Az optimalizáláson és előkvalifikáción dolgozó mérnökök ezért eleve hátrányból indulnak, így az alapvető hibákra sok esetben csak később derül fény, amely kényszerű áttervezést és a késztermék késését jelenti. Cikkünkben megoldásokat mutatunk be az EW-alkalmazásokhoz való jelek és szimulációs környezet előállítására.

Valósághűség és pontosság multiemitteres környezetben

Az EW-rendszerek validálásának és verifikációjának² sikeressége nagymértékben függ a teszteléshez generált jelek minőségétől, amelyben nagy szerep jut a realisztikus alkalmazási környezetet teremtő, valósághű viselkedésű emittereknek. Az emitterek valósághűségén túl az EW-rendszerek minél teljesebb körű tesztelését segítik még az emitterszkennelési minták, vételiantenna-modellek, beesési irányok, többutas és atmoszferikus modellek stb. alkalmazása is. A sugárzók pontos azonosítása érdekében az EW-rendszereket ma pontos irányméréssel és impulzus-paraméterezéssel fejlesztik, és akár 8-10 millió impulzus/s sűrűségű jelkörnyezetben is megállják helyüket.

A mérések költsége legalább olyan fontos, mint a minősége, mivel a tapasztalatok szerint a költségek minőséggel való összefüggése exponenciális. Minél költséghatékonyabb egy mérőrendszer üzemeltetése és minél több funkciót kínál, annál több mérést lehet a földi laborokban vagy kamrákban elvégezni akár a repülés helyett, amely utóbbi ugyan ad pluszlehetőségeket, viszont annyira költséges, hogy általában csak a lehető legkésőbbi termékfejlesztési szakaszokban élnek a lehetőségével. Sokkal célszerűbb tehát laboratóriumi, de a valóságoshoz nagyon közel álló feltételekkel a tervezés lehető legkorábbi szakaszában megkezdeni a tesztelést, amely további iterációkkal könnyedén megismételhető.

A technológiák fejlődésével párhuzamosan az igények is nőttek az iparágban, mivel a felderítési, elhárítási és ellenintézkedési feladatokra a haditechnikai beszállítók újabb és újabb megoldásokat fejlesztenek. Az új generációs rendszerek méréstechnikai oldalról is a csúcsot követelik meg, és elmondható, hogy akár vevők precíziós alkatrészeinek beméréséről, beérkező hullámok szimulációjáról vagy komplex radartesztekről beszélünk, csak a legjobb eszköz elég jó. A Keysight Technologies már a Hewlett-Packard által megkezdett és Agilent Technologies által továbbvitt hagyományokat folytatva kínál különféle kivitelben és funkcionalitással méréstechnikai eszközöket (analóg és digitális vektorjel-generátorok, arbitrary hullámforma-generátorok, spektrumanalizátorok, hálózatanalizátorok stb. - lásd 1. ábra) az EW-megoldások fejlesztői számára.

A multiemitteres környezet szimulációja

A mai alkalmazásokra jellemző spektrális környezet több ezer emittert tartalmaz rádióadók, radarok, egyéb vezeték nélküli eszközök formájában, amelyek a háttérjelekre és zajra ráülő, több millió impulzust állítanak elő. A katonai értelemben vett fenyegetettségek frekvencia szerinti eloszlását mutatja a 2. ábra.

E környezet valósághű szimulációja elég bonyolult feladat, különösen a tervezési fázisban, amikor a legtöbb rugalmasságra és funkcióra van szükség. Látható, hogy az alap vezeték nélküli átviteli rendszerekre jellemző szimpla jelforrástól és esetleg egy zajt vagy interferenciaforrást szolgáltató második forrástól ez a helyzet merőben eltér. Az EW-rendszerek fejlesztésénél a sokszorozhatóság és jelsűrűség (továbbá bizonyos esetekben a sávszélesség) miatt célszerűtlen egy szimpla vagy néhány kimenetet adó jelforrás használata, amelyekkel egy vagy kisszámú emitter szimulálható. A költségek, helyigény és bonyolultság megvalósíthatatlanná teszik az ilyen elemekből álló mérőrendszer létrehozását, így az egyetlen gyakorlati kivitelezési lehetőség sok emitter szimulációja egyetlen forrás használatával, valamint több, egyenként sok emitter szimulálására alkalmas forrás bevetése a szükséges jelsűrűség eléréséhez. Ez lehetővé teszi a megadott feltételrendszerek melletti szimulációt.

