RF 펄스 분석은 ATC(항공교통관제), 선박 레이더, 이온층의 과학적 측정과 같은 펄스 레이더 분야의 핵심입니다. 펄스 변조의 분석은 적용 사례를 특성 분석하기 위한 중요한 정보를 포함하기 때문에 필수적입니다. R&S®RTO 및 R&S®RTP 오실로스코프는 RF 펄스를 정밀하게 트리거 및 분석할 수 있습니다. 이 문서는 추가 측정을 위해 R&S®RTO 및 R&S®RTP를 사용하여 RF 펄스를 복조하는 방법에 대해 설명합니다.
레이더 RF 펄스가 요구사항을 충족하는지 판단하기 위해 주파수, 변조 유형(선형 증가/감소, 기하급수, 위상) 처프 레이트, 변조 시퀀스, PRI(펄스 반복 간격), 진폭을 측정해야 합니다1). 따라서 측정할 펄스를 올바르게 배치하기 위해 펄스에서 재현 가능한 방식으로 트리거를 수행해야 합니다. 트리거 후 주파수 변조 또는 위상 변조된 펄스를 복조할 수 있습니다.
1) Richard, Mark (2013): Fundamentals of Radar Signal Processing. 2. Edition: McGraw-Hill Companies
복수 RF 펄스가 포함된 시퀀스
R&S®RTO 및 R&S®RTP 오실로스코프는 최대 6GHz/8GHz 주파수의 RF 펄스를 분석할 수 있습니다. 펄스 분석의 가장 중요한 기능은 디지털 트리거입니다. 디지털 트리거는 아날로그 트리거에 비해 트리거 감도가 훨씬 높고 고급 트리거 유형에 대한 대역폭 제한이 없습니다. RF 펄스를 분석하기 위해 펄스는 펄스와 상대적으로 동일한 위치에 나타나야 합니다. 예를 들어, 펄스 트레인은 펄스 지속시간 25 μs 및 PRI 50 μs와 함께 사용됩니다(아래 스크린샷 참조). 확대 화면은 트리거 위치(t = 0 s)의 세 번째 펄스를 자세히 보여줍니다.
이 Acquisition의 경우 Width 트리거가 사용되었습니다. 트리거 셋업(Trigger on radar RF pulses with an oscilloscope - 애플리케이션 카드, PD 3609.2000.92 Rohde & Schwarz GmbH & Co. KG) 및 엔벨로프 분석(Analyzing RF radar pulses with an oscilloscope - 애플리케이션 카드, PD 5215.4781.92, Rohde & Schwarz GmbH & Co. KG)은 별도 문서에서 설명합니다. 가로 눈금은 3개 펄스를 캡처하여 변조 시퀀스를 분석할 수 있도록 14 μs/div으로 설정되어 있습니다.
이제 펄스를 복조합니다. 예제의 펄스 트레인은 오실로스코프의 자동 주파수 측정 중 하나를 사용하여 주파수를 변조 및 복조합니다. 이 측정값과 추적 기능을 사용하면 주파수 결과가 시간의 함수로 표시됩니다. 이 방식은 자동차 레이더와 같은 Wideband 레이더 신호에 적합합니다. ATC 레이더와 같이 반송파 주파수가 점유 대역폭보다 상대적으로 큰 (fC >> fB) Narrowband 신호의 경우 추적 기능에 노이즈가 많아 보일 수 있습니다. 이 노이즈는 처프 레이트 측정의 정확도를 제한하며 추가적인 노이즈 감소가 필요합니다.
신호의 노이즈 감소는 간단하지 않습니다. 간단한 대역통과 필터는 캐리어 주파수가 달라지기 때문에 사용할 수 없습니다. 필터 대역폭이 상당히 커야 합니다. 기존 코히런트 레이더 시스템에서는 RX 및 TX 경로가 안정화 로컬 오실레이터를 공유합니다. 오실로스코프의 경우 이 신호를 사용할 수 없기 때문에 로컬 TX 오실레이터를 이용한 다운컨버전이 불가능합니다. 다른 방식으로 PLL(Phase Locked Loop) 1)을 이용한 신호 복조가 가능합니다.
1) Richard, Mark (2013): Fundamentals of Radar Signal Processing. 2. Edition: McGraw-Hill Companies
R&S®RTO 및 R&S®RTP 오실로스코프에는 PLL과 동등한 소프트웨어 기반 CDR(Clock Data Recovery)이 있습니다. 자동 측정 기능을 사용할 경우 데이터 레이트는 기본적으로 펄스의 순간 주파수를 측정합니다. 데이터 레이트의 추적 기능을 켜면 시간에 따른 순간 주파수가 표시됩니다(오른쪽 첫 번째 스크린샷 트랙 2 참조). 데이터 레이트 기능을 사용하므로 표시된 트랙의 세로 단위는 Gbps(초당 기가비트)입니다. 또한 비트 기간과 사인 기간이 동일하므로 Gbps(초당 기가비트)는 GHz와 동일합니다.
다이어그램 1(첫 번째 스크린샷의 상단)은 세 펄스의 펄스 트레인 내 다운-업다운 처프의 변조 시퀀스입니다. 더 자세히 분석하려면 확대 창에서 트랙의 커서를 사용하여 처프 레이트를 측정할 수 있습니다. 이 방법은 시간에 따른 펄스의 주파수 변동을 측정합니다. 주어진 예제에서 커서 결과 1(첫 번째 스크린샷의 오른쪽 하단)은 다운 처프에서 25 μs에 대한 10 MHz를 보여줍니다.
RF 처프 복조를 위한 CDR 설정
데이터 레이트 기능은 CDR 구성이 필요합니다. 위의 스크린샷은 알고리즘이 PLL로 설정되어 있고 데이터 엣지가 positive 엣지로 설정된 CDR 메뉴입니다. 2차 PLL에만 데이터 레이트와 관련하여 주파수 1)의 올바른 시간 추적이 표시되므로 PLL의 순차를 2차로 정의합니다. 비트 레이트 추정을 설정할 경우 공칭 비트 레이트가 기대값으로 설정됩니다.
댐핑 지수와 동기화 설정은 수정하지 않아도 됩니다. 대역폭은 측정에만 중요합니다. PLL 대역폭에서는 가시적 노이즈와 초기 펄스의 정착 시간 간 상충이 가능합니다. 큰 대역폭은 빠르게 안정되지만 노이즈를 효율적으로 감쇠하지 못하는 반면, 작은 대역폭은 트랙의 노이즈를 효율적으로 감쇠하지만 안정되는 데 더 많은 시간이 소요됩니다. 표시된 PLL 대역폭 설정 3.8 MHz에서는 트랙 노이즈가 거의 보이지 않고 Settling 효과도 최소화되어 처프 레이트 측정의 정확도가 개선됩니다.
R&S®RTO 및 R&S®RTP 오실로스코프는 사용한 모델의 최대 대역폭까지 RF 펄스를 분석합니다. R&S®RTO 및 R&S®RTP는 자세한 분석을 수행하기 위해 펄스에서 정밀하게 트리거합니다. 안정적으로 캡처된 파형을 복조하여 복조 시퀀스, 처프 레이트와 같은 중요 특성을 분석할 수 있습니다. R&S®RTO 및 R&S®RTP도 펄스 엔벨로프를 정확하게 특성 분석할 수 있습니다(Analyzing RF radar pulses with an oscilloscope - 애플리케이션 카드, PD 5215.4781.92, Rohde & Schwarz GmbH & Co. KG).
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