雷达参数综合分析
除了在示波器里直接对雷达脉冲的基本参数进行测量,也可以借助功能更加强大的矢量信号分析软件。下图是用Keysight公司的89601B矢量信号分析软件结合示波器对超宽带的Chirp雷达信号做解调分析的例子,图中显示了被测信号的频谱、时域功率包络以及频率随时间的变化曲线。被测信号由M8195A超宽带任意波发生器产生,Chirp信号的脉冲宽度为2us,频率变化范围从1GHz~19GHz,整个信号带宽高达18GHz! 这里充分体现了实时示波器带宽的优势。
更严格的雷达测试不会仅仅只测脉冲和调制带宽等基本参数。比如由于器件的带宽不够或者频响特性不理想,可能会造成Chirp脉冲内部各种频率成分的功率变化,从而形成脉冲功率包络上的跌落(Droop)和波动(Ripple)现象。因此,严格的雷达性能指标测试还需要对脉冲的峰值功率、平均功率、峰均比、Droop、Ripple、频率变化范围、线性度等参数以及多个脉冲间的频率、相位变化进行测量,或者要分析参数随时间的变化曲线和直方图分布等。这些更复杂的测试可以借助于89601B软件里的BHQ雷达脉冲测量选件实现。这个测试软件也支持示波器的分段存储模式,可以一次捕获到多个连续脉冲后再做统计分析,下图是一个实际测试的例子。
除了雷达脉冲分析以外,借助于示波器自身的抖动分析软件或者矢量信号分析软件,还可以对超宽带的调频信号进行分析。下图是对一段在7GHz的带宽范围内进行调频的信号的频谱、时域以及调频图案的分析结果。
宽带通信信号的解调分析
在WLAN、卫星通信、光通信领域,可能需要对非常高带宽的信号(>500 MHz) 进行性能测试和解调分析,这对于测量仪器的带宽和通道数要求非常高。比如在光纤骨干传输网上,已经实现了单波长100Gbps的信号传输,其采用的技术就是把2路25Gbps的信号通过QPSK的调制方式调制到激光器的一个偏振态,然后把另 2路25Gbps的信号通过同样的方式调制到激光器一个偏振态上,然后把两个偏振态的信号合成在一起实现100 Gbps的信号传输。而在下一代200Gbps或者400 Gbps 的技术研发中,可能会采用更高的波特率以及更高阶的调制如16QAM、64QAM甚至OFDM 等技术,这些都对测量仪器的带宽和性能提出了非常高的要求。
如下图所示是Keysight公司进行100G/400G光相干通信分析仪N4391A: 仪器下半部分是一个相干光通信的解调器,用于把输入信号的2个偏振态下共4路I/Q 信号分解出来并转换成电信号输出,每路最高支持的信号波特率可达126 Gbaud;而上半部分就是一台高带宽的Z系列示波器,单台示波器就可以实现4路33GHz的测量带宽或者2路63GHz的测量带宽;示波器里运行89601B矢量信号分析软件,可以完成信号的偏振对齐、色散补偿以及4路I/Q信号的解调和同时显示等。
下图中还显示了用示波器做超宽带信号解调分析的结果,被测信号是由 M8195A 发出的32Gbaud的16QAM调制信号。由于16 QAM调制格式下每个符号可以传输4个bit的有效数据,所以实际的数据传输速率达到128 Gbps。通过宽带的频响修正和预失真补偿,实现了高达20dB以上的信噪比以及<4%的EVM(矢量调制误差)指标。
示波器的射频性能指标
从前面介绍的一些示波器在射频测试里的典型应用可以看出:由于技术的发展,使得示波器高带宽、多通道优势非常适合于各种复杂的超宽带应用,同时其时域、频域的综合分析能力也提高了测量的直观性。