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雙通道矢量信號分析儀測試系統(tǒng)
2015-09-07
測試目的
使用雙通道分析儀測試兩路相位相參的調(diào)制信號間的時間關(guān)系，驗證該方案在兩項應(yīng)用中的可行性。一方面驗證使用相關(guān)技術(shù)方法測試信號間時間關(guān)系的可行性，另一方面通過對被測電路的輸出和輸入信號的相關(guān)測試，得到電路在復(fù)雜激勵狀態(tài)下的延遲特性。通過測試，檢驗Agilent 雙通道矢量信號分析儀完成雙路調(diào)制信號時間關(guān)系的分析測試功能和性能。
測試原理
工程應(yīng)用中，通常需要對兩路信號進行幅度和時間相位關(guān)系的比較。特別是針對于分集接收機，相控陣雷達，MIMO系統(tǒng)等，這些系統(tǒng)中存在多路相位相參的調(diào)制信號。示波器是完成多路信號時域比較測試的標準儀表。對于正弦波，方波，脈沖調(diào)制等信號進行時間差分析是較容易實現(xiàn)的。先進的高采樣示波器也可提供非常高的時域分辨率，但對于一些連續(xù)的復(fù)雜調(diào)制信號，由于很難確定信號的觸發(fā)比較點，直接通過時域電壓波形的比較是不能確定兩路連續(xù)調(diào)制信號的時間關(guān)系的。
對于電子系統(tǒng)中的關(guān)鍵電路，往往需要測試其傳輸和反射特性，如放大器的增益，延遲，端口駐波等參數(shù)。網(wǎng)絡(luò)分析儀是測試器件傳輸和反射參數(shù)的重要儀表，具備非常高的測試精度，網(wǎng)絡(luò)分析儀在測試被測器件參數(shù)時，是通過掃頻信號激勵來完成參數(shù)測試的。對于放大器等有源器件來說，掃頻的激勵信號測試是很難反映器件的 AM/PM特性對信號參數(shù)的影響的，而器件在實際工作狀態(tài)下，由于激勵的為復(fù)雜調(diào)制信號，特別是相位調(diào)制的非恒定包絡(luò)激勵信號會引起器件的AM/PM效應(yīng)。所以，網(wǎng)絡(luò)分析儀的掃頻測試結(jié)果很難精確反映電路在實際工作狀態(tài)下的延遲特性等參數(shù)。
針對上述測試問題，可以通過相關(guān)運算來確定任意信號間的時間關(guān)系。相關(guān)運算能反映兩路相參信號間的時間關(guān)系，通過兩路相參信號的相關(guān)運算，在信號時延差的位置上會出現(xiàn)相關(guān)數(shù)值的峰值。
Agilent 雙通道矢量信號分析儀具備對兩路信號的相關(guān)處理能力， 同時，儀表的兩個測試通道間具備相參的能力。
測試過程
使用Agilent E4438C 矢量信號源輸出QPSK 調(diào)制信號，通過功分處理后，信號1 作為參考信號，信號2 輸入到被測的延遲標準件中，被測器件輸出信號作為相關(guān)處理的信號。分析儀使用Agilent 81204A 寬帶示波器，示波器完成對兩路信號的采樣，示波器的兩個采集通道間保持相參關(guān)系，相關(guān)處理及其它參數(shù)的計算分析通過Agilent 89601A 矢量分析軟件完成。
兩路相參信號相關(guān)運算處理功能驗證
測試結(jié)果，利用Agilent 89601A+81204A 可完成對兩路相參調(diào)制信號時間差值參數(shù)的測試。相關(guān)函數(shù)峰值的數(shù)值為兩路信號間的時間差。Agilent 89601A 矢量分析軟件可同時顯示兩路獨立信號的頻譜、時域和相關(guān)運算等參數(shù)。提供對多路信號的完成測試能力。
測試儀表系統(tǒng)延遲校準
調(diào)制信號設(shè)置：?載波頻率：2GHz， 輸出功率: 0dBm
調(diào)制方式：QPSK, 調(diào)制比特速率：100Mbps
