Vereinfachte Analyse frequenzagiler Radare

Herausforderung

Frequenzagilitätstechnologien ermöglichen es Radaren, die Betriebsweise von Impuls zu Impuls schnell zu wechseln. Dazu können verschiedene Systemfunktionen gehören:

• Frequenzsprungverfahren zum Ausgleich von atmosphärischen Effekten, Jamming und Interferenzen sowie zur Detektionsvermeidung
• Änderungen der Pulsweite oder Modulation zur Verbesserung der Zielauflösung
• Gestaggerte Impulsfolgefrequenz als Mittel gegen Mehrdeutigkeit von Entfernungsmessungen

Diese komplexen Systemoperationen müssen gründlich getestet werden, um die Leistungsfähigkeit unter diesen dynamischen Bedingungen zu validieren und sicherzustellen, dass keine unerwünschten Emissionen auftreten. Emissionen eines unerwünschten Spektrums reduzieren nicht nur die Effizienz des Radars, sondern können auch zu ungewollten Artefakten führen. Unerwünschte Emissionen können aufgrund von Transienten oder Modulationsfehlern, Digital-zu-HF-Kopplung, nichtlinearen Effekten, kurzfristigen Energiestörungen und sogar Timing-Fehlern durch Hardware-Tuning und Zeitsynchronisierung auftreten. Diese temporären Nebenaussendungen sind aufgrund der Kurzfristigkeit der Signale mit herkömmlicher Testausrüstung nur schwer zu erkennen.

Messtechnische Lösung

Bisher wurden Wobbel-Spektrumanalysatoren eingesetzt, um nach ungewollten Inband- oder Außerband-Störsignalen zu suchen. Obwohl der R&S®FSW Signal- und Spektrumanalysator über den höchsten Dynamikbereich und die schnellste Sweep-Funktion aller kommerziell verfügbaren Spektrumanalysatoren verfügt, sind die architekturbedingten Einschränkungen der herkömmlichen Sweep-Analyse für die Beobachtung kurzzeitiger Impulsereignisse mit einer geringen Auftrittswahrscheinlichkeit nicht ideal.

Die Signalverhältnisse in Abb. 1 zeigen das Spektrum einer Frequenzsprungsequenz in einem 160-MHz-Bereich. Zum Vergleich werden zwei Bildschirme gezeigt. Wie bei einem herkömmlichen Wobbel-Spektrumanalysator enthält der Wobbel-Frequenz-Bildschirm (oben) eine Max.-Hold-Messlinie. Die Parameter des Sweeps sind auf 50 kHz Auflösebandbreite und 50 ms Sweep-Zeit eingestellt. Die fünf Sprungfrequenzen werden gesammelt, und es scheinen Nebenaussendungen über dem interessierenden Band zu liegen.

Im Gegensatz dazu kann das Signal mit dem R&S®FSW-K160R Echtzeit-Spektrum-Modus mit bis zu 600.000 FFT/s analysiert werden, was eine Erfassungswahrscheinlichkeit (POI) von 100 % selbst bei äußerst kurzlebigen Signalen von 1,87 μs in einer 160-MHz-Spanne ergibt. Das Nachleuchtspektrum im unteren Bildschirm in Abb. 1 zeigt den Farbverlauf im Echtzeit-Modus. Es ist klar, dass in diesem Betriebsmodus eine deutlich andere spektrale Form einige wenige Male auftritt.

Da sich das Spektrum dieses Ereignisses von den anderen Impulsen unterscheidet (siehe Abb. 2), kann die FMT-Funktion (Frequenzmaskentrigger) zur Isolation des Signals verwendet werden. Wenn das interessierende Signal isoliert wurde, wird in der Spektrogrammanzeige außerdem deutlich, dass dieses Ereignis eine viel größere Bandbreite belegt als die anderen Frequenzsprünge, was auf einen kurzen Impuls hinweist.

Die R&S®FSW-K6 Pulsmessoption kann verwendet werden, um die erfassten Impulse innerhalb der Analysebandbreite des Spektrumanalysators vollständig zu analysieren. Es können über 100.000 Impulse mit zeitkorrelierten Ansichten von Spektrum, Timing, Modulation und statistischen Eigenschaften des Signals analysiert werden. Alle relevanten Pulsparameter können auf dem Bildschirm angezeigt werden, z. B. Pulsweitentrend, Ergebnistabelle, Pulsphase und Frequenz usw.

Abb. 3 zeigt die Pulsmessergebnisse für mehrere 100 erfasste Impulse über einen Zeitraum von 250 ms. In der oberen linken Pulsweitentrend-Anzeige ist erkennbar, dass 128 Ereignisse mit einer Pulsweite von 20 μs auf ein einzelnes Ereignis mit einer Pulsweite von 1,0 μs kommen. Wenn der 1,0-μs-Puls in der oberen rechten Ergebnistabelle ausgewählt wird, wird der Breitbandpuls automatisch demoduliert und in den Pulsphasen- und Pulsfrequenzanzeigen unten in Abb. 3 angezeigt. Nun sieht man, dass sich die demodulierte Pulswellenform beim 1-μs-Puls von einem gepulsten CW-Signal zu einer komprimierten Mehrphasenpuls-Barker-13-Wellenform geändert hat. Dies ändert wiederholt das Auflösungsvermögen dieses Radars drastisch, aber nur für eine sehr kurze Zeitdauer.

Durch Kombination von Echtzeit-Technologie zur Isolation des Signals und Pulsmessanalyse kann das operationelle Verhalten komplexer Pulssignale leicht charakterisiert werden.

Fazit

Die Option R&S®FSW-K160R ist die jüngste Ergänzung des Echtzeitanalyse-Portfolios von Rohde & Schwarz. Der in die leistungsfähigste Spektrumanalysator-Plattform eingebundene R&S®FSW zeichnet sich durch branchenführende Performance bei angezeigtem mittleren Rauschpegel (DANL), Phasenrauschen und Messbandbreite aus (320 MHz Analysebandbreite bis 50 GHz).

Die skalierbar ausgelegte neue Echtzeit-Funktion ist eine Softwareoption für den R&S®FSW Signal- und Spektrumanalysator, die mit 600.000 FFT/s und einer 100 % POI von 1,87 μs bei 160 MHz Analysebandbreite neue Branchenmaßstäbe setzt.

In Verbindung mit der R&S®FSW-K6 Pulsmessoption wird der R&S®FSW-K160R Echtzeit-Spektrumanalysator zum idealen Hilfsmittel, um die Analyse modernster agiler Radarsysteme zu vereinfachen.