Solutions pour Mesures radar et de communications satellites large bande Utiliser un oscilloscope à large bande passante pour mesurer directement et analyser les sorties d'émetteur radar et satellites en bandes X, Ku et Ka jusqu'à 32 GHz Note d'application Aperçu Les systèmes radar et de communications satellites du marché de l'aérospatial/défense exigent de plus en plus de bande passante de signal et d'analyse et un gain de traitement plus important. En effet, les systèmes de communications satellites exigent plus de débit et les systèmes radar modernes ont besoin d'un gain de traitement supérieur pour une résolution spatiale améliorée, ce qui à son tour exige des bandes passantes de modulation plus larges. Les systèmes radar modernes font aussi appel à des formats de signaux à modulation par impulsions plus complexes qui améliorent la résolution spatiale et réduisent la probabilité d'interception et de brouillage. De nombreux systèmes radar et de communications satellites fonctionnent dans les hyperfréquences (par ex. bandes X, Ku et Ka), ce qui autorise la gestion de bandes passantes de modulation élargies, des capacités accrues et offre de surcroît l'avantage de pouvoir utiliser des antennes plus petites. Dans certains cas, les larges bandes passantes requises dépassent les bandes de fréquence intermédiaire (FI) des analyseurs de spectre RF et des analyseurs de signaux vectoriels (ou FFT) que l'on trouve dans le commerce. Ceci, associé aux fréquences de fonctionnement supérieures requises, occasionne un ensemble important de défis pour les ingénieurs RF chargés de tester les émetteurs radar et satellite. Problème Mesurer rapidement, précisément et à moindre coût les performances des émetteurs RF/hyperfréquences, dans les applications radar et satellites actuelles, constitue un réel défi. Dans certains cas (par ex. pour la mesure EVM d'un émetteur satellitaire), il n'est pas toujours possible de mesurer directement la sortie de l'émetteur et les ingénieurs doivent souvent recourir à un matériel convertisseur-abaisseur sur mesure qui ramène les fréquences RF/hyperfréquences à une fréquence FI qu'un matériel de test du commerce pourra mesurer. Malheureusement, cela implique des coûts d'ingénierie non récurrents pour la conception, la construction et le test du matériel, qui peuvent être rédhibitoires. Le matériel convertisseur-abaisseur introduit lui aussi ses propres dégradations RF susceptibles de masquer les vraies performances de l'émetteur RF/hyperfréquences sous test. De plus, une distorsion peut se produire. Elle accroît l'evm totale mesurée et il devient alors difficile de distinguer quelle est la quantité d'evm engendrée par la source de l'émetteur. Faute d'autres options, de nombreux ingénieurs RF doivent s accommoder d une incertitude sur la précision de mesure découlant d une méthode qui est tout sauf idéale.
Solution La réponse à ce dilemme réside dans la recherche d'une solution qui permette de mesurer directement et d'analyser la sortie de l'émetteur RF/hyperfréquences sans devoir nécessairement recourir à un matériel convertisseurabaisseur de fréquence. Pour cela, une solution idéale consiste à utiliser l'oscilloscope à large bande passante capable de mesurer directement et d'analyser les signaux des émetteurs radar et satellites actuels, en bande X, Ku et Ka jusqu'à 32 GHz. Non seulement ce type d'oscilloscope élimine le temps et le coût associés à l'utilisation de matériels convertisseurs-abaisseurs sur mesure, mais il affranchit aussi l'ingénieur de la nécessité de gérer d'autres problèmes tels que le calibrage matériel, les corrections de non linéarité du système et l'incertitude dans les résultats de mesure. D'autres aspects des mesures radar et satellites large bande posant généralement certaines difficultés aux ingénieurs RF sont les suivants : Création de signaux à large bande passante personnalisés/propriétaires. La création de ces signaux pour les tests d émetteur posent traditionnellement des problèmes car bien souvent ils ne sont pas pris en charge par les matériels du commerce. Les ingénieurs sont donc obligés de développer un équipement de test personnalisé, une solution coûteuse et fastidieuse. Analyse des signaux à large bande passante personnalisés/propriétaires. Les formats des signaux radar et satellites peuvent être personnalisés ou propriétaires et leur analyse peut aussi être personnalisée, dans une certaine mesure. La solution idéale serait de