векторный генератор сигналов что это

Как выбрать генератор сигналов Rohde&Schwarz?

Как выбрать генератор сигналов?

Выбор генератора сигналов всегда зависит от применения. Важные критерии включают частотную область, диапазон уровней, спектральную чистоту, доступные модуляции (аналоговые, цифровые) и функциональные возможности для добавления определенных помех в сигналы (шум, моделируемое многолучевое распространение). Давайте разберемся, в каких случаях следует выбирать тот или иной тип генератора сигналов.

Генератор сигналов формирует электрические сигналы с определенной временной характеристикой. В зависимости от типа генератора сигналов получаемые сигналы могут варьироваться от простых синусоидальных, пилообразных и прямоугольных форм сигналов до аналогово-модулированных сигналов, таких как АМ, ЧМ и ФМ, и даже сложных сигналов с цифровой модуляцией, таких как сигналы, используемые в мобильной связи (GSM, UMTS, LTE и т. Д.). Частотная область может простираться от нескольких кГц до десятков ГГц. Добавляя внешние умножители частоты, можно даже получить частоты сигнала до нескольких сотен ГГц. Частота выходного сигнала обычно может быть установлена очень маленькими шагами ( +17 дБмВт, ном.

— Высокостабильный опорный генератор

Векторные генераторы сигналов Rohde&Schwarz

Векторные генераторы сигналов преобразуют сигналы модуляции (внешние или внутренние, аналоговые или цифровые) в высокочастотную частоту и затем выводят сигналы. Сигнал модуляции генерируется цифровым способом и обрабатывается как поток комплексных данных I/Q в основной полосе частот. Это также включает в себя вычислительную фильтрацию и (при необходимости) ограничение амплитуды (отсечение); он также может включать другие возможности, такие как создание асимметричных характеристик.

Некоторые генераторы могут добавлять гауссов шум в генерируемый сигнал. Это полезно для исследования предела, при котором шумовой сигнал все еще может быть правильно демодулирован, например, приемником. Более того, некоторые генераторы способны численно моделировать многолучевое распространение (замирание, MIMO), которое позже произойдет для радиочастотного сигнала. Как и при добавлении шума, это также можно использовать для определения того, как характеристики входного сигнала влияют на демодуляцию в приемнике. В общем, полная генерация сигнала основной полосы частот выполняется посредством вычислений в реальном времени.

Сгенерированные данные I/Q основной полосы частот затем преобразуются в рабочую частоту RF (некоторые векторные генераторы работают только в основной полосе без преобразования в сигналы RF). Генераторы векторных сигналов часто также включают в себя аналоговые или цифровые входы I/Q для включения внешних сигналов основной полосы частот.

Требования, которым должны удовлетворять генераторы векторных сигналов, вытекают, прежде всего, из требований, установленных стандартами беспроводной связи, а также из цифровой широкополосной кабельной передачи и из приложений генерации модулированных импульсов.

Основные области применения векторных генераторов сигналов:

— разработка широкополосных систем связи, в том числе 5G, IEEE 802.11ac/ad и LTE-Advanced

— проверка базовых станций 3G и 4G

— в аэрокосмическом и оборонном секторе

— Диапазон частот от 100 кГц до 3 ГГц, 6 ГГц, 12,75 ГГц, 20 ГГц, 31,8 ГГц или 40 ГГц

— Дополнительный второй ВЧ-тракт с диапазоном от 100 кГц до 3 ГГц, 6 ГГц, 12,75 ГГц или 20 ГГц

— Внутренняя ширина полосы I/Q-модуляции до 2 ГГц (ВЧ)

— Дополнительный встроенный имитатор замираний с шириной полосы до 160 МГц

— Поддержка всех основных режимов MIMO, включая 3×3, 4×4 и 8×2

— оценка качества сигнала

— создание сигналов с широкой полосой модуляции

— Диапазон частот: от 8 кГц до 3 ГГц или 6 ГГц

— Сверхвысокая выходная мощность до +34 дБмВт

— Полоса модуляции 500 МГц с превосходной точностью

Остались вопросы по генераторам сигналов R&S? – «Серния Инжиниринг» поможет!

Пишите и задавайте вопросы на эл.почту info@sernia.ru

Звоните и проконсультируйтесь с нашими инженерами +7 495 204 13 17

Источник

Как выбрать генератор сигналов Rohde&Schwarz

Выбор генератора сигналов всегда зависит от применения. Важные критерии включают частотную область, диапазон уровней, спектральную чистоту, доступные модуляции (аналоговые, цифровые) и функциональные возможности для добавления определенных помех в сигналы (шум, моделируемое многолучевое распространение). Давайте разберемся, в каких случаях следует выбирать тот или иной тип генератора сигналов.

Генератор сигналов формирует электрические сигналы с определенной временной характеристикой. В зависимости от типа генератора сигналов получаемые сигналы могут варьироваться от простых синусоидальных, пилообразных и прямоугольных форм сигналов до аналогово-модулированных сигналов, таких как АМ, ЧМ и ФМ, и даже сложных сигналов с цифровой модуляцией, таких как сигналы, используемые в мобильной связи (GSM, UMTS, LTE и т. Д.). Частотная область может простираться от нескольких кГц до десятков ГГц. Добавляя внешние умножители частоты, можно даже получить частоты сигнала до нескольких сотен ГГц. Частота выходного сигнала обычно может быть установлена очень маленькими шагами (

При использовании аналоговых генераторов сигналов основное внимание уделяется качеству радиосигнала. Такие приборы обеспечивают поддержку режимов аналоговой модуляции АМ, ЧМ и ФМ. Многие приборы также могут генерировать точные импульсные сигналы с различными характеристиками.