Több, különböző frekvenciákon sugárzó emitter szimulációja függ az impulzusismétlési frekvenciától (PRF³), a kitöltési tényezőtől és az emitterek számától, valamint a jelforrás frekvenciák, amplitúdók és modulációk közötti kapcsolási sebességétől. A sok emitter szimulálására használt szimpla jelgenerátor felhasználásában korlátozó tényező az impulzusütközés. A 3. és 4. ábra az impulzusütközések várt számát mutatja alacsony és magas PRF mellett.

A jelforrás agilitása meghatározza, hogy milyen minőségben képes sok emitter szimulációjára. A forrás frekvencia- és amplitúdóbeállási ideje (amelyik nagyobb) a két szomszédos impulzusleíró szó (PDW⁴) lejátszása között eltelő átmeneti idő. Szimpla forrásnál a teljes impulzussűrűséget korlátozza az átmeneti idő és az átvitt impulzusok szélességének összege, amelyet kiiktatásiidő-paraméternek neveznek (lásd 5. ábra). Értelemszerű elvárás, hogy a kiiktatási idő olyan rövid legyen, amennyire csak lehetséges. Ennek feltétele az is, hogy a forrás a lehető legrövidebb idő alatt álljon be a beállított frekvenciára és amplitúdóra.

A nagy impulzussűrűségű, impulzusátlapolódásokkal terhelt környezet megkövetelheti több forrás kombinált használatát.

Minél több forrás kerül a mérőrendszerbe, annál egyszerűbb a tervezők dolga az impulzussűrűség emelésével. A szükséges egyensúly ezen az úton nagyon hamar és egyszerűen elérhető, nem mellékesen kiváló szimulációs minőséggel és elfogadható áron.

Technológiai fejlesztések az egyszerűbb rendszerintegrációért és alacsonyabb költségekért

A szimulált katonai fenyegetések száma az impulzussűrűséggel tehát növelhető, ehhez azonban végeredményben több párhuzamos szimulációs csatornára van szükség még akkor is, ha a szimulációs csatornákon a frekvencia és amplitúdó nagyon gyorsan változtatható. Ezt az indokolja, hogy időtartományban az impulzusok ütközni kezdenek, ha az emitterek száma, a PRF-jük és a kitöltési tényező növekedésnek indul. Az időtartományban átlapolódó impulzusokat vagy párhuzamos generátorokból, vagy pedig szelektíven, PDW-prioritási séma alapján kell visszajátszani. A nagyobb jelsűrűségű környezet által szimulálhatóvá tett esetekhez jelentősen költségesebb rendszerekre van szükség (lásd 6. ábra).

Korábban a szimulációt úgy végezték, hogy minden egyes szimulált funkcióhoz külön-külön rendszerkomponenst rendeltek, tehát a jelgenerálást, -modulációt, impulzus­adást, -csillapítást, -erősítést, fázistolást stb. mind-mind külön részegységek végezték. Ugyanazok a PDW-k kerültek elküldésre minden funkcionális elemre, amelyek a kimenetet impulzusról impulzusra szolgáltatták. A 7. ábrán látható egy ilyen rendszer topológiája, amelyben a kimeneti frekvenciát a szintézer állítja elő, az impulzusadást és/vagy amplitúdó-/frekvencia-/fázismodulációt a modulátorblokk végzi, a megfelelő kimeneti jelszintről pedig az erősítő/csillapító egység gondoskodik.

A 6. ábrán látható, hogy több funkcionális alkatrészre van szükség a kimeneti csatornák előállításához. Ez megköveteli az egyes blokkok időzítéseinek szinkronizálását, amely komoly konfigurációs és üzemeltetési nehézségeket okozhat. A sokféle különböző beállási időt, késleltetést figyelembe véve kell a teljes szinkronizálást megvalósítani, mivel ez elengedhetetlen feltétele az impulