雷達參數綜合分析
除了在示波器里直接對雷達脈沖的基本參數進行測量,也可以借助功能更加強大的矢量信號分析軟件。下圖是用Keysight公司的89601B矢量信號分析軟件結合示波器對超寬帶的Chirp雷達信號做解調分析的例子,圖中顯示了被測信號的頻譜、時域功率包絡以及頻率隨時間的變化曲線。被測信號由M8195A超寬帶任意波發生器產生,Chirp信號的脈沖寬度為2us,頻率變化范圍從1GHz~19GHz,整個信號帶寬高達18GHz! 這里充分體現了實時示波器帶寬的優勢。
更嚴格的雷達測試不會僅僅只測脈沖和調制帶寬等基本參數。比如由于器件的帶寬不夠或者頻響特性不理想,可能會造成Chirp脈沖內部各種頻率成分的功率變化,從而形成脈沖功率包絡上的跌落(Droop)和波動(Ripple)現象。因此,嚴格的雷達性能指標測試還需要對脈沖的峰值功率、平均功率、峰均比、Droop、Ripple、頻率變化范圍、線性度等參數以及多個脈沖間的頻率、相位變化進行測量,或者要分析參數隨時間的變化曲線和直方圖分布等。這些更復雜的測試可以借助于89601B軟件里的BHQ雷達脈沖測量選件實現。這個測試軟件也支持示波器的分段存儲模式,可以一次捕獲到多個連續脈沖后再做統計分析,下圖是一個實際測試的例子。
除了雷達脈沖分析以外,借助于示波器自身的抖動分析軟件或者矢量信號分析軟件,還可以對超寬帶的調頻信號進行分析。下圖是對一段在7GHz的帶寬范圍內進行調頻的信號的頻譜、時域以及調頻圖案的分析結果。
寬帶通信信號的解調分析
在WLAN、衛星通信、光通信領域,可能需要對非常高帶寬的信號(>500 MHz) 進行性能測試和解調分析,這對于測量儀器的帶寬和通道數要求非常高。比如在光纖骨干傳輸網上,已經實現了單波長100Gbps的信號傳輸,其采用的技術就是把2路25Gbps的信號通過QPSK的調制方式調制到激光器的一個偏振態,然后把另 2路25Gbps的信號通過同樣的方式調制到激光器一個偏振態上,然后把兩個偏振態的信號合成在一起實現100 Gbps的信號傳輸。而在下一代200Gbps或者400 Gbps 的技術研發中,可能會采用更高的波特率以及更高階的調制如16QAM、64QAM甚至OFDM 等技術,這些都對測量儀器的帶寬和性能提出了非常高的要求。
如下圖所示是Keysight公司進行100G/400G光相干通信分析儀N4391A: 儀器下半部分是一個相干光通信的解調器,用于把輸入信號的2個偏振態下共4路I/Q 信號分解出來并轉換成電信號輸出,每路最高支持的信號波特率可達126 Gbaud;而上半部分就是一臺高帶寬的Z系列示波器,單臺示波器就可以實現4路33GHz的測量帶寬或者2路63GHz的測量帶寬;示波器里運行89601B矢量信號分析軟件,可以完成信號的偏振對齊、色散補償以及4路I/Q信號的解調和同時顯示等。
下圖中還顯示了用示波器做超寬帶信號解調分析的結果,被測信號是由 M8195A 發出的32Gbaud的16QAM調制信號。由于16 QAM調制格式下每個符號可以傳輸4個bit的有效數據,所以實際的數據傳輸速率達到128 Gbps。通過寬帶的頻響修正和預失真補償,實現了高達20dB以上的信噪比以及<4%的EVM(矢量調制誤差)指標。
示波器的射頻性能指標
從前面介紹的一些示波器在射頻測試里的典型應用可以看出:由于技術的發展,使得示波器高帶寬、多通道優勢非常適合于各種復雜的超寬帶應用,同時其時域、頻域的綜合分析能力也提高了測量的直觀性。