使用awt简化卫星有效载荷测试
文章作者:Rajan Bedi
任意波形收发器为测试卫星转发器提供了单箱测量解决方案的潜力。
为了提供下一代卫星服务，航天器运营商越来越多地使用高通量、高频率、大带宽的有效载荷。对于oem来说，表征应答器性能(如信噪比(SNR)、杂散自由动态范围(SFDR)以及超过数百MHz或数GHz的平整度)非常困难，对于测试和测量设备供应商来说也同样具有挑战性。任意波形收发器可以提供一个解决方案。
卫星制造商正在寻找一种测量解决方案，使他们能够产生宽带微波载波来测试他们的应答器，以及宽带射频接收器来表征有效载荷发送器的性能。高吞吐量有效载荷的结构如图所示图1．
图1这张图显示了一个数字高吞吐量有效载荷的架构。
当信号链中的非线性(例如放大器、adc和dac)产生输入频率之间的互调乘积时，宽带经常被分成多个通道，动态范围问题就会出现。它们出现在其他通道中，造成失真。
噪声功率比(NPR)是一种宽带测试，测量未使用信道的“安静”，考虑到信号链中非线性产生的互调失真产品。
传统上，有效载荷的NPR特性是一个模拟过程:来自白源的高斯噪声将使用低通抗混叠滤波器进行带宽限制，然后使用带阻滤波器在所需的中心频率创建一个空陷波(通道)，如所示图2．随着模拟输入噪声幅值的增大，其功率与实测的NPR之间存在线性关系。在某个值(由ADC的硬限制行为决定)时，它开始夹波，产生互调产品，从而提高量化噪声下限，迅速降低NPR。
图2传统上，有效载荷的NPR描述是一个模拟过程。来源:模拟设备
模拟宽带信号产生的问题是，许多硬件滤波器需要适应不同的陷波宽度和位置，完整的带内特征化成为一个缓慢和手动的过程。需要一个更快、自动化、可重复和更可控的测试程序，独立于任务频率、信息带宽和单独的缺口需求。
随着高分辨率、快速dac的出现，任何可以被数学描述的任意信号都可以被灵活而准确地产生。图中显示了任意波形发生器(AWG)的方框图，也被亲切地称为ARB图3，其中读取存储在波形存储器中的数字样本，并按所需的频率转换为模拟样本。采样率决定了带宽和可以输出的最大频率，而DAC的分辨率决定了动态范围。
图3这是AWG的框图。
AWG是一种通用信号源，首先用于产生不同频率的一系列单音，以测量有效载荷的接收机带内信噪比、谐波和杂散性能。连续波(CW)特性使得oem可以同时区分设备级伪信号和系统问题，例如ADC交错杂波与来自采样时钟路由、电源或不良接地的噪声耦合。一旦了解了有效载荷的单音性能，就可以利用诸如多音或NPR载波等刺激来表征其线性和宽带操作，以提供互调失真的度量。
在连续波和宽带测量之后，使用调制载波等具有代表性的刺激来测试完整的有效载荷，以验证操作性能。与传统的信号发生器不同，AWG可以通过编程输出所有这些波形类型。
awg有复杂的序列存储和播放波形数据，以及标记和触发器，可以与外部环境接口。内存分段允许无缝测序，连续片段的最后和第一个样本之间没有间隙，复杂的信号场景可以创建多个序列。
应答器的输出通常是一个调制的载波，需要接收机来获取它，然后分析生成星座图并计算误码率(BER)。在测试一个Spacechips的高通量有效载荷时，我意识到我们已经耗尽了实验室空间，需要一个紧凑的、单盒的、多通道的收发器来产生载波来测试我们的应答器的输入，以及一个接收器来表征其发送器的保真度。
我们什么都没有经过一番调查，我发现了Proteus任意波形收发器(AWT)从他泊电子产品。我从来没有听说过AWT，作为中小型企业的所有者，我知道测试设备是多么昂贵，并且对AWT所提供的潜在的财务节省、规格和功能非常感兴趣。打了几个电话后，我设法弄到了一个模型P9082D-AWT它包含一个AWG，提供两个16位，9 GSPS, 9 GHz (2nd Nyquist) dac，以及一个数字接收器，包含两个12位，2.7 GSPS 9 GHz adc。
Proteus AWG可以提供四种操作模式:直接、NCO、IQ和流媒体。首先回放存储在内部DDR4存储器中的信号，而NCO模式输出正弦波。每个频道有一个独立的NCO选择一个不同的频率，如果需要。IQ模式将存储在波形存储器中的信号与NCO混合以产生AM调制载波，而流模式则直接从控制主机PC上绕过内部存储器输出信号数据。
