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  • 应对十大挑战，泰克发布最新十大热点宽带射频应用方案

    在这个属于工程师的时代，工程师最关注仪器能否满足需求、解决问题，同时考虑满足不断变化的技术和标准需求。作为一家工程技术公司，泰克专注于解决工程师面临的问题和挑战，在泰克技术专家与用户充分沟通的基础上，梳理出十大测试挑战并相应撰写文章，助力工程师的研发工作，用尖端的测试设备应对新标准发展、任务要求和前沿科技的挑战。 挑战1：生成复杂调制信号 在现代通信、导航设备等在研发过程中，需要产生复杂的调制信号来进行系统的性能验证。无论系统研制或性能评定都需要能产生具有某种信道特征的射频或数字信号等，并能够时分发射的信号，而这些用普通信号源难以产生，而研制专门的信号源受经费、技术状态等各种因素影响。因而，在预算可负担的范围内完成系统的研发和验证，成为一大挑战，《泰克十大宽带射频应用方案》第一期：利用任意波形发生器产生带信道模型信号的方案。 挑战2：任意波形发生器的半实物仿真 任意波形发生器是利用高速DAC将内存中的波形文件转换为实际的波形信号。因其波形文件可以由用户灵活定制，任意波形发生器可以产生的波形信号也即可以灵活定制，其波形特征仅受限于其采样率带宽，其可以用于各类半实物仿真中。《泰克十大宽带射频应用方案》第二期：任意波形发生器在半实物仿真中的应用 挑战3：复杂电磁环境综合测试 所谓的复杂电磁环境是信息化战场上在交战双方激烈对抗条件下所产生的多类型、全频谱、高密度的电磁辐射信号, 以及己方大量使用电子设备引起的相互影响和干扰，从而造成在频谱环境上呈现时域上突发多变、空域上纵横交错、频域上拥挤重叠、能量上高低分布的特征，严重影响武器装备效能、作战指挥和部队作战行动的无形战场环境。 《泰克十大宽带射频应用方案》第三期：复杂电磁环境综合测试系统。 挑战4：射频信号采集记录和回放 随着导航技术、电子对抗、频谱监测、卫星通信等空间科学的高速发展，射频信号采集记录和回放系统广发应用于导航、气象、航空航天、通信、频谱监测等领域，需要将复杂的信号实时采集记录下来，进行分析和算法研究，并可以通过硬件或软件回放来模拟真实的工作环境，为各类接收机的研发和调试提供稳定可靠的信号模拟器，减少现场测试的时间和研发成本。《泰克十大宽带射频应用方案》第四期：射频信号采集记录和回放系统解决方案。 挑战5：无线电监测 无线电监测网主要实现电磁频谱的精细监管、全天候频谱监测和新一代的智能监测。这些功能需要采集海量数据，并对这些海量数据进行复杂分析和统计，从而实现在时、空、频、能量各维度对复杂电磁环境进行评估，并对频谱的态势变化进行预测报警等功能。电磁环境的复杂程度的增加越来越多的表现在信号时域上突发多变，频率上拥挤重叠，能量上高低分布，方向上纵横交错等特点。《泰克十大宽带射频应用方案》第五期：无线电监测系统方案。 挑战6：超宽带信号的采集分析 随着技术的进步，更高载波、更高带宽的射频信号传输技术应用到雷达、太赫兹、通信、量子计算等产品的研制上，如毫米波汽车防撞雷达、Wigig等。40G载波、2GHz调制带宽以上的测试需求越来越多，甚至可能需要进行多路的同时采集，来进行系统的性能验证。 面对如此宽的信号，一般频谱仪的分析带宽已经无法满足，只能借助示波器加矢量信号分析软件来完成。《泰克十大宽带射频应用方案》第六期：基于泰克ATI示波器的超宽带信号采集及分析方案。 挑战7：太赫兹通信的复杂测试 THz通信应用包含了从器件到器件、板级通信、机器到机器、人机及人人的无线通信，包括室内和室外场景。THz通信将提供了数十Gbps甚至是1Tbps的超高传输速率，以匹配未来的光纤通信容量。在THz的通信中，从器件，包括辐射源、波导、滤波器、调制器，甚至天线到系统都有广阔的研究空间，除了基础的器件验证，对其通信系统的指标也都往往需要进行评估。《泰克十大宽带射频应用方案》第七期：泰克THz通信测试测量解决方案。 挑战8：多通道信号的产生于分析 现代通信、雷达、导航设备在研发过程中多需要产生复杂的调制和脉冲信号，同时进行多路同时输出和采集，来进行系统性能验证。如在宽带雷达系统的研制和系统性能评定需要能产生的信号包括目标模拟、环境模拟、杂波模拟、噪声模拟、干扰模拟并能任意改变其中的参数进行多路的输出。对于通信和导航系统来说，需要产生跳频、复杂调制并能够时分发射的信号。 《泰克十大宽带射频应用方案》第八期：泰克多通道信号产生与分析系统. 挑战9：太赫兹雷达信号的分析测试 近年来，随着太赫兹器件性能的不断提高，太赫兹应用系统的研究与开发逐渐受到了世界各国的关注，美、欧和日尤为重视。美国政府将太赫兹科技评为“改变未来世界的十大技术”之一，日本更是将太赫兹技术列为“国家支柱十大重点战略目标之首”。美国国家航空航天局(NASA)、美国国防部高级研究计划局(DARPA)、美国国家科学基金会(NSF)等。《泰克十大宽带射频应用方案》第九期：泰克太赫兹THz雷达信号测试解决方案。 挑战10：频率合成和调频同步难题 随着微电子与数字信号处理技术的广泛应用,尤其是FPGA,DSP以及DDS器件的发展,原先存在的频率合成器和跳频同步等难题已经解决,与自适应技术的结合进一步提高了跳频系统的性能。可以相信，跳频技术将向更高跳频速率、高数据传输速率发展。各种新颖的跳频实现方法也不断地提出，软件无线电概念的提出为跳频技术的发展开辟了一个新领域。《泰克十大宽带射频应用方案》第十期：泰克跳频信号综合测试系统。

