Disparo em pulsos de RF de radar com um osciloscópio

A análise de pulsos de RF é um aspecto fundamental das aplicações do radar pulsado, por exemplo, no controle de tráfego aéreo (ATC), radar marítimo ou medições científicas da ionosfera. A análise do envelope e da modulação do pulso é fundamental, uma vez que eles contêm informações importantes para caracterizar a aplicação. Os osciloscópios R&S®RTO e R&S®RTP têm a capacidade de disparar precisamente em um pulso, como pré-requisito para análises de domínio de tempo e intervalo de frequência. Este documento descreve o uso do R&S®RTO e do R&S®RTP para fazer disparos exatos em pulsos, preparando para medições mais detalhadas, como medições de pulso de RF em um sinal de ATC.

Sua tarefa

Você precisa medir pulsos de RF de radar com relação à frequência, modulação, tempo de subida/descida e intervalo de repetição de pulso (PRI), duração e amplitude para avaliar se eles cumprem seus requisitos 1). Sendo assim, você precisa disparar um pulso de maneira reproduzível, a fim de posicionar o pulso corretamente para as medições e armazenar com eficiência apenas os pulsos, não a pausa. Um disparo de borda convencional não criará uma exibição estável, uma vez que um pulso costuma conter diversas bordas no momento em que um disparo pode ser posicionado. Em um cenário complexo (ver captura de tela abaixo), em que diversos pulsos de diferentes larguras (5,0/10,0/3,0/7,5/3,0 μs) e modulações são encontrados, não é possível utilizar o disparo de borda.

1) Richard, Mark (2013): Fundamentals of Radar Signal Processing. 2. Edição: McGraw-Hill Companies

Sequência com diversos pulsos
Sequência com diversos pulsos
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A solução da Rohde & Schwarz

Os osciloscópios R&S®RTO e R&S®RTP podem analisar pulsos de RF com frequências de até 6/8 GHz. O recurso mais importante para a análise de pulso é o disparo digital de precisão. Em comparação a um disparo analógico, o disparo digital é muito mais sensível e não há limite de largura de banda para o tipo avançado de disparo. Para analisar o pulso de RF, o disparo precisa sempre aparecer na mesma posição relativa ao pulso. Por exemplo, um trem de pulsos é usado para configurar um disparo especificamente no pulso de 7,5 μs (circulado em vermelho) com um nível de potência de 5,0 dBm (= 400 mV) e uma frequência de operadora fC igual a 2,8 GHz.

Para essa aquisição, um disparo A-B-R é utilizado. Enquanto o início do pulso dispara a condição A, o disparo B é liberado pelo final do pulso após a duração de pulso especificada. Então, o disparo R é usado para redefinir a condição dos pulsos que têm uma duração muito longa ou uma potência muito alta.

Configuração de disparo para o início do pulso
Configuração de disparo para o início do pulso
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Disparo A

O disparo A utiliza o tipo de disparo “Largura” com polaridade negativa. Esse disparo tem como foco a pausa entre dois pulsos consecutivos. A largura deve ser maior que alguns períodos da operadora (360 ps), neste exemplo, 5 ns. O nível é definido de acordo com o valor de potência mínimo aceito de –3,9 dBm (= 142,25 mV). Uma vez que o disparo de largura dispara o pulso de radar, a opção robusta de disparo deve ser ativada (ver captura de tela abaixo). Essa configuração é suficiente para que um disparo A tenha um acionamento estável no início de cada pulso.

Configuração do disparo B para o final do pulso
Configuração do disparo B para o final do pulso
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Disparo B

O disparo B (ver captura de tela a seguir) utiliza o tipo de disparo “Tempo limite” com o mesmo nível de potência do disparo A. Níveis de disparo agrupados são utilizados. Semelhante ao disparo A, o tempo limite deve ser maior que alguns períodos da operadora (360 ps), neste exemplo, 1 ns.

Configuração do disparo R até a redefinição da condição de disparo
Configuração do disparo R até a redefinição da condição de disparo
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Disparo R

Os pulsos maiores que 7,5 μs ou 10 dBm devem ser descartados. Isso é realizado por meio da aplicação do disparo R (ver captura de tela abaixo). Essa ação redefine a condição do disparo A. A redefinição do tempo limite e a configuração desse parâmetro para o comprimento máximo de pulso permitido (7,5 μs) descartarão os pulsos mais longos. Os pulsos com potência mais alta serão ignorados devido à janela de disparo. Sendo assim, o tipo é definido como “Janela”, com a condição vertical “Saída”. Os níveis são definidos de maneira simétrica em 7,0 dBm (= 501,46 mV).

Consequentemente, os pulsos com uma duração entre 7,0 μs e 7,5 μs e com um nível de potência entre –3,9 dBm e 7,0 dBm são adquiridos fora de uma sequência de pulsos diferentes. Esses pulsos são armazenados com uma baixa porcentagem de tempo de inatividade, sempre na mesma posição de disparo no final da trama (indicada pelo triângulo vermelho na Imagem 1, na seção superior da captura de tela abaixo).

Neste exemplo, o R&S®RTO equipado com memória de 1 Gsample pode armazenar cerca de 36.000 pulsos consecutivos. O modo de histórico permite acessar todas as aquisições para uma análise detalhada de cada pulso, bem como para uma análise pulso-a-pulso.

Tradução de parâmetros
Tradução de parâmetros
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A tabela traz uma visão geral de como os parâmetros de pulso são traduzidos em parâmetros de disparo do osciloscópio:

Tradução de parâmetros
Parâmetro do pulso Parâmetro do osciloscópio
Parte superior do pulso (mín.) (A) nível do disparo
Parte superior do pulso (máx.) (R) nível superior/inferior de saída
Largura do pulso (mín.) (B) atraso A ▷ B
Largura do pulso (máx.) (R) tempo limite

Resumo

Os osciloscópios R&S®RTO e R&S®RTP analisam pulsos de RF com a largura de banda máxima do modelo utilizado. Para realizar uma análise detalhada, o R&S®RTO e o R&S®RTP disparam precisamente características do pulso, como largura e nível de potência, da mesma maneira que um disparo de potência de FI em uma análise de espectro. O disparo digital é compatível com a largura de banda completa e é um recurso fundamental. Depois que o pulso é adquirido, o R&S®RTO e o R&S®RTP permitem a caracterização precisa do envelope 2) e da modulação, uma vez que o pulso está bem posicionado na aquisição. A análise pulso-a-pulso em pulsos consecutivos também é possível.
2) Analisando pulsos de radar RF com um osciloscópio (ficha de aplicação, PD 5215.4781.92, Rohde & Schwarz GmbH & Co. KG).

Pulso de 7,5 μs capturado usando o disparo A-B-R
Pulso de 7,5 μs capturado usando o disparo A-B-R
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