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应对现代RF测试挑战，开创信号发生新时代

2017-04-08

中国电源产业网

导语：现代RF系统，如超导量子比特控制器、相阵雷达、MIMO收发机、智能天线发射机和捷变超宽带扩频通信，都基于宽带、相干、多通道结构。传统方式采用矢量信号发生器及IQ 调制器和模拟合成器生成RF信号，由于校准复杂及大规模实现此类系统的成本而存在着许多重大局限。为解决这种问题，市场上出现了一种高速数模转换器，包括信号处理、调制和生成功能。这些数据转换器能够在微波频率上直接合成复杂信号，另外能够更简便地实现多通道同步和校准，通道密度高的系统的成本也明显下降，因为它不需要复杂的模拟前端。泰克最新推出的AWG5200 系列任意波形发生器就采用这种数模转换器，为每台仪器提供了最多8 条同步通道，并可以通过同步更多的仪器来扩展通道数量。作为任意波形发生器(AWG)的领导制造商，新系列提供了简便灵活的信号发生方式，满足了通用微波和RF设计、雷达和电子战争应用以及高速串行、光通信和高级科研等应用的需求。

现代RF系统，如超导量子比特控制器、相阵雷达、MIMO收发机、智能天线发射机和捷变超宽带扩频通信，都基于宽带、相干、多通道结构。传统方式采用矢量信号发生器及IQ 调制器和模拟合成器生成RF信号，由于校准复杂及大规模实现此类系统的成本而存在着许多重大局限。为解决这种问题，市场上出现了一种高速数模转换器，包括信号处理、调制和生成功能。这些数据转换器能够在微波频率上直接合成复杂信号，另外能够更简便地实现多通道同步和校准，通道密度高的系统的成本也明显下降，因为它不需要复杂的模拟前端。泰克最新推出的AWG5200 系列任意波形发生器就采用这种数模转换器，为每台仪器提供了最多8 条同步通道，并可以通过同步更多的仪器来扩展通道数量。作为任意波形发生器(AWG)的领导制造商，新系列提供了简便灵活的信号发生方式，满足了通用微波和RF设计、雷达和电子战争应用以及高速串行、光通信和高级科研等应用的需求。

AWG5200系列仪器的核心是新型高性能数模转换器 (DAC) ，其在一个全面集成的产品套件中同时实现了杰出的速度和分辨率。基于强大的DAC内核，AWG5200可以直接生成复杂调制的RF/EW信号，支持高达4 GHz的载波，而不需外部RF转换。16位垂直分辨率最适合全面集成的AWG，而其他系统只提供了14位分辨率。

电信系统和军用系统则需要更低的成本、更小的器件，在这种需求的驱动下，最新DAC（如AWG5200中使用的DAC）在信号发生功能基础上，增加了信号处理和调制功能。过去，会由独立的系统负责信号处理及波形创建，数字信息被输送到DAC中。现在，更加先进的高速DAC本身就内置了信号处理模块。这些数字信号处理模块有许多用途，如复杂(或I-Q)调制、数控振荡器(NCO)和调节功能，如FIR滤波器和数字插补。这可以高效、紧凑、经济地直接生成复杂的RF信号。图1显示了AWG5200中使用的高速16位DAC简化的方框图。

图1. AWG5200中使用的DAC简化的方框图。

如图2所示，AWG5200系列提供了多种DAC模式，用户可以在DAC带宽最干净的部分和频率滚降位置输出信号。选项包括NRZ、DDR、RZ和混合模式。

图2. 多种DAC模式允许AWG5200用户在DAC带宽最干净的部分及频率滚降位置输出信号。

复杂真实环境信号为你而生

高保真度、紧密同步的多通道信号生成功能为设计、调试和运行测试生成接收机信号，这正成为RF和雷达设计日益重要的要求。这特别适合占用频谱测量，在这种测量中，设计人员需要仿真充满RF/微波信号的环境，包括军用和商用雷达信号及无数消费设备发出的信号。对这种应用来说，测试源越多越好。而另一方面与VSG不同，AWG生成的信号没有出现I-Q失衡或载波 (NCO) 泄漏，因为调制信号和载波信号是在数字域中创建的。这简化了测量校准，可以简便地校正因DAC和合成频响及输出模拟通道导致的相位失真。通过对基带信号应用数字预补偿滤波器，可以完成这种校正。当要求频率超出AWG范围，或者如果要求更高的动态范围，那么可以采用外部混频器和固定频率LO实现超外差上变频，这为同步多通道应用提供了经济的解决方案。

最新推出的AWG5200系列(图3) 在一台仪器中提供了市场上以前没有提供的一整套功能，包括5 GS/s的标配采样率 (采用插补技术时高达10 GS/s)、16位垂直分辨率、每条通道2 GS波形内存、每台仪器最多拥有8条独立通道，提供了<10 ps通道间时延。每条AWG5200通道都有独立的路径输出、单独的放大、单独的排序、上变频、专用内存，其可以独立控制，而没有串扰，也不会给任何通道性能带来限制。唯一常见的因素是，所有通道共享共用时钟，用户可以选择输入一个外部基准时钟。

图3. 最新AWG5200信号发生器把高保真度、高采样率与每通道低成本融合在一起。

这种独立性和灵活性及16位分辨率、<2 µs时延和-70 dBc无杂散动态范围，使得AWG5200成为完美的信号源，可以生成复杂的真实环境信号，用来测试相阵，仿真测试对象，或用新的COTS（市面上的商用）解决方案代替老式设备。对相阵天线系统或多输入多输出 (MIMO) 天线阵列等应用，可以同步最多四台AWG5200s，提供最多32个测试信号。

从实用角度看，AWG5200的一个主要优势是，它大大提高了信号生成的可管理性，因为它不需要一大堆专用的、成本高昂的信号发生设备。泰克不断扩大RF测试使用的波形创建插件库，因此可以快速简明地创建一致性测试或裕量测试使用的信号。具体插件包括通用预补偿插件、多音调和线性调频插件、OFDM插件、雷达插件和RF通用插件。如图4所示，后者以数字方式合成被调制的基带信号、IF信号和RF信号，支持各种调制方式。当然，用户可以使用各种工具和技术设计自己的波形，使用MATLAB脚本自动执行测试。AWG5200的代码还兼容上一代泰克AWG，因此也可以使用现有的波形和脚本。