Аналоговые генераторы сигналов применяются в следующих областях:

Модель генератора

Области применения

Основные характеристики

— контрольно-измерительные задачи для компонентов, модулей и систем

— при производстве полупроводников

— разработка устройств беспроводной связи

— аэрокосмическая и оборонная промышленность

— формирование эталонного сигнала

— От 8 кГц до 3/6/12,75/20/31,8/ 40/50/67 ГГц

— Однополосный фазовый шум —152 дБн (тип.) при 1 ГГц и —132 дБн (тип.) при 10 ГГц (в каждом случае при отстройке 10 кГц)

— Широкополосный шум (—162 дБн (изм.) при 10 ГГц и отстройке 30 МГц)

— Выходная мощность более 30 дБмВт в широком диапазоне частот

— НИОКР и производство приемных устройств

— сервис, обслуживание и ремонт ВЧ модулей

— От 100 кГц до 22/31,8/43,5 ГГц

— Однополосный фазовый шум: —120 дБн тип. (10 ГГц; отстройка от несущей 10 кГц)

— Выходная мощность: +25 дБмВт тип.

— Дополнительный импульсный модулятор

— Формирование уникальных последовательностей импульсов

— контрольно-измерительные задачи для компонентов, модулей и систем

— при производстве полупроводников

— разработка устройств беспроводной связи

— аэрокосмическая и оборонная промышленность

— От 100 кГц до 12,75/20/31,8/40 ГГц

— Однополосный фазовый шум —128 дБн (тип.) (при частоте 1 ГГц и отстройке 20 кГц)

— Выходная мощность: до +27 дБмВт (изм.)

— Виды аналоговой модуляции: АМ, ЧМ/ФМ и импульсная

— Небольшой вес и размер (высота всего 2 HU)

— оценка качества сигнала

— формирование фазостабильных сигналов

— От 8 кГц до 1/3/6 ГГц

— Однополосный фазовый шум +17 дБмВт, ном.

— Высокостабильный опорный генератор

Векторные генераторы сигналов Rohde&Schwarz

Векторные генераторы сигналов преобразуют сигналы модуляции (внешние или внутренние, аналоговые или цифровые) в высокочастотную частоту и затем выводят сигналы. Сигнал модуляции генерируется цифровым способом и обрабатывается как поток комплексных данных I/Q в основной полосе частот. Это также включает в себя вычислительную фильтрацию и (при необходимости) ограничение амплитуды (отсечение); он также может включать другие возможности, такие как создание асимметричных характеристик.

Некоторые генераторы могут добавлять гауссов шум в генерируемый сигнал. Это полезно для исследования предела, при котором шумовой сигнал все еще может быть правильно демодулирован, например, приемником. Более того, некоторые генераторы способны численно моделировать многолучевое распространение (замирание, MIMO), которое позже произойдет для радиочастотного сигнала. Как и при добавлении шума, это также можно использовать для определения того, как характеристики входного сигнала влияют на демодуляцию в приемнике. В общем, полная генерация сигнала основной полосы частот выполняется посредством вычислений в реальном времени.

Сгенерированные данные I/Q основной полосы частот затем преобразуются в рабочую частоту RF (некоторые векторные генераторы работают только в основной полосе без преобразования в сигналы RF). Генераторы векторных сигналов часто также включают в себя аналоговые или цифровые входы I/Q для включения внешних сигналов основной полосы частот.

Использование технологии I/Q позволяет реализовать любые типы модуляции — простые или сложные, цифровые или аналоговые, а также сигналы с одной несущей и несколькими несущими.

Требования, которым должны удовлетворять генераторы векторных сигналов, вытекают, прежде всего, из требований, установленных стандартами беспроводной связи, а также из цифровой широкополосной кабельной передачи и из приложений генерации модулированных импульсов.

Основные области применения векторных генераторов сигналов:

Модель генератора

Область применения

Основные характеристики

— разработка широкополосных систем связи, в том числе 5G, IEEE 802.11ac/ad и LTE-Advanced

— проверка базовых станций 3G и 4G

— в аэрокосмическом и оборонном секторе

— Диапазон частот от 100 кГц до 3 ГГц, 6 ГГц, 12,75 ГГц, 20 ГГц, 31,8 ГГц или 40 ГГц

— Дополнительный второй ВЧ-тракт с диапазоном от 100 кГц до 3 ГГц, 6 ГГц, 12,75 ГГц или 20 ГГц

— Внутренняя ширина полосы I/Q-модуляции до 2 ГГц (ВЧ)

— Дополнительный встроенный имитатор замираний с шириной полосы до 160 МГц

— Поддержка всех основных режимов MIMO, включая 3×3, 4×4 и 8×2

— оценка качества сигнала

— создание сигналов с широкой полосой модуляции

— Диапазон частот: от 8 кГц до 3 ГГц или 6 ГГц

— Сверхвысокая выходная мощность до +34 дБмВт

— Полоса модуляции 500 МГц с превосходной точностью

Источник: ООО «Серния Инжиниринг»

Источник

Как выбрать генератор сигналов, чтобы не пожалеть о покупке?

Если вы читали предыдущую статью «Как выбрать осциллограф», то уже знаете, что при исследовании и тестировании современных компонентов и радиосистем осциллограф идёт рука об руку с генератором сигналов.

