| Страница: 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 |
Встроенные измерения
Современные анализаторы спектра включают много встроенных функций и возможностей, которые могут упростить и расширить измерения параметров радиолокаторов. Здесь освещены некоторые из этих особенностей.Мощность в канале
Функция мощности в канале предназначена для измерения средней мощности в заданном диапазоне частот. Это обычное измерение, которое часто используют для измерения различных типов сигналов. Анализаторы спектра используют различные методы для проведения измерений мощности в канале. Наиболее общим и обычно наиболее точным путем является использование метода интегрирования полосы частот. Анализатор, по сути, интегрирует мощность, когда он проходит разверткой через заданную полосу частот интегрирования. Обычно для измерения используют усредняющий детектор анализатора. Для лучшей точности РПП должна быть небольшой по сравнению с полосой частот интегрирования. Однако это не имеет значения, если условия для линейчатого спектра или спектра импульса выполняются. Примеры измерений мощности в канале у радиолокационного сигнала показаны на рисунке 20.
Радиолокатор с линейной ЧМ
8-разрядный код Баркера
Рисунок 20 – Измерение мощности в канале у радиолокационных сигналов, выполненные анализатором
спектра. Результаты эквивалентны средней мощности
Измерение мощности в канале может быть особенно полезным для импульсов с модуляцией, линейной ЧМ, или более сложных импульсов, которые изменяют свою ЧПИ или длительность импульса. Спектры этих сигналов более сложные и в результате мощность не может быть легко получена из спектра, как было объяснено выше для простого ВЧ импульса. Рисунок 20 показывает измерение мощности в канале для простого радиолокатора, радиолокатора с линейной ЧМ и радиолокатора с кодированием импульсов. Заметьте, что форма спектра не длиннее формы простой затухающей синусоидальной функции, поскольку модуляция в импульсе доминирует в формировании спектра.
Занимаемая полоса частот
Измерение занимаемой полосы частот (ЗПЧ) автоматически вычисляет полосу частот, в которой содержится указанный процент мощности. Чаще всего ЗПЧ сигнала определяется, основываясь на полосе частот, содержащей 99 % мощности сигнала, как показано на рисунке 21.
Рисунок 21 – Это пример измерения занимаемой полосы частот анализатором спектра PSA. Полоса частот, в которой содержится 99,00 % мощности сигнала, автоматически измеряется и сообщается
Мощность пачки импульсов
Измерение мощности пачки импульсов является автоматическим измерением с нулевой полосой обзора. Вместо того, чтобы интегрировать мощность в частотной области, как это сделано при измерении мощности в канале, при измерении мощности пачки импульсов интегрируют мощность за определенный временной интервал или стробирующий импульс, что по существу эквивалентно измерениям стробированного значения мощности, обсужденным ранее на ваттметре. Часто для этого измерения используют запуск мощности пачки импульсов, имеющийся у некоторых анализаторов спектра, подобных PSA, который автоматически находит и запускает пачку импульсов, как показано на рисунке 22. Это измерение может быть очень полезным для радиолокации, поскольку является прямым измерением среднего значения мощности импульса. Однако его ограничения такие же, как для нулевой полосы обзора: разрешающая способность полосы пропускания фильтра должна быть шире по отношению к занимаемой сигналом полосе частот.
Рисунок 22 – Это пример измерения мощности пачки импульсов на анализаторе спектра PSA. Мощность пачки импульсов и длительность импульса автоматически измеряются в режиме нулевой полосы обзора
Измерение анализатором векторных сигналов
В отличие от анализатора спектра, анализатор векторных сигналов собирает информацию о фазе и модуле измеряемого сигнала и использует эту информацию для выполнения более точного анализа. Обычно анализаторы векторных сигналов являются очень гибкими и могут выводить результаты во временной, частотной и модуляционной областях. (Более подробную информацию о том, как работает анализатор векторных сигналов, смотри в Agilent Application Note 150 15, Vector Signal Analyzer Basics, номер публикации 5989-1121EN) [6].Анализатор векторных сигналов не делает развертки по широкому частотному диапазону подобно анализатору спектра. Большинство анализаторов векторных сигналов работают путем настройки на требуемую частоту, согласования сигнала по уровню и форме, преобразования вниз по частоте, перевода в цифровую форму и обработки сигнала. Некоторые анализаторы векторных сигналов пропускают каскад аналогового преобразования вниз и прямо переводят в цифровую форму видеосигнал, ПЧ- или даже ВЧ-сигнал после согласования.
Основным ограничением анализатора векторных сигналов является его полоса частот анализа (иногда упоминаемая как информационная полоса частот или полоса частот БПФ). Чтобы должным образом проанализировать сигнал, фактически вся мощность сигнала должна содержаться в пределах полосы частот анализа прибора. Полоса частот анализа анализатора векторных сигналов обычно диктуется аналогоцифровым преобразователем (АЦП), частотой выборок и законом Найквиста. Предел динамического диапазона анализатора обычно ограничен количеством разрядов АЦП, хотя эффективное количество разрядов может незначительно изменяться между приборами с одинаковой разрядностью цифрового сигнала, в зависимости от качества АЦП, изощренности методов подмешивания случайных сигналов, коррекции изображения, и методов избыточной дискретизации.
