前言

安鉑克科技e的APMS多通道相參信號(hào)發(fā)生器可滿足多種應(yīng)用的需求，例如測(cè)試相控陣、波束成形天線、衛(wèi)星有效載荷以及量子計(jì)算。通過獨(dú)特的設(shè)計(jì)，信號(hào)發(fā)生器可提供出色的通道間相位相干性，并可擴(kuò)展至幾乎任何數(shù)量的通道。PHS選件增加了相位相干切換、相位存儲(chǔ)和相位匹配功能。

安鉑克科技（上海）有限公司

一、技術(shù)背景

現(xiàn)在很多電子系統(tǒng)采用多通道相參技術(shù)，典型的應(yīng)用包含無線通信系統(tǒng)中MIMO技術(shù)和相控陣?yán)走_(dá)系統(tǒng)。這些系統(tǒng)都通過采用多通道相參技術(shù)來提高系統(tǒng)的工作性能，例如MIMO提供通過多通道傳輸來提高接收機(jī)信噪比，改善復(fù)雜電磁環(huán)境下高速數(shù)字通信的質(zhì)量。MIMO技術(shù)充分利用多天線特性來抑制信道衰落，從而有效克服多徑衰落、干擾等影響通信質(zhì)量的主要因素，提高信號(hào)的鏈路性能；并能在不增加帶寬的情況下，成倍提高通信系統(tǒng)的容量和頻譜利用率，因而MIMO技術(shù)已成為下一代無線局域網(wǎng)發(fā)展的趨勢(shì)。與發(fā)射機(jī)相比，MIMO接收機(jī)的結(jié)構(gòu)更為復(fù)雜，它包含了諸如分集接收模塊、同步估計(jì)與補(bǔ)償模塊、信道估計(jì)與均衡模塊等決定系統(tǒng)性能的組成部分，也正是MIMO系統(tǒng)能否正常工作的關(guān)鍵。因此對(duì)MIMO接收機(jī)的測(cè)試是MIMO系統(tǒng)完整測(cè)試過程中不可或缺且至關(guān)重要的環(huán)節(jié)。而相控陣?yán)走_(dá)系統(tǒng)通過相參多通道來提高電磁波束的掃描速度，并利用多波束技術(shù)來實(shí)現(xiàn)多功能或多用戶應(yīng)用。這些相參電子系統(tǒng)包含多個(gè)天線單元，通過信號(hào)處理、控制，達(dá)到對(duì)天線的波束合成、發(fā)射模式的自動(dòng)優(yōu)化功能。為了實(shí)現(xiàn)該功能，每個(gè)天線單元發(fā)射的信號(hào)必須滿足相位相干的要求。

二.問題與挑戰(zhàn)

實(shí)際上，波束賦形技術(shù)本身，并不是一個(gè)新鮮的概念。這個(gè)概念早已經(jīng)在雷達(dá)、航空航天以及太陽能系統(tǒng)中得到了大量的應(yīng)用。從本質(zhì)上，波束賦形是一種多天線技術(shù)，通過對(duì)每個(gè)天線的發(fā)送信號(hào)在幅度和相位上進(jìn)行加權(quán)，從而使得各天線進(jìn)行相長相干或是相干相消，以使發(fā)送的信號(hào)具有空間選擇性。
仿真和測(cè)試諸如相控陣或波束成形天線之類的多天線系統(tǒng)，需要測(cè)試系統(tǒng)能夠提供多路具有確定性頻率和幅度的信號(hào)，并且這些信號(hào)之間具有穩(wěn)定的、用戶可調(diào)的相位關(guān)系。
因此，多通道相參測(cè)試驗(yàn)證系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)提出了前所未有的挑戰(zhàn)，主要的技術(shù)難題包含：在發(fā)射端，要求多臺(tái)信號(hào)源模擬的多路信號(hào)之間必須真正實(shí)現(xiàn)相位相干和時(shí)間相關(guān)。
為此，安鉑克科技的APMS-ULN系列多通道相參信號(hào)發(fā)生器為這些應(yīng)用提供了精心設(shè)計(jì)的解決方案，封裝緊湊，具有獨(dú)特的相位相干信號(hào)功能。APMS-ULN系列是一款緊湊的四通道單獨(dú)控制輸出高達(dá)40 GHz的相參信號(hào)發(fā)生器，可以經(jīng)濟(jì)高效地滿足多種新測(cè)試應(yīng)用的苛刻要求。