На рынке представлено большое количество моделей генераторов сигналов, создающих – от простых синусоидальных и импульсных сигналов до мощных наносекундных импульсов и сложнейших сигналов произвольной формы. Сегодня в статье расскажем как выбрать среди многообразия моделей наиболее оптимальный для ваших целей генератор сигналов, сэкономив время и деньги.

Генератор сигналов, как для профессионального радиотехника, так и для радиолюбителя – прибор первой необходимости, который востребован наравне с осциллографом и мультиметром. По сути работы генератор сигналов представляет собой тестовый передатчик.

Сформированные сигналы отличаются различными типами модуляции – от аналоговых АМ, ЧМ и цифровых I/Q-видов модуляции до специальных сигналов стандартов мобильной связи: GSM, W-CDMA, HSPA, LTE, LTE Advanced, GPS и беспроводных сетей. Прибор подает тестовые сигналы на испытуемые компоненты, такие как фильтры, готовые модули или усилители. Поэтому, если не хотите работать кустарно, лепить радиоприбор на коленке, используйте генератор сигналов.

Что такое генератор сигналов

Генератор сигнала – прибор, применяемый для генерации сигналов различных частот, которые называются воздействующими или управляющими сигналами. По изменениям формы сигналов судят о поведении в работе диагностируемого оборудования. Генераторы сигналов необходимы при электроизмерениях, тестировании радио- и электронных устройств в процессе их разработки, диагностики или определения соответствия заявленным параметрам.

Принцип работы генератора сигналов

При разработке электронных модулей, компонентов схемы и прочих операциях генератор сигналов работает в качестве источника воздействующего сигнала.

Что представляет собой сигнал генератора?

Сигнал является биполярным истинным сигналом переменного тока с пиковыми значениями, которые колеблются относительно определенного уровня постоянного напряжения.

Также это могут быть сигналы со смещением, которые опускаются и поднимаются ниже или выше от расположения нулевого уровня (0 В). Под переменным током понимается любой изменяющий свое значение сигнал, независимо от привязки к нулю.

Таким образом, тестирование приборов заключается в подаче сигнала идеальной формы или с добавлением искажений, то есть ошибки, которая возможна в процессе работы диагностируемого прибора.

В итоге, способность реагировать тестируемого устройства на искажение демонстрирует его готовность работать в неблагоприятных условиях аварийного режима.

Как вывод можно сказать, что сигнал на выходе модуля анализируется осциллографом или другим прибором, например, анализатором спектра или измерителем мощности. По результатам анализа судят о корректной работе проверяемого устройства. По необходимости генератором можно добавить шум на тестируемый сигнал или имитировать замирание входного сигнала.

Основные применения генератора сигналов

Вы спросите, а зачем он нужен. Например, такой прибор как генератор сигналов A96 DDS понадобится, чтобы получить в работе над радиопередатчиком и приемником требуемую форму сигналов, чтобы настраивать УМЗЧ и измерять искажения или фронты.

Даже простейший бюджетный прибор, такой как функциональный генератор сигналов на ICL8038 даст представление о кривой на выходе при подаче синуса, треугольника или меандра, позволит увидеть результат, который получается на выходе.

Подобные устройства используются в прикладных областях при формировании низкочастотных навигационных сигналов, применяются для мобильной сотовой связи, спутников и радиолокации с длинной волны от миллиметрового диапазона. Чтобы выполнять работу в любых условиях придуманы даже карманные генераторы синусоидальных сигналов, такие как Fg-100. Прибор используется вместе с осциллографом для тестирования и наладки электронных схем.

Устройства стабилизируют синтезированную частоту, поддерживают калиброванный выходной уровень сигнала и дают возможность дистанционного управления.

Иногда получается, что генератор сигналов востребован даже чаще, чем осциллограф. Например, он нужен:

Цифровой генератор сигналов или аналоговый, что лучше?

Аналоговые приборы формируют высококачественные ВЧ-сигналы, обеспечивают АМ/ЧМ, импульсную и ФМ-модуляцию. Аналоговые источники могут качать частоты в заданном диапазоне и даже формируют стандартные сигналы генератора, например, пилообразной и треугольной формы.

Аналоговые генераторы сигналов отличаются:

Однако подавляющее большинство генераторов построены на цифровом принципе. Некоторые приборы универсальны и подходят под требования и аналоговых устройств, и цифровых. Принимать надо то решение, которое оптимально и отвечает выгоде.

Например, генераторы стандартных функций и произвольной формы, они работают с любыми сигналами и смешанными тоже. Для создания и изменения сигналов любой формы применяется метод дискретизации. Для синхронизации с другими приборами и цифровыми выводами генераторы дополнены выходами маркеров.

Для каких целей лучше всего использовать цифровые генераторы сигнала?

Это тестирование в предельных режимах шин компьютеров, телекоммуникационных устройств и прочих приборов цифрового типа.

Если подробнее, то векторные приборы бывают импульсные с потоком сигналов прямоугольной формы или с высокочастотными импульсами на небольшом числе выходов. Устройства формируют сигналы в пределах информационной пропускной способности системы с помощью встроенного I/Q модулятора.

Приборы обладают возможностью создавать комплексные виды модуляции QPSK и 1024QAM. Подобные устройства тестируют высокоскоростное цифровое оборудование.

Векторные генераторы сигналов, или как их еще называют генераторы данных цифровой последовательности, создают 8, 16 и более синхронных потоков импульсов.

Есть более сложные модели. Возьмем приборы, работа которых построена на прямом цифровом синтезе сигналов и отличается большей конструктивной сложностью и высокой функциональностью.