為消除儀表和測試電纜、轉(zhuǎn)接頭等附件引起的系統(tǒng)誤差。將連接被測器件輸入/輸出端的電纜連接為直通狀態(tài)。測試得到系統(tǒng)兩個通道的延遲為2.734375ns。
被測器件延遲參數(shù)測試
調(diào)制信號設(shè)置：載波頻率：2GHz， 輸出功率: 0dBm
調(diào)制方式：QPSK, 調(diào)制比特速率：100Mbps
將測試電纜連接到被測器件，在相同的激勵狀態(tài)下，測試兩路信號的延遲參數(shù)。測試結(jié)果為14.0625ns。
這樣，被測延遲的延遲參數(shù)為： 14.0635-2.734375=11.328ns。
果與矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀測試的結(jié)果是一致的。驗證了相關(guān)測試方法的正確性以及儀表的測試能力和測試精度。網(wǎng)絡(luò)分析儀測試時延的結(jié)果。
儀表的相關(guān)處理性能
儀在完成相關(guān)處理時，相關(guān)函數(shù)計算出的時間范圍和分辨率與測試儀的性能和測試時的設(shè)置有直接關(guān)系。表1 為影響測試性能的重要設(shè)置。
分析軟件是通過對儀表采集的數(shù)據(jù)進行計算，得到兩路信號的相關(guān)函數(shù)，相關(guān)處理的時間分辨率由儀表的采樣速率決定，儀表的實際信號采樣速率通過頻譜測試的掃頻寬度確定。圖3 所示為一個測試實例，儀表的頻譜測試帶寬為2GHz，此時，采樣間隔為：
1/(1.28×2GHz)=0.390ns=390ps
分辨率參數(shù)可在相關(guān)函數(shù)顯示中連續(xù)相鄰兩點的時間間隔測量中確定。
儀表測試靈敏度
測信號幅度降低時，儀表采集信號的信噪比惡化。會影響到測試結(jié)果的精度和正確性。圖4中，輸入信號的功率為-60dBm，通過81204A 寬帶示波器的采集和軟件分析，還可明顯反映兩路信號的相關(guān)關(guān)系。
信號帶寬對測試結(jié)果的影響
信號設(shè)置：載波頻率：2GHz， 輸出功率: 0dBm
調(diào)制方式：QPSK, 調(diào)制比特速率：20Mbps
對于調(diào)制帶寬較窄的信號，分析儀在測試時只需要低的采樣速率即可完成測試，但降低采樣速率會使相關(guān)處理的時間分辨率降低。然而，如果對窄調(diào)制帶寬的信號采用高速率采樣，又會使更多的寬帶噪聲信號被采集，從而使兩路信號中包含了更多的不相關(guān)的噪聲，使兩路信號的相關(guān)性降低，最終使相關(guān)峰值的讀值降低。所以，相關(guān)處理對于高帶寬調(diào)制信號的相關(guān)處理，具備更好的測試分辨率。
脈沖調(diào)制信號的相關(guān)測試
調(diào)制信號設(shè)置：載波頻率：2GHz， 輸出功率: 0dBm
調(diào)制方式：QPSK, 調(diào)制比特速率：100Mbps
脈沖寬度：4ms，脈沖重復(fù)周期：20ms
對于脈沖調(diào)制的信號，需要使用觸發(fā)功能得到穩(wěn)定的測試結(jié)果。Agilent 矢量分析儀支持靈活的內(nèi)外觸發(fā)方式。對于脈沖形式的信號，同樣可以得到穩(wěn)定的測試結(jié)果。
結(jié)語
使用相關(guān)處理的方法，可方便地確定兩路相參調(diào)制信號的時間關(guān)系。該功能還可應(yīng)用于在復(fù)雜激勵調(diào)制下的延遲參數(shù)測試，該功能特別適用于寬帶復(fù)雜調(diào)制信號的分析測試。對于雙路窄帶調(diào)制信號或正弦波信號的分析，網(wǎng)絡(luò)分析儀具備600kHz 帶寬的精確測試能力
Agilent 矢量分析儀 http://www.kafenchem.com/product/Signal-Source/8198.html