術(shù)語

在談?wù)撔盘?hào)和相位相干性時(shí)，盡管每個(gè)術(shù)語都有非常具體的含義，但有時(shí)會(huì)互換使用各種術(shù)語。本文中使用的重要定義如下。
相位連續(xù)性和不連續(xù)性——如果在切換頻率之后，信號(hào)的相位與發(fā)生切換之前的信號(hào)相同，則信號(hào)是相位連續(xù)的。如果切換后相位改變，則信號(hào)是相位不連續(xù)的。
相位相干性——如果兩個(gè)信號(hào)之間的相位關(guān)系保持恒定，則認(rèn)為兩信號(hào)具有相位相干性。
相位相干切換——相位相干切換定義了頻率切換完成后信號(hào)的相位狀態(tài)。如果頻率為f且相對(duì)相位為Φ的兩個(gè)信號(hào)每當(dāng)回到頻率f時(shí)，如果相對(duì)相位再次變?yōu)棣担瑒t稱為相位相干切換。
相位存儲(chǔ)——如果信號(hào)從頻率f1切換到頻率f2再回到頻率f1，該信號(hào)的相位與在f1連續(xù)運(yùn)行時(shí)的信號(hào)相同，則該信號(hào)具有相位存儲(chǔ)。
相位匹配輸出——如果所有輸出頻率具有0度的相對(duì)相位，則多通道信號(hào)發(fā)生器輸出為相位匹配信號(hào)。

三、關(guān)于APMS-ULN系列多通道相參信號(hào)源

安鉑克科技的的APMS-ULN系列多通道相參微波信號(hào)發(fā)生器頻率覆蓋范圍300kHz~40GHz，并在緊湊的1U 19英寸機(jī)架安裝式機(jī)箱中具有1-4個(gè)通道。它們具有較高的穩(wěn)定性、相位相干性和極快的調(diào)諧速度，并且每個(gè)通道的頻率、相位、幅度和調(diào)制都可以單獨(dú)編程。其他優(yōu)勢(shì)還包括緊湊的設(shè)計(jì)、出色的相位噪聲、高輸出功率、輸出電平準(zhǔn)確且控制簡(jiǎn)單。

每個(gè)通道具有異常低的相位噪聲和高度相關(guān)性，無論是短期還是長期的，均具有出色的相位相干性。單個(gè)單元所有通道之間共享高穩(wěn)定性同步電路，采用專有技術(shù)進(jìn)行精確的頻率合成，即使經(jīng)過數(shù)小時(shí)或數(shù)天的不間斷使用，也可確保通道之間的系統(tǒng)相位漂移很小。一些應(yīng)用需要四個(gè)以上的單獨(dú)輸出，并且需要在長時(shí)間內(nèi)保持相位穩(wěn)定性。APMS-ULN提供了專門的時(shí)鐘同步模式，它使用后面板上的兩個(gè)端口來維持一組級(jí)聯(lián)的APMS-ULN不同設(shè)備之間輸出通道的相位一致性。這樣，APMS-ULN可以擴(kuò)展到幾乎任何數(shù)量的通道。

表1：APMS-ULN系列主要指標(biāo)參數(shù)