Прямой цифровой синтез сигналов (DDS) как основной метод генерации синусоидальных сигналов

Прямой цифровой, или когерентный синтез (Direct Digital Synthesis или DDS) – технология генерации сигналов специальной и произвольной формы. Прибор, основанный на такой технологии, синтезирует гармонические сигналы множественных частот с высокой точностью и стабильностью из одного или нескольких опорных колебаний.

Принцип работы устройств, работающих с синтезом синусоидальных сигналов построен без применения колебательных компонентов. Для работы используется функция с потоком цифровых данных, соответствующих нужной форме сигнала, закрепленная в памяти. Поток данных подается на вход цифро-аналогового преобразователя, где происходит их изменение в последовательность уровней напряжения, приближенных к сигналу требуемой формы.

Метод уникален цифровой определенностью, то есть частота, амплитуда и фаза сигнала точно известны и подконтрольны в любой момент времени. Устройства DDS стойкие перед температурным воздействием и не подвержены старению.

Достоинства метода DDS:

Синтезатор частоты, применяемый в аппаратуре связи, служит ядром настройки и определяет ее главные технические параметры. Благодаря высокой степени интеграции, программному управлению и небольшим размерам, синтезатор удовлетворяет экономическим и техническим показателям. Например, генератор сигналов произвольной формы MHS-5200A.

Устройства цифрового синтеза выпускаются в интегральном виде с применением субмикронной CMOS-технологии, 3-вольтовой логики и миниатюрного корпуса.

Типы генераторов сигналов

Дополнительно, генераторы подразделяют по частотному диапазону на:

С разновидностями генераторов сигналов цифрового типа разобрались. Как видим, линейка приборов отличается большим разнообразием.

Поставку надежных генераторов сигналов доверьте Суперайс

Поэтому, чтобы не ошибиться, обсудим, какими характеристиками нужно руководствуются, чтобы правильно выбрать генератор для своей задачи.

Основные параметры генератора сигналов

Объем памяти (длина записи)

От объема памяти или числа ячеек памяти для хранения сигнальных последовательностей зависит достоверность воспроизведения сигнала.

Вывод: больший объем памяти позволит сохранить большое количество мелких элементов формы сигнала, т.е. больше периодов сигнала останутся зафиксированными.

Частота дискретизации

Вывод: при выборе обращайте внимание на то, чтобы частота дискретизации превышала минимум вдвое частоту самой высокой спектральной составляющей генерируемого сигнала. От частоты дискретизации зависит минимальный интервал времени, который используют при создании сигналов.

Разрешение по вертикали (по амплитуде)

Вертикальное разрешение или динамический диапазон определяется разрядностью ЦАП: чем выше разрядность, тем четче разрешение. Показатель служит для определения выходного сигнала, показывает минимальное значение шага напряжения. Измеряется в децибел (дБ) по отношению к амплитуде, например генератор сигналов специальной формы UNI-T UTG1010A отличает высокое разрешение 14 бит вертикального разрешения и частотой дискретизации 125 Мвыб/сек, что обеспечивает быстрый отклик.

Вывод: разрешение по вертикали – это точность амплитуды и достоверное воспроизведение искажений сигнала. При выборе желательно принимать во внимание, что чем выше разрешение, тем ниже частота дискретизации.

Дополнительные параметры:

Выбор генератора сигналов зависит от задач, которые вы преимущественно выполняете или от запросов, что вы ждете от прибора.

Если вам нужен портативный прибор для генерации сигналов самых различных форм, т.е. вам нужно воспроизводить интересующие сигналы и тестировать оборудование при том, что все эти операции нужно делать с незначительной амплитудой вектора ошибок и небольшим уровнем шума, то вам потребуется генератор с разрешением больше 10 бит и частотой дискретизации от 200 Мвыб/с до 50 Гвыб/с.

Понадобилось выполнить несколько операций:

Источник

Испытания систем радиолокации и РЭБ: выбор подходящего генератора сигналов для имитации источников электромагнитных излучений

Введение

Правильный выбор генератора сигналов для имитации источников электромагнитных излучений (ЭМИ) при проведении испытаний средств и комплексов радиоэлектронной борьбы (РЭБ) – непростая задача. Отчасти сложность выбора заключается в необходимости выполнения индивидуальных требований инженера-испытателя и учета особенностей решаемой задачи. Поэтому ни один генератор сигналов не будет идеальным решением на любой случай. Еще одним ключевым моментом, осложняющим выбор, является недостаток информации о подходящем оборудовании. Большинство инженеров попросту не имеют достаточного опыта, чтобы понимать, какие типы источников сигналов и когда нужно использовать. Эта проблема имеет место не только при решении прикладных задач в процессе создания средств и комплексов РЭБ, но не менее актуальна и применительно ко всем задачам, связанным с радиолокационными системами (например, системами посадки, метеорологическими РЛС и т.д.). Фактически любой инженер, сталкивающийся с необходимостью исследования характеристик систем радиолокации и РЭБ, в той или иной степени нуждается в генераторе сигналов для имитации различных типов источников ЭМИ. С помощью генераторов сигналов выполняются: имитация условий ведения РЭБ, запуск различных сценариев испытаний путем формирования последовательностей импульсных сигналов и общей сигнально-помеховой обстановки для определения реакции приемных систем, а также другие виды проверок.

