前言

安鉑克科技e的APMS多通道相參信號發(fā)生器可滿足多種應(yīng)用的需求，例如測試相控陣、波束成形天線、衛(wèi)星有效載荷以及量子計算。通過獨特的設(shè)計，信號發(fā)生器可提供出色的通道間相位相干性，并可擴展至幾乎任何數(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。與發(fā)射機相比，MIMO接收機的結(jié)構(gòu)更為復(fù)雜，它包含了諸如分集接收模塊、同步估計與補償模塊、信道估計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MIMO接收機的測試是MIMO系統(tǒng)完整測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)包含多個天線單元，通過信號處理、控制，達(dá)到對天線的波束合成、發(fā)射模式的自動優(yōu)化功能。為了實現(xiàn)該功能，每個天線單元發(fā)射的信號必須滿足相位相干的要求。

二.問題與挑戰(zhàn)

實際上，波束賦形技術(shù)本身，并不是一個新鮮的概念。這個概念早已經(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)，通過對每個天線的發(fā)送信號在幅度和相位上進行加權(quán)，從而使得各天線進行相長相干或是相干相消，以使發(fā)送的信號具有空間選擇性。
仿真和測試諸如相控陣或波束成形天線之類的多天線系統(tǒng)，需要測試系統(tǒng)能夠提供多路具有確定性頻率和幅度的信號，并且這些信號之間具有穩(wěn)定的、用戶可調(diào)的相位關(guān)系。
因此，多通道相參測試驗證系統(tǒng)的實現(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，要求多臺信號源模擬的多路信號之間必須真正實現(xiàn)相位相干和時間相關(guān)。
為此，安鉑克科技的APMS-ULN系列多通道相參信號發(fā)生器為這些應(yīng)用提供了精心設(shè)計的解決方案，封裝緊湊，具有獨特的相位相干信號功能。APMS-ULN系列是一款緊湊的四通道單獨控制輸出高達(dá)40 GHz的相參信號發(fā)生器，可以經(jīng)濟高效地滿足多種新測試應(yīng)用的苛刻要求。

術(shù)語

在談?wù)撔盘柡拖辔幌喔尚詴r，盡管每個術(shù)語都有非常具體的含義，但有時會互換使用各種術(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，信號的相位與發(fā)生切換之前的信號相同，則信號是相位連續(xù)的。如果切換后相位改變，則信號是相位不連續(xù)的。
相位相干性——如果兩個信號之間的相位關(guān)系保持恒定，則認(rèn)為兩信號具有相位相干性。
相位相干切換——相位相干切換定義了頻率切換完成后信號的相位狀態(tài)。如果頻率為f且相對相位為Φ的兩個信號每當(dāng)回到頻率f時，如果相對相位再次變?yōu)棣?，則稱為相位相干切換。
相位存儲——如果信號從頻率f1切換到頻率f2再回到頻率f1，該信號的相位與在f1連續(xù)運行時的信號相同，則該信號具有相位存儲。
相位匹配輸出——如果所有輸出頻率具有0度的相對相位，則多通道信號發(fā)生器輸出為相位匹配信號。

三、關(guān)于APMS-ULN系列多通道相參信號源

安鉑克科技的的APMS-ULN系列多通道相參微波信號發(fā)生器頻率覆蓋范圍300kHz~40GHz，并在緊湊的1U 19英寸機架安裝式機箱中具有1-4個通道。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，并且每個通道的頻率、相位、幅度和調(diào)制都可以單獨編程。其他優(yōu)勢還包括緊湊的設(shè)計、出色的相位噪聲、高輸出功率、輸出電平準(zhǔn)確且控制簡單。

每個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)進行精確的頻率合成，即使經(jīng)過數(shù)小時或數(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)用需要四個以上的單獨輸出，并且需要在長時間內(nèi)保持相位穩(wěn)定性。APMS-ULN提供了專門的時鐘同步模式，它使用后面板上的兩個端口來維持一組級聯(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隨時間變化的相位穩(wěn)定性，我們使用三種方法進行驗證：
?其他廠商的傳統(tǒng)方式：使用兩臺信號利用100MHz信號作為外參考同步，分別輸出兩路“相參信號”；見圖2
?使用兩臺APMS-ULN信號源利用自身的產(chǎn)生的3GHz時鐘參考信號作為外參考同步，分別輸出兩路相參信號；見圖3
?使用一臺APMS-ULN系列信號源直接輸出多路相參信號。見圖4

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

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

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

除了出色的通道間相位穩(wěn)定性外，APMS多通道相參信號發(fā)生器還支持相位相干切換和相位存儲（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的兩個通道。在將兩個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）。對一個通道進行編程不會影響其他通道的信號；只有被編程的通道具有相位不連續(xù)性。使用相位存儲，每當(dāng)信道頻率跳變，然后返回到先前的頻率時，其行為就好像一直在先前的頻率下運行一樣。通過級聯(lián)和同步多個APMS單元，可以將所有這些功能擴展到四個以上的通道。

總結(jié)

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