【经验】使用任意波形发生器M8195A仿真雷达信号的方法及注意事项

时间： 2018-09-16 来源：世强

技术问答

图1是常见雷达系统的架构图。如图所示，雷达系统的工作原理可以简单地概括为：雷达的发射天线发出电磁波，电磁波在碰到物体之后发生散射、反射等现象。被反射回来的电磁波通过接收天线（一般通过环形器与发射天线共享一根天线）接收下来。通过测量电磁波往返时间和位置矢量（针对旋转天线）即可计算出雷达相对于该物体的距离和方向。此外，根据多普勒效应并结合矢量变化率，雷达还可以测量出物体的相对速度和绝对速度。

图1：常见雷达系统架构图

雷达系统的工作原理虽然简单，但是涉及到具体的实现时仍然是一项复杂的工程。对于雷达工程师来说，当整个雷达系统还未成形时，使用任意波形发生器（AWG）或许是检查雷达系统某个模块是否正常工作的唯一方法。随着AWG的发展，具有高带宽的任意波形发生器可以生成频率达20GHz（超出Ku频段）的雷达信号。如若需要模拟基于相控阵天线的多天线雷达信号，或是最近比较火热的MIMO架构，那么就要求AWG可以产生具有能够精确控制定时校准和相位校准的多路信号。

在使用AWG仿真雷达信号时，常见的有三种方法：基带生成法（baseband generation）、中频生成法（intermediate frequency signal generation）以及直接射频生成法（direct RF signal generation）。

最古老的办法是基带生成法：将AWG产生的一个时域信号输入到射频调制器中即可得到雷达的仿真信号。对于需要进行复杂的数字调制或快速频率扫描（线性调频技术），如图2所示，可以使用AWG产生两路基带信号用以驱动正交调制器来控制载波的瞬时幅度和相位。

图2：使用基带生成法仿真雷达信号

中频生成法需要AWG产生一路频率相对较低的已调信号。该信号可以直接输入到雷达接收器或发射器的信号处理单元。不过，如果是要得到最终的射频信号或微波频率，则需要使用到上变频器，其示意图如图3所示。

图3：使用中频生成法仿真雷达信号

对于大多数基带和中频信号，采样率达几个Gigasamples每秒(GS/s)的AWG即可输出测试所需的频率。老一代AWG的采样率较低，无杂散动态范围较差，因此产生的雷达信号通常也只能达几个GHz。需要注意的是，基带生成法和中频生成法所使用的调制器和上变频器会限制射频信号的调制带宽。另外，宽带正交调制对同相路/正交路信号的振幅和相位不平衡，或正交误差敏感。因此，想要使用基带生成法和中频生成法得到质量十分好的信号是很难做到的。

如图4所示，如果AWG的输出频率足够高，那么可以直接使用AWG产生已调的射频信号或微波频率。直接射频生成法对AWG采样时钟的抖动性能具有较高的要求，因为时钟的抖动将会直接关系到所生成载波的相位噪声。直接射频生成法要求AWG具有极快的采样速率，至少要比所需信号的最高频率高出2.5倍。当然，把AWG的采样率设置在稍高于最低奈奎斯特频率也是可以的。

图4：使用直接射频生成法仿真雷达信号

采样率越高，AWG输出信号的频率响应更加平坦、镜像抑制能力更好、量化噪声更低、脉冲-脉冲抖动也更小。更高的采样率要求AWG具有更大的存储空间，因此对于高速AWG来说，长的记录长度是十分重要的。直接射频生成法需要的采样率要远比基带生成法高，所以在记录长度相同的情况下，直接射频生成法的时窗要比基带生成法的更短。对于复杂的雷达系统，要想更加真实地仿真参差脉冲序列、跳频图案、由物体移动或天线震动引起的时变回波等特性，AWG的记录长度将会是一个关键因素。

AWG既可以生成有失真信号，也可以生成无失真信号。在测试过程中，有失真信号可以用来补偿外部因素或器件的影响（如连接器、线缆等），改善信号幅度平坦度以及群时延。

对于某些应用，如MIMO雷达需要多路测试信号。在这些应用中，各路信号必须同步，因此他们必须共用相同的采样时钟，并且需要时间校准。任何时间上的误差或通道间的抖动都会影响到生成的测试信号，这对AWG的性能也是一大考验。