Несмотря на все трудности на пути к правильному выбору источника сигналов результат стоит затраченных усилий, поскольку, сделав неверный выбор, вы столкнетесь с рядом негативных последствий. Инженер может ошибочно задать неверные характеристики или выбрать оборудование, вообще не обладающее нужными для выполнения работы функциями. Аналогичным образом инженер может непреднамеренно задать избыточные требования к оборудованию. Подобная ошибка повлечет чрезмерные траты, и в результате дорогостоящее полнофункциональное оборудование будет использоваться там, где для решения задачи хватило бы старого и менее дорогого. К счастью для любого инженера- испытателя систем радиолокации и РЭБ, сталкивающегося с этой дилеммой, теперь появились общие критерии, помогающие сделать выбор. Эти критерии не только помогут сузить круг вариантов выбора, но и гарантируют эффективное использование имеющихся активов. В зависимости от измерительных задач, решаемых при испытаниях комплексов РЭБ, одновременно могут использоваться различные типы генераторов сигналов.

Типы генераторов сигналов

В настоящее время поставщики предлагают четыре различных типа генераторов сигналов для имитации источников ЭМИ. Это генераторы сигналов с быстрой перестройкой, векторные генераторы сигналов, генераторы сигналов произвольной формы (ГСПФ) и аналоговые генераторы сигналов.

Генераторы сигналов с быстрой перестройкой частоты строятся на основе прямого цифрового синтеза и представляют собой широкодиапазонные источники сигналов с возможностью перестройки частот несущих за доли микросекунд во всем рабочем диапазоне. Векторные генераторы сигналов представляют собой сочетание генератора сигналов произвольной формы и источника с I/Q-модулятором для переноса спектра сигнала на более высокие частоты. Этот тип гнераторов – нечто среднее между сверхширокополосными ГСПФ и генераторами с быстрой перестройкой. Генераторы сигналов произвольной формы (ГСПФ) способны формировать сигналы с различным разрешением (степенью детализации формы сигнала) и частотой дискретизации. Наконец, аналоговые источники сигналов – это генераторы, не обладающие функциями I/Q-модуляции, но способные формировать непрерывные сигналы с различными типами аналоговой модуляции.

Основные показатели качества

При оценке возможности применения этих четырех типов источников для решения поставленных задач следует учитывать ряд различных показателей качества и возможностей. В перечень основных характеристик всех источников сигналов входят восемь показателей:

Рисунок 1. Наглядная иллюстрация того, как высокий уровень фазового шума может исказить форму спектра сигнала относительно большой амплитуды, вследствие чего расположенный близко по частоте сигнал меньшего уровня будет маскирован.

Рисунок 2. Паразитные составляющие спектра могут быть распознаны как ложные цели или радиолокационные эхо-сигналы, вследствие чего возможно получение недостоверных результатов испытаний.

Рисунок 3. Плотность импульсов характеризует количество импульсных сигналов, присутствующих в общей сигнально-помеховой обстановке в единицу времени. Источник сигналов с большей скоростью переключения способен обеспечить большую плотность импульсных сигналов и имитировать большее количество источников ЭМИ.

Рисунок 4. Для корректной имитации двух источников ЭМИ на двух различных частотах их фазовые соотношения должны поддерживаться с высокой точностью.

Рисунок 5. Чтобы правильно сформировать показанный ЛЧМ-сигнал, полоса частот модулирующих сигналов источника должна быть больше либо равна девиации частоты.

Прямая загрузка данных пригодна только при небольшой продолжительности сценариев. По мере увеличения частоты дискретизации и продолжительности сценариев, а также количества задействованной аппаратуры, потребуется использование дополнительных средств и схем хранения и обработки данных. Одним из способов расширения времени воспроизведения при ограниченном объеме памяти является формирование последовательностей и цифровое преобразование с повышением частоты, которые позволяют индексировать различные сегменты памяти и помещать их в цикл в соответствии с присвоенными индексами, либо изменять частоты несущих при наступлении определенных событий (таких, как получение программной команды или запуск с малой задержкой). В зависимости от условий сценариев, создание последовательностей воспроизведения сегментов памяти может значительно увеличить их продолжительность.

Еще один метод экономии памяти заключается в сжатии данных. Если прибор способен воспринимать абстрактные, общие для всех сигналов, параметры, такие как длительность импульса и тип модуляции, тогда для описания сигнала может потребоваться меньшее число бит данных. Средства, используемые для имитации сценариев ведения РЭБ, используют общий метод описания источников ЭМИ – дескрипторы импульсов (PDW). Различные системы и организации используют разные форматы дескрипторов импульсов, но при этом они имеют много общего. Формат дескрипторов импульсов позволяет адекватно описывать источники ЭМИ при имитации условий ведения РЭБ. Во многих случаях использование дескрипторов импульсов вместо прямого описания сигналов в виде квадратурных составляющих может сократить объем используемой памяти на несколько порядков, а также упростить программирование требуемой формы сигнала (рисунок 6).

Рисунок 6. Методы сжатия данных (например, использование дескрипторов импульсов) способны значительно снизить требования к объему памяти и упростить формирование сигналов по сравнению с описанием сигналов в виде квадратурных составляющих (слева), формы сигналов могут описываться в табличной форме и быстро загружаться программным путем.

Критерии выбора типа генераторов сигналов

В целях облегчения выбора наиболее предпочтительного для решения поставленных задач генератора сигналов ниже приведены общие данные для сравнения функциональных возможностей и технических характеристик четырех основных типов источников сигналов, применяемых для имитации источников ЭМИ.

Генераторы сигналов с быстрой перестройкой

Рисунок 7. Типовая структурная схема генератора с быстрой перестройкой.

