Generacja szerokopasmowych sygnałów z modulacją cyfrową w paśmie V i wyższych jest trudnym wyzwaniem. Co więcej, zazwyczaj wymaga zestawu kilku przyrządów. Niniejszy artykuł przedstawia, w jaki sposób uprościć to zadanie, opisuje również metody analizy. Najnowsze analizatory widma, takie jak model R&S FSW67, jako pierwsze na rynku umożliwiają pracę w paśmie V do 67 GHz bez zewnętrznych układów przemiany częstotliwości. Z użyciem rozszerzenia R&S FSW-B2000 możliwe jest pokrycie zakresu modulacji do 2 GHz.

1. Motywacja

Szerokie pasmo modulacji dochodzące do 2 GHz stanowi proponowane rozwiązanie w takich zastosowaniach, jak radar samochodowy lub komunikacja mobilna w standardzie 5G. Oprócz pasm poniżej 6 GHz i w obszarach 11 GHz, 28 GHz oraz 38 GHz, szeroki zakres pasma 5G jest dostępny w zakresie fal milimetrowych, które nie są licencjonowane lub licencja na nie jest łatwo dostępna. Bezprzewodowe sieci LAN zgodne ze standardem 802.11ad już wykorzystują częstotliwości w zakresie pasma V z pasmem modulacji 1,76 GHz (jedna częstotliwość nośna). Poniżej znajduje się tabela częstotliwości w zakresie fal milimetrowych, które już są używane w telekomunikacji i radarach samochodowych lub też mogą być interesujące jako nielicencjonowane lub łatwo dostępne pasma 5G.

Tabela 1.1. Pasma w zakresie dla milimetrowych, które są już używane w telekomunikacji i radarach samochodowych, lub też są interesujące jako pasma nielicencjonowane/z łatwo dostępną licencją dla sieci 5G

Wykres 1.1 przedstawia dostępne zakresy częstotliwości w pasmach V, E oraz W, na które są dostępne licencje

Wykres 1.1. Nielicencjonowane lub z łatwo dostępną licencją zakresy częstotliwości w pasmach V, E oraz W

Generacja sygnałów w paśmie V z modulacją cyfrową w szerokim paśmie jest wymagającym zadaniem i zazwyczaj wymaga zestawu złożonego z wielu przyrządów. Najnowsze analizatory sygnału i widma, takie jak FSW67, pozwalają na pracę w paśmie V (67 GHz) bez dodatkowych układów przemiany częstotliwości. Wraz z rozszerzeniem FSW-B2000 możliwa jest demodulacja sygnałów o szerokości pasma do 2 GHz.

W tym artykule został opisany zestaw do generacji sygnału w modulacją szerokopasmową w paśmie V oraz wykorzystanie przyrządu FSW67 do analizy sygnałów szerokopasmowych w paśmie V.

2. Zestaw pomiarowy

Schemat 2.1. Zestaw do generacji i analizy sygnału szerokopasmowego w zakresie fal milimetrowych

Generacja zmodulowanego sygnału częstotliwości pośredniej (IF) w zakresie od 4 do 16 GHz

Wektorowy generator sygnałów SMW200A (20 GHz) o paśmie modulacji do 2 GHz jest modulowany przez zewnętrzny generator arbitralny o odpowiednio szerokim paśmie, taki jak Tabor WX2182C. Sygnał częstotliwości pośredniej następnie trafia do mieszacza mikrofalowego pasma V.

Generacja sygnału lokalnego (LO) do przemiany częstotliwości

Drugi kanał generatora SMW200A (opcjonalnie odpowiednich modeli SMB100A lub SMF100A) wytwarza falę ciągłą (CW) o częstotliwości np. 13,25 GHz, który trafia na wejście powielacza częstotliwości. Czwarta harmoniczna powielacza, równa w tym przypadku 53 GHz, jest następnie filtrowana przez filtr pasmowo-przepustowy i służy jako sygnał lokalny dla mieszacza przemiany częstotliwości pasma V.

Przemiana częstotliwości

Mieszacz liniowo zmienia sygnał częstotliwości pośredniej do sygnału radiowego w zakresie fal milimetrowych zgodnie ze wzorem f_RF = f_LO ± f_IF.

Wyjście mikrofalowe układu przemiany częstotliwości jest terminowane izolatorem, a następnie trafia na filtr górnoprzepustowy, który usuwa niższe harmoniczne f_LO – f_IF oraz składową lokalną. Izolacja jest potrzebna, aby uzyskać niski poziom tętnień w paśmie przepustowym. Wykorzystywany górny zakres pasma f_LO + f_IF jest wzmacniany i stanowi sygnał referencyjny do testów urządzeń pracujących w paśmie V, na przykład odbiornika czy elementów takich, jak wzmacniacz.

Analiza częstotliwości

Analiza sygnałów szerokopasmowych jest możliwa dzięki jednej z opcji:

• Analizator FSW67 z rozszerzeniem VSA FSW-K70 oraz rozszerzeniem FSW-B2000 (do 67 GHz) lub
• Odpowiedni mieszacz harmoniczny FS-Zxx oraz przyrząd FSW43 lub FSW50 z rozszerzeniem VSA FSW-K70 i rozszerzeniami „Łączenie z zewnętrznymi mieszaczami” (Connection to external mixers) FS-Z21 oraz FS-B2000.

Aby zbadać sygnał o paśmie do 2 GHz, analizator FSW konwertuje sygnał do częstotliwości pośredniej 2 GHz. Sygnał ten jest próbkowany przez oscyloskop RTO z częstotliwością 10 GHz. FSW dokonuje korekcji widma tego sygnału cyfrowego i określa częstotliwość próbkowania. Cała ścieżka sygnału, włączając oscyloskop, jest skalibrowana. W celu uproszczenia pracy FSW zdalnie steruje oscyloskopem RTO.