雷達(dá)系統(tǒng)工程師在很多領(lǐng)域里都對(duì)能夠提供高速頻率調(diào)制連續(xù)波（FMCW）和脈沖頻率調(diào)制（FMOP）或“線性調(diào)頻脈沖（chirp）”功能的RF /微波信號(hào)發(fā)生器具有較高的依賴性，特別是在高精度雷達(dá)系統(tǒng)（例如反欺騙和抗干擾）等應(yīng)用中。為了獲得可靠的FMCW和線性調(diào)頻調(diào)制，通常會(huì)選擇功能齊全的臺(tái)式設(shè)備，但現(xiàn)在功能強(qiáng)大、便攜且可編程的RF/微波信號(hào)發(fā)生器帶來了一種低成本且靈活的替代方案。

偏遠(yuǎn)地區(qū)或惡劣條件下的挑戰(zhàn)

調(diào)頻連續(xù)波（FMCW）雷達(dá)技術(shù)是在20世紀(jì)50年代二戰(zhàn)后發(fā)展起來的，旨在提供更好的雷達(dá)目標(biāo)分辨率。雷達(dá)技術(shù)經(jīng)歷了穩(wěn)步發(fā)展，從簡單的線性FMCW到更先進(jìn)的雷達(dá)技術(shù)，如使用脈沖壓縮技術(shù)的相干脈沖雷達(dá)，這些技術(shù)產(chǎn)生了調(diào)頻線性調(diào)頻（FM chirp）、巴克碼和其他更復(fù)雜的調(diào)制脈沖壓縮雷達(dá)技術(shù)。然而，先前的雷達(dá)技術(shù)仍有其用途和優(yōu)點(diǎn)，例如用于著陸過程中飛機(jī)高度測(cè)量的線性FMCW、汽車?yán)走_(dá)、智能彈藥傳感器、以及海軍戰(zhàn)術(shù)導(dǎo)航雷達(dá)等。

在FMCW雷達(dá)和更先進(jìn)的線性調(diào)頻脈沖雷達(dá)的開發(fā)和測(cè)試中，具有掃頻和線性調(diào)頻調(diào)制的信號(hào)發(fā)生器是非常重要的，它也可以用于在實(shí)驗(yàn)室或現(xiàn)場(chǎng)開發(fā)和測(cè)試脈沖壓縮技術(shù)和設(shè)備中。

考慮到大量FMCW和線性調(diào)頻脈沖雷達(dá)使用微波和毫米波頻段，如C波段、X波段和Ku波段，用于開發(fā)和測(cè)試這些雷達(dá)的大型臺(tái)式測(cè)試設(shè)備具有豐富的內(nèi)置功能和高昂的價(jià)格，維修和重新校準(zhǔn)通常也很昂貴，此外，大型臺(tái)式信號(hào)發(fā)生器是為實(shí)驗(yàn)室條件而設(shè)計(jì)的，在極端環(huán)境下通常不能正常工作。

對(duì)于許多空間受限且環(huán)境惡劣的應(yīng)用來說，便攜式信號(hào)發(fā)生器是一種更可行的解決方案。然而，目前大多數(shù)便攜式信號(hào)發(fā)生器不能達(dá)到常見的FMCW和線性調(diào)頻脈沖雷達(dá)波段，也不能提供任何形式的線性調(diào)頻或脈沖調(diào)制。便攜式且可編程的虹科信號(hào)發(fā)生器可以產(chǎn)生自觸發(fā)和外部觸發(fā)的線性調(diào)頻調(diào)制、相位連續(xù)線性掃頻和脈沖調(diào)制，且與具有相同功能的典型臺(tái)式信號(hào)發(fā)生器相比具有更低的價(jià)格成本。

FMCW和線性調(diào)頻脈沖雷達(dá)

FMCW調(diào)制與連續(xù)波（CW）雷達(dá)調(diào)制類似，但CW雷達(dá)的頻率是線性或非線性增加/減少。常見的FMCW波形有鋸齒波、三角波、方波和階梯波調(diào)制，最常見的是鋸齒波或“掃頻”FMCW雷達(dá)。