Имеется множество решений для анализа векторных сигналов, доступных с изменяющимися ограничениями характеристик и выбором оптимального решения по полосе частот, чувствительности, памяти и частотному диапазону. (Смотри краткий обзор изделий Agilent: Hardware Measurement Platforms for the Agilent 89600 Series Vector Signal Analysis Software, номер публикации 5989-1753EN). Многие из современных приборов имеют двойные функциональные возможности и работают в качестве анализатора спектра и анализатора векторных сигналов, как в случае с Agilent PSA серией и MXA, или в качестве осциллографа и анализатора векторных сигналов, как в случае с Agilent VSA80000 серией. Программное обеспечение Agilent VSA также может быть расширено, чтобы работать с логическими анализаторами при анализе сигналов в цифровой форме или работать в программе моделирования окружающей среды, такой, как Agilent ADS или MATLAB ®.
В разделе ниже объясняется, как анализатор векторных сигналов измеряет спектр мощности импульсных ВЧ-сигналов, а затем обсуждаются другие полезные для АВС измерения, такие, как характеристики во временной области, измерения с выборкой по времени, свободные от пропусков или вечные измерения и спектрограммы. Также даются примеры измерения линейности у радиоимпульсов с линейной частотной модуляцией и кодированных импульсов радиолокационных сигналов более сложных форм. Более глубокое обсуждение передовых измерений для АВС радиолокаторов можно также найти в материалах Agilent 2004 Aerospace Defense Symposium в статье Advanced Pulse Stability, Clutter Cancellation Ratio, and Impairment Testing Using a Vector Signal Analyzer as a Flexible Ideal Receive (включена в Agilent A/D Symposium CD, номер публикации 5989-6075EN)[7].
Измерение спектра радиолокационных сигналов анализатором векторных сигналов
Анализатор векторных сигналов вычисляет спектр, выполняя БПФ. Анализатор будет вычислять БПФ любой части сигнала, находящейся в пределах его временного окна измерений. Поэтому лучшим способом достигнуть хороших результатов в спектре импульсных ВЧ-сигналов является включение множества импульсов в окно измерений, чтобы вычисление БПФ захватило повторяющиеся характеристики сигнала, как показано на рисунке 23. Однако одной из привлекательных возможностей анализатора векторных сигналов является то, что он может выполнять анализ одиночных кадров. Это может быть очень полезным для радиолокации, так как это дает анализатору возможность анализировать одиночные импульсы или переходные процессы, как на рисунке 24. Ясно, однако, что природа вычисления БПФ должна быть понята, чтобы полностью оценивать результаты, показываемые анализатором.
Рисунок 23 – Измерение радиолокационного импульса анализатором векторных сигналов, показывающее спектр и вид во временной области
Рисунок 24 – Анализатор векторных сигналов имеет возможность обеспечить анализ спектра одиночного импульса
Основополагающим в БПФ является предположение, что сигнал во временной области, используемый в вычислениях, повторяется. Если выбрать однократное временное событие и использовать его для вычисления с помощью БПФ результирующего спектра, то результат в действительности будет спектром повторяющейся версии события, как показано на рисунке 25.
Рисунок 25 – Анализ с помощью БПФ, сделанный анализатором спектра или анализатором векторных сигналов предполагает повторяющийся сигнал. Для минимизации эффекта разрывов в сигнале используется взвешивающая функция
Взвешивающая функция анализатора векторных сигналов
С анализатором векторных сигналов каждое обновление измерения выбирает во времени часть сигнала и использует его для вычисления БПФ. Проблема состоит в том, что последовательные выборки во времени могут начаться и закончиться в точках сигнала, различных по уровню напряжения. Так как БПФ предполагает, что сигнал повторяется, в результате появляются разрывы (внезапные изменения напряжения). Эти разрывы будут проявляться как расширение спектра. Для того, чтобы смягчить эту проблему, анализатор векторных сигналов использует взвешивающую функцию, которая действует на форму сигнала для минимизации разрывов (подробнее смотри Agilent Application Note 150-15,Vector Signal Analysis Basics, номер публикации 5989-1121EN) [6]. Даже при том, что взвешивающая функция изменяет форму сигнала во времени, ее форма (обычно окно Гаусса или Хенинга) разработана так, чтобы иметь минимальное влияние на спектральный результат. Однако она может оказывать некоторое влияние на точность спектра. Обычно доступны различные типы взвешивающих функций, чтобы попеременно использовать их для достижения цели в точности частоты, точности амплитуды или чувствительности.
Импульсные сигналы или пачки импульсов имеют преимущество в том, что начало и конец окна измерений обычно можно установить так, чтобы это окно попадало между импульсами в момент отсутствия сигнала и, таким образом, исключало разрывы. У большинства радиолокационных сигналов есть дополнительное преимущество, поскольку они имеют тенденцию к собственному кадрированию из-за симметрии сигналов. Поэтому лучшие результаты для радиолокационных сигналов достигаются при использовании постоянной взвешивающей функции, которая не изменяет форму сигнала во временной области.
Рисунок 26 показывает пример спектра радиолокатора с линейной частотной модуляцией при двух различных взвешивающих функциях. Взвешивающая функция Гаусса в этом случае фактически искажает спектр, так как импульс появляется близко к началу временного окна измерения, где взвешивающая функция больше влияет на сигнал. То же самое измерение, использующее постоянное окно, дает намного лучший результат.
Рисунок 26 – Сравниваются измерения параметров радиолокатора, сделанные на АВС с различными взвешивающими функциями, постоянной (слева) и Гаусса (справа). Взвешивающая функция Гаусса искажает спектр, так как импульс появляется близко к началу временного окна измерения. Поскольку импульсные сигналы радиолокатора кадрируются сами, то для лучшей точности должна использоваться постоянная взвешивающая функция
| Страница: 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 |