Triggern auf Radar-HF-Pulse mit einem Oszilloskop

Die Analyse von HF-Pulsen ist ein entscheidender Aspekt bei Applikationen mit gepulstem Radar, z.B. bei der Flugsicherung (ATC), bei Schiffsradaren oder wissenschaftlichen Messungen der Ionosphäre. Die Analyse der Hüllkurve und des Puls-Modulationsverfahrens ist unverzichtbar, da diese wichtige Informationen beinhalten, die für die Charakterisierung der Applikation benötigt werden. Mit den R&S®RTO und R&S®RTP Oszilloskopen kann man präzise auf einen Puls triggern. Dies ist Voraussetzung für eine Analyse im Zeit- und Frequenzbereich. In diesem Dokument wird beschrieben, wie man R&S®RTO und R&S®RTP verwendet, um in Vorbereitung auf weitere tiefgehende Messungen wie HF-Pulsmessungen an einem Signal für die Flugsicherung exakt auf Pulse zu triggern.

Ihre Anforderung

Sie müssen Radar-HF-Pulse in Bezug auf Frequenz, Modulationsverfahren, Anstiegs-/Abfallzeit und Pulswiederholintervall (PRI), Dauer und Amplitude messen, um zu beurteilen, ob diese Ihre Anforderungen erfüllen 1). Folglich müssen Sie auf eine reproduzierbare Art und Weise auf einen Puls triggern, um die Pulse korrekt für Messungen zu positionieren und ausschließlich Pulse ohne Pausen effizient zu speichern. Ein herkömmlicher Flankentrigger wird keine stabile Darstellung generieren, da ein Puls üblicherweise mehrere Flanken aufweist, an denen ein Trigger positioniert werden kann. In einem komplizierten Szenario (siehe Screenshot unten) mit mehreren Pulsen unterschiedlicher Pulsbreite (5,0/10,0/3,0/7,5/3,0 μs) und Modulationsverfahren kann der Flankentrigger nicht verwendet werden.

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

Folge mit mehreren Pulsen
Folge mit mehreren Pulsen

Lösung von Rohde & Schwarz

Die R&S®RTO und R&S®RTP Oszilloskope können HF-Pulse mit Frequenzen bis zu 6 GHz/8 GHz analysieren. Die wichtigste Funktionalität für die Pulsanalyse ist der digitale Präzisionstrigger. Im Vergleich zu einem analogen Trigger verfügt der digitale Trigger über eine deutlich bessere Trigger-Empfindlichkeit und weist keine Bandbreitenbegrenzung für einen fortschrittlichen Trigger-Typ auf. Um den HF-Puls zu analysieren, muss der Trigger immer an derselben Position in Bezug auf den Puls erscheinen. Als Beispiel wird eine Pulsfolge verwendet, um einen Trigger speziell auf den 7,5-μs-Puls (rot eingekreist) mit einem Leistungspegel von 5,0 dBm (= 400 mV) und einer Trägerfrequenz fC von 2,8 GHz zu setzen.

Für diese Erfassung kommt ein A-B-R-Trigger zum Einsatz. Während der Pulsstart Bedingung A auslöst, wird der B-Trigger am Ende des Pulses nach der vorgegebenen Pulsdauer ausgelöst. Der R-Trigger wird anschließend verwendet, um die Bedingung für Pulse zurückzusetzen, die entweder eine zu lange Pulsdauer oder eine zu hohe Pulsleistung aufweisen.

Einstellung von Trigger A für den Start des Pulses
Einstellung von Trigger A für den Start des Pulses

Trigger A

Der A-Trigger nutzt den Trigger-Typ „Width“ mit negativer Polarität. Dieser Trigger richtet den Fokus auf die Pause zwischen zwei aufeinanderfolgenden Pulsen. Die Breite sollte größer als einige Perioden des Trägers sein (360 ps), in diesem Beispiel 5 ns. Der Pegel wird auf den minimal zulässigen Leistungspegel von –3,9 dBm (= 142,25 mV) eingestellt. Da der Breiten-Trigger auf den Radarpuls triggert, sollte die Option „Robust Trigger“ aktiviert werden (siehe Screenshot unten). Diese Einstellung reicht für einen A-Trigger aus, um stabil auf den Start jedes Pulses zu triggern.

