使用示波器解调雷达射频脉冲

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》）

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。本文以脉冲串为例，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。示例脉冲串为调频脉冲，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 (f_C >> f_B) 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，可用数据率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）显示脉冲串（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。

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，并且稳定影响降至非常低，提高了调频斜率测量的准确度。

总结

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。示波器可以解调稳定的捕获波形，以分析调制序列和调频斜率等重要特性。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）。