Erzeugung von Kurzpulsen mit höchster Pegelgenauigkeit und Wiederholpräzision mit dem R&S®SMA100B

Radargeräte werden immer im Hinblick darauf entwickelt, an den Grenzen des technologisch Machbaren zu arbeiten. Somit lässt sich die wahre Leistungsfähigkeit von Radargeräten nur mit hochgenauen und extrem zuverlässig gepulsten Testsignalen bestimmen. Der R&S®SMA100B analoge HF- und Mikrowellen-Signalgenerator ermöglicht mit seinem qualitativ hochwertigen Pulsmodulator die Modulation von Kurzpulsen. Dank seines Konzepts einer leistungsstarken Pegelregelung auch für Kurzpulse stehen nun eine herausragende Pegelgenauigkeit und Wiederholpräzision für Pulsbreiten ab 100 ns zur Verfügung.

Ihre Anforderung

Unmodulierte Kurzpulse kommen für die Nahbereichsbildgebung und auch in Szenarien mit hoher Pulsfolgefrequenz (PRF) zum Einsatz, um eine eindeutige Doppler-Abschätzung zu liefern. Die Tastverhältnisse gepulster Signale können variieren und leicht Werte im Bereich von wenigen Prozent annehmen. Da Radargeräte für den gepulsten Betrieb optimiert werden, können sie nicht zu viel HF-Effektivleistung tolerieren und reagieren – naturgemäß – sehr empfindlich auf Änderungen des Leistungspegels. Die Qualität der gepulsten Testsignale ist der Schlüssel, um die tatsächliche Leistungsfähigkeit der einzelnen Radarkomponenten oder -module zu messen. Aufgrund des niedrigen Tastverhältnisses treten Pulse nur zeitweilig auf. Nichtsdestotrotz müssen sie eine hohe Pegelgenauigkeit und Wiederholpräzision aufweisen. Die Pulsamplitude darf während der Tests im Verlauf der Zeit nicht aufgrund von Temperaturänderungen driften.

Erzeugung von Kurzpulsen
Einschwingverhalten des R&S®SMA100B HF-Ausgangssignals mit extern zugeführten Pulsen (11,2 GHz, 100 ns Pulsbreite, 1 % Tastverhältnis)
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Messtechnische Lösung

Der R&S®SMA100B analoge Mikrowellen-Signalgenerator ist mit seinem leistungsstarken Pulsmodulator die perfekte Lösung für diese Applikation. Der R&S®SMA100B stellt Pulse bereit, deren Pegel durch eine moderne, digitale, automatische Pegelregelung (ALC) gesteuert werden. Die im R&S®SMA100B implementierte ALC kann den Pegel von Kurzpulsen (≥ 100 ns Pulsbreite) sogar bei sehr niedrigen Tastverhältnissen regeln. Dadurch wird eine außergewöhnliche Genauigkeit und eine herausragende Wiederholpräzision der Pegel sichergestellt. Die pegelgeregelte Pulsbreite ist um den Faktor 10 besser als diejenige von Mitbewerberprodukten und um den Faktor 5 besser als beim R&S®SMF100A.

Zeitverhalten des Beispielszenarios
Zeitverhalten des Beispielszenarios
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Der Pulsmodulator des R&S®SMA100B Signalgenerators erreicht seine herausragende Leistungsfähigkeit ohne einen Sample-and-Hold-Mechanismus und sorgt so bei empfindlichen Messobjekten für sichere Betriebsbedingungen. Die Abbildung auf der vorherigen Seite zeigt ein Beispiel für das Einschwingverhalten des R&S®SMA100B bei extern zugeführten Kurzpulsen mit 100 ns Pulsbreite und 1 % Tastverhältnis.

Die Pulse stehen am HF-Ausgang unverzüglich mit hoher Pegelgenauigkeit und Wiederholpräzision an. Die Einschwingzeit des höchsten Leistungspegels beträgt < 120 μs. Die Abweichung des höchsten Leistungspegels vom ersten Puls des Dauerstrichsignal-Pegels ist < 1 dB.