Варианты применения: генераторы сигналов данного типа используются для имитации одного или нескольких источников ЭМИ в очень широком диапазоне частот и в качестве быстро перестраиваемых гетеродинов в различных подсистемах (рисунок 7). Благодаря архитектуре, в основе которой лежит принцип прямого цифрового синтеза, их можно жестко синхронизировать при работе в составе многоканальных измерительных систем.

Преимущества: генераторы сигналов с быстрой перестройкой обеспечивают высокую производительность при имитации множества различных типов сценариев ведения РЭБ. Благодаря архитектуре, основанной на принципе прямого цифрового синтеза, они способны обеспечивать фазовую когерентность и/или непрерывность во всем диапазоне, а синхронизация нескольких генераторов может быть выполнена с легкостью и высоким разрешением. Кроме того, генераторы сигналов с быстрой перестройкой могут использовать различные форматы дескрипторов импульсов для описания выходных сигналов, позволяя выполнять потоковое воспроизведение сигналов при времени обновления менее микросекунды. Как результат, они способны имитировать множество источников ЭМИ во всем диапазоне рабочих частот, при этом работать совместно с несколькими генераторами и воспроизводить потенциально бесконечно длинные последовательности данных.

Недостатки: одним из недостатков генераторов сигналов с быстрой перестройкой является последовательное воспроизведение дескрипторов импульсов по принципу «первый на входе – первый на выходе» (FIFO), следствием чего является невозможность одновременного воспроизведения двух и более дескрипторов импульсов. Этот недостаток не играет большой роли, если коэффициент заполнения имитируемых источников ЭМИ не очень велик. Для одновременного воспроизведения нескольких дескрипторов импульсов инженер-испытатель может использовать соответствующее количество дополнительных генераторов сигналов с быстрой перестройкой, синхронизированных между собой (рисунок 8). Однако при создании законченного эмулятора такое решение может быть менее рентабельным.

Основные показатели:

Рисунок 8. Пример сценария с заданной плотностью импульсных сигналов, реализованного с использованием генераторов сигналов с быстрой перестройкой. Для предотвращения пропуска импульсов дескрипторы импульсов распределены между двумя синхронизированными генераторами.

Примером генератора сигналов с быстрой перестройкой может послужить генератор N5193A/N5191A серии UXG компании Keysight (рисунок 9).

Рисунок 9. Высокопроизводительные генераторы сигналов с быстрой перестройкой N5193A/N5191A серии UXG разработаны специально для имитации сценариев ведения РЭБ с высокой скоростью воспроизведения потоковых данных и переключения между дескрипторами. Имеется возможность синхронизации по внешнему источнику при работе в составе системы.

Векторные генераторы сигналов

Рисунок 10. Типовая структурная схема векторного генератора сигналов. В схеме векторного генератора сигналов присутствуют синтезатор частот с I/Q-модулятором, который дает ему возможность формировать сигналы с векторной модуляцией (также известной как «цифровая» или «комплексная»), благодаря чему он и получил свое название.

Варианты применения: векторные генераторы сигналов используются для имитации сигналов отдельных источников ЭМИ с различными полосами частот модулирующего сигнала или нескольких источников ЭМИ с близкими частотами. Типовая структурная схема векторного генератора сигналов приведена на рисунке 10. В силу своей архитектуры векторные генераторы сигналов обычно используются для формирования сигналов в определенной полосе частот. Они могут осуществлять перестройку по частоте в пределах диапазона и изменять полосу сигнала, а более продвинутые решения позволяют подавать на вход I/Q-модулятора сигналы с ГСПФ для формирования широкополосных сигналов (до нескольких ГГц).

Достоинства: благодаря высокому разрешению ЦАП векторные генераторы сигналов обладают более широким динамическим диапазоном, чем сверхширокополосные ГСПФ. Они также способны одновременно формировать несколько сигналов, но в связи с этим динамический диапазон каждого из таких сигналов будет уменьшаться. Генераторы данного типа могут использоваться для имитации сигналов систем связи при испытаниях, что добавляет им универсальности. Поскольку сигналы формируются на основе данных о квадратурных составляющих, эти генераторы способны обеспечить большую гибкость при имитации таких факторов, как интерференция в радиоэфире. Также векторные генераторы сигналов способны воспроизводить длинные последовательности данных.

Недостатки: данный тип генераторов переносит сформированный модулирующий сигнал на более высокую фиксированную частоту несущей и обеспечивает когерентность только в пределах полосы частот модулирующего сигнала. Как следствие, они могут имитировать несколько источников ЭМИ только в пределах полосы частот модулирующего сигнала. Например, если частота несущей 20 ГГц, а полоса частот модулирующего сигнала 2 ГГц, то широкополосный векторный генератор сигналов сможет эффективно функционировать только на частотах от 19 до 21 ГГц (рисунок 11). Кроме того, если источник сигналов использует несжатые данные о квадратурных составляющих сигналов, то это ограничивает его возможности по воспроизведению из памяти или потоковому воспроизведению, а также добавляет сложности при описании сигналов. В дополнение следует отметить, что при смене несущей частоты векторные генераторы сигналов утрачивают повторяемость по фазе.

Основные показатели:

Рисунок 11. Пример сценария с заданной плотностью импульсных сигналов, реализованного с использованием широкодиапазонных векторных генераторов сигналов. В силу ограничений по ширине полосы частот модулирующего сигнала сценарий должен быть разнесен по трем участкам более широкого диапазона рабочих частот векторного генератора сигналов. Полоса модуляции первого источника ЭМИ допускает использование внутреннего модулятора генератора, в то время как полоса частот и скорость переключения между импульсами двух других источников ЭМИ требуют подачи на внутренний I/Q-модулятор векторного генератора сигнала с внешнего ГСПФ для их формирования.

