橫空出世：20GHz高性能實時頻譜儀&監(jiān)測接收機

2018-03-13 by:CAE仿真在線來源:互聯(lián)網(wǎng)

SM200A是Signal Hound公司最新推出的一款模塊化頻譜儀,它具有高動態(tài)范圍、超低相噪、極快的掃描速度以及160MHz的實時帶寬等性能。

SM200A具有100kHz-20GHz頻率測試范圍,160MHz的實時帶寬,1THz/s 的掃描速度。另外,它還具有很高的交調(diào)截點,110dB的動態(tài)范圍(如圖1),以及具有足夠低的相噪,對EVM的貢獻(xiàn)不到0.1%。

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圖一SM200A的動態(tài)范圍

獨特的設(shè)計

SM200A的信號處理功能來自于兩塊,一塊是儀器內(nèi)部先進(jìn)的Altera Arria-10系列FPGA,另一塊是外部的PC,要求處理器為i5或i7。這個強大的處理能力組合實現(xiàn)了一個全功能的頻譜分析儀和監(jiān)測接收機平臺,即使是極其苛刻的測試任務(wù)也能輕松完成。SM200A不像傳統(tǒng)的頻譜分析儀,所有的嵌入式處理都集成在一個盒子里,它的分布式處理具有無與倫比的靈活性和相當(dāng)?shù)男阅?而且只需傳統(tǒng)頻譜儀成本的一小部分。傳統(tǒng)的臺式機系統(tǒng)想升級存儲器或者改變網(wǎng)絡(luò)接口是非常困難的,而SM200A消除了這些問題,因為它采用的是PC機,它不和專有的,昂貴的或過時的處理硬件鎖在一起,隨時可以更新?lián)Q代或者升級。

SM200A集成的軟件支持傳統(tǒng)參數(shù)的控制,如頻率掃寬/中心/開始/截止,分辨率帶寬,視頻帶寬,參考電平,可配置的跡線和頻標(biāo)。該軟件提供了豐富的顯示功能,如2D瀑布圖、頻譜圖、實時顏色余輝顯示,以增強和簡化信號識別(如圖三實測WIFI+掃頻信號)。也有常見的數(shù)字調(diào)制信號的物理層測量工具和數(shù)字解調(diào)工具,包括:ASK、FSK、MSK、OOK、PSK和QAM(如圖四 VSG25A信號源產(chǎn)生的8PSK調(diào)制信號實測)。另外,還提供EMC預(yù)測工具。

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圖三實測空中WIFI信號+信號源產(chǎn)生的掃頻信號

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圖四實測矢量信號源VSG25A產(chǎn)生的8PSK調(diào)制信號

SM200A有內(nèi)置的GPS,用于時間校準(zhǔn)和接收數(shù)據(jù)的地理位置信息的標(biāo)記。它可以提供±50ns精度時間戳的校正IQ數(shù)據(jù)流用以生成信號分析數(shù)據(jù)庫或者經(jīng)過一段時間后的移動數(shù)據(jù)采集用以后處理。SM200A有一個內(nèi)置的通用擴展端口(GPIO)用于各種高級功能,如在信號監(jiān)測方面作為多個天線之間的零延遲切換。

Signal Hound系統(tǒng)可以通過PC機的以太網(wǎng)接口連接到網(wǎng)絡(luò)和后端資源,這使得它在通信、數(shù)據(jù)傳輸、軟件更新和系統(tǒng)管理任務(wù)等方面都可行。對于特殊的應(yīng)用,通過本地應(yīng)用程序接口(API),SM200A可以連接到自動監(jiān)控系統(tǒng)或自動測試設(shè)備(ATE)。用C/C++編寫,完全文檔化的API,支持完整的功能,如頻譜掃描,設(shè)置事件觸發(fā)記錄、實時分析和I/Q數(shù)據(jù)流。程序員可以根據(jù)API自定義已有應(yīng)用的程序開發(fā)或利用校準(zhǔn)過的IQ數(shù)據(jù)結(jié)合用戶自己的數(shù)字信號處理算法開發(fā)有針對性的應(yīng)用。

SM200A的重量不到4公斤,包括散熱器,并由外部9V至15 V直流電源或用交流/直流適配器供電。

應(yīng)用

SM200A的高動態(tài)范圍和極低的相噪簡直是一個“活力雙雄”,它具有先進(jìn)的信號測量能力。

許多單位不愿花錢買一個相噪聲測試系統(tǒng),盡管它是非常有用的。然而,經(jīng)濟適用的SM200A非常適合對相位噪聲測量要求苛刻的場合,因為SM200A的本身相噪很接近最好的臺式頻譜儀,那些隱藏在大信號的相位噪聲包絡(luò)下的小信號也能很容易被觀察到。圖五顯示了SM200A對Signal Hound的1 GHz標(biāo)準(zhǔn)參考時鐘的相噪測量結(jié)果。

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圖五 1G參考信號源的相位噪聲測試

SM200A由于具有1000GHz/S的掃描速度,110dB的動態(tài)范圍及極低的相噪,因此對雷達(dá)脈沖、跳頻等信號的捕捉也非常容易。例:用Signal Hound矢量信號源模塊VSG25A產(chǎn)生1%占空比脈沖,以下是SM200A對該脈沖的實測信息。

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圖六 1%占空比脈沖的頻譜圖

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圖七 1%占空比脈沖在Zero-Span模式下的時域信息

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圖八 Zero-Span模式下測得1%占空比脈沖的脈寬

SM200A中內(nèi)置的覆蓋20 MHz到20 GHz的亞倍頻程預(yù)選濾波器組將給信號監(jiān)測技術(shù)人員和頻譜管理者帶來很大的幫助,因為SM200A對于微弱或難以捕捉的信號,即使存在大功率的帶外信號時也能很容易識別出來。

SM200A在10G掃寬內(nèi)任何頻率點上持續(xù)10ms的信號或者20G掃寬內(nèi)持續(xù)20ms的信號的截獲概率是100% (100% POI),工作頻率在20GHz以下,160MHz掃寬內(nèi),SM200A以500 MSPS處理速率能捕捉到雷達(dá)的線性調(diào)頻脈沖。

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