為了證明APMS-ULN隨時(shí)間變化的相位穩(wěn)定性，我們使用三種方法進(jìn)行驗(yàn)證：
?其他廠商的傳統(tǒng)方式：使用兩臺(tái)信號(hào)利用100MHz信號(hào)作為外參考同步，分別輸出兩路“相參信號(hào)”；見圖2
?使用兩臺(tái)APMS-ULN信號(hào)源利用自身的產(chǎn)生的3GHz時(shí)鐘參考信號(hào)作為外參考同步，分別輸出兩路相參信號(hào)；見圖3
?使用一臺(tái)APMS-ULN系列信號(hào)源直接輸出多路相參信號(hào)。見圖4

基于上述三種不同的實(shí)驗(yàn)，我們通過連續(xù)10小時(shí)觀察得到各自關(guān)于相位穩(wěn)定性的輸出數(shù)據(jù)曲線，見圖5。

圖5中，水平軸為時(shí)間，垂直軸為相位誤差。
紅色曲線為兩臺(tái)信號(hào)源通過100MHz進(jìn)行外參考同步輸出的兩路信號(hào)間的相位關(guān)系，我們發(fā)現(xiàn)隨著時(shí)間推移，兩路信號(hào)的相位誤差越來越大，意味著兩路信號(hào)間存在較大的相對(duì)相位漂移，且這種漂移是離散的，即在運(yùn)行一段時(shí)間后就無法在某一個(gè)時(shí)刻通過一個(gè)通道的信號(hào)相位確定另一個(gè)通道的信號(hào)相位，并且其它廠商經(jīng)常推薦的10 MHz參考信號(hào)同步則會(huì)產(chǎn)生更差的性能。

綠色曲線為兩臺(tái)信號(hào)源通過3GHz進(jìn)行外參考同步的兩路信號(hào)間的相位關(guān)系，藍(lán)色曲線則為同一臺(tái)設(shè)備直接輸出兩路信號(hào)間的相位關(guān)系，我們發(fā)現(xiàn)即使過了10個(gè)小時(shí)，兩路信號(hào)的相位誤差近乎是一條水平直線，意味著兩路信號(hào)間只存在很小的相對(duì)相位漂移，即在運(yùn)行很長一段時(shí)間后我們也可以通過一個(gè)通道的信號(hào)相位確定另一個(gè)通道的信號(hào)相位。而是事實(shí)上APMS-ULN系列多通道相參信號(hào)發(fā)生器通道間的相位漂移5小時(shí)內(nèi)小于0.17 o @5GHz！

除了出色的通道間相位穩(wěn)定性外，APMS多通道相參信號(hào)發(fā)生器還支持相位相干切換和相位存儲(chǔ)（見圖6）。它的通道可以同步，可以在任何頻率下始終保持設(shè)定的相位關(guān)系。作為相位相干切換的示例，考慮設(shè)置為相同頻率f1且相位偏移為Φ的兩個(gè)通道。在將兩個(gè)通道切換到任何其他頻率，然后又回到初始頻率f1之后，它們將具有相同的相位偏移Φ。還可以將APMS編程為相位匹配輸出（Φ = 0度）。對(duì)一個(gè)通道進(jìn)行編程不會(huì)影響其他通道的信號(hào)；只有被編程的通道具有相位不連續(xù)性。使用相位存儲(chǔ)，每當(dāng)信道頻率跳變，然后返回到先前的頻率時(shí)，其行為就好像一直在先前的頻率下運(yùn)行一樣。通過級(jí)聯(lián)和同步多個(gè)APMS單元，可以將所有這些功能擴(kuò)展到四個(gè)以上的通道。

總結(jié)

安鉑克科技的APMS多通道相參信號(hào)發(fā)生器可滿足多種應(yīng)用的需求，例如測(cè)試相控陣、波束成形天線、衛(wèi)星有效載荷以及量子計(jì)算。通過獨(dú)特的設(shè)計(jì)，信號(hào)發(fā)生器可提供出色的通道間相位相干性，并可擴(kuò)展至幾乎任何數(shù)量的通道。PHS選件增加了相位相干切換、相位存儲(chǔ)和相位匹配功能。