Некоторые примеры векторных генераторов сигналов приведены на рисунках 12-14.

Рисунок 12. Векторный генератор сигналов серии MXG N5182B компании Keysight способен формировать сигналы на частотах до 6 ГГц с полосой частот модулирующего сигнала до 160 МГц. Он также имеет возможность совместной работы с несколькими генераторами серии MXG для одновременного создания нескольких когерентных сигналов для решения многоканальных прикладных задач.

Рисунок 13. Генераторы M9381A в формате PXIe способны формировать сигналы на частотах до 6 ГГц с полосой частот модулирующего сигнала до 160 МГц. Их модульный формат позволяет синхронизировать несколько генераторов M9381A, помещенных в компактный корпус.

Рисунок 14. При выдаче выходного сигнала с ГСПФ M8190A на вход I/Q-модулятора векторного генератора сигналов полученная система позволит формировать сигналы в диапазоне от 0 до 44 ГГц и полосой частот модулирующего сигнала до 2 ГГц. Кроме того, станут доступны функции многоканальной синхронизации и работы с памятью (организация последовательностей, потоковое воспроизведение и цифровое преобразование с повышением частоты).

Сверхширокополосные ГСПФ

Рисунок 15. Современные генераторы сигналов произвольной формы – это гораздо больше, чем просто ЦАП. Они обладают такими новыми возможностями, как динамическое распределение последовательностей воспроизведения сегментов памяти, работа с общим внешним источником синхронизации и различные выходные тракты для оптимизации сигналов в зависимости от решаемой прикладной задачи. Выше показана структурная схема ГСПФ M8190A, имеющего высокое разрешение.

Варианты применения: ГСПФ подразделяются по частоте дискретизации и разрешению, при чем эти два параметра обычно обратно пропорциональны друг другу (рисунок 15). ГСПФ с высокой частотой дискретизации имеют низкое разрешение и наоборот. ГСПФ могут применяться для имитации сигналов РЛС с высокой плотностью и сигналов систем связи в пределах их полосы частот.

Достоинства: сверхширокополосные ГСПФ имеют очень широкую полосу частот формируемых сигналов, которая позволяет формировать одиночные или множественные сигналы источников ЭМИ на всем заданном частотном интервале. ГСПФ с высоким разрешением позволяют формировать сигналы в широком динамическом диапазоне в пределах узкой полосы частот. Среди ключевых особенностей — одновременное формирование нескольких импульсных сигналов и возможность изменения массива I/Q-данных для имитации влияния среды распространения сигналов. Если для проведения измерений требуется несколько когерентных каналов формирования сигналов их можно легко получить с использованием внешней синхронизации.

Недостатки: в отличии от прочих типов источников сигналов, сверхширокополосные ГСПФ имеют низкое разрешение и узкий динамический диапазон. Кроме того, в силу крайне высокой частоты дискретизации они воспроизводят очень короткие по времени массивы данных. ГСПФ с высоким разрешением имеют узкие полосы частот, но их сигналы могут быть перенесены на более высокие частоты с использованием дополнительного оборудования, как описано в разделе о векторных генераторах сигналов (рисунок 16).

Основные показатели:

Рисунок 16. Пример сценария с заданной плотностью импульсных сигналов, реализованного с использованием генераторов сигналов произвольной формы. В силу ограничений по полосе формируемых сигналов сценарий должен быть разделен между двумя источниками. Сформированный вторым источником сигнал на модулирующей частоте был перенесен на более высокую частоту путем подачи его на вход I/Q-модулятора векторного генератора сигналов. Стоит отметить, что из-за высокой частоты дискретизации и более низкого относительного динамического диапазона сверхширокополосного ГСПФ, используемого в качестве источника №1, время воспроизведения резко сокращается, а качество сигнала может быть не таким хорошим, как при использовании других источников.

Некоторые примеры сверхширокополосных ГСПФ показаны на рисунках 17 и 18.

Рисунок 17. Генератор M8195A представляет собой 8-разрядный ГСПФ с частотой дискретизации до 65 ГГц и аналоговой полосой частот до 20 ГГц.

Рисунок 18. Генератор M8190A компании Keysight имеет частоту дискретизации 12 Гвыб/с и является ГСПФ с высоким разрешением (до 14 бит). Он может обеспечить до 12 синхронных каналов формирования сигналов и регулировку временных параметров с шагом менее 1 нс, что является важной возможностью при имитации многоканальных сценариев. Справа показана синхронизация четырех каналов генератора с одинаковыми уровнями на экране четырехканального осциллографа.

Аналоговые источники сигналов

Рисунок 19. Типовая структурная схема аналогового генератора сигналов. Аналоговые генераторы сигналов не имеют I/Q-модуляторов, но чаще всего способны формировать сигналы с различными типами аналоговой модуляции, такими как АМ, ЧМ и ФМ, а также с импульсной модуляцией, благодаря чему они и получили свое название.

Варианты применения: аналоговые источники сигналов используются в качестве недорогих средств имитации и формирования импульсных сигналов с малым периодом повторения импульсов. Они обычно имеют функции аналоговой модуляции, благодаря чему могут использоваться для формирования модулированных сигналов, а также в качестве источников непрерывных помех при реализации различных сценариев.