FMCW調(diào)制是來自物體的接收信號(hào)與發(fā)射信號(hào)混合，產(chǎn)生與延遲成正比的中頻（IF）頻點(diǎn)，從而與物體的距離成正比。多個(gè)物體將產(chǎn)生多個(gè)頻點(diǎn)，這些頻點(diǎn)可以通過傅里葉變換進(jìn)行分離和識(shí)別。FMCW雷達(dá)由一個(gè)相對(duì)簡單的電路組成，包括發(fā)射機(jī)、接收機(jī)、FMCW合成器、混頻器、數(shù)字化儀、信號(hào)處理器和顯示器。對(duì)于無線電測(cè)高儀，中頻信號(hào)直接發(fā)送到帶有頻率相關(guān)的模擬測(cè)高儀上，該測(cè)高儀在更高頻率下表現(xiàn)出更大的感應(yīng)阻抗（雖然不是線性的，但這仍然是確定相對(duì)高度的有效方法）。

與連續(xù)波相比，F(xiàn)MCW雷達(dá)能夠同時(shí)測(cè)量目標(biāo)的距離和相對(duì)速度，距離測(cè)量的精度比CW高得多，F(xiàn)MCW調(diào)制還可用于區(qū)分多個(gè)目標(biāo)，只需要相對(duì)簡單的電路就能實(shí)現(xiàn)，不需要任何峰值功率高的脈沖。

該技術(shù)的一個(gè)進(jìn)步是將脈沖雷達(dá)概念與脈沖內(nèi)調(diào)制/脈沖壓縮相結(jié)合。脈沖雷達(dá)的性能得益于極高的脈沖功率和較短的脈沖寬度，然而，高脈沖功率和短脈沖寬度需要專門的高功率調(diào)制器和發(fā)射機(jī)，它們通常尺寸較大且價(jià)格昂貴，而通過固態(tài)技術(shù)，可以在成本節(jié)約的同時(shí)擁有更小的尺寸。

因此，脈沖內(nèi)調(diào)制和脈沖壓縮的使用允許在相對(duì)較高的功率水平下獲得更長的脈沖寬度。脈沖壓縮在較短的子脈沖段中處理較長的脈沖，從而減少長脈沖寬度脈沖雷達(dá)的距離分辨率損失。脈沖頻率調(diào)制（FMOP）通常被稱為“線性調(diào)頻脈沖”雷達(dá)，線性頻率調(diào)制也通常被稱為線性調(diào)頻信號(hào)。

線性調(diào)頻脈沖雷達(dá)的其他優(yōu)勢(shì)是，通過脈沖壓縮濾波過程，接收機(jī)中的寬帶和隨機(jī)分布噪聲大大降低，這通常被稱為脈沖壓縮增益（PCG）。此外，脈沖壓縮濾波器調(diào)整接收信號(hào)頻率分量的相對(duì)相位，這實(shí)際上產(chǎn)生了比用標(biāo)準(zhǔn)雷達(dá)距離方程預(yù)測(cè)的更好的最大距離，這種現(xiàn)象被稱為脈沖壓縮比（PCR）。

調(diào)頻連續(xù)波和線性調(diào)頻脈沖雷達(dá)的性能取決于雷達(dá)部件的性能，因此，附加噪聲/噪聲系數(shù)、線性度、相位噪聲和雜散諧波都是雷達(dá)系統(tǒng)中有源部件的關(guān)鍵參數(shù)，雷達(dá)發(fā)射/接收信號(hào)鏈中的任何主動(dòng)和被動(dòng)組件都有可能嚴(yán)重降低雷達(dá)系統(tǒng)的性能。

信號(hào)發(fā)生器的關(guān)鍵作用

FMCW和線性調(diào)頻脈沖雷達(dá)在各種應(yīng)用中非常常見，包括防空、海上導(dǎo)航、汽車高級(jí)駕駛員輔助系統(tǒng)（ADAS）和其他傳感應(yīng)用，許多傳統(tǒng)雷達(dá)系統(tǒng)今天仍在飛機(jī)和軍艦上使用，但它們需要進(jìn)行維修和改裝測(cè)試。

信號(hào)發(fā)生器是雷達(dá)測(cè)試的關(guān)鍵測(cè)試儀器之一，通常用于測(cè)量雷達(dá)接收機(jī)電路的性能。在野外測(cè)試?yán)走_(dá)需要長測(cè)試距離和精確定位雷達(dá)目標(biāo)，可以使用具有適當(dāng)調(diào)制的信號(hào)發(fā)生器來模擬雷達(dá)目標(biāo)。此外，高純度信號(hào)發(fā)生器還可用于測(cè)試?yán)走_(dá)接收機(jī)的信噪比（SNR），這可以用于確定雷達(dá)的最大距離能力，以及該能力是否符合給定雷達(dá)的規(guī)范。脈沖線性調(diào)頻調(diào)制信號(hào)發(fā)生器也可用于測(cè)試?yán)走_(dá)接收機(jī)的脈沖壓縮電路，可以向脈沖壓縮延遲線發(fā)送經(jīng)過校準(zhǔn)的壓縮脈沖，并測(cè)量這些電路是否符合規(guī)范。

