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縮短多天線校準(zhǔn)所需的測試時間

 對有源天線陣列進(jìn)行校準(zhǔn)需要很長的生產(chǎn)測試時間。大型陣列可能包含成百上千個陣元,有必要通過表征這些陣元間的相位和增益關(guān)系,以確保精密的波束賦形。而且,進(jìn)行陣元調(diào)整所需的測試時間會隨著陣元數(shù)量的增加而大幅增長。因此,使用多個相參測量通道能夠有效地縮短測試時間。
      現(xiàn)在通常使用一臺多端口網(wǎng)絡(luò)分析儀在天線上執(zhí)行相對增益和相位測量,一般是通過開關(guān)矩陣對所有的天線端口或通道執(zhí)行這種測量。這會產(chǎn)生很長的測試時間,尤其是對包含成百上千陣元的陣列。
      可以用多種方法來縮短校準(zhǔn)相位陣列天線所需的測試時間。其中最有效的方法應(yīng)當(dāng)是充分利用測試覆蓋范圍及其特定的天線體系結(jié)構(gòu)。從根本上講,對天線的陣元進(jìn)行相對調(diào)整需要通過相對幅度(增益)和相位測量來實現(xiàn)。不過,這些測試需要由用戶使用射頻/微波探頭在測試覆蓋范圍內(nèi)的各種頻率和相位 AUT 狀態(tài)下進(jìn)行。
      為應(yīng)對大規(guī)模、多通道天線校準(zhǔn)的挑戰(zhàn),是德科技推出了一種校準(zhǔn)參考解決方案(圖1)。該參考解決方案是硬件、軟件和測量專業(yè)知識的集成,為窄帶天線校準(zhǔn)測試系統(tǒng)提供關(guān)鍵組件。
M9703A 具有實時 DDC 功能和超高帶寬,可作為該測試系統(tǒng)的解決方案,特別適用于校準(zhǔn)應(yīng)用。其多模塊處理同步功能可提供卓越的通道間相位相參性。雖然參考解決方案針對的是窄帶測量,但是M9703A也能捕獲帶寬更寬的信號(使用 DDC 特性時可達(dá)300MHz,不使用DDC時可達(dá) 600MHz)。假設(shè)大多數(shù)相位陣列天線都是在射頻/微波頻率上,并且使用一個中頻數(shù)字轉(zhuǎn)換器,此時有必要利用模擬混頻技術(shù)將捕獲到的信號下變頻至 M9703A 通帶內(nèi)的中頻。這可以通過 PXI 4通道下變頻器來完成。這款PXI儀器還提供了信號調(diào)節(jié)功能,使下變頻器輸出與數(shù)字轉(zhuǎn)換器輸入相匹配。


:是德科技模塊化 MAC 參考解決方案。
      是德科技多通道校準(zhǔn)參考解決方案給出了專為校準(zhǔn)應(yīng)用而設(shè)計的軟件,由兩部分組成:1) 評估圖形用戶界面和2) .NET 類庫。該參考解決方案的關(guān)鍵軟件組件是 .NET類庫(.NET *.dll)。這個類庫被命名為 MODIQController.dll。該參考解決方案通過圖形用戶界面為基于數(shù)字轉(zhuǎn)換器的解決方案提供了一種演示和評估工具。該工具給出了數(shù)字轉(zhuǎn)換器設(shè)置和控制、交叉通道結(jié)果顯示、測量間隔分析等功能。
      .NET 類庫(圖2)提供所有交叉通道測量、數(shù)字轉(zhuǎn)換器控制(通過64IVI-COM驅(qū)動程序)和波形數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu),駐留在 MODIQController.dll 中運行。該類庫能借助多模塊處理同步功能自動收集一臺或多臺 M9703A 數(shù)字轉(zhuǎn)換器的測量結(jié)果。它采用數(shù)字下變頻技術(shù)I/Q 樣本)和分段(多記錄)存儲器選件,它也能提取單通道和交叉通道的相位和增益測量結(jié)果。
       該參考解決方案還提供源代碼,可供天線測試工程師使用或針對某個具體應(yīng)用來改進(jìn)源代碼。這個類庫能夠在任意 .NET 編程語言或其他支持調(diào)入 .NET 組件的編程語言中重復(fù)使用。



2MAC 參考解決方案 .NET MODIQ Controller.dll
      這里,使用參考解決方案的主要優(yōu)勢在于同時測量多個相參通道的能力。并且,如果天線體系結(jié)構(gòu)和/或測試范圍(接收機(jī)/發(fā)射機(jī))匹配,參考解決方案能夠顯著提升校準(zhǔn)效率。此外,假設(shè)激勵信號步進(jìn)至不同校準(zhǔn)音頻時天線能夠快速穩(wěn)定,該參考解決方案中的快速頻率切換特性也可以改進(jìn)測試吞吐量。
      下面的例子是一個快速數(shù)據(jù)采集操作,它捕獲了670萬個交叉通道測量結(jié)果(48個間隔 * 20e3個記錄 * 7個比率測量通道對)。M9703A數(shù)字轉(zhuǎn)換器可將一個以3.3GHz頻率為中心的射頻信號下變頻為 300MHz 中頻信號,所產(chǎn)生的相對相位測量方差為 0.008 °^2。每次測量是通過在測量間隔中整合多個I/Q 樣本來完成。在不同的 AUT 狀態(tài)下對測量結(jié)果進(jìn)行分組,然后保存到數(shù)字轉(zhuǎn)換器的分段存儲器中(多記錄或分段存儲器特性)。最后,在整個測量周期結(jié)束時把數(shù)字轉(zhuǎn)換器記錄的數(shù)據(jù)上傳到 PC 控制器(包含所有的分段)。



31K樣本,20K記錄,8通道(設(shè)置1)。
      測量系統(tǒng)的一個重要考慮因素是需要把如此大量的數(shù)據(jù)從數(shù)字轉(zhuǎn)換器上傳到 PC。借助模塊化系統(tǒng)中的快速 PCIe Gen2 x8 鏈路,我們將會獲得高達(dá)1GB/s的數(shù)據(jù)傳輸速率。在實例中,我們獲得了200MB/s以上(圖3顯示的設(shè)置1)和400MB/s以上(圖4顯示的設(shè)置2)的傳輸速率,速率取決于設(shè)置參數(shù),如分段數(shù)量等。因為該參考解決方案所用的軟件是由 .NET 4.5C#Visual Studio 2012)編寫,并針對x64操作系統(tǒng)(例如 Windows 78 64位)進(jìn)行編譯,所以可以把非常大的存儲器容量分配到應(yīng)用的內(nèi)存集合。這會使內(nèi)存充足的控制器獲得高達(dá)每通道 2GB 的數(shù)據(jù)上傳量。



420K樣本,2K記錄,16通道(設(shè)置2=> 5.12GB 數(shù)據(jù)傳輸,用時12.14秒。
      雖然快速測試往往會產(chǎn)生低分辨率的測量結(jié)果,但是把 M9703A 數(shù)字轉(zhuǎn)換器作為天線陣列測試參考解決方案的核心測量工具,就能夠在提高測試吞吐量的同時保持經(jīng)優(yōu)化的靈敏度和分辨率。相位相參、多通道 M9703A 數(shù)字轉(zhuǎn)換器可以通過并行多次測量來提高生產(chǎn)能力。是德科技多通道天線校準(zhǔn)參考解決方案在 M9703A 的基礎(chǔ)上構(gòu)建,是一種模塊化、小型化、集成度很高的靈活解決方案。它能夠輕松地擴(kuò)展,適應(yīng)被測陣列中的額外天線。該參考解決方案提供專為交叉通道幅度和相位測量而設(shè)計的軟件,以便滿足特定應(yīng)用需求。


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