Достоинства: основные преимущества при использовании аналоговых источников сигналов – это их низкая стоимость и простота. Несмотря на то, что они не способны формировать сигналы произвольной формы, они являются недорогим средством создания менее сложных сигналов при реализации различных сценариев (рисунок 20).

Недостатки: аналоговые генераторы не способны формировать векторные сигналы, в отличии от систем генерации производной формы, в связи с чем количество типов формируемых ими сигналов крайне ограничено.

Основные показатели:

Рисунок 20. Повторно рассмотрим пример сценария, в котором за счет введения аналогового генератора сигналов, когда это возможно, удается уменьшить общую стоимость системы. В данном случае показано, как дополнительный источник ЭМИ может быть сымитирован с помощью менее дорогого аналогового генератора (фиолетовый).

Пример аналоговых источников сигналов показан на рисунке 21.

Рисунок 21. Аналоговый генератор сигналов E8257D имеет диапазон частот от 100 кГц до 67 ГГц, а также функцию аналоговой модуляции.

Важные вопросы

В дополнение к основным показателям источников сигналов для имитации условий ведения РЭБ, рассмотренным выше, имеется ряд вопросов, которые следует принять в рассмотрение при выборе наиболее подходящего источника для реализации конкретного сценария. В перечень таких вопросов, а также связанных с ними функциональных возможностей оборудования, входят:

Вопрос 1: Каковы частоты источников ЭМИ, задействованных в моем сценарии?
Затрагиваемые показатели: диапазон быстрой перестройки, диапазон рабочих частот, скорость переключения между импульсами и возможность синхронизации по внешнему источнику

Вопрос 2: Какие типы модуляции и полосы модулирующих сигналов у имитируемых источников ЭМИ?
Затрагиваемые показатели: полоса частот модулирующего сигнала, диапазон быстрой перестройки и скорость переключения между импульсами

Вопрос 3: Какие требования к радиочастотным характеристикам в моем сценарии?
Затрагиваемые показатели: диапазон перестройки уровней мощности, диапазон рабочих частот, динамический диапазон, свободный от паразитных составляющих спектра, уровень фазового шума и разрешение по амплитуде

Вопрос 4: Какова продолжительность выполняемого сценария?
Затрагиваемые показатели: глубина памяти, возможность организации последовательностей, функция потокового воспроизведения, сжатие I/Q-данных и частота дискретизации

Вопрос 5: Как много каналов задействовано в выполнении моего сценария?
Затрагиваемые показатели: возможности синхронизации, диапазон быстрой перестройки частоты и полоса частот модулирующего сигнала

Вопрос 6: Какова плотность импульсных сигналов в моем сценарии (импульсов в секунду)?
Затрагиваемые показатели: диапазон быстрой перестройки частоты, диапазон рабочих частот, скорость переключения импульсов, возможности синхронизации, глубина памяти, возможность организации последовательностей, потоковое воспроизведение, сжатие I/Q- данных, частота дискретизации, уровень фазового шума, динамический диапазон, свободный от паразитных составляющих

В дополнение к этим вопросам при выборе подходящего источника для выполнения конкретного сценария помогут данные, приведенные в таблице 1.

Таблица 1. В данной таблице представлены сводные данные генераторов сигналов различных типов, рассмотренных в качестве примеров выше.

2 х 109 PDW +
полная полоса, потоковое
воспроизведение—Разрешение (бит)812/14 3——Частота дискретизации (Гвыб/с)6512——Схема данныхI/Q-данныеI/Q-данныеPDW—Число каналов1-4 (2 I/Q пары) 41-12 51-N 5N 5Максимальный уровень
мощности (дБм)10231030,0Когерентность между каналамидадададаДиапазон быстрой перестройки20 ГГц4 ГГц40 ГГц—Время перестройки источника15,4 пс24 мс180 нс/30 мс&sup6;11 мс

1. Центральные частоты свыше 3,5 ГГц
2. Зависит от частотного диапазона и соотвествующего фильтра
3. Зависит от частоты дискретизации
4. Четырехканальная плата, позволяющая формировать две пары сигналов с I/Q модуляцией
5. Количество каналов зависит от конфигурации стенда
6. Зависит от пересечения полос частот
7. Полоса частот, где сохраняется скорость обновления дескрипторов импульсов и когерентность
8. Аналоговый

Заключение

При проведении испытаний систем радиолокации и РЭБ правильный выбор источника сигналов для имитации источников ЭМИ крайне важен. Неправильно подобрав источник сигналов, вы можете столкнуться с тем, что его характеристики или функциональные возможности избыточны или недостаточны для выполнения поставленных задач. С другой стороны, правильный выбор обеспечит достоверные результаты измерений и позволит оптимально использовать ресурс оборудования. Используя критерии выбора, описанные в данных рекомендациях по применению, инженеры-испытатели смогут подобрать нужный источник сигналов для создания требуемой конфигурации источников ЭМИ.

Литература

Решения для измерений параметров широкополосных радиолокационных и спутниковых систем, рекомендации по применению, номер документа 5990-6353RURU

Восемь советов для качественного улучшения процесса измерений с использованием аналоговых радиочастотных генераторов сигналов, рекомендации по применению, номер документа 5967-5661RURU

Восемь советов для качественного улучшения процесса измерений с использованием радиочастотных генераторов сигналов, рекомендации по применению, номер документа 5988-5677RURU

Формирование сигналов для имитации условий ведения РЭБ: технологии и методы, рекомендации по применению, номер документа 5992-0094RURU

Источник