使用示波器解调雷达射频脉冲

分析射频脉冲是脉冲雷达应用中的一个重要方面,此类应用包括空中交通管制 (ATC)、海上雷达或科学电离层测量。脉冲调制分析至关重要,包含用于对应用进行特征校准的重要信息。R&S®RTO 和 R&S®RTP 示波器可以精确触发和分析射频脉冲。本文档介绍了使用 R&S®RTO 和 R&S®RTP 解调射频脉冲以进行进一步测量。

您的任务

您必须测量雷达射频脉冲的频率、调制类型(线性上升/下降、指数、相位)、调频斜率、调制序列、脉冲重复间隔 (PRI) 以及幅度,以确定是否符合要求1)。因此,您需要重复触发脉冲以正确定位脉冲并进行测量。触发脉冲后,您可以解调脉冲(调频或调相)。
1) Richard, Mark (2013): Fundamentals of Radar Signal Processing. 2. Edition: McGraw-Hill Companies(《雷达信号处理基础第二版》)

多个射频脉冲的序列
多个射频脉冲的序列

罗德与施瓦茨解决方案

R&S®RTO 和 R&S®RTP 示波器可以分析频率高达 6 GHz/8 GHz 的射频脉冲。数字触发是用于脉冲分析的重要功能。与模拟触发相比,针对高级触发类型时数字触发的触发灵敏度更高,且没有带宽限制。要分析射频脉冲,必须始终在相对于脉冲的同一位置进行触发。以脉冲群为例,其中脉宽为 25 μs,PRI 为 50 μs(见截图)。通过放大更加详细地显示触发位置 (t = 0 s) 的第三个脉冲。

在此采集示例中,使用宽度触发。触发设置(“使用示波器触发雷达射频脉冲”应用说明,PD 3609.2000.92,罗德与施瓦茨公司)和包络分析(“使用示波器分析射频雷达脉冲”应用说明,PD 5215.4781.92,罗德与施瓦茨公司)在单独文档中进行了描述。水平刻度设置为 14 μs/div,可以捕获三个脉冲以分析调制序列。

现在,脉冲已解调。示例脉冲群为调频脉冲,并使用示波器的自动频率测量功能进行解调。将测量功能与轨迹功能相结合,可以显示相对于时间的频率结果。此方法非常适用于汽车电子雷达等宽带雷达信号。对于载波频率大于占用带宽 (fC >> fB) 的窄带信号(例如 ATC 雷达信号),轨迹功能的噪声过大。此噪声会限制调频斜率测量的准确度,并需要额外降低噪声。

信号降噪并不简单。由于载波频率不断变化,因此无法简单使用带通滤波器。滤波器带宽必须非常大。在传统的相干雷达系统中,收发路径共同使用一个稳定本振。使用示波器时,由于信号不可用,因此无法使用发射本振进行下变频。另一种方法是使用锁相环 (PLL) 1) 解调信号。
1) Richard, Mark (2013): Fundamentals of Radar Signal Processing. 2. Edition: McGraw-Hill Companies(《雷达信号处理基础第二版》)

R&S®RTO 和 R&S®RTP 示波器具有一个基于软件的时钟数据恢复 (CDR) 功能,相当于 PLL。通过自动测量功能,可用数据流来测量脉冲的瞬时频率。启用数据率的轨迹功能时,可以显示相对于时间的瞬时频率(见第一个截图右侧的轨迹 2 (Track 2))。由于使用了数据率功能,所显示轨迹的纵轴单位为每秒千兆位 (Gbps),由于位周期与正弦周期相同,因此相当于 GHz。

图 1(第一个截图上方)显示脉冲群(三个脉冲)中降序-升序-降序线性调频的调制序列。要进行更加详细的分析,可以在放大窗口中使用轨迹上的光标测量调频斜率。这可以测量脉冲相对于时间的频率变化。在给定示例中,降序线性调频的光标结果 1 (Cursor Results 1)(第一个截图右下角)显示 25 μs 时间内频率变化 10 MHz

CDR 设置以解调射频线性调频
CDR 设置以解调射频线性调频

数据率功能需要 CDR 配置。截图显示 CDR 菜单,其中算法设置为 PLL,数据边沿设置为正边沿。将 PLL 定义为二阶,因为只有二阶 PLL 才能正确显示频率 1) 也就是数据率的正确时间轨迹。估计比特率会将标称比特率设置为预期值。

不需要修改滚降系数和同步设置。带宽仅在测量中显得重要。PLL 带宽设置可以在噪声与锁相稳定时间之间进行权衡。较大带宽可以快速稳定,但无法有效衰减噪声,而较小带宽可以有效衰减轨迹噪声,但稳定时间更长。显示的 PLL 带宽设置为 3.8 MHz,轨迹上几乎无可见噪声,并且稳定影响降至最低,提高了调频斜率测量的准确度。

摘要

R&S®RTO 和 R&S®RTP 示波器可以分析达到所用型号最大带宽的射频脉冲。为进行详细分析,R&S®RTO 和 R&S®RTP 精确触发脉冲。可以解调稳定的捕获波形,以分析重要特性,例如调制序列和调频斜率。R&S®RTO 和 R&S®RTP 还可以对脉冲包络进行准确的特征校准(“使用示波器分析射频雷达脉冲”应用说明,PD 5215.4781.92,罗德与施瓦茨公司)。