使用雙通道分析儀測試兩路相位相參的調(diào)制信號間的時間關(guān)系，驗證該方案在兩項應(yīng)用中的可行性。一方面驗證使用相關(guān)技術(shù)方法測試信號間時間關(guān)系的可行性，另一方面通過對被測電路的輸出和輸入信號的相關(guān)測試，得到電路在復(fù)雜激勵狀態(tài)下的延遲特性。通過測試，檢驗Agilent 雙通道矢量信號分析儀完成雙路調(diào)制信號時間關(guān)系的分析測試功能和性能。
測試原理
工程應(yīng)用中，通常需要對兩路信號進行幅度和時間相位關(guān)系的比較。特別是針對于分集接收機，相控陣雷達，MIMO系統(tǒng)等，這些系統(tǒng)中存在多路相位相參的調(diào)制信號。示波器是完成多路信號時域比較測試的標準儀表。對于正弦波，方波，脈沖調(diào)制等信號進行時間差分析是較容易實現(xiàn)的。先進的高采樣示波器也可提供非常高的時域分辨率，但對于一些連續(xù)的復(fù)雜調(diào)制信號，由于很難確定信號的觸發(fā)比較點，直接通過時域電壓波形的比較是不能確定兩路連續(xù)調(diào)制信號的時間關(guān)系的。
對于電子系統(tǒng)中的關(guān)鍵電路，往往需要測試其傳輸和反射特性，如放大器的增益，延遲，端口駐波等參數(shù)。網(wǎng)絡(luò)分析儀是測試器件傳輸和反射參數(shù)的重要儀表，具備非常高的測試精度，網(wǎng)絡(luò)分析儀在測試被測器件參數(shù)時，是通過掃頻信號激勵來完成參數(shù)測試的。對于放大器等有源器件來說，掃頻的激勵信號測試是很難反映器件的 AM/PM特性對信號參數(shù)的影響的，而器件在實際工作狀態(tài)下，由于激勵的為復(fù)雜調(diào)制信號，特別是相位調(diào)制的非恒定包絡(luò)激勵信號會引起器件的AM/PM效應(yīng)。所以，網(wǎng)絡(luò)分析儀的掃頻測試結(jié)果很難精確反映電路在實際工作狀態(tài)下的延遲特性等參數(shù)。
針對上述測試問題，可以通過相關(guān)運算來確定任意信號間的時間關(guān)系。相關(guān)運算能反映兩路相參信號間的時間關(guān)系，通過兩路相參信號的相關(guān)運算，在信號時延差的位置上會出現(xiàn)相關(guān)數(shù)值的峰值。
Agilent 雙通道矢量信號分析儀具備對兩路信號的相關(guān)處理能力， 同時，儀表的兩個測試通道間具備相參的能力。
測試過程
使用Agilent E4438C 矢量信號源輸出QPSK 調(diào)制信號，通過功分處理后，信號1 作為參考信號，信號2 輸入到被測的延遲標準件中，被測器件輸出信號作為相關(guān)處理的信號。分析儀使用Agilent 81204A 寬帶示波器，示波器完成對兩路信號的采樣，示波器的兩個采集通道間保持相參關(guān)系，相關(guān)處理及其它參數(shù)的計算分析通過Agilent 89601A 矢量分析軟件完成。
兩路相參信號相關(guān)運算處理功能驗證
測試結(jié)果，利用Agilent 89601A+81204A 可完成對兩路相參調(diào)制信號時間差值參數(shù)的測試。相關(guān)函數(shù)峰值的數(shù)值為兩路信號間的時間差。Agilent 89601A 矢量分析軟件可同時顯示兩路獨立信號的頻譜、時域和相關(guān)運算等參數(shù)。提供對多路信號的完成測試能力。
測試儀表系統(tǒng)延遲校準
調(diào)制信號設(shè)置：?載波頻率：2GHz， 輸出功率: 0dBm
調(diào)制方式：QPSK, 調(diào)制比特速率：100Mbps
為消除儀表和測試電纜、轉(zhuǎn)接頭等附件引起的系統(tǒng)誤差。將連接被測器件輸入/輸出端的電纜連接為直通狀態(tài)。測試得到系統(tǒng)兩個通道的延遲為2.734375ns。
