Фазокогерентный генератор AnaPico MCSG-ULN

В этой аналитической заметке рассмотрено применение многоканальных аналоговых и векторных генераторов AnaPico MCSG-ULN, RFVSG-X для тестирования многоканальных приемников в составе комплекса радиопеленгации. Последовательно выведены требования к измерительной задаче, подобраны несколько решений, составлена сравнительная таблица решений AnaPico по функционалу и рассмотрены преимущества решений на многоканальных источниках AnaPico.

Задача пеленгации: определить направление на источник радиоизлучения. Радиопеленгатор состоит из антенной системы и радиоприемного устройства. Антенная система состоит из нескольких пространственно-разнесенных антенн. Тракт приема и выделения сигналов из помех состоит из многоканального приёмника и в том числе служит для определения угловых координат.

Существует несколько методов определения угловых координат, но наиболее распространены следующие два метода:

1. Амплитудно-импульсный прием - обработка импульсов через антенную систему с несколькими минимумами и максимумами диаграммы направленности.
2. Фазовый метод - угол прихода луча определяется по относительной разности фаз в приемном тракте (также может называться методом интерферометрии).

Принцип действия радиопеленгатора и измерительная задача

Фазовые радиопеленгаторы извлекают информацию исходя из направления на цель, из фазовых соотношений сигналов, принятых в разных точках пространства, как показано на рисунке 1.

На практике при определении одной угловой координаты используются две антенны, для приема двух угловых координат используется 4 антенны. Для обзора на 360 градусов может потребоваться до 16 антенн.

Информацию об угле прихода цели (например азимуте) можно получить, измерив разность фаз между каналами радиоприемника, как это условно изображено на рисунке 3.

Таким образом, многоканальная генерация фазово-когерентных импульсов позволяет решить задачу тестирования фазовых радиопеленгаторов.

Сформировав представление об измерительной задаче, переходим к требованиям к генераторам сигналов.

Технические требования для задач тестирования многоканальных приёмников:

• Межканальная когерентность между каналами генераторов точностью менее чем 1 градус.
  
  Почему это важно?
  
  Пользователь подает сигнал с многоканального СВЧ генератора на многоканальный приемник, каждый канал приема соответствует каналу генератора. Измерительная задача требует подачи импульсов в многоканальном режиме с определенной разностью фаз, поэтому значения фазы на каждом канале программируются пользователем с разрешением менее 1 градуса и данные значения фазы должны быть стабильны в течение суток или как этого требует ТУ.
  
  
• Количество каналов должно легко масштабироваться в зависимости от количества портов испытуемого устройства.
  Почему это важно?
  
  В зависимости от количества приемных портов испытуемого устройства требуется соответствующие число каналов генератора, возможность масштабирования позволяет тестировать не только 4-х канальные устройства, но и проводить измерения параллельно нескольких тестируемых устройств.
  Чтобы исключить влияние внутреннего гетеродина допускается использовать каналы источников AnaPico вместо сигналов гетеродина. Тогда на один приемник для одной пространственной координаты потребует 4 канала, для двух пространственных координат потребуется 8 каналов.
  
  
• Качественный уровень сигналов, низкий фазовый шум, высокая мощность и быстрая перестройка частоты.
  
  Почему это важно?
  
  Кратковременная стабильность частоты, выраженная через фазовый шум, влияет на точность фазовых соотношений, негармонические искажения крайне нежелательны по той же причине.
  Тестируемые устройства могут быть разнесены в пространстве, а для сигнала гетеродина необходима высокая мощность.
  Высокая скорость перестройки частоты позволяет моделировать больше сценариев за один и тот же промежуток времени.
  
  
• Фазово-когерентная перестройка частоты Фазово-когерентная перестройка частоты - это возможность программирования фазы сигнала в каждой точке сетки частот при частотном свипировании.
  
  Почему это важно?
  
  Пользователь один раз запрограммировав сценарий диапазона частот и фазового распределения на каждом канале, может тестировать, симулировать радиопеленгационные приемники в циклическом режиме, без калибровок и дополнительных настроек.
• Небольшой размер измерительной стойки, серийное оборудование в Госреестре СИ.
  
  

Решение от AnaPico на базе аналоговых многоканальных источников серии MCSG

Серия многоканальных генераторов сигналов MCSG-ULN предлагает до 4 источников сигналов с фазовой когерентностью, сверхбыстрой перестройкой частоты и очень низким уровнем фазового шума в одном устройстве.

Описание типа: загрузить *вставить ссылку*

Диапазон частот от 300 кГц до 6, 12, 20, 33 или 40 ГГц. Выходная мощность колеблется от -80 дБм до +25 дБм. Каналы можно независимо программировать по частоте, фазе и амплитуде. Возможность импульсной модуляции включена во все блоки, а возможность амплитудной, частотной и фазовой модуляции может быть добавлена дополнительно.

Превосходный фазовый шум сочетается с хорошим подавлением паразитных и гармонических составляющих, а также (с опцией FS) со скоростью переключения 25 мкс. Высокостабильный опорный генератор OCXO обеспечивает превосходную точность и стабильность частоты.

Уникальная опция фазового когерентного переключения добавляет следующие функции:

• Фазово-когерентное переключение — фазовое соотношение между двумя каналами детерминировано на всей сетке частот.
• Фазовая память — после того, как канал переключается на предыдущую частоту, он ведет себя так, как если бы он постоянно работал на этой частоте.
• Источники сигналов AnaPico серии MCSG6, MCSG12, MCSG20, MCSG40 обладают образцово показательными характеристиками по межканальной фазовой когерентности сигналов в своём классе

Построение многоканальных систем различается от количества каналов, кроме того, стоит учитывать потребуется ли в будущем расширение необходимого числа каналов. У большинства способов построение фазового-когерентной системы есть ограничения, если в системе более 4-х каналов. Природа ограничений различна для каждого из способов, поэтому для удобства восприятия представим результаты в виде таблицы.