trouver une solution de test complète intégrant l aspect matériel et logiciel capable de créer et d'analyser des signaux personnalisés/ propriétaires. L'oscilloscope 90000X à large bande passante permet aux ingénieurs RF de mesurer directement et d'analyser les sorties d'émetteur radar et satellites. Offrant jusqu'à 32 GHz de bande passante analogique vraie, il fournit une précision temps réel adaptée à la mesure directe des sorties de mesure sans nécessiter de matériel convertisseur-abaisseur de fréquence externe. Une analyse dans le domaine temporel peut être réalisée pour mesurer les caractéristiques RF pulsées d'un émetteur (par ex. temps de montée, temps de descente et largeur d'impulsion). Le M8190A est un instrument modulaire de facteur de forme AXIe. Il sert à générer les signaux large bande requis pour tester les nouveaux systèmes radar et satellites. Etant un AWG 1 ou 2 voies de précision doté d'une résolution CNA de 14 bits jusqu'à 8 Géch/s et de 12 bits jusqu'à 12 Géch/s (2 à 4 bits de plus que ce qui est actuellement disponible), il présente d excellentes performances en termes de signal. Le M8190A intègre aussi jusqu'à 2 Géch de mémoire par voie (soit une amélioration de 30X par rapport aux AWG du commerce), ce qui permet de créer des scénarios longs et réalistes tels que les simulations radar. Chaque voie (à -3dB) offre une bande passante de 5GHz (-3dB) et permet de l utiliser comme générateur bande de base I/Q et FI. Le générateur de signaux PSG délivre des signaux de test de haute qualité. Les entrées IQ large bande en font l'instrument idéal pour les mesures radar et satellites large bande. En association, le PSG et le M8190A offrent la flexibilité nécessaire pour créer des signaux radar personnalisés/propriétaires et des signaux modulés large bande (par ex. QPSK et 16 QAM) pour les applications satellites. Ces signaux sont utilisables pour tester les dispositifs sous test (DUT) en laboratoire, sans recourir à des équipements de test personnalisés coûteux. Pour le test DUT de composants, le M8190A génère des signaux IQ large bande délivrés aux entrées IQ large bande du PSG. Le PSG génère ensuite le signal de test hyperfréquences qui servira de stimulus pour le DUT. La sortie du DUT est ensuite reliée à l'oscilloscope 90000X qui effectuera les mesures radar et satellites (Figure 1). Pour mesurer un émetteur séparé, l'ingénieur RF doit simplement connecter l'oscilloscope directement sur la sortie émetteur. Agilent Technologies propose une solution de ce type, composée d un oscilloscope hautes performances Infiniium 90000 série X (90000X), d un générateur de signaux vectoriels PSG, d un générateur de signaux arbitraires M8190A (AWG) et du logiciel d'analyse de signaux vectoriels (VSA). Cet ensemble de solutions offre aux ingénieurs RF les capacités et la flexibilité requises pour réaliser des mesures radar et satellites large bande. FIGURE 1 : Configuration typique utilisé pour créer et analyser des signaux radar et satellites large bande. Un M8190A AWG à large bande passante est représenté dans le coin supérieur gauche, tandis qu'un PSG avec entrées I/Q large bande se trouve en bas à gauche ; un oscilloscope 90000 série X à large bande équipé du logiciel VSA est représenté à droite. 2
Mesures personnalisées/ propriétaires Fonction Custom personnalisée function Signal Scope oscilloscope waveform La création de signaux personnalisés/propriétaires et la réalisation de mesures personnalisées/ propriétaires sur les applications radar et satellites sont deux tâches que simplifie considérablement. peut générer les signaux simulés qui sont ensuite téléchargés sur le M8190A AWG. Ici, ils sont synthétisés dans des signaux IQ différentiels envoyés aux entrées I/Q externes du générateur de signaux PSG qui génère les signaux de test modulés RF/hyperfréquences. Trace appliquée applied trace d'impulsion RF extraite RFEnveloppe pulse envelope extracted from de la fonction personnalisée custom function Réaliser des mesures Perform supplémentaires additional scope à l'oscilloscope measurements Déposez les mesures oscilloscope Drop pre-configured scope préconfigurées on sur displayed l'enveloppeenvelope affichée measurements 2 GHz Mesure du temps de Les fonctions personnalisées définies par Measure Measu RF pulse rise montée de l'impulsion RFtime l'utilisateur sont aussi utilisées sur l'oscilloscope 90000X et appliquées au signal de trace (par ex. FIGURE 2 : Mesures d'enveloppe RF pulsées et mesures de temps de montée réalisées sur l'enveloppe. pour calculer l'enveloppe RF pulsée) pour pouvoir mesurer et afficher l'enveloppe des signaux RF pulsés. Les mesures préconfigurées sur l'oscilloscope 90000X servent à mesurer le temps de montée, le temps de descente, la largeur d'impulsion et le dépassement sur les impulsions radar RF (Figure 2). Dans ce cas précis, la profondeur mémoire Spectre à fluctuations de capture du 90000X (2 Géch) joue un rôle de fréquence (chirp) LFM Phase à centré sur 10 GHz essentiel pour lui permettre de capturer et d'analyser fluctuations de fréquence un grand nombre d'impulsions radar. (chirp) La mémoire segmentée optimise encore 2 GHz davantage le nombre d'impulsions radar pouvant être capturées et analysées avec la mémoire oscilloscope disponible. Elle permet essentiellement à l'utilisateur de zoomer sur une impulsion et de ne capturer que le temps «ON» de l'impulsion, en Amplitude de l'enveloppe laissant de côté le temps «OFF». Notez que bien de magnitude log vs. temps que la mémoire segmentée est utilisable avec les Fluctuations de fonctions définies par l'utilisateur, cette fréquence (chirp) 6 us capacité n'est pas disponible avec le logiciel VSA. FIGURE 3 : Mesure de radar avec fluctuation de fréquence (chirp) LFM à large bande passante obtenue avec le logiciel VSA installé sur l'oscilloscope 90000X. Faciliter la migration vers l'oscilloscope Bien que l'analyseur de spectre et les analyseurs de signaux vectoriels s utilisent traditionnellement pour le test RF, les défis posés par les mesures radar et satellites actuelles sont devenus un catalyseur poussant les ingénieurs RF à migrer vers les oscilloscopes à large bande passante. Fort heureusement, le logiciel Agilent VSA s exécute sur l'oscilloscope 90000X, facilitant cette migration en offrant ce qu il y a de mieux aux ingénieurs RF : les fonctionnalités et l'interface utilisateur de l analyseur de signaux vectoriels et l'accès aux capacités à large bande passante de l'oscilloscope, autorisant des mesures jusqu'à 32 GHz pour les applications radar et satellites large bande. Avec son interface utilisateur familière, le logiciel VSA permet aux ingénieurs RF de spécifier sur l oscilloscope des paramètres RF traditionnels (par ex. étendue de fréquence et bande passante de résolution). Il traite ensuite les données délivrées par l'oscilloscope et affiche les résultats numérisés dans les écrans d'amplitude et de phase de l'analyseur de signaux vectoriels. Le logiciel VSA peut aussi effectuer une analyse dans le domaine fréquentiel, mesurant des caractéristiques comme le spectre RF/hyperfréquences, la fréquence et la phase (par ex. phase et fréquence «chirp» ou caractéristiques de saut de fréquence affichées sur un spectrogramme RF) et EVM (Figure 3). 3 En outre, le logiciel VSA prend en charge de nombreuses normes de signaux et types de modulation pour la démodulation de formats de signaux comme QPSK, 16 QAM et 64 QAM pour les applications satellites et autres. Ces analyses donnent à l'ingénieur une visibilité accrue sur les performances matérielles réelles de l'émetteur radar et satellitaire.
Exemple : 16 QAM large bande Outre les mesures radar, le même équipement de test du commerce peut s utiliser pour une gamme d'applications diverses, y compris dans les communications large bande. Prenons l'exemple d'un signal 16 QAM large bande passante 1,76 GHz, créé et analysé à l'aide du montage de test du commerce illustré Figure 1. génère un signal 16 QAM qui est ensuite téléchargé sur le M8190A AWG. Comme nous le voyons Figure 4, le logiciel VSA de l'oscilloscope est utilisé pour démoduler le signal 16 QAM. N oubliez pas que l'evm est un indicateur de distorsion d'amplitude et de phase d'un signal à modulation numérique. Dans ce cas précis, l'evm résiduelle est d'environ 1,17 %, une valeur tout à fait correcte pour un signal modulé de 1,76 GHz dans la bande X (10 GHz). Par contraste, avec les équipements existants, l'evm pouvant être obtenue à ce débit se situe typiquement aux alentours de 2 à 3 pour cent seulement, ce qui entraîne une erreur de mesure et une incertitude considérablement plus élevées. AWG Modulateur IQ analogique Mémoire N/A Mémoire N/A Modulation numérique large bande : 16 QAM, 1,76 G Sym/s Fs = 7,2 GHz avec corrections d'amplitude EVM = 1,17 % FIGURE 4 : Les quatre quadrants de l'écran du VSA montrent le diagramme de constellation (haut gauche), le spectre de bande X 10 GHz (bas