Analisi di impulsi radar RF con un oscilloscopio

L'analisi di impulsi RF (a radiofrequenza) è un'attività fondamentale per valutare il corretto funzionamento delle applicazioni basate sui radar a impulsi, ad esempio nel controllo del traffico aereo (ATC), nei radar marittimi o nelle misure scientifiche della ionosfera. È fondamentale analizzare l'inviluppo degli impulsi nel dominio del tempo, in quanto contengono informazioni importanti necessarie per caratterizzare l'applicazione. L'oscilloscopio digitale R&S®RTO è uno strumento di misura molto utile per l'analisi delle caratteristiche degli impulsi.

Attività da eseguire

L'attività da eseguire è la misura della frequenza, del tempo di salita/discesa, dell'intervallo di ripetizione degli impulsi (PRI), della durata degli impulsi e dell'ampiezza degli impulsi RF radar per vedere se soddisfano i requisiti dell'utente (Richard, Mark (2013): Fundamentals of Radar Signal Processing. 2. Edition: McGraw-Hill Companies).

Questi parametri si utilizzano per determinare la portata (a partire dal PRI) e la risoluzione (dalla durata) del radar. Le misure del tempo di salita/discesa si utilizzano per caratterizzare l'efficienza spettrale e assicurare che nessuna trasmissione sia fuori banda. Inoltre, si desidera analizzare le variazioni di ampiezza da un impulso all'altro.

Soluzione di misura

L'oscilloscopio digitale R&S®RTO è in grado di analizzare impulsi RF con frequenze fino a 6 GHz. Per analizzare l'inviluppo dell'impulso RF, è necessario demodulare il segnale. Un demodulatore convenzionale AM rettifica il segnale e filtra i componenti RF con un filtro passa basso per rilevare l'inviluppo. A causa del filtro passa basso, il segnale è mediato nel tempo. Una conseguenza di questo calcolo della media è che l'ampiezza del segnale demodulato non corrisponde all'inviluppo originale.

Ciò comporta una misura errata dell'ampiezza. Pertanto, è necessario calcolare un fattore di correzione lineare è utilizzarlo per correggere le misure. Poiché gli oscilloscopi R&S®RTO supportano funzioni matematiche molto potenti con l'editor di formule matematiche di R&S®RTO, queste correzioni possono essere eseguite sulla forma d'onda misurata per ottenere letture di ampiezza corrette.

Sequenza di semionde rettificate
Sequenza di semionde rettificate: Fig.1 Un impulso è una sequenza di semionde rettificate. La sua energia è equivalente al rettangolo.
Ingrandisci immagine

Background matematico

Il fattore di correzione lineare k livella l'effetto del demodulatore AM. Per calcolare il fattore k, il filtro passa basso del demodulatore AM è approssimato utilizzando il segnale sinusoidale (linea blu in Fig. 1) con un periodo di T/2.

La Fig. 1 mostra un impulso rettificato come sequenza di segnali sinusoidali. Esiste una relazione fissa tra questa energia media e l'ampiezza dell'inviluppo. L'integrale del primo semiperiodo (denominatore dell'equazione) è l'energia media, che è mostrata in Fig. 1 come rettangolo. La formula per il fattore k è il rapporto fra l'ampiezza A del segnale sinusoidale e l'ampiezza dell'inviluppo.

Dopo aver risolto l'integrale, il periodo T si annulla, dando come risultato un valore singolo:

analyzing-rf-radar-pulses-oscilloscope_ac_5215-4781-92_02.png

Il fattore k è utilizzato nell'equazione del filtro passa basso per livellare la differenza tra l'ampiezza reale dell'inviluppo e l'ampiezza visualizzata.

Applicazione

Un impulso di esempio di un segnale radar ATC è utilizzato per dimostrare l'applicazione. Il segnale ha le seguenti caratteristiche:

  • Frequenza della portante di 2,8 GHz (banda S)
  • PRI di 757 μs con una durata dell'impulso di 1 μs
  • Tempo di salita e di discesa di tsalita= tdiscesa = 80 ns
Fig. 2 Editor di formule matematiche: equazione per il calcolo dell'inviluppo moltiplicato per il fattore k = π/2.
Fig. 2 Editor di formule matematiche: equazione per il calcolo dell'inviluppo moltiplicato per il fattore k = π/2.
Ingrandisci immagine

Questo impulso viene analizzato con l'oscilloscopio 'R&S®RTO. La Fig. 2 mostra l'equazione per l'inviluppo nell'editor di funzioni matematiche dell'oscilloscopio R&S®RTO, che utilizza il fattore di correzione k= π/2.

Per ottenere la migliore approssimazione dell'inviluppo, la frequenza del filtro passa basso deve essere ottimizzata. Con una bassa frequenza di taglio, le ondulazioni possono essere soppresse, ma il processo di assestamento è lento. Con una frequenza di taglio maggiore, il processo di assestamento è più rapido, ma vengono misurate più ondulazioni. In questo esempio, si utilizza un buon compromesso di ftaglio= 50 MHz per la frequenza di taglio. Con l'approssimazione nota tsalita= 0,35/ftaglio = 0,35/(50 MHz) = 7,0 ns è possibile analizzare gli inviluppi con tempi di salita maggiori di 7,0 ns.

Nella Fig. 3, la forma d'onda gialla è l'onda portante modulata e la forma d'onda nera rappresenta l'inviluppo calcolato corretto per gli effetti della modulazione di ampiezza.

Il calcolo in questa misura ha un errore teorico < 1,5% in quanto il filtro passa basso utilizzato è un'approssimazione della media rispetto al calcolo integrale. L'inviluppo calcolato è utilizzato per misurare correttamente l'ampiezza, il tempo di salita/discesa e la durata degli impulsi dell'impulso modulato. La casella dei risultati delle misure “Meas Results 1” (Risultati misurati) in Fig. 3 a destra mostra le misure finali dell'impulso RF.

La modalità Cronologia è utilizzata per misurare il PRI. Questa misura è descritta in una nota applicativa separata (nota applicativa 1TD02 “Advanced Signal Analysis using the History Mode of the R&S®RTO Oscilloscope”; M. Hellwig, T. Kuhwald).

Riassunto

L'oscilloscopio digitale R&S®RTO analizza gli impulsi RF fino all'ampiezza di banda massima dello strumento utilizzato. L'analisi degli impulsi RF consente di ricavare i frequenza, PRI, durata degli impulsi e tempo di salita/discesa. Il fattore di correzione calcolato k viene utilizzato per correggere le misure di ampiezza degli impulsi RF al fine di ottenere l'ampiezza corretta dell'inviluppo degli impulsi RF.

Zoom del fianco dell'impulso RF in salita con l'inviluppo corretto aggiunto come forma d'onda nera.
Fig. 3 Zoom del fianco dell'impulso RF in salita con l'inviluppo corretto aggiunto come forma d'onda nera.

Soluzioni correlate