AWG通过DAC周期性循环输出存储在内存中的波形即得到连续的雷达信号。但是信号在回绕的过程中不得发生混乱，这就需要一些特殊考虑。例如，波形存储器必须存储整数个脉冲重复间隔。否则，在每次的循环中，脉冲计时比起预期要么变长，要么变短。另外，为了产生相干雷达信号，AWG的记录长度和采样率必须设定好，才能使得时窗刚好等于载频周期的数倍。

KEYSIGHT的M8195A任意波形发生器

在上文对使用任意波形发生器模拟仿真雷达测试信号的介绍中，使用直接射频生成法对任意波形发生器的性能要求十分高，除了有超高采样率的要求，还需要AWG具有大的存储空间，为其提供长的记录长度。同时，还需要AWG的采样时钟具有出色的性能，以保证输出信号的相位噪声较小。

是德科技（KEYSIGHT）的M8195A是一款可满足上述要求的任意波形发生器，适用于航空航天/国防/通信领域的宽带射频/微波应用。M8195A在一个单插槽 AXIe 模块上同时提供多达 4 个输出通道，每通道的采样率高达 65 GSa/s，带宽高达 20 GHz，垂直分辨率为 8 位，每模块支持最高16GSa波形存储，可以满足在仿真雷达信号时对AWG采样率和存储空间的要求。

M8195A具有超低的固有抖动，32GB/s PRBS 211-1时，RJrms<200fs。而且，M8195A 采用数字预失真技术补偿任意波形发生器输出端口以及所有必要外部电路的频率和相位响应，以便为被测器件提供纯净信号。此外，M8195A能够以高达 20 GHz 载波频率直接生成任意调制方案 (例如 nPSK、nQAM、 APSK、OFDM 等) 的宽带无线信号。很多情况下，该功能可以避免额外的上变频环节(例如 IEEE 802.11ad)，或者支持以载波频率直接生成波形，更加方便测试。

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全部评论（5）

FENT Lv8. 研究员 2019-11-26

学习
NaOH Lv6. 高级专家 2019-05-14

看一看，瞧一瞧！
OwenK Lv7. 资深专家 2018-10-22

学习了
Ranger Lv8. 研究员 2018-10-12

了解一下，争取中奖：）
哥的八盒猜想 Lv6. 高级专家 2018-10-07

我的老本行～

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Keysight（是德科技）测试仪器分销产品选型指南（英文）

目录- BenchVue Control and Analysis Software RF Bench and Handheld Instruments Handheld Spectrum Analyzers FieldFox Handheld Analyzers Spectrum Analyzers, Signal Analyzer Audio Analyzer and Signal Generator Power Sensors and Power Meters RF and Microwave Test Accessories Vector Network Analyzers and ECal Modules Essential Bench Oscilloscopes, Applications, and Probes Digital Multimeters Function/Arbitrary Waveform Generators Data Acquisition/Switch Units USB Products and Connectivity Frequency Counters/Timers Power Supplies Bench Power Supplies System Power Supplies Precision Power Supplies System Power Supplies(continued) DC Power Analyzer, SMUs, and DC Electronic Loads AC Power Sources LCR Meters Handheld Instruments