gauche), EVM vs. temps (haut droit) et le résumé EVM en bas à droite. Dans cet exemple, les performances EVM résiduelle sont obtenues par l association d un AWG, d un PSG avec entrées IQ large bande et d un oscilloscope numérique 32 GHz. Récapitulatif des résultats L'utilisation d'un matériel convertisseur-abaisseur de fréquence externe pour mesurer les performances d un émetteur radar et satellitaire large bande peut s'avérer une tâche coûteuse et fastidieuse, ce qui n est peut-être pas la meilleure façon de gagner en visibilité sur les performances vraies de l'émetteur RF/hyperfréquences. Avec l'oscilloscope Agilent 90000X, l'ingénieur RF dispose d une alternative viable : un moyen de mesurer directement et d'analyser les performances des émetteurs RF/hyperfréquences pour les applications radar et de communications satellites. Lorsqu il est associé à l AWG M8190A et au générateur de signaux PSG, l oscilloscope permet de créer et d analyser des signaux de test physiques. Les formes d'onde de signaux personnalisés/ propriétaires peuvent être générées à l'aide de puis téléchargées sur l AWG M8190A associé à un générateur de signaux PSG pour créer le signal de test. Avec l'oscilloscope 90000X, la sortie de l'émetteur est mesurée à l'aide du logiciel Agilent VSA, d'une fonction définie par l'utilisateur ou de capacités d'analyse dans le domaine temporel intégrées à l'oscilloscope. Avec les applications radar et de communications satellites actuelles qui font appel à des bandes passantes plus larges et à des fréquences plus élevées, la mesure directe et précise de la sortie de l'émetteur avec l'oscilloscope 90000X est devenue essentielle pour obtenir une meilleure visibilité dans les vraies performances de l'émetteur, faisant gagner du temps et permettant de réduire le cycle de conception, qui est coûteux. 4
Applications connexes Mesures MIMO LTE, analyse et test de modulation de la couche physique Produits Agilent associés DSOX93204A Oscilloscope à signaux numériques 32 GHz avec Options : 02G, Mémoire 2 Gpoints/voie 062, Logiciel numérique standard 010, Fonction définie par l'utilisateur M8190A Générateur de signaux arbitraires 89601A/AN Logiciel VSA avec Options : 200, Analyse de signaux vectoriels de base 300, Connectivité matérielle AYA, Analyse de modulation vectorielle E8267D PSG Générateur de signaux vectoriels avec Options : 520 ou 532, Gamme de fréquence de 250 khz à 20 GHz ou 31,8 GHz 016, Entrées I/Q externes différentielles large bande H18, Modulation large bande inférieure à 3,2 GHz Les Services Agilent Advantage ont pour mission de vous permettre d utiliser vos équipements sans problème pendant toute leur durée de vie. Nous mettons à votre disposition notre expertise de la mesure et de la maintenance pour vous aider à concevoir des produits qui auront un impact sur notre monde. Pour préserver votre compétitivité, nous investissons en permanence dans des outils et des processus destinés à accélérer le calibrage et la réparation, à réduire votre coût de propriété, le tout en nous positionnant à la pointe de votre courbe de développement. www.agilent.com/find/advantageservices Agilent Electronic Measurement Group KEMA Certified ISO 9001:2008 www.agilent.com/quality www.agilent.com www.agilent.com/find/radar-focus Pour plus d informations sur les produits, applications ou services Agilent Technologies, veuillez contacter votre agence locale Agilent. La liste complète est disponible sur : www.agilent.com/find/contactus Amériques Brésil (11) 4197 3500 Canada (877) 894 4414 États-Unis (800) 829 4444 Mexique 01800 5064 800 Asie Pacifique Australie 1 800 629 485 Chine 800 810 0189 Corée 080 769 0800 Hong Kong 800 938 693 Inde 1 800 112 929 Japon 0120 (421) 345 Malaisie 1 800 888 848 Singapour 1 800 375 8100 Taïwan 0800 047 866 Autres Pays AP (65) 375 8100 Europe & Moyen-Orient Allemagne 49 (0) 7031 464 6333 Belgique 32 (0) 2 404 93 40 Danemark 45 70 13 15 15 Espagne 34 (91) 631 3300 Finlande 358 (0) 10 855 2100 France 0825 010 700* *0,125 /minute Irlande 1890 924 204 Israël 972-3-9288-504/544 Italie 39 02 92 60 8484 Pays-Bas 31 (0) 20 547 2111 Royaume-Uni 44 (0) 131 452 0200 Suède 0200-88 22 55 Autres pays non mentionnés : www.agilent.com/find/contactus Date de révision : 8 juin 2011 Les spécifications et descriptions des produits présentés dans ce document sont sujettes à modification sans préavis. Agilent Technologies, Inc. 2010, 2011 Imprimé aux États-Unis, 1er septembre 2011 5990-6353FRE