Gemessene Pegel-Wiederholpräzision von Kurzpulsen
Gemessene Pegel-Wiederholpräzision von Kurzpulsen, 11,2 GHz, 100 ns Pulsbreite, 1 % Tastverhältnis, ALC-Modus „Table & on“
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Die Restabweichung des letzten Spitzenleistungspegels vom Dauerstrichsignal ist < 0,3 dB. Moderne Signalgeneratoren weisen ein Einschwingverhalten im Bereich von Millisekunden auf. Um ein langandauerndes Einschwingverhalten für Kurzpulse zu vermeiden, lädt der R&S®SMA100B den Integrator der ALC im Voraus mit Korrekturdaten aus seinem internen Abgleichprozess für den ersten Puls. Dies ist ein Konzept, das üblicherweise nur bei Vektorsignalgeneratoren zum Einsatz kommt. Die Pegelregelung beseitigt effektiv Temperatureinflüsse auch bei Kurzpulsen mit niedrigem Tastverhältnis.

Pegelwiederholpräzision für Kurzpulse mit Pulsbreiten bis minimal 100 ns

Im ALC-Modus „Auto“ wählt der R&S®SMA100B automatisch den besten ALC-Modus. Die Pegelregelschleife arbeitet mit Kurzpulsen, die von der Option R&S®SMAB-K23 interne Pulserzeugung bereitgestellt werden, oder mit Pulsen aus einer externen Quelle. Für Kurzpulse eignet sich der Modus „Table & on“ am besten. In diesem Modus wird die ALC im Voraus mit internen Einstelldaten geladen, zudem ist die Regelschleife nach dem ersten Puls geschlossen. Dies führt zu kürzesten Einschwingzeiten sowie zu höchster Genauigkeit und Wiederholpräzision. Das Histogramm unten links zeigt die Verteilung der Spitzenleistungspegel über eine Messzeit von 10 Minuten.

Die Regelschleife arbeitet ununterbrochen und korrigierte alle Pegelabweichungen mit herausragender Puls-zu-Puls-Wiederholpräzision. In diesem Beispiel liegen nahezu alle Spitzenleistungspegel innerhalb eines Bereichs von 0,015 dB. Die Pulsbreite beträgt 100 ns bei einem Tastverhältnis von 1 %.

Pegelgenauigkeit und Pegelwiederholpräzision für Kurzpulse mit Pulsbreiten geringer als 100 ns

Für Pulsbreiten unterhalb 100 ns bietet der R&S®SMA100B den ALC-Modus „Table“. Dieser Modus verzichtet auf die Verwendung einer Rückkopplungsschleife. Zum Einsatz kommt eine Pegelsteuerung. Korrekturwerte werden internen Einstelltabellen entnommen. Dieser Modus funktioniert sowohl für intern erzeugte Pulse als auch für Pulse einer externen Quelle.

Pulsmodulator-Performance des R&S®SMA100B, ausgestattet mit der Option R&S®SMAB-K22
Parameter Wert
Minimale Pulsbreite < 20 ns
Minimale Pulsbreite mit Pegelregelung
100 ns
Anstiegs-/Abfallzeit
5 ns (typ.)
Gemessene Pulsaustastung 100 dB

Wesentliche Vorteile

❙ Pegelregelung für Kurzpulse ab 100 ns Pulsbreite

❙ Sofortige Pulsausgabe am HF-Port mit sehr schnellem Einschwingverhalten

❙ Pegelsteuerung für Kurzpulse mit Pulsbreiten < 100 ns

❙ Herausragende Genauigkeit des Absolutpegels von gepulsten Signalen

❙ Überragende Pegelwiederholpräzision von gepulsten Signalen

❙ Kein Sample-and-Hold-Mechanismus erforderlich