型号- U8480,B2911A,U1272A,N8926A,34460A,N7040A,U8000,N9340B,53140,N5742A,N5766A,34905A,N9918A,N6735B,N8480,N5743A,N5767A,N1914A,3024T,3012T,U1273A,34904A,N6746B,N6734B,U3800,U1282A,N8948A,34470A,N7042A,N1913A,N5744A,N5768A,34903A,N8924A,N9916A,N9928A,34939A,N6701C,N8949A,U1271A,N8925A,N8937A,N7041A,N1912A,N9000B,N5745A,N5769A,N2819A,3022T,3034T,N6700C,34902A,N9917A,34938A,N6736B,U1600,8491A,DSOX1102G,DSOX1102A,N9320B,P-SERIES,33509B,N7020A,N1911A,N9344C,N5746A,N3302A,N2818A,34901A,34937A,U1701B,82357B,U1273AX,U2802A,N5181B,N2142A,U1281A,B2902A,4024A,N5747A,N3303A,8490G,N2805A,3032T,N6702C,U1700,N6705C,N8928A,N9342C,33519B,B2901A,N3304A,N5748A,34947A,N2804A,N8929A,N5171B,N9343C,N2140A,X-SERIES,B2912A,N3305A,U8903B,N5749A,4022A,34934A,4034A,34946A,8480D,3054T,U2702A,N3306A,U1733C,U1210,U2300,N5700,34945A,3458A,TU1453A,U2701A,B2962A,1146B,N3307A,1147B,N7026A,33600A,33612A,B2961A,N9322C,N9310A,U1731C,2002A,53200,2014A,3104T,U1610A,U2723A,33611A,2004A,U1732C,J7205A,34942A,U3606B,53210A,J7205B,U2722A,N1810UL,33622A,3102T,34941A,N8760A,2012A,2024A,U2500,U1620A,33512B,33500B,33621A,N1810TL,3004A,N6700,N6705,N8761A,N2821A,33511B,N3300,4104A,2022A,N2820A,U2600,33510B,33522B,3014T,N2843A,E36100B,33521B,N9962A,87106D,AC6804B,E4982A,DAQM905A,34950A-34959A,N6750,N9950A,N8740A,E36103B,U2020,EDUX1002A,N9951A,33520B,N7007A,83050A,N2962A,53131A,P9243A,E4981A,U2741A,34972A,E36102B,J7211B,J7211A,J7211C,E36320A,N8741A,AC6802B,DAQM903A,U1270,N9960A,E36311A,N8762A,E36105B,N6781A,U2000,E3641A,EDUX1002G,N2863B,AC6803B,DAQM904A,N8900,U1280,84904L,U2751A,34970A,N9961A,B2900,E36104B,E3640A,AC6800B,N2862B,6002A,E3600,E-SERIES,E36313A,DAQM900A,U1250,U5850,N8756A,N8732A,N8950A,AC6801B,10070D,DAQM902A,U2761A,34980A,E36300A,E36312A,N6782A,DAQM901A,E36106B,53220A,N8757A,87222D,N8733A,N8951A,87222E,N9952A,87104D,P9242A,E4980A,6004A,53132A,N6785A,N6773A,U1452A,B2980A,N6761A,N8754A,N8742A,P9241A,N2871A,53230A,N8700,N4985A-S50,U1240,N6784A,E4981A-001,E4981A-002,N8755A,U1453A,N8731A,N2870A,8495D,N2797A,87405B,N2894A,N5770A,8495B,87405C,34420A,E3647A,10833F,34921A-25A,10833G,10833A,10833B,4154A,10833C,10833D,N6775A,U1450A,N8736A,N6763A,U1232A,N8954A,N6751A,N8930A,N7550,N9923A,N2796A,N9935A,N2893A,N5771A,E36100,E3646A,6811C,N4985A-S30,4032A,N8737A,N6786A,N6774A,N8943A,N6762A,E5063A,10834A,N8955A,U1451A,8494G,N8931A,E3634A,U1233A,3052T,N2783B,P9371A,N2795A,N5772A,6813C,E3649A,6800C,6812C,N6753A,N8758A,U1460A,N6741B,U1242C,N8734A,U1242B,N8952A,N6777A,N8940A,N6765A,P9370A,N2891A,N2782B,EPM SERIES,53181A,N5761A,34931A-33A,34465A,E3648A,4054A,N8759A,N6764A,U1231A,U1461A,N6752A,E9320,83020A,N8735A,N8941A,N6776A,N2793A,DAQ970A,N2890A,L2060,N2781B,U1240C,N9914A,82350C,N5750A,N5762A,U2063,E5810B,N8934A,N6743B,N9926A,P1912A,N8946A,N6731B,N9938A,U1252B,E3643A,E3631A,N6755A,14585A,N2792A,N2780B,U1241C,N5763A,E4980AL,N5751A,E36300,E9300,N8923A,N9915A,N8935A,N6742B,N9927A,E3630A,U1241B,4052A,U1253B,E3642A,N6766A,34908A,N6754A,N2791A,N9912A,N8738A,N9936A,U1190,U2040,N5752A,N5764A,34450A,DAQM907A,N8932A,N8944A,34907A,N8920A,E3645A,N6745B,E3633A,N6733B,L2050,N2790A,U1251B,N8739A,N9913A,N9925A,N5741A,DAQM908A,N5765A,34461A,U2053,N8945A,N6732B,N9937A,N8957A,N8921A,E3632A,E3620A,N6756A,E3644A,N6744B