雷達(dá)接收機(jī)也可以在不同的信號(hào)條件下使用降級(jí)的雷達(dá)信號(hào)特性和噪聲進(jìn)行測(cè)試。這可以通過多個(gè)信號(hào)發(fā)生器實(shí)現(xiàn)，一個(gè)產(chǎn)生模擬雷達(dá)響應(yīng)，另一個(gè)產(chǎn)生校準(zhǔn)損傷，例如通道內(nèi)和通道外干擾信號(hào)和噪聲，這種類型的測(cè)試可用于確定雷達(dá)接收機(jī)的抗阻塞性和靈敏度。

雷達(dá)傳輸電路也可以用信號(hào)發(fā)生器代替雷達(dá)系統(tǒng)頻率合成器進(jìn)行測(cè)試，這樣，雷達(dá)傳輸電路可以與頻率合成器和調(diào)制電路分開進(jìn)行測(cè)試和故障排除。（了解更多方案詳情，歡迎聯(lián)系文章結(jié)尾處虹科工程師微信）

虹科HK-LMS-183DX：6.0 – 18.0GHz USB可編程信號(hào)發(fā)生器

虹科HK-LMS-183DX USB可編程信號(hào)發(fā)生器是一款低成本、便攜式、實(shí)驗(yàn)室可用的信號(hào)發(fā)生器，它提供100Hz頻率步長、可配置線性頻率掃描和0.5dB功率控制步長。虹科信號(hào)發(fā)生器通過與PC或自供電集線器的USB連接進(jìn)行供電和控制，并可通過附帶的圖形用戶界面（GUI）軟件或使用提供的SDK進(jìn)行編程。

特征

? USB供電和控制

? 包括易于安裝和使用的GUI

? 快速100微秒頻率切換

? 可編程線性掃頻

? 高達(dá)80dB的功率控制范圍

? 易于編程，適用于ATE應(yīng)用

? 可選脈沖調(diào)制和頻率掃描觸發(fā)

? API DLL、Linux和LabVIEW兼容的驅(qū)動(dòng)程序

應(yīng)用

? 自動(dòng)化測(cè)試設(shè)備

? 工程/生產(chǎn)測(cè)試

? 雷達(dá)測(cè)試

線性調(diào)頻脈沖雷達(dá)現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試挑戰(zhàn)

雖然幾乎任何能夠產(chǎn)生線性調(diào)頻脈沖的信號(hào)發(fā)生器都可以用于在現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試線性調(diào)頻脈沖雷達(dá)，但大多數(shù)具有C波段及以上頻率能力的信號(hào)發(fā)生器都是相對(duì)昂貴的，且其設(shè)計(jì)不適合在現(xiàn)場(chǎng)或潛在的惡劣條件下安裝。這些設(shè)備尺寸較大，包含自己的顯示器和計(jì)算處理器，如果任何部件出現(xiàn)故障，這些裝置往往無法正常工作，而修理這些裝置的費(fèi)用也十分昂貴，并且可能需要幾周到幾個(gè)月的時(shí)間。

這些組件通常具有各種各樣的功能，這些功能對(duì)于這種類型的測(cè)試來說是不必要的，只會(huì)使測(cè)試程序復(fù)雜化。一些全功能信號(hào)發(fā)生器可能是外部可編程和可觸發(fā)的，這有利于降低測(cè)試設(shè)置的復(fù)雜性和時(shí)間，但通常需要另外購買和使用特定的專有軟件。

線性調(diào)頻脈沖雷達(dá)現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試的另一種更經(jīng)濟(jì)實(shí)用的方法是使用PC驅(qū)動(dòng)的便攜式信號(hào)發(fā)生器，這些信號(hào)發(fā)生器緊湊、堅(jiān)固且易于使用。以虹科信號(hào)發(fā)生器HK-LMS-183CX為例，該信號(hào)發(fā)生器提供從6GHz-18GHz的校準(zhǔn)信號(hào)輸出，帶有頻率掃描、線性調(diào)頻調(diào)制和脈沖調(diào)制，可在內(nèi)部觸發(fā)（編程或PC控制）或外部觸發(fā)（脈沖觸發(fā)端口）。而它的價(jià)格大約是性能相當(dāng)?shù)牡湫团_(tái)式信號(hào)發(fā)生器價(jià)格的三分之一。

