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善用工具讓工程師即時洞察先進系統真實效能

2015年11月03日

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作者:Stewart Forsyth/Keysight Technologies

長期以來,工程師普遍使用頻譜分析儀來開發和評估雷達電子戰系統。然而,隨著現代的雷達系統對於高靈敏度和高調諧度的要求不斷升高,傳統的掃頻量測技術已無法滿足需求,因而驅動業界積極開發兼具優異速度、靈活性與效能的量測解決方案,並且為下一代系統需求預留了改進空間。


有鑑於此,是德科技開發出Keysight UXA訊號分析儀。這款X系列訊號分析儀的旗艦機型利用專屬技術來提供前所未有的量測效能。


滿足高效能需求

Keysight UXA具備510 MHz的暫態頻寬,可有效分析當今的寬頻系統,如果使用IF輸出,頻寬可進一步提高到900 MHz。這款儀器提供三大領先業界的性能:相位雜訊、寬頻無突波動態範圍(SFDR),以及寬頻平坦度。


如需更高的效能,UXA提供選配的即時頻譜分析儀(RTSA),可涵蓋完整的分析頻寬,並可用100%攔截概率(POI),擷取持續時間只有短短3.517μs(於510 MHz頻寬)的訊號。選配的外部原子參考頻率可提供無與倫比的長期穩定性。


為提升易用性,UXA配備14.1吋觸控螢幕和簡單易用的觸控操作介面。多點觸控操作進一步讓使用者能更快透過熟悉的X系列選單進行量測設定。UXA可針對已知和未知的飄忽寬頻訊號,提供更寬廣且深入的檢視畫面,方便工程師鉅細靡遺地洞察其設計細節。


獲致無與倫比的純度與清晰度

射頻(RF)與微波技術的進展彼此相輔相成:新技術帶來更好的工具,這些工具則轉而推動技術的發展,其因果循環生生不息。今天,這樣的互動造就了UXA,它的多項優異特性須仰賴新的類比轉數位 (ADC)及數位轉類比(DAC)轉換器才得以實現。是德科技這兩種專屬元件特別針對雷達、電子戰及無線通訊等射頻和微波應用進行最佳化。


這款兼具寬頻與低失真特性的計量級ADC,誠為當今超寬頻系統最理想的最佳化工具。利用這項技術,UXA可在最大的暫態頻寬中保持極高的SFDR,如圖1所示。如此一來,設計工程師可對各項設計進行全面的評估,包括寬頻EW設備的靈敏度,同時還可對最新的多頻段或寬頻無線系統,微調數位預失真補償。


圖1:是德科技專屬的ADC讓UXA能在510-MHz全頻寬內維持高動態範圍。在圖示量測中,所產生的最高突波訊號較主訊號位準低了88dB
圖1:是德科技專屬的ADC讓UXA能在510-MHz全頻寬內維持高動態範圍。在圖示量測中,所產生的最高突波訊號較主訊號位準低了88dB

ADC並非單獨操作。為使轉換器發揮最大效用,UXA採用一個寬頻RF前端裝置,其整個IF頻寬的平坦度不超過 ±0.7dB。


ADC顯然攸關分析儀的效能,但寬頻DAC的價值卻不是那麼明顯。然而,是德科技專屬的DAC是改善基本效能不可或缺的要件,可提供出色的相位雜訊與低突波失真組合。


DAC是直接數位合成器(DDS)的核心元件,可補足頻譜分析儀與訊號分析儀中常見的PLL本地振盪器(LO)的不足。由於所有頻率轉換都需使用LO,其純度與頻率穩定性會執行影響訊號分析儀的突波失真與相位雜訊效能。


基於直接數位合成器的本地振盪器,在相位雜訊方面的優點令人印象深刻,尤其在低載波偏移及中等載波偏移時,如圖2所示。DDS架構值得稱道的一點是,單獨使用DDS(不使用PLL)時,分析儀相位雜訊曲線不會出現台階效應。台階的形狀與轉角頻率取決於PLL的迴路濾波特性,有時使用者可調整該特性,以便將特定偏移區域的相位雜訊特性最佳化。


圖2:相較前一代的Keysight PXA 和 PSA高效能機種,UXA提供改良後的相位雜訊,尤其在微幅和中等偏移狀況下
圖2:相較前一代的Keysight PXA 和 PSA高效能機種,UXA提供改良後的相位雜訊,尤其在微幅和中等偏移狀況下

在沒有台階效應的狀況下,UXA可提供高達1 MHz的偏移效能提昇。針對較寬的偏移,藉由結合使用PLL與DDS,UXA可降低來自YIG調諧振盪器的相位雜訊底線。必要時,PLL也能提供迴路濾波功能並消除DDS的突波。


和ADC一樣,DAC也不能單獨運作,例如:UXA的近載波相位雜訊特性是新的參考頻率組合所產生的結果。藉由將參考頻率最佳化,UXA可善用DDS特性並改善相位雜訊表現,特別是偏移不超過100Hz時。


延伸即時效能

UXA具有510MHz暫態頻寬和超快速的數位訊號處理器(DSP),可提供比通用型訊號分析儀高出3倍的即時頻寬。透過RTSA功能,UXA可在510 MHz頻寬範圍內,以100% POI和全振幅準確度,擷取持續時間僅短短3.517 μs的訊號,甚至還可檢測僅1.5 ns的短暫訊號(參見圖3)。


圖3:Keysight UXA樹立了即時頻寬的新標竿。頻譜密度顯示畫面是顯示逸散或任何捉摸不定的訊號及其特性的強大工具
圖3:Keysight UXA樹立了即時頻寬的新標竿。頻譜密度顯示畫面是顯示逸散或任何捉摸不定的訊號及其特性的強大工具

即時性也作為頻率遮罩或時間限定觸發之用。如此,UXA可依據時間特性來分辨頻譜很類似的訊號,並可對比其他訊號更短或更長的脈衝進行觸發,例如:此功能可用來找出密集無線訊號環境中的暫態干擾,或是辨識戰場中各種特定頻譜的發射器。


洞察各種複雜訊號

UXA的全暫態頻寬特性可在分析儀內部或透過連網PC,在89600 VSA軟體中執行。此外,工程師可設定頻率遮罩、時間限定,或是其他即時觸發方式,藉以啟動個別量測及無間斷訊號擷取,以供後續處理之用。


由於Keysight UXA以全向量方式擷取訊號,其後續處理可直接中心頻率及頻距,而無須擷取新的資料。這項技術可同時擷取多種訊號,甚至還可包含多個通道或多個頻段。之後工程師可從擷取資料中萃取出個別訊號,以不同分析之用,包括解調變、時間對準,或是檢測因果關係。


Keysight UXA寬廣的擷取頻寬擴充了VSA的多重量測能力,例如可在單次擷取中進行包含不同調變方式及不同頻寬的暫態解調變量測,並且還可同時分析調變訊號、干擾及其他類型的訊號。


持續改進量測特性

Keysight UXA X系列訊號分析儀是各種新科技、新工具及新發展的正向循環、彼此相輔相成的最新改善成果。植基於德科技專屬技術的UXA賦予訊號分析無與倫比的純淨度與清晰度,優異的中頻(IF)部分更能加深系統內部作業的全盤掌握,並協助設計工程師確認其設計確實符合——甚至超越所預期的先進效能目標。





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