毫米波雷達作為現代無線通信和感知系統的核心技術，在自動駕駛、工業檢測、安防監控等領域發揮著重要作用。Keysight VXG矢量信號發生器作為高性能的信號生成設備，能夠精確模擬毫米波雷達信號，為系統測試和研發提供關鍵支持。本文將詳細介紹使用Keysight VXG生成毫米波雷達信號的五個關鍵步驟，幫助用戶高效完成信號配置與生成。

一、參數設置與初始化：構建信號基礎框架
在使用Keysight VXG生成毫米波雷達信號前，需首先進行參數設置與系統初始化。這一步驟決定了信號的基本特性，直接影響后續測試的準確性。具體操作包括：
1. 頻率范圍配置：根據應用場景選擇毫米波頻段（如77GHz或79GHz），通過VXG的界面或編程接口設置起始頻率和終止頻率。例如，對于自動駕駛中的長距離探測，通常選擇77GHz頻段，而更高分辨率的短距應用可選用79GHz。
2. 調制類型選擇：毫米波雷達常用線性調頻連續波（FMCW）調制，需設置調制帶寬、掃頻時間等參數。FMCW信號的頻率隨時間線性變化，便于通過差拍頻率計算目標距離和速度。
3. 信號功率與帶寬調整：根據目標探測距離和環境干擾情況，設置發射信號的功率和帶寬。高功率信號適用于遠距離探測，但需注意合規性；大帶寬則提升距離分辨率，但增加系統復雜度。
4. 采樣率與量化位數：配置ADC采樣率以確保信號細節捕獲，通常選擇高于信號帶寬2倍的采樣率。量化位數（如14位或16位）影響動態范圍，需平衡精度與數據量。
初始化完成后，系統將生成基礎信號框架，為后續波形生成做好準備。
二、波形設計與生成：構建雷達信號特征
毫米波雷達信號的核心在于其波形設計，需滿足距離、速度、角度等多維度探測需求。在VXG中，波形生成可通過以下步驟實現：
1. 生成FMCW信號模板：利用VXG的波形編輯器創建線性調頻信號，定義掃頻斜率（即頻率隨時間的變化率）和掃頻周期。例如，設置掃頻范圍為24GHz至24.25GHz，掃頻時間為10ms，形成連續的鋸齒波信號。
2. 添加調制參數：為波形添加相位調制、幅度調制或脈沖調制，模擬實際雷達中的信號變化。例如，通過脈沖調制實現脈沖雷達信號，設置脈沖寬度和重復頻率（PRF），適應不同探測場景。
3. 波形存儲與調用：將設計好的波形保存為文件（如CSV或IQ數據格式），便于后續重復調用和自動化測試。VXG支持多種波形導入方式，提高效率。
通過靈活波形設計，可模擬不同雷達模式（如單目標探測或多目標跟蹤）的信號特征。
三、信號調制與校準：確保精度與穩定性
生成的原始信號需經過調制與校準，以滿足毫米波雷達的高精度要求。關鍵步驟包括：
1. 頻率調制校準：使用VXG的內置校準功能或外部頻率計，驗證輸出信號的頻率精度。例如，檢查掃頻信號的線性度，確保頻率隨時間變化的斜率與設計值一致，避免距離測量誤差。
2. 功率校準與平坦度優化：通過功率計測量信號在不同頻率點的輸出功率，調整VXG的功率控制參數，確保全頻段內的功率平坦度。功率波動可能導致目標檢測虛警率增加。
3. 相位噪聲抑制：毫米波信號易受相位噪聲影響，需通過VXG的相位噪聲補償功能或外部濾波器降低噪聲，提升信號純度。
4. 溫度漂移補償：由于毫米波器件對溫度敏感，需啟用VXG的溫度補償機制，在不同環境溫度下驗證信號穩定性。
校準過程需記錄各項參數，建立校準數據庫，為后續信號生成提供基準。
四、信號發射與接收驗證：閉環測試與優化
生成信號后，需通過閉環測試驗證其性能，確保符合實際雷達系統需求。操作步驟如下：
1. 信號發射與捕獲：將VXG生成的信號通過射頻電纜連接至毫米波天線發射，使用接收設備（如頻譜儀或毫米波雷達接收機）捕獲反射信號。
2. 時域與頻域分析：利用VXG的實時分析功能或外部軟件，對接收信號進行時域和頻域分析。例如，觀察差拍信號的頻譜特征，驗證目標距離和速度信息是否正確提取。
3. 動態場景模擬：通過改變VXG的波形參數（如掃頻速率、脈沖重復頻率），模擬不同運動目標（如靜止、勻速或變速物體），測試系統響應能力。
4. 誤差分析與優化：根據測試結果，調整信號參數（如增加帶寬或優化調制方式），迭代優化信號性能。例如，若目標距離分辨率不足，可增大掃頻帶寬或改進匹配濾波器設計。
閉環測試可確保生成的信號在實際環境中的有效性，降低研發風險。
五、高級功能應用：擴展信號生成能力
為滿足復雜應用場景，Keysight VXG提供高級功能，進一步提升毫米波雷達信號生成能力：
1. 多通道同步：對于多輸入多輸出（MIMO）雷達系統，利用VXG的多通道輸出功能，同步生成多個相位相關的信號，實現波束形成和空間分辨率增強。
2. 場景仿真與回放：通過VXG的任意波形發生器（AWG）功能，導入實際采集的雷達回波數據，模擬復雜環境中的目標反射，測試系統魯棒性。
3. 自動化腳本編程：使用VXG的SCPI命令或Python API，編寫自動化腳本，實現信號生成、校準、測試的全流程自動化，提升效率。
4. 聯合仿真平臺集成：與Matlab、ADS等仿真工具聯合使用，構建虛擬雷達測試環境，提前驗證算法與信號設計的兼容性。
高級功能的靈活應用，可大幅縮短研發周期，滿足定制化需求。

通過以上五個關鍵步驟，用戶可高效使用Keysight VXG矢量信號發生器生成符合要求的毫米波雷達信號，完成從參數設置到性能驗證的全流程操作。隨著毫米波技術的持續演進，未來信號生成將面臨更高頻段（如太赫茲）、更寬帶寬及更復雜調制方式的挑戰。VXG等先進設備需不斷升級硬件性能與算法支持，同時結合人工智能技術（如深度學習輔助的信號優化），以適應新一代雷達系統的研發需求。
掌握毫米波雷達信號生成的核心步驟，不僅為當前應用提供可靠測試工具，更將為未來無線感知技術的創新奠定堅實基礎。

審核編輯 黃宇