Démodulation des impulsions RF radar avec un oscilloscope

L'analyse d'impulsions RF est une phase importante dans les applications de radars pulsés, comme par exemple dans le contrôle du trafic aérien (ATC), les radars maritimes ou les mesures scientifiques de la ionosphère. L'analyse de la modulation d'impulsion est essentielle, car elle contient des informations importantes permettant de caractériser l'application. Les oscilloscopes R&S®RTO et R&S®RTP peuvent déclencher et analyser précisément les impulsions RF. Ce document décrit l'utilisation des R&S®RTO et R&S®RTP pour démoduler les impulsions RF en vue d'autres mesures.

Votre tâche

Vous devez mesurer les impulsions RF radar en respectant la fréquence, le type de modulation (linéaire montante / descendante, exponentielle, phase), le taux de compression, la séquence de modulation, l'intervalle de répétition d'impulsion (PRI) et l'amplitude, afin de pouvoir juger si elles répondent aux exigences 1). Vous devez donc déclencher sur une impulsion de façon reproductible, afin de placer correctement l'impulsion pour les mesures. Après le déclenchement, vous pouvez démoduler les impulsions, qui sont soit modulées en fréquence soit en phase.
1) Richard, Mark (2013) : Les fondamentaux du traitement des signaux radar. 2. Édition : McGraw-Hill Companies

Séquence avec plusieurs impulsions RF
Séquence avec plusieurs impulsions RF

Solution Rohde & Schwarz

Les oscilloscopes R&S®RTO et R&S®RTP peuvent analyser des impulsions RF avec des fréquences allant jusqu'à 6 GHz / 8 GHz. La fonctionnalité la plus importante pour l'analyse d'impulsions est le déclencheur numérique. Par rapport à un déclencheur analogique, le déclencheur numérique possède une meilleure sensibilité de déclenchement et aucune limitation de bande passante pour un type de déclenchement avancé. Pour analyser une impulsion RF, le déclenchement doit toujours apparaître dans la même position relative pour l'impulsion. Par exemple, un train d'impulsions est utilisé avec une durée d'impulsion de 25 μs et un intervalle de répétition d'impulsions de 50 μs (voir capture d'écran ci-dessous). Un zoom indique l'impulsion de troisième ordre plus en détails à la position de déclenchement (t = 0 s).

Pour cette acquisition, un déclencheur plus large est utilisé. La configuration du déclencheur (déclenchement sur des impulsions RF radar avec un oscilloscope - Carte d'application, PD 3609.2000.92 Rohde & Schwarz GmbH & Co. KG) et l'analyse de l'enveloppe (Analyse des impulsions RF radar avec un oscilloscope - Carte d'application, PD 5215.4781.92, Rohde & Schwarz GmbH & Co. KG) sont décrites dans d'autres documents. L'échelle horizontale est réglée sur 14 μs/div pour que trois impulsions soient capturées, afin d'analyser la séquence de modulation.

Á ce stade, l'impulsion est démodulée. L'exemple du train d'impulsions est modulé en fréquence, puis démodulé, en utilisant l'une des mesures de fréquence automatisée de l'oscilloscope. En utilisant cette mesure associée à la fonctionnalité de suivi, les résultats en fréquence sont affichés en fonction du temps. Cette approche fonctionne très bien pour des signaux radar à large bande tels que les radars automobiles. Pour les signaux à bande étroite tels que ceux des radars ATC, où la fréquence de porteuse est élevée par rapport à la bande passante occupée (fC >> fB), la fonction de suivi présente du bruit. Ce bruit limite la précision de la mesure du taux de compression et nécessite une réduction de bruit supplémentaire.

La réduction du bruit du signal n'est pas directe. Un simple filtre passe-bande ne peut pas être utilisé du fait du changement de fréquence de porteuse. La bande passante du filtre doit être suffisamment large. Dans un système radar cohérent classique, les trajets RX et TX se partagent un oscillateur local stabilisé. Pour un oscilloscope, une conversion descendante avec l'oscillateur local TX est impossible car ce signal n'est pas disponible. L'utilisation d'une boucle à verrouillage de phase (PLL) 1) pour démoduler le signal est une autre approche.
1) Richard, Mark (2013) : Les fondamentaux du traitement des signaux radar. 2. Édition : McGraw-Hill Companies

Les oscilloscopes R&S®RTO et R&S®RTP disposent d'un recouvrement de données d'horloge logiciel (CDR) équivalent à une PLL. En utilisant la fonction de mesure automatique, le flux de données mesure principalement la fréquence instantanée de l'impulsion. Lorsque la fonction de suivi du débit est activée, la fréquence instantanée est affichée par rapport au temps (voir la trace 2 sur la partie droite de la première capture d'écran). Du fait de l'utilisation de la fonction de débit, l'unité verticale de la trace affichée est le gigabit par seconde (Gbps), qui est équivalente au GHz puisque la période du bit et la période de la sinusoïde sont identiques.

Le diagramme 1 (partie supérieure de la première capture d'écran) montre la séquence de modulation de chirps plus ou moins descendantes au sein d'un train d'impulsions de trois impulsions. Pour une analyse plus détaillée, le curseur sur la trace dans la fenêtre du zoom peut être utilisé pour mesurer le taux de compression. Cela mesure le changement de fréquence de l'impulsion dans le temps. Pour l'exemple évoqué, le curseur du résultat 1 (en bas à droite de la première capture d'écran) indique 10 MHz en 25 μs pour le chirp descendant.

Configuration du CDR (recouvrement de données d'horloge) pour démoduler le chirp RF
Configuration du CDR (recouvrement de données d'horloge) pour démoduler le chirp RF

La fonction de débit nécessite la configuration du CDR. La capture d'écran ci-dessus montre le menu du CDR, où l'algorithme est réglé sur PLL, et les fronts de données sont réglés sur les fronts positifs. Définir l'ordre de la PLL comme de second ordre, puisque seule une PLL de second ordre affichera la bonne trace du suivi de la fréquence 1) avec la prise en compte du débit. L'estimation du taux de bit configurera le taux de bit nominal à la valeur attendue.

Les réglages du facteur d'amortissement et de synchronisation n'ont pas besoin d'être modifiés. La bande passante est importante uniquement pour la mesure. La bande passante de la PLL permet un compromis entre le bruit visible et le temps de réglage pour l'impulsion initiale. Une large bande passante se règle rapidement mais n'atténuera pas efficacement le bruit, là où une bande passante étroite le fera efficacement sur la trace mais nécessitera plus de temps de réglage. Avec le réglage affiché de la bande passante de la PLL à 3,8 MHz, le bruit est à peine visible sur la trace et l'effet du réglage est minimal, ce qui améliore la précision de la mesure du taux de compression.

Conclusion

Les oscilloscopes R&S®RTO et R&S®RTP analysent les impulsions RF sur la bande passante maximale du modèle utilisé. Pour réaliser une analyse détaillée, les R&S®RTO et R&S®RTP déclenchent précisément sur l'impulsion. La forme d'onde capturée stable peut être démodulée pour analyser les caractéristiques importantes telles que la séquence de modulation et le taux de compression. Les R&S®RTO et R&S®RTP peuvent également caractériser précisément l'enveloppe de l'impulsion (Analyse des impulsions RF radar avec un oscilloscope - Carte d'application, PD 5215.4781.92, Rohde & Schwarz GmbH & Co. KG).