Таблица 1: Сравнение методов фазово-когерентных систем возможности к масштабированию.

Метод	Общий опорный генератор 10, 100, 1 ГГц	Общий Гетеродин LO	Прямой цифровой синтез	Многоканальные генераторы AnaPico
Когерентность для 2-х каналов	10-30°	1-3°	Менее 1°	3 мрад (0.2°)
Когерентность 4-х и более каналов	Не нормируется	Не нормируется	Не нормируется	5 мрад (0.28°)
Ограничения	Некоррелированный фазовый шум Долговременная нестабильность	Мощность сигнала LO Большая электрическая длина пути сигнала LO Ограничения «Baseband» устройства	Требуется высокоточный опорный сигнал для тактового DDS.	Ограничения сведены к минимуму достаточно синхронизации через опорный сигнал в 3 ГГц.
Реализация	Легко	Сложно	Средне, сложно для более 8-каналов	Легко

Решения AnaPico обладают возможностью масштабировать систему для бесконечного числа каналов, при этом производитель нормирует межканальную стабильность фазы, в отличии от других методов, где межканальная нестабильность не нормируется, так как требуются уточняющие условия по частоте, мощности, количеству каналов, качеству кабелей и внешних условий.

Межканальная стабильность фазы между соседними источниками AnaPico MCSG 5 мрад, дополнительных устройств не требуется, в качестве синхросигнала используются внутренний опорный сигнал 3 ГГц.

AnaPico MCSGXX поставляется в стандартной 19-дюймовой 1U форме (до 4-х каналов) для монтажа в стойку и предлагает различные интерфейсы для управления, такие как USB, LAN или GPIB. Каждый интерфейс позволяет легко и быстро общаться с помощью команд SCPI 1999. Дистанционное управление прибором может быть быстро достигнуто при помощи любой хост-системы.

Программный интерфейс (API) и примеры программирования для Matlab, Labview, C ++ и других делают реализацию управления очень простой и быстрой.

Наличие опции PHS позволяет реализовать фазово-согласованный выход, это значит, что при одинаковых частотах, разность фаз на канале будет нулевая. Приборы не требуют калибровки и все что нужно ввести - поправочное значение начальной фазы с учетом длины кабеля.

Процесс измерения

Используя фазово-когерентный генератор сигналов AnaPico MCSG-ULN, пользователь подает сигналы с программируемой разностью фаз, точность установки межканальной разности фазы - 3 мрад. Для измерения двух угловых координат задействуются 4 канала приёмника. Используя опцию фазово-когерентной перестройки частоты, пользователь программирует синхронное свипирование четырех каналов с фазовым соотношением в соответствии со сценарием движения цели. Поправочные значения начальной фазы с учетом длины кабеля вводятся один раз и будут действительны даже после выключения и включения устройства. Функциональная схема тестирования радиопеленгатора представлена на рисунке 7.

Таким образом, пользователь работает с готовым когерентным многоканальным решением, не требующим механической работы по синхронизации нескольких агрегатов, установки синхронизации в ПО и длительной калибровки. Все что необходимо пользователю - установить начальную фазу, частоту и мощность на каждом канале, используя графический интерфейс пользователя или команды SCPI. Удобство работы сочетается с отличной фазовой согласованностью 3 мрад (0.17 градуса) на протяжении 24 часов. Скорость перестройки частоты составляет 25 мкс, поэтому измерения проходят на порядок быстрее, чем классические измерения с каскадом синхронизированных генераторов.

В импульсной РЛС используются модулированные сигналы. Многоканальные когерентные приборы MCSG-ULN оснащены встроенной импульсной модуляцией с шириной импульса от 10 нс до 40 ГГц.

В некоторых случаях требуется подать сигнал вместо гетеродина приемника, чтобы отследить работы приемной части без учета влияния гетеродина, например, когда есть сомнения в стабильности фазы гетеродина тестируемого изделия. Решение AnaPico позволяет наращивать бесконечное число когерентных генераторов, синхронизация происходит через выход CLK IN, CLK OUT 3 ГГц. Синхронизировать можно нажатием одной кнопки, функциональная схема изображена на рисунке 8.

Даже при разных частотах входного сигнала и сигнала гетеродина, это будут два когерентных сигнала, а межканальное синхронное свипирование на разных частотах настраивается автоматически.

Краткие технические характеристики приведены ниже:

• Диапазон рабочих частот от 100 кГц до 6, 12, 20, 33 и 40 ГГц;
• Количество каналов в приборе - 2-4, с возможностью объединения модулей для систем в 60 и более каналов;
• Лучшая в классе межканальная фазовая когерентность - 3 мрад между каналами и 5 мрад между синхронизованным модулями;
• Высокая выходная мощность по всем диапазоне частот;
• Сверхнизкий фазовый шум, 1 ГГц -144 дБн/Гц;
• Скорость перестройки частоты - 25 мкс во всем диапазоне частот;
• Межканальная изоляция - 90 дБ;
• АМ, ЧМ, ФМ, ЛЧМ, ИМ модуляции.

По всем интересующим вопросам Вы можете обращаться к нашим менеджерам любым удобным способом: воспользоваться формой обратной связи на сайте, по телефону: +7 (383) 203-10-00 или по e-mail: info@alfa-instr.ru.