选型指南 - KEYSIGHT - November 2018 PDF 英文下载

【选型】Keysight（是德科技）光波产品（测试与测量网络和数据中心）选型指南（中文）

目录- 光波产品应用简介光波产品应用软件可调激光源（TLS）和固定激光源（DFB和FP）光功率计偏振产品多波长计光衰减器和光开关光波器件分析仪（LCA）光调制分析仪（OMA）和ICR测试示波器与光/电转换器任意波形发生器（AWG）比特误码率测试仪（BERT）数字互连测试系统光接收机极限测试（ORST ）数字通信分析仪（DCA） SMUs 光波产品选型表和附件

型号- N4391A-110-Z33,N7783B,B2911A,N4980A,81600B-140,8703A,81600B-142,N1010A,81656A,8165XA,N771XA-340,81620B,N1090A,N7782B,81000NI,N7714A,81578A-062,M8046A-A32,81657A,81960A,81001PA,81003TD,M8020A-BU2,N7761A,81950A-301,DSAV164A,N7740MI - MU,N7785B,M8195A,M8061A,81630B,81009BH,81578A-050,DSOV084A,M8020A-BU1,81009BM,81950A-310,N7784B,N7740FI - FC,8703B,M8196A,M8062A,B2900,N4373D,N7740ZI,N4960A-CJ0,DSAV204A,N4960A-CJ1,81000PA,N4903B,N4952A-E17,81655A,N771XA-304,N4960A,8164A,8164B,M8048A,8163XA/B,N7751A,N109X,8162X,81595B,81571A,81004BM,81004BH,N4374B,81624B,81000KA,81636B,81001MA,MSOV254A,81600B,8163B,8162XB,N4951B-H32,N1092,8163A,N1094,81606A-216,N7786B,N7762A,B2902A,86122C,DSOV334A,N1077A-232,N4375D,N1077A,N4917B,N4952A-E32,81001LA,81940A,81613A,N4917A,MSOV134A,81607A-116,8166A,8166B,B2961A/B2962A 6.5,B2901A,8152X,N7740LI - LC,M8190A,N4376D,N1076A,N490X,N437XB,N437XC,81610A,N4877A,81634B,N4951B,B2900A,N4951A,86100D-PTB,81606A-116,81606A-113,81490A-135,N7752A,B2912A,86100D,N7788B,N7764A,86100C,86100B,86100A,M8070A,81570A,81635A,8198X A,81950A,8198XA,N4951B-H17,81623B,N4952A,DSAV134A,86100D¨CSIM,N437XX,81001ZA,M8020A,N7731A,N4951A-P32,81195A,81624DD,DSOV204A,86100,MSOV084A,81606A,86100DU-400,81618A,8160XA,DSAV254A,B2962A,81000FA,N7766A,N776XA,M8045A,81000FI,81960A-E62,81000VA,81003LA,81576A,8157XA,DSOV164A,N4965A,N4951A-P17,B2961A,N7745A,N4391A-120-Z63,M8046A,81608A-216,N4391A-120-Z64,N4980A-JTS,N7740BI,M8020,81602A,81626B,81001KA,81989A,81628B,83480A,8169A,N7744A,N775XA,N7768A,86120D,86120C,B2901A/02A/11A/12A,86120B,MSOV334A,N4967A,81609A,N7004A,81608A-116,N7711A,N7747A,81608A-113,M8051A,81490A,N1094B,81490A-E10,N1094A,81000BT,81949A,N4951B-D32,N7734A,DSAV084A,81000BI,81000BC,M8041A,M8040A,N4391A,81980A,81490A-E03,N7740KI - SC,8194XA,N7781B,DSAV334A,N7700A-100,81607A,81619A,N7700A-102,N7700A-101,N1092A/B/C/D/E,M8045A-0G3,M8030A,DSOV254A,N4392A,86100D-200,81602A-013,N1092A,MSOV204A,N1092E,N1092D,N1092C,81577A,N1092B,N1294A-031,81001FA,81608A,8160XX,N7700A,54750A,N1077A-SMS,M8045A-G32,DSOV134A,N7748A,86108B,N4951B-D17,81663A,N1094A/B,81578A,MSOV164A