被測器件延遲參數(shù)測試
調(diào)制信號設(shè)置：載波頻率：2GHz， 輸出功率: 0dBm
調(diào)制方式：QPSK, 調(diào)制比特速率：100Mbps
將測試電纜連接到被測器件，在相同的激勵狀態(tài)下，測試兩路信號的延遲參數(shù)。測試結(jié)果為14.0625ns。
這樣，被測延遲的延遲參數(shù)為： 14.0635-2.734375=11.328ns。
果與矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀測試的結(jié)果是一致的。驗證了相關(guān)測試方法的正確性以及儀表的測試能力和測試精度。網(wǎng)絡(luò)分析儀測試時延的結(jié)果。
儀表的相關(guān)處理性能
儀在完成相關(guān)處理時，相關(guān)函數(shù)計算出的時間范圍和分辨率與測試儀的性能和測試時的設(shè)置有直接關(guān)系。表1 為影響測試性能的重要設(shè)置。
分析軟件是通過對儀表采集的數(shù)據(jù)進行計算，得到兩路信號的相關(guān)函數(shù)，相關(guān)處理的時間分辨率由儀表的采樣速率決定，儀表的實際信號采樣速率通過頻譜測試的掃頻寬度確定。圖3 所示為一個測試實例，儀表的頻譜測試帶寬為2GHz，此時，采樣間隔為：
1/(1.28×2GHz)=0.390ns=390ps
分辨率參數(shù)可在相關(guān)函數(shù)顯示中連續(xù)相鄰兩點的時間間隔測量中確定。
儀表測試靈敏度
測信號幅度降低時，儀表采集信號的信噪比惡化。會影響到測試結(jié)果的精度和正確性。圖4中，輸入信號的功率為-60dBm，通過81204A 寬帶示波器的采集和軟件分析，還可明顯反映兩路信號的相關(guān)關(guān)系。
信號帶寬對測試結(jié)果的影響
信號設(shè)置：載波頻率：2GHz， 輸出功率: 0dBm
調(diào)制方式：QPSK, 調(diào)制比特速率：20Mbps
對于調(diào)制帶寬較窄的信號，分析儀在測試時只需要低的采樣速率即可完成測試，但降低采樣速率會使相關(guān)處理的時間分辨率降低。然而，如果對窄調(diào)制帶寬的信號采用高速率采樣，又會使更多的寬帶噪聲信號被采集，從而使兩路信號中包含了更多的不相關(guān)的噪聲，使兩路信號的相關(guān)性降低，最終使相關(guān)峰值的讀值降低。所以，相關(guān)處理對于高帶寬調(diào)制信號的相關(guān)處理，具備更好的測試分辨率。
脈沖調(diào)制信號的相關(guān)測試
調(diào)制信號設(shè)置：載波頻率：2GHz， 輸出功率: 0dBm
調(diào)制方式：QPSK, 調(diào)制比特速率：100Mbps
脈沖寬度：4ms，脈沖重復(fù)周期：20ms
對于脈沖調(diào)制的信號，需要使用觸發(fā)功能得到穩(wěn)定的測試結(jié)果。Agilent 矢量分析儀支持靈活的內(nèi)外觸發(fā)方式。對于脈沖形式的信號，同樣可以得到穩(wěn)定的測試結(jié)果。
結(jié)語
使用相關(guān)處理的方法，可方便地確定兩路相參調(diào)制信號的時間關(guān)系。該功能還可應(yīng)用于在復(fù)雜激勵調(diào)制下的延遲參數(shù)測試，該功能特別適用于寬帶復(fù)雜調(diào)制信號的分析測試。對于雙路窄帶調(diào)制信號或正弦波信號的分析，網(wǎng)絡(luò)分析儀具備600kHz 帶寬的精確測試能力
Agilent 矢量分析儀 http://www.kafenchem.com/product/Signal-Source/8198.html
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