Einstellung von Trigger B für das Ende des Pulses
Einstellung von Trigger B für das Ende des Pulses

Trigger B

Der B-Trigger (siehe folgenden Screenshot) nutzt den Trigger-Typ „Timeout“ mit demselben Leistungspegel wie der A-Trigger. Es kommen gekoppelte Trigger-Pegel zum Einsatz. Analog zum A-Trigger sollte der Timeout größer als einige Perioden des Trägers sein (360 ps), in diesem Beispiel 1 ns.

Einstellung von Trigger R, um die Trigger-Bedingung zurückzusetzen
Einstellung von Trigger R, um die Trigger-Bedingung zurückzusetzen

Trigger R

Pulse, die länger sind als 7,5 μs oder 10 dBm überschreiten, sollen verworfen werden. Dies erreicht man durch Anwendung des R-Triggers (siehe Screenshot unten). Damit wird die Trigger-Bedingung A zurückgesetzt. Durch Aktivierung des Reset-Timeouts und Einstellen des Timeouts auf die maximal zulässige Pulslänge von (7,5 μs) werden längere Pulse verworfen. Pulse mit höherer Pulsleistung werden aufgrund des Fenster-Triggers ignoriert. Daher wird der Typ auf „Window“ mit der Vertikalbedingung „Exit“ gesetzt. Die Pegel werden symmetrisch auf 7,0 dBm (= 501,46 mV) eingestellt.

Demzufolge werden Pulse mit einer Pulsdauer zwischen 7,0 μs und 7,5 μs und einem Leistungspegel zwischen –3,9 dBm und 7,0 dBm aus einer Folge von unterschiedlichen Pulsen erfasst. Diese Pulse werden mit einem niedrigen Prozentsatz in Bezug auf die Pausenzeit immer an derselben Trigger-Position am Ende des Frames gespeichert (gekennzeichnet durch das rote Dreieck in Diagramm 1 im oberen Teil des Screenshots unten).

In diesem Beispiel ist das R&S®RTO mit einer Speichergröße von 1 Gsample ausgestattet und kann ca. 36.000 aufeinanderfolgende Pulse speichern. Mit dem History-Modus ist es möglich, auf alle Aufzeichnungen zuzugreifen, um jeden Puls detailliert zu analysieren sowie eine Puls-zu-Puls-Analyse durchzuführen.

Wandeln der Parameter
Wandeln der Parameter

Die Tabelle gibt einen Überblick, wie die Pulsparameter in Trigger-Parameter des Oszilloskops gewandelt werden:

Wandeln der Parameter
Pulsparameter Oszilloskopparameter
Pulsdach (min.) (A) Trigger-Pegel
Pulsdach (max.) (R) Exit oberer/unterer Pegel
Pulsbreite (min.) (B) Verzögerung A ▷ B
Pulsbreite (max.) (R) Timeout

Fazit

Mit den R&S®RTO und R&S®RTP Oszilloskopen lassen sich HF-Pulse bis zur maximalen Bandbreite des verwendeten Modells analysieren. Um eine detaillierte Analyse durchzuführen, triggern R&S®RTO R&S®RTP exakt auf Pulseigenschaften wie Pulsbreite und Leistungspegel, ähnlich wie bei einem ZF-Leistungs-Trigger in der Spektrumanalyse. Der digitale Trigger arbeitet bis zur vollen Bandbreite und ist eine Schlüsselfunktionalität. Sobald der Puls erfasst ist, ermöglichen R&S®RTO und R&S®RTP eine genaue Charakterisierung der Hüllkurve 2) und des Modulationsverfahrens, da der Puls gut positioniert innerhalb der Aufzeichnung liegt. Eine Puls-zu-Pulsanalyse von aufeinanderfolgenden Pulsen ist ebenso möglich.
2) Analyse von HF-Radarpulsen mit einem Oszilloskop (Application Card, PD 5215.4781.92, Rohde & Schwarz GmbH & Co. KG).

Mit A-B-R-Trigger erfasster 7,5-μs-Puls
Mit A-B-R-Trigger erfasster 7,5-μs-Puls