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使用高效能数字转换器 提升相位数组天线测试速度
 

【作者: 安捷倫科技】2013年02月27日 星期三

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摘要

工程师原本都是使用向量网络分析仪(VNA),来对相位数组天线中的发射/接收模块进行振幅与相位量测。近来制造技术的改良,使得更具弹性且功能更强的发射/接收模块得以大量生产。


然而校验与特性分析却形成制造瓶颈,因为完整的相位数组天线可能包含无数个T/R模块,以及来自数组组件的多个射频输出信道。以所需搜集的数据数量来看,对测得的复杂数组进行校验的时间得长达好几天或好几个星期。为了缩短测试时间,必须采用完全不同的方法。


针对包含发射/接收模块的跨信道相位与振幅量测,采用Agilent M9703A的测试系统提供了多达数百个同步输入信道,可快速地同时执行许多测试。同时,Agilent M9703A可提供脉冲和线性调频脉冲(chirp)等信号进行数字转换时所需的带宽,以满足未来复杂的测试需求。


序言

额外的生产测试时间会增加制造成本。以主动天线数组来说,有相当数量的生产测试时间是花在校验上。虽然工程师得面对降低制造成本的压力,但他们也想加强测试系统的弹性以涵盖广泛的使用案例,并确保他们的测试平台能以更快的频率切换效能和更高的带宽来测试更高效能的数组。


本文简单介绍在相位数组天线测试系统中,与数字转换器的使用和选择有关的重要问题。此外,它还提供一个使用模块化Agilent AXIe M9703A(数字转换器)来提升测试速度的解决方案。


相位数组天线测试工程师面对的重要问题

本文可以解决相位数组天线工程师所面对的测试挑战,包括:


  • ‧ 在降频转换之后,对IF信号进行快速、宽带及高分辨率取样的需求。


  • ‧ 在所有的输入信道达到相位相干取样,以提供相对幅度与相对相位量测的需求。


  • ‧ 根据测试情境,在灵敏度与分析带宽之间进行不同取舍的需求。



首先,天线信号会进入微波混频器区块,在数字转换器的3 dB模拟带宽内,将天线数组的微波/射频降频转换到IF。混频器区块与本地振荡器的选择,取决于输入频率和可接受的转换损耗。载波频率的范围从S到Ka频带(2到40 GHz)。


其次,信号会通过几个可能的衰减/增益和滤波器阶段,以充分利用数字转换器的动态范围和前端特性。


最后,信号会由数字转换器分开取样。如果所需的IF带宽,远比数字转换器约800 MHz的Nyquist(1.6 GSa/s)带宽窄,则可使用数字降频转换(DDC; digital down conversion)程序,来调谐全带宽模拟-数字转换器输出数据到想要的较窄频率分析频带。使用DDC会降低频带内整体噪声功率,从而提高信号噪声比(SNR)。


如果噪声功率是随机的且平均分布在整个频谱中,则噪声功率的下降幅度为:


10 x log(BWFin/BWInit )。


(表一) Agilent M9703A-DDC的取样率和带宽模式

取样率

分析带宽

1.6 GS/s

1 GHz

400 Ms/s

300 MHz

200 Ms/s

160 MHz

100 Ms/s

80 MHz

50 Ms/s

40 MHz

50/2n Ms/s

40/2n MHz


使用Agilent M9703A来提升校验速度

Agilent M9703A数字转换器提供了一些独特的功能:


  • ‧ 可同时执行多重平行量测,以提高测试速度。


  • ‧ 比市场上的其他网络分析仪解决方案,提供更大的带宽与更多的同步输入信道数。


  • ‧ 提供从窄频距到宽带距不等的各种量测设定,以及最佳的灵敏度与分辨率。



这数字转换器将8个高速、高分辨率信道整合到一张转换卡上,而多台数字转换器又可被整合到一个安捷伦AXIe机箱中。Agilent M9505A机箱可以容纳5台数字转换器,在一个桌上型测试系统中总共可提供40个数据搜集信道。


透过50Ω的直流耦合输入,这台数字转换器可与数个上行信号调节与降频转换器模块轻易地结合在一起,构成一个整体测试解决方案。


该测试解决方案可配合天线数组组件的不同功率位准、选择的测试解决方案IF频率、及实体外型结构需求来进行调整。安捷伦提供了许多产品和量测专业技术,以协助进行最适合的应用。为使系统达到同步,可使用各种外部或系统参考频率输入。AXIe背板提供的时序和触发信号包括:


  • ‧ 100 MHz系统频率


  • ‧ 100 MHz PCIe频率


  • ‧ 嵌入式系统模块(ESM)的点对点星状触发(star trigger)


  • ‧ 双向点对点星状触发


  • ‧ 12信道平行触发总线



Agilent M9703A配备两个I/O输出,其所提供的状态信号,可以让工程师将测试计划优化,使数字转换器的触发器与在下一个测试阶段启动待测装置(DUT)的动作达到同步。“Acquisition Running” 状态信号便是一个例子。


当搜集状态从“执行”变成“闲置”时,输出位准会改变,以通知工程师测试系统已经准备好接受DUT状态的改变。要连接控制PC,可以利用接线将PCIe与ESM(嵌入式系统模块)连接在一起,或者也可以使用嵌入式处理器如Agilent M9536A,从其中一个AXIe插槽来控制搜集系统。



图一 : 相位数组测试范围配置范例
图一 : 相位数组测试范围配置范例

结语

使用Agilent M9703A作为相位数组天线测试解决方案的数字转换器核心,意谓着您肯定藉由同时执行多笔量测来提高测试速度,进而提升生产效率的价值。虽然快速测试通常表示量测分辨率较低,但使用Agilent M9703A的多个信道可执行相同的测试,只要透过在一个AXIe机箱中同时执行的多项测试即可达到。


此外,使用DDC数字信号处理算法,您就可以在信号的分析带宽与噪声比之间进行取舍,为每一项测试量身打造一个测试解决方案,而不必更换数字转换器硬件。


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