Mesures radar et de communications satellites large bandeUtiliser un oscilloscope à large bande passante pour mesurer directement et analyser les sorties d'émetteur radar et satellites en bandes X, Ku et Ka jusqu'à 32 GHz

Note d'application

Solutions pour

AperçuLes systèmes radar et de communications satellites du marché de l'aérospatial/défense exigent de plus en plus de bande passante de signal et d'analyse et un gain de traitement plus important. En effet, les systèmes de communications satellites exigent plus de débit et les systèmes radar modernes ont besoin d'un gain de traitement supérieur pour une résolution spatiale améliorée, ce qui à son tour exige des bandes passantes de modulation plus larges. Les systèmes radar modernes font aussi appel à des formats de signaux à modulation par impulsions plus complexes qui améliorent la résolution spatiale et réduisent la probabilité d'interception et de brouillage. De nombreux systèmes radar et de communications satellites fonctionnent dans les hyperfréquences (par ex. bandes X, Ku et Ka), ce qui autorise la gestion de bandes passantes de modulation élargies, des capacités accrues et offre de surcroît l'avantage de pouvoir utiliser des antennes plus petites.

Dans certains cas, les larges bandes passantes requises dépassent les bandes de fréquence intermédiaire (FI) des analyseurs de spectre RF et des analyseurs de signaux vectoriels (ou FFT) que l'on trouve dans le commerce. Ceci, associé aux fréquences de fonctionnement supérieures requises, occasionne un ensemble important de défis pour les ingénieurs RF chargés de tester les émetteurs radar et satellite.

ProblèmeMesurer rapidement, précisément et à moindre coût les performances des émetteurs RF/hyperfréquences, dans les applications radar et satellites actuelles, constitue un réel défi. Dans certains cas (par ex. pour la mesure EVM d'un émetteur satellitaire), il n'est pas toujours possible de mesurer directement la sortie de l'émetteur et les ingénieurs doivent souvent recourir à un matériel convertisseur-abaisseur sur mesure qui ramène les fréquences RF/hyperfréquences à une fréquence FI qu'un matériel de test du commerce pourra mesurer.

Malheureusement, cela implique des coûts d'ingénierie non récurrents pour la conception, la construction et le test du matériel, qui peuvent être rédhibitoires. Le matériel convertisseur-abaisseur introduit lui aussi ses propres dégradations RF susceptibles de masquer les vraies performances de l'émetteur RF/hyperfréquences sous test. De plus, une distorsion peut se produire. Elle accroît l'EVM totale mesurée et il devient alors difficile de distinguer quelle est la quantité d'EVM engendrée par la source de l'émetteur. Faute d'autres options, de nombreux ingénieurs RF doivent s’accommoder d’une incertitude sur la précision de mesure découlant d’une méthode qui est tout sauf idéale.

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SolutionLa réponse à ce dilemme réside dans la recherche d'une solution qui permette de mesurer directement et d'analyser la sortie de l'émetteur RF/hyperfréquences sans devoir nécessairement recourir à un matériel convertisseur-abaisseur de fréquence. Pour cela, une solution idéale consiste à utiliser l'oscilloscope à large bande passante capable de mesurer directement et d'analyser les signaux des émetteurs radar et satellites actuels, en bande X, Ku et Ka jusqu'à 32 GHz. Non seulement ce type d'oscilloscope élimine le temps et le coût associés à l'utilisation de matériels convertisseurs-abaisseurs sur mesure, mais il affranchit aussi l'ingénieur de la nécessité de gérer d'autres problèmes tels que le calibrage matériel, les corrections de non linéarité du système et l'incertitude dans les résultats de mesure.

D'autres aspects des mesures radar et satellites large bande posant généralement certaines difficultés aux ingénieurs RF sont les suivants :

• Création de signaux à large bande passante personnalisés/propriétaires. La création de ces signaux pour les tests d’émetteur posent traditionnellement des problèmes car bien souvent ils ne sont pas pris en charge par les matériels du commerce. Les ingénieurs sont donc obligés de développer un équipement de test personnalisé, une solution coûteuse et fastidieuse.

• Analyse des signaux à large bande passante personnalisés/propriétaires. Les formats des signaux radar et satellites peuvent être personnalisés ou propriétaires et leur analyse peut aussi être personnalisée, dans une certaine mesure.

La solution idéale serait de trouver une solution de test complète intégrant l’aspect matériel et logiciel capable de créer et d'analyser des signaux personnalisés/propriétaires.

Agilent Technologies propose une solution de ce type, composée d’un oscilloscope hautes performances Infiniium 90000 série X (90000X), d’un générateur de signaux vectoriels PSG, d’un générateur de signaux arbitraires M8190A (AWG) et du logiciel d'analyse de signaux vectoriels (VSA). Cet ensemble de solutions offre aux ingénieurs RF les capacités et la flexibilité requises pour réaliser des mesures radar et satellites large bande. FIGURE 1 : Configuration typique utilisé pour créer et analyser des signaux radar et satellites large

bande. Un M8190A AWG à large bande passante est représenté dans le coin supérieur gauche, tandis qu'un PSG avec entrées I/Q large bande se trouve en bas à gauche ; un oscilloscope 90000 série X à large bande équipé du logiciel VSA est représenté à droite.

L'oscilloscope 90000X à large bande passante permet aux ingénieurs RF de mesurer directement et d'analyser les sorties d'émetteur radar et satellites. Offrant jusqu'à 32 GHz de bande passante analogique vraie, il fournit une précision temps réel adaptée à la mesure directe des sorties de mesure sans nécessiter de matériel convertisseur-abaisseur de fréquence externe. Une analyse dans le domaine temporel peut être réalisée pour mesurer les caractéristiques RF pulsées d'un émetteur (par ex. temps de montée, temps de descente et largeur d'impulsion).

Le M8190A est un instrument modulaire de facteur de forme AXIe. Il sert à générer les signaux large bande requis pour tester les nouveaux systèmes radar et satellites. Etant un AWG 1 ou 2 voies de précision doté d'une résolution CNA de 14 bits jusqu'à 8 Géch/s et de 12 bits jusqu'à 12 Géch/s (2 à 4 bits de plus que ce qui est actuellement disponible), il présente d’excellentes performances en termes de signal. Le M8190A intègre aussi jusqu'à 2 Géch de mémoire par voie (soit une amélioration de 30X par rapport aux AWG du commerce), ce qui permet de créer des scénarios longs et réalistes tels que les simulations radar. Chaque voie (à -3dB) offre une bande passante de 5GHz (-3dB) et permet de l’utiliser comme générateur bande de base I/Q et FI.

Le générateur de signaux PSG délivre des signaux de test de haute qualité. Les entrées IQ large bande en font l'instrument idéal pour les mesures radar et satellites large bande. En association, le PSG et le M8190A offrent la flexibilité nécessaire pour créer des signaux radar personnalisés/propriétaires et des signaux modulés large bande (par ex. QPSK et 16 QAM) pour les applications satellites. Ces signaux sont utilisables pour tester les dispositifs sous test (DUT) en laboratoire, sans recourir à des équipements de test personnalisés coûteux.

Pour le test DUT de composants, le M8190A génère des signaux IQ large bande délivrés aux entrées IQ large bande du PSG. Le PSG génère ensuite le signal de test hyperfréquences qui servira de stimulus pour le DUT. La sortie du DUT est ensuite reliée à l'oscilloscope 90000X qui effectuera les mesures radar et satellites (Figure 1). Pour mesurer un émetteur séparé, l'ingénieur RF doit simplement connecter l'oscilloscope directement sur la sortie émetteur.

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Mesures personnalisées/propriétairesLa création de signaux personnalisés/propriétaires et la réalisation de mesures personnalisées/propriétaires sur les applications radar et satellites sont deux tâches que MATLAB simplifie considérablement. MATLAB peut générer les signaux simulés qui sont ensuite téléchargés sur le M8190A AWG. Ici, ils sont synthétisés dans des signaux IQ différentiels envoyés aux entrées I/Q externes du générateur de signaux PSG qui génère les signaux de test modulés RF/hyperfréquences.

Les fonctions MATLAB personnalisées définies par l'utilisateur sont aussi utilisées sur l'oscilloscope 90000X et appliquées au signal de trace (par ex. pour calculer l'enveloppe RF pulsée) pour pouvoir mesurer et afficher l'enveloppe des signaux RF pulsés. Les mesures préconfigurées sur l'oscilloscope 90000X servent à mesurer le temps de montée, le temps de descente, la largeur d'impulsion et le dépassement sur les impulsions radar RF (Figure 2). Dans ce cas précis, la profondeur mémoire de capture du 90000X (2 Géch) joue un rôle essentiel pour lui permettre de capturer et d'analyser un grand nombre d'impulsions radar.

La mémoire segmentée optimise encore davantage le nombre d'impulsions radar pouvant être capturées et analysées avec la mémoire oscilloscope disponible. Elle permet essentiellement à l'utilisateur de zoomer sur une impulsion et de ne capturer que le temps « ON » de l'impulsion, en laissant de côté le temps « OFF ». Notez que bien que la mémoire segmentée est utilisable avec les fonctions MATLAB définies par l'utilisateur, cette capacité n'est pas disponible avec le logiciel VSA.

FIGURE 3 : Mesure de radar avec fluctuation de fréquence (chirp) LFM à large bande passante obtenue avec le logiciel VSA installé sur l'oscilloscope 90000X.

FIGURE 2 : Mesures d'enveloppe RF pulsées et mesures de temps de montée réalisées sur l'enveloppe.

Scopewaveform

CustomMATLABfunction

RF pulse envelope extracted fromcustom MATLAB function

Measure RF pulse rise time

MATLABapplied trace

Perform additional scopemeasurements

Measu

Drop pre-configured scopemeasurements on displayed envelope

Bien que l'analyseur de spectre et les analyseurs de signaux vectoriels s’utilisent traditionnellement pour le test RF, les défis posés par les mesures radar et satellites actuelles sont devenus un catalyseur poussant les ingénieurs RF à migrer vers les oscilloscopes à large bande passante. Fort heureusement, le logiciel Agilent VSA s’exécute sur l'oscilloscope 90000X, facilitant cette migration en offrant ce qu’il y a de mieux aux ingénieurs RF : les fonctionnalités et l'interface utilisateur de l’analyseur de signaux vectoriels et l'accès aux capacités à large bande passante de l'oscilloscope, autorisant des mesures jusqu'à 32 GHz pour les applications radar et satellites large bande.

Avec son interface utilisateur familière, le logiciel VSA permet aux ingénieurs RF de spécifier sur l’oscilloscope des paramètres RF traditionnels (par ex. étendue de fréquence et bande passante de résolution). Il traite ensuite les données délivrées par l'oscilloscope et affiche les résultats numérisés dans les écrans d'amplitude et de phase de l'analyseur de signaux vectoriels. Le logiciel VSA peut aussi effectuer une analyse dans le domaine fréquentiel, mesurant des caractéristiques comme le spectre RF/hyperfréquences, la fréquence et la phase (par ex. phase et fréquence « chirp » ou caractéristiques de saut de fréquence affichées sur un spectrogramme RF) et EVM (Figure 3).

Faciliter la migration vers l'oscilloscope

Spectre à fluctuations de fréquence (chirp) LFM

centré sur 10 GHz

Amplitude de l'enveloppe de magnitude log

vs. temps

Phase à fluctuations de fréquence

(chirp)

2 GHz

6 us

2 GH

z

Fluctuations de fréquence (chirp)

Signal oscilloscope

Fonction MATLAB

personnalisée

Trace appliquée MATLAB

Réaliser des mesures supplémentaires à l'oscilloscope

Enveloppe d'impulsion RF extraite de la fonction MATLAB personnalisée

Déposez les mesures oscilloscope préconfigurées sur l'enveloppe affichée

Mesure du temps de montée de l'impulsion RF

En outre, le logiciel VSA prend en charge de nombreuses normes de signaux et types de modulation pour la démodulation de formats de signaux comme QPSK, 16 QAM et 64 QAM pour les applications satellites et autres. Ces analyses donnent à l'ingénieur une visibilité accrue sur les performances matérielles réelles de l'émetteur radar et satellitaire.

Exemple : 16 QAM large bandeOutre les mesures radar, le même équipement de test du commerce peut s’utiliser pour une gamme d'applications diverses, y compris dans les communications large bande. Prenons l'exemple d'un signal 16 QAM large bande passante 1,76 GHz, créé et analysé à l'aide du montage de test du commerce illustré Figure 1. MATLAB génère un signal 16 QAM qui est ensuite téléchargé sur le M8190A AWG. Comme nous le voyons Figure 4, le logiciel VSA de l'oscilloscope est utilisé pour démoduler le signal 16 QAM.

N’oubliez pas que l'EVM est un indicateur de distorsion d'amplitude et de phase d'un signal à modulation numérique. Dans ce cas précis, l'EVM résiduelle est d'environ 1,17 %, une valeur tout à fait correcte pour un signal modulé de 1,76 GHz dans la bande X (10 GHz). Par contraste, avec les équipements existants, l'EVM pouvant être obtenue à ce débit se situe typiquement aux alentours de 2 à 3 pour cent seulement, ce qui entraîne une erreur de mesure et une incertitude considérablement plus élevées.

Récapitulatif des résultatsL'utilisation d'un matériel convertisseur-abaisseur de fréquence externe pour mesurer les performances d’un émetteur radar et satellitaire large bande peut s'avérer une tâche coûteuse et fastidieuse, ce qui n’est peut-être pas la meilleure façon de gagner en visibilité sur les performances vraies de l'émetteur RF/hyperfréquences. Avec l'oscilloscope Agilent 90000X, l'ingénieur RF dispose d’une alternative viable : un moyen de mesurer directement et d'analyser les performances des émetteurs RF/hyperfréquences pour les applications radar et de communications satellites. Lorsqu’il est associé à l’AWG M8190A et au générateur de signaux PSG, l’oscilloscope permet de créer et d’analyser des signaux de test physiques. Les formes d'onde de signaux personnalisés/propriétaires peuvent être générées à l'aide

FIGURE 4 : Les quatre quadrants de l'écran du VSA montrent le diagramme de constellation (haut gauche), le spectre de bande X 10 GHz (bas gauche), EVM vs. temps (haut droit) et le résumé EVM en bas à droite. Dans cet exemple, les performances EVM résiduelle sont obtenues par l’association d’un AWG, d’un PSG avec entrées IQ large bande et d’un oscilloscope numérique 32 GHz.

de MATLAB puis téléchargées sur l’AWG M8190A associé à un générateur de signaux PSG pour créer le signal de test. Avec l'oscilloscope 90000X, la sortie de l'émetteur est mesurée à l'aide du logiciel Agilent VSA, d'une fonction MATLAB définie par l'utilisateur ou de capacités d'analyse dans le domaine temporel intégrées à l'oscilloscope. Avec les applications radar et de communications satellites actuelles qui font appel à des bandes passantes plus larges et à des fréquences plus élevées, la mesure directe et précise de la sortie de l'émetteur avec l'oscilloscope 90000X est devenue essentielle pour obtenir une meilleure visibilité dans les vraies performances de l'émetteur, faisant gagner du temps et permettant de réduire le cycle de conception, qui est coûteux.

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Modulation numérique large bande :16 QAM, 1,76 G Sym/s

Fs = 7,2 GHzavec corrections d'amplitude

EVM = 1,17 %

AWG

Mémoire

Mémoire

N/A

N/A

Modulateur IQ analogique

Applications connexes• Mesures MIMO LTE, analyse

et test de modulation de la couche physique

Produits Agilent associés• DSOX93204A Oscilloscope

à signaux numériques 32 GHz avec Options :

• 02G, Mémoire 2 Gpoints/voie • 062, Logiciel numérique standard

MATLAB • 010, Fonction définie par l'utilisateur• M8190A Générateur de signaux

arbitraires• 89601A/AN Logiciel VSA avec

Options : • 200, Analyse de signaux vectoriels

de base • 300, Connectivité matérielle • AYA, Analyse de modulation

vectorielle• E8267D PSG Générateur de

signaux vectoriels avec Options : • 520 ou 532, Gamme de fréquence

de 250 kHz à 20 GHz ou 31,8 GHz • 016, Entrées I/Q externes

différentielles large bande • H18, Modulation large bande

inférieure à 3,2 GHz

ISO 9001:2008Agilent Electronic Measurement Group

KEMA Certified

www.agilent.com/quality

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AmériquesBrésil (11) 4197 3500Canada (877) 894 4414États-Unis (800) 829 4444Mexique 01800 5064 800

Asie PacifiqueAustralie 1 800 629 485Chine 800 810 0189Corée 080 769 0800Hong Kong 800 938 693Inde 1 800 112 929Japon 0120 (421) 345Malaisie 1 800 888 848Singapour 1 800 375 8100Taïwan 0800 047 866Autres Pays AP (65) 375 8100

Europe & Moyen-OrientAllemagne 49 (0) 7031 464 6333Belgique 32 (0) 2 404 93 40Danemark 45 70 13 15 15Espagne 34 (91) 631 3300Finlande 358 (0) 10 855 2100France 0825 010 700* *0,125 €/minuteIrlande 1890 924 204Israël 972-3-9288-504/544Italie 39 02 92 60 8484Pays-Bas 31 (0) 20 547 2111Royaume-Uni 44 (0) 131 452 0200Suède 0200-88 22 55

Autres pays non mentionnés :www.agilent.com/find/contactusDate de révision : 8 juin 2011

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© Agilent Technologies, Inc. 2010, 2011 Imprimé aux États-Unis, 1er septembre 2011 5990-6353FRE

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