    时间：2019-01-09 关键词： 射频信号 泰克 无线电监测

  • 基于NI PXI技术的无线电监测接收机技术介绍

    无线射频接收机是一个监测系统，它负责从天线上接收射频能量，然后把信号频率降到数字化仪可接收的范围内进行采集，随后就可以对信号进行诸如扫频、频谱分析、功率计算、调制和解调参数分析的操作。一个无线监测接收系统的主要指标应该包括：动态范围、灵敏度、本底噪声*、解调模式等。下文将详细介绍NI RF产品的上述指标。NI射频架构综述NI的射频架构基于虚拟仪器技术的概念，它包括：高性能的模块化硬件（射频信号分析仪PXI 5660、射频信号发生器PXI 5670）以及高灵活性的软件架构（LabVIEW、频谱分析工具包、信号调制解调工具包）（见图1）。由于PXI平台是基于PC技术的，用户完全可以利用PC技术的高速发展，例如高速的CPU、大容量的内存、高分辨率的显示器等等。除此之外，PXI平台还增加了专为测试测量应用定制的定时和触发总线，并具备坚固性、低功耗、电磁兼容性等特性。PC技术允许用户使用通用的操作系统和灵活的软件架构。您可以使用LabVIEW图形化编程环境和调制解调工具包等附加工具包来开发不同的应用程序。为了满足日益变化的测试需求，这个架构是最适合的。图1 NI的射频架构PXI 5660的架构PXI 5660 是一个基于PXI技术标准的射频信号分析仪。它具有模块化仪器的架构，其中包括一个宽带射频的下变频器、一个高纯度的中频数字化仪和进行频谱测量和调制解调的软件工具包。采集一个射频信号包括两个步骤：下变频和数字化。下变频模块PXI 5600拥有20MHz的实时带宽，可以把信号频率下变频到以15MHz为中心频率，范围在5～25MHz之间。数字化仪模块PXI 5620拥有一个高速的ADC和板上的硬件处理能力。它由一个14位的64 MS/s的 ADC和一个数字下变频集成电路组成。这个数字下变频芯片可以进行实时批处理，并将任何20MHz带宽的信号降频到基带信号，这对于捕捉无线通讯的信号来说是非常理想的。同时，下变频集成电路也可以从频谱中产生复杂的I/Q数据。数字化仪模块包括了专为数据传输设计的具有NI专利的高速MiniMITE 集成电路。MiniMITE通过DMA方式将数据直接传输到主机的内存上，从而释放主机CPU以进行数据的分析、显示和通讯任务（见图2）。图2 PXI-5660 硬件架构下变频模块首先对任何一个3GHz范围内的信号进行用户可选择的衰减，然后进入升频阶段。得到的信号再经过一个谐振滤波器，这是为了在信号进入多级的降频模块前滤去镜像抑制。经过降频的信号以5MHz～25 MHz的中频信号输出。下变换器使用一个高稳定度、高精度的恒温晶体振荡器来驱动其它的系统时钟并提供±50 ppb 的频率精度。为了能够用在PXI中，NI使用了一个微型高性能的、基于YIG的晶体振荡器为高频的升频阶段产生本振信号。YIG晶体振荡器可以产生非常纯的高频信号。YIG代表了钇铁石榴石材料，它是组成晶体振荡器中谐振腔的基础。虽然YIG晶体振荡器在尺寸上可以改变，但往往还是占很大面积，而NI 5600在这个领域使用了突破性的技术，设计使用了非常小的YIG晶体振荡器。YIG的频率带宽也是可调的，允许用户调节到他们想要的频率范围内去（见图4）。PXI 5660精妙的频率调节和多级的架构保证了其寄生响应（spurious response）远低于传统仪器的动态范围。NI RF解决方案的优势频谱分析仪 Vs 矢量信号分析仪NI定义的RF解决方案是一个软件定义的系统，它是根据用户的要求通过软件来定制测量硬件的功能。因此，NI 5660就是我们熟知的软件无线电平台。它既可以作为一个高性能无线接收器（正如用于射频监测的仪器），也可以作为一个矢量信号分析仪（如用于射频信号测量应用的仪器）。传统的频谱分析仪使用一种叫做“扫频调谐”的方法。RF前端有一个混频器，把RF输入和一个频率十分接近所需RF频率的可调振荡器进行混频。混频器是一个模拟乘法器，在输出端产生和频和差频信号。频率较高的和频信号由检波器输出端的一个滤波器进行滤波；频率较低的差频信号则输出给检波电路。检波器的输出由一个低速的ADC转化为数字信号。混频器和低通滤波器由可调振荡器驱动组成一个可调滤波器。混频器输出端的低通滤波器的带宽决定频谱显示时频率轴的频谱分辨率。