-импульса.

Измерения профиля импульса
Профилирование импульса подобно измерениям в точке импульса, за исключением того, что информация измерения показывается во временной области на частоте НК, где ось времени представляет измерение в точке импульса с переменной задержкой во времени (то есть от начальной задержки до конечной задержки). Его можно рассматривать как проведение измерений в точке импульса по всей длительности импульса. У СВЧ-прибора PNA минимальная длительность строб-импульса приемника составляет примерно 20 нс, что дает в результате превосходное разрешение для анализа профиля импульса, как показано в левом нижнем примере рисунка 37. Результаты измерения профиля импульса индицируются как функция времени вместо частоты. Профиль импульса может быть использован для анализа таких явлений, как провалы в импульсе, которые могут вызвать компоненты.

Измерения от импульса к импульсу
Измерения от импульса к импульсу используются для того, чтобы характеризовать как поток импульсов изменяется во времени из-за изменения характеристик ИУ. Например, тепловые воздействия в усилителе могут вызвать уменьшение усиления и сдвиги фазы. Результаты измерения отображаются как зависимость модуля или фазы от времени с каждой точкой данных, представляющей последующий импульс. Точка измерений остается фиксированной во времени по отношению к запуску импульса. Нижний справа пример на рисунке 37 показывает представление потока импульсов, уменьшающихся по модулю из-за снижения усиления в усилителе мощности по мере его нагрева. Импульсы не обязательно должны быть повторяющимися до тех пор, пока имеется соответствующий запуск импульса. Например, измерения могут быть выполнены с различными ЧПИ. Однако измерения от импульса к импульсу возможны только в широкополосном режиме.

Антенные измерения
Характеристики антенны являются критичными для любого радиолокатора. Усиление антенны является важнейшей переменной в уравнении дальности действия радиолокатора и поэтому непосредственно влияет на дальность действия. Усиление антенны определяется как отношение максимальной мощности к мощности от ненаправленной антенны. Оно называется направленностью антенны. Усиление обычно выражается в логарифмических величинах дБи (дБ относительно изотропной антенны) и определяется выражением:
формула

Кроме усиления важно также рассмотреть поляризацию антенн. Поляризации передающей и приемной антенны должны быть согласованы друг с другом, чтобы эффективно преобразовывать сигнал. Типы поляризации включают в себя эллиптическую (наиболее часто встречающуюся), линейную или вертикальную, и круговую поляризации.
Радиолокационная антенна сконструирована так, чтобы формировать направленный луч. Луч не является идеальным и имеет ширину, которая определяется как угол между точками на уровне 3 дБ, как показано на рисунке 38. Ширина не обязательно одинаковая в горизонтальном и вертикальном направлениях. Например следящая антенна может иметь узкий луч, который одинаков как горизонтально, так и вертикально. Однако поисковая антенна может иметь луч, узкий по горизонтальной оси , но больше похожий на веер в вертикальном направлении. Ширину луча важно учитывать нараду с усилением антенны, поскольку они связаны друг с другом. Когда луч сужается, усиление возрастает благодаря большей фокусировке мощности.

важные характеристики антенны можно определить из растрового изображения
антенны

Рисунок 38 – Многие важные характеристики антенны можно определить из растрового изображения антенны


Обычная радиолокация полагается на механические механизмы, чтобы управлять лучом. Современный радиолокатор может использовать электронно-управляемые антенные решетки, которые позволяют значительно увеличить скорость и точность управления лучом. Измерение равносигнального направления (размера предполагаемого угла в сравнении с фактически измеренным углом максимальной мощности) помогает калибровать направление луча. Точность управления антенной будет определять точность, с которой может быть опознано направление на цель.
Боковые лепестки являются нежелательными элементами формирования луча, которые передают энергию в нежелательных направлениях, как показано на рисунке 38. Боковые лепестки обычно являются незначительными, но могут быть измерены по отношению к их теоретическим пределам для данной конструкции антенны. Желательно, чтобы боковые лепестки были маленькими, чтобы избежать ложных отражений от объектов около антенны.
В дополнение к усилению, поляризации, ширине луча, равносигнальному направлению и боковым лепесткам, другие измерения обычно выполняются на антенне, включая частотную характеристику и импеданс.

Сравнение проверки дальнего поля и ближнего поля антенны
Имеется два различных типа конфигураций, которые могут быть использованы для проверки антенн: для дальнего поля и для ближнего поля, как показано на рисунке 39. Каждая из них имеет свои преимущества и недостатки.

проверка дальнего поля и ближнего поля

Рисунок 39 – Антенные измерения могут быть выполнены, используя приближения дальнего поля либо ближнего поля. Проверка дальнего поля проще и быстрее, но требует большой площади. Проверка ближнего поля требует сложных вычислений, может длиться дольше при выполнении, но требует меньше места


Дальнее поле антенны обычно действует на больших расстояниях между источником и приемной антенной. Антенны излучают волну со сферическим фронтом, но на больших расстояниях друг от друга сферический фронт волны становится на раскрыве приемной антенны почти плоским. Антенны должны быть разделены, чтобы моделировать плоский фронт волны для уменьшения ошибок приема. За критерий дальнего поля обычно принимается выражение R > 2D2 / λ, которое допускает изменение фазы на раскрыве проверяемой антенны (ПА) в 22,5 градуса.
Ближнее поле антенны обычно действует на значительно более коротких расстояниях между источником и приемной антенной. Очень близко к плоскости антенны поле является реактивным по природе и ослабевает быстрее, чем в промежуточной зоне. Измерения ближнего поля проводятся в промежуточной зоне, определяемой выражением
λ /2 Π < R< 2 D2/ λ.
Измерения ближнегополя вовлекают большие количества собранных данных и анализов преобразований, чтобы получить результат дальнего поля.

 
Страница: 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10