在其台式或台式形式因子，Proteus AWG可以配置为提供多达12个相参输出同步到同一采样时钟。在PXI格式中，通道的数量是无限的，每个通道都有自己的输出级，可以独立设置振幅和偏移量。输出有两种选择:差分直流耦合峰值高达1.3V，带宽限制在第一个奈奎斯特区，和直接输出，提供峰值高达600 mV的交流耦合输出优化的动态范围和线性。它的可用带宽延伸到第二个奈奎斯特区，9千兆赫。
内部的DDR4 SDRAM是波形生成存储的地方，所需信号的持续时间由存储器的大小决定。你可以完全使用它来存储单个波形或分割成更小的段，每个段包含不同的刺激。任意模式产生信号存储在波形记忆一次一个，而任务模式允许您以预定义的顺序输出片段序列来定义复杂的场景。
Proteus AWG提供了内部和外部触发器来控制波形的启动和停止，数字输出同步到模拟通道，称为标记，也可用于时钟或控制外部外设。
根据定义，dac是非线性的，产生谐波失真，并提供基于其分辨率的动态范围。对于信号生成，在测试高吞吐量有效负载之前，这种行为需要是透明的或了解的。在输出纯度方面，数据表的P9082D-AWT指定谐波失真从< -70到< - 50dbc和SFDR从-85到- 70dbc，取决于测量带宽和输出频率。10khz偏移的相位噪声范围为-134到-104 dBc/Hz，输出频率分别为140 MHz到4.5 GHz。
对于多音输出，Tabor提供了一个脚本，可以平坦和均衡单个振幅，以补偿AWG的频率响应，即DAC的自滚转和模拟带宽，以及外部电缆，放大器等。awg可以控制每一个音调的相位，以预设载波峰均功率比(PAPR)和峰值因子到期望的值。
一系列awt可提供2,4,8和12 AWG输出与内部DAC采样率范围从1.25至9 GSPS和内存大小高达16 G样本。接收机由两个12位，9 GHz, 2.7 GSPS adc组成，可以交错产生一个5.4 GSPS数字转换器，使有效输入带宽翻倍。
Proteus awt有三种不同的形式，如图所示图4，台式版本有触摸屏显示，可直接控制仪器:
图4Proteus AWTs有台式、台式机和PXI形式。来源:他泊电子
根据形状因素，awt必须与它的嵌入式PC机或外部主机一起使用。该仪器可以使用其专有的Wave Design Studio (WDS) GUI软件、SCPI命令或特定应用程序的IVI驱动程序进行控制。WDS允许轻松直观地创建不同类型的信号，以及创建复杂的波形场景，如图所示图5．
图5这些WDS屏幕截图显示了正弦、数字噪声、啁啾和基于16 qam gui的信号生成。来源:他泊电子
您还可以使用MATLAB、LabView和Python命令任意波形收发器。从卫星有效载荷制造商的角度来看，Proteus AWT是一个完整的、单箱测试解决方案，取代了传统的射频信号发生器和频谱分析仪。AWT提供了以下功能度量:
- 用于多信道有效载荷接收机测试的AWG单音、宽带NPR和调制载波生成。WDS软件允许快速直观地创建相位相干刺激。
- AWT的宽带adc来测量有效载荷发射器的性能。由adc捕获的数据可以流到控制主机PC进行分析或存储在内部波形存储器中。
- 完整的负载背靠背测试:AWG生成输入载波，然后AWT的射频adc来表征应答器发射机处理输出的性能。
为了与大家分享我的经验，我制作了一个短片，我使用Proteus AWT测试太空级adc和dac。欲知更多资料，请浏览制造商的网站．
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到下个月，你将如何使用任意波形收发器进行有效载荷测试?最好的答案将赢得火箭科学家课程世界巡演的t恤。祝贺来自美国霍桑的朱莉，她是第一个回答我的谜语的人以前的文章．
本文最初发表于经济日报．
Rajan Bedi博士是sputnik该公司为通信、地万博投注网址球观测、导航、互联网和M2M/物联网卫星设计和建造一系列先进的L - ku波段超高通量星载处理器和转发器。Spacechips的设计咨询服务开发定制的卫星和航天器子系统，并为客户提供如何使用和选择正确的组件，以及如何设计、测试、组装和制造空间电子产品的建议。该公司将于5月17日至19日提供为期三天的空间电子学课程。
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