矢量信号分析仪是一个宽频的仪器。它不需要对一个模拟滤波器进行扫频用来显示频谱，而是对所选择的频谱块对应的时域信号进行数字化，因此得出的频谱会包含相位信息。所有的频率同时被一个宽频的滤波器进行捕获，然后进行复杂的FFT运算，而不是像频谱分析仪用窄带滤波器和电压计对它们依次进行捕获。NI PXI 5660和大多数频谱分析仪最大的区别之一就是PXI 5660可以是一个矢量信号分析仪。这意味着我们可以同时采集大量的20MHz带宽的频谱信号。矢量信号分析仪的优势在于：（1）在相同时间内采集更多的数据，使得基础测量要快很多。（2）在很宽的带宽下数字化的信号包含频率信息。（3）对数字化的信号（幅度和相位）进行FFT计算。表1是对频谱分析仪和矢量分析仪的详细比较：表1 频谱分析仪与矢量分析仪的详细比较PXI平台的优势PXI是PCI eXtensions for Instrumentation的缩写。PXI的主要优势在于它利用了已经验证的符合工业标准的技术。PXI建立在高速的CompactPCI总线基础之上，并加入了类似VXI所具有的定时、触发和同步功能。为了便于集成，PXI采用了开放的软件标准，其中包括通用的操作系统，即插即用的驱动和网络技术。PIB、VXI、PCI和PXI总线的比较图8对当今主要的测试平台－GPIB, VXI, PCI和PXI 的一些重要参数进行了比较。PXI利用了PC平台的尺寸、价格和总线速率的优势，并配之以GPIB和VXI作为仪器规范的特性，使得用户能够同时拥有这两方面的强大优势。表2 GPIB、VXI、PCI和PXI总线的比较（1）PXI和VXI的市场占有率回首过去几年PXI和VXI的市场占有率，VXI几乎一直维持相同的市场占有率，而PXI则增长迅猛，并于2002年超过VXI的市场占有率。行业专家预测这样的增长将继续维持下去。（2）众多知名企业放弃VXI而采用PXI1987年7月，五家企业于创建了VXI联盟并举办了第一次例会，这五家企业是：Colorado Data Systems、Hewlett-Packard、Racal-Dana Instruments（现在是 Racal Instruments, Inc.）、Tektronix和Wavetek。如今，Colorado Data Systems、Tektronix和Wavetek都已经退出了VXI联盟；Hewlett-Packard（现在是Agilent） 也已经将它们的VXI产品线卖给了VXI Technology公司，并于去年发布了它们第一快基于PXI的模块化仪器；Racal Instruments于2002年成为PXISA（PXI系统联盟）的发起成员并大量销售PXI产品；Tektronix也将虚拟仪器技术用于它们的Open Windows示波器；PXI系统联盟 持续扩大其成员队伍，目前已有68家成员公司。综上所述，和VXI相比，PXI具有更快的总线传输速率（132MB/s vs 40MB/s）、更小的体积以及更好的性能价格比。此外，因为借助于PC技术，PXI将会根据业界最先进的技术（如PCI Express）来不断更新其产品，相反，VXI则已经停止了其主要技术的更新。最后，得益于NI软件的灵活性和不断更新的模块化硬件，用户可以最少的投资随时升级整个测试系统。如此优良的扩展性，灵活的软件架构使得基于PXI的系统集成变得更加容易。因此，PXI总线正在逐步取代VXI总线成为测试测量行业的最新总线标准。总结NI射频信号分析仪—PXI 5660并非传统的频谱分析仪，而是一个高性能的软件无线电平台（同时可以实现无线电接收机、频谱分析仪和矢量信号分析仪的功能）。和传统的无线电监测接收机相比，NI基于PXI的射频系统具有更好的可扩展性和灵活性。利用强大的图形化编程语言LabVIEW，无线射频接收监测系统已经从传统上硬件定义系统功能的仪器跨入了一个新的时代：软件无线电，它在高性能硬件保证信号低失真数字化的前提下，充分发挥软件平台和计算机处理器的强大优势，实现诸如解调、参数计算、阈值监测等各种功能。

    时间：2018-09-13 关键词： ni pxi技术 接收机技术 无线电监测

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