此外，虹科便攜式信號(hào)發(fā)生器的PC驅(qū)動(dòng)特性允許測(cè)試人員使用自己的PC或筆記本電腦，并且虹科HK-LMS-183CX上不存儲(chǔ)任何測(cè)試信息，這與具有自己的處理器和聯(lián)網(wǎng)功能的臺(tái)式測(cè)試設(shè)備不同。

多信號(hào)發(fā)生器抗干擾/反欺騙雷達(dá)測(cè)試

對(duì)于較新的雷達(dá)，以及在較舊平臺(tái)上改裝的雷達(dá)系統(tǒng)，都必須對(duì)其進(jìn)行測(cè)試和維護(hù)。而隨著雷達(dá)技術(shù)的進(jìn)步，雷達(dá)干擾和欺騙技術(shù)也在進(jìn)步，這就是為什么不僅要測(cè)試?yán)走_(dá)的工作情況，還要測(cè)試其抗干擾/反欺騙能力的原因。隨著現(xiàn)代軟件定義的雷達(dá)技術(shù)的發(fā)展，新的抗干擾/反欺騙技術(shù)可以在現(xiàn)有雷達(dá)中通過編程來實(shí)現(xiàn)。

然而，測(cè)試這種編程的有效性要復(fù)雜得多。在某些情況下，可以使用便攜式信號(hào)發(fā)生器模擬各種雷達(dá)目標(biāo)和干擾/欺騙系統(tǒng)來測(cè)試抗干擾/反欺騙技術(shù)。在這些情況下，采用多個(gè)信號(hào)發(fā)生器來模擬目標(biāo)和干擾/欺騙系統(tǒng)，可以選擇PC驅(qū)動(dòng)且成本低廉、占地面積小的便攜式信號(hào)發(fā)生器，這樣多個(gè)同步信號(hào)發(fā)生器可以同時(shí)使用，來模擬比單個(gè)臺(tái)式信號(hào)發(fā)生器更現(xiàn)實(shí)的場(chǎng)景。同時(shí)，虹科便攜式信號(hào)發(fā)生器和移相器足夠堅(jiān)固，可以部署在抗干擾/反欺騙技術(shù)的現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試場(chǎng)景中。

虹科HK-LPS-202型移相器相位調(diào)整范圍為0°-360°，相位分辨率為1°，頻率范圍為1-2 GHz，能夠在1030 MHz和1090 MHz傳輸頻率下工作。即用GUI可以跟蹤和控制多個(gè)連接的移相器，簡化多設(shè)備設(shè)置，這樣就可以通過計(jì)算機(jī)操作而無需打開測(cè)試面板并手動(dòng)調(diào)整旋鈕來改變和/差通道調(diào)整的相位。

特征

? USB供電和控制

? 包括易于安裝和使用的GUI

? 1°步進(jìn)360°控制

? SMA連接器

? 易于編程，適用于ATE應(yīng)用

應(yīng)用

? 波束成形

? 信號(hào)消除

? 相位調(diào)制器

? 用于LTE和WiFi的MiMo測(cè)試平臺(tái)

? 相控陣天線系統(tǒng)

總結(jié)

信號(hào)發(fā)生器和移相器是開發(fā)、測(cè)試和維護(hù)關(guān)鍵FMCW和線性調(diào)頻脈沖雷達(dá)技術(shù)的關(guān)鍵工具。雖然傳統(tǒng)的臺(tái)式信號(hào)發(fā)生器可能在雷達(dá)的開發(fā)和測(cè)試中占有一席之地，但在許多情況下，這些裝置的成本、尺寸、復(fù)雜性和脆弱性降低了它們的實(shí)用性。而堅(jiān)固耐用的便攜式信號(hào)發(fā)生器，如虹科便攜式信號(hào)發(fā)生器，可以是一種低成本、適應(yīng)性極強(qiáng)的解決方案，用于解決各種具有挑戰(zhàn)性的雷達(dá)測(cè)試場(chǎng)景。

審核編輯 ：李倩