基于PXI的射频天线测试系统

Author(s):

Lance Butler - B & B Technologies, an NTS Division

Industry:

Research

Products:

RF, PXI/CompactPCI, LabVIEW

The Challenge:

开发成本效益高的便携式系统，在指定时间以各种频率、功率、及调制方式发送射频调制信号。

The Solution:

能够生成不同参数的射频信号，并通过各种信号通道精确定时发送，采用LabVIEW及NI PXI-5671实现灵活的信号发生；采用NI PXI-5660实现信号分析及验证。

"开放标准的PXI总线允许加入不同供应商的产品，实现GPS时同步及简单射频功率测量等特性。"

PXI机箱封装，其它射频元件安装在便携式外盒中

用户要求系统能在灵活可控的环境下传输各类射频信号。我们决定在方案中采用NI PXI 平台，实现最小化成本和体积，同时最大化性能和灵活性。方案包括了3 个系统：现场工作的便携式系统、主测试固定系统、及备用系统，作为固定系统故障时的备用。

有效载荷波形由单独的自定义应用设计，可用AM、FM、PM、PSK、FSK、MSK或QAM等方式调制。通过编写脚本在特定时间以指定时长发送调制波形。脚本允许用户定义任何形式的循环，包括迭代或基于时间循环、频率步进、功率步进等。脚本同时支持多载荷波形。除载荷波形外，在脚本每次步进时发送头波形以提供GPS时戳或其它参数。

测试

开始测试后，用户首先运行基于NI LabVIEW的波形生成器以AM、FM、PM、PSK、FSK、MSK 或QAM 方式调制给定信号。该软件可在任何PC 上运行，结果文件送到系统中。

随后系统在主应用中设计脚本，确定波形选取、波形频率、使用功率及步长的时间间隔。例如，一个典型脚本调用波形A（FSK调制），在10 至70 MHz 的频率范围内以10 MHz 为步长递增，传输延时为30 毫秒，每个循环传输功率在100 至500 W 间，以100W 为步长。之后整个脚本重复应用于波形B（FSK 调制）。

然后用户在LabVIEW队列中运行脚本，将波形加载到NI PXI-5671上，并设置为由GPS 卡触发。通过GPS 卡在适当时刻加载发起每次传输。利用GPS 定时可实现高精度的传输启动。

诊断及其它特性

信号诊断被集成在系统中，通过NI PXI-5660 提供伪实时FFT 进行数据传输，两块ZTEC ZT002 卡提供前向及反射功率测量。诊断脚本定义了系统基线，测量各频率下的功率及电压驻波比（VSWR）。定期系统检查并与基线比较，确保所有系统器件正常工作。整个频率范围的功率输出可在功率校正模式下校正。

任意给定传输下，软件根据频率选择12 种天线之一。射频中继实现天线切换，并由NI PXI-6527数字I/O 模块控制。NI PXI-2565 控制信号通路在虚载荷下进入基线及校正模式。

用户在手动模式下独立操作每个仪器，在R&D 模式下测试系统各方面性能。该特性结合信号诊断及Windows XP 远程桌面提供的远程接入，用户可在数百英里远可靠地操作系统。通过时刻表功能，用户还能定制未来脚本时刻表，实现系统无人操作。这样用户就能事先远程设定未来数月的测试安排。

系统安全及用户监测由两个层次分别支持。标准安全测量，如Internet 防火墙及Windows XP 账户，作为第一层次。LabVIEW登陆系统需要用户分别登陆，作为第二层次。三个用户安全等级为不同用户提供不同功能性。系统在用户处于非活动状态一定时间后自动登出，但系统中的脚本继续运行。

由于系统是任务关键的，所以系统中包含了备用电源及备用系统。电源失效时系统自动在备用电源间切换，包括太阳能、电池、发电机。备用系统是同样的PXI 系统，主系统出现问题时，用户可简单地通过把天线电缆插到另一台机架上实现系统切换。

PXI 射频平台

系统的初步设计采用Agilent 机架堆叠设备，而非NI PXI 平台。转换成PXI 平台后，系统体积从需要拖车运送缩小到可手提通过机场安检。节省下的成本（售出Agilent 设备后）支付第三个完整系统仍有余。此外，PXI 平台下能添加更多高级脚本，由GPS 卡驱动信号发生器，获得极大的性能优势。

我们采用NI 的PXI 平台及射频设备设计实现了几年前几乎不可实现的系统。开放标准的PXI 总线允许加入不同供应商的产品，实现GPS 时同步及简单射频功率测量等特性。

LabVIEW 的灵活性及功能性与PXI 结合

在需要校验发送信号的系统开发中，该项目是从LabVIEW 及PXI产品中获益的典范。无需额外硬件进行信号解调及分析。用户认为需要采用射频SA 代替旧的Agilent 机架堆叠式谱分析仪来做射频谱分析，但我们指出射频SA 是NI 的射频信号分析器，比一般频谱分析仪具有更多功能。

NI PXI 射频SA 进行信号解调及解码时，只需通过NI 调制工具箱写简单的LabVIEW 程序。我们的用户对此非常惊讶，与旧的Agilent 设备相比，PXI 射频SA 不但体积小，价格低，同时还更灵活。将射频SA与LabVIEW及调制工具箱结合，我们的设计超越了用户对分析要求的预期。