选型指南 - KEYSIGHT - 2017年3月31日 PDF 中文下载

Keysight Modular Arbitrary Waveform Generator Startup Guide

型号- M9336A,P9336A

用户指南 - KEYSIGHT - Edition: 2.1 - June 2019 PDF 英文下载

【选型】Keysight（是德科技）通用及基础测量仪器样本

目录- 示波器和探头数字万用表数字采集和开关频率计数器、函数和任意波形发生器电源射频仪表

型号- U1272A,34460A,34133A,53140,N5742A,N5766A,E4980ALU-050,N2919A,N576XA,N5439A,6644A,661XC-220,54600S,34905A,3446MEMU,3000X,U2700,N674XB,34132A,34132B,53150,N5743A,53151,N5767A,661XC-OL2,664XA,3024T,N2918A,6621A,3000T,53152,6645A,N2918B,N9310A-1CM,661XC-230,U1273A,34904A,U1620,E364XA-1CM,N6746B,3000X,DSOXGPIB,N8948A,1000,34131A,DSOX4AUTO,N5744A,N5768A,N2917B,6622A,N3300A,8120-4383,TPS://WWW.SEKORM.COM/WEB/SEARCH/KEYWORDN2801A,34903A,663XB-0B3,DSOX4SENSOR,N8900A,66102A,N6701A,E5387A,66000,U1271A,N8949A,66002A 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选型指南 - KEYSIGHT - 2015 - 2015年06月10日 PDF 中文下载

【应用】用于先进汽车雷达研发和制造的Keysight最可靠和精确的测试解决方案

本文通过对比雷达、相机和激光雷达这三种传感器技术来增强汽车辅助系统来尽可能减少汽车事故的发生。相机受天气影响严重，激光雷达尚未在市场中得到验证，而汽车雷达是当今在所有环境条件下提高驾驶安全的领先传感技术。先进的汽车雷达利用76 - 81GHZ波段更高的频率和5 GHZ更宽的带宽，为更好的分辨率，更小和更轻的传感器设计，适用于当前和未来的ADAS，和即将到来的自动驾驶系统。

应用方案发布时间 : 2018-11-20

Keysight Technologies M8196A 92 GSa/s Arbitrary Waveform Generator Data Sheet

型号- M8196A-810,M8196AU-U02,M8196AU-U04,M8196A-001,M8196A-002,M8196A-BU3,M8196A-BU2,M8196A-820,M8196A,M8196A-004

数据手册 - KEYSIGHT - Version 2.1 - October 3, 2017 PDF 英文下载

【产品】用于 P924xA 系列示波器的 WaveGen 20 MHz 函数/任意波形发生器软件P9240AWGA

Keysight P924xA 系列示波器提供 20 MHz 内置函数/任意波形发生器。该波形发生器是教学、设计或研发实验室的理想之选，因为这些实验室的工作台空间和预算都有限，而 20 MHz 内置函数/任意波形发生器可为被测器件提供标准的输出激励波形，以及用户可定义的频率、幅度、偏置、脉宽和任意波形。WaveGen 的输出端与示波器显示屏下方的前面板 BNC 接头连接。

新产品发布时间 : 2019-08-04

Keysight（是德科技） M8190A 任意波形发生器12 GSa/s 任意波形发生器

型号- Y1200B,M9045B,M9048A,M8190S,M8190A-806,M8190A -BU1,M8190A-BU2,M8190A-805,Y1202A,M8190A-801,M8190A AWG,M8190A-815,M8190A-820,M8190A-811,M9505A,M8192A,M8190A-810,M9536A,M8190A,M9502A

数据手册 - KEYSIGHT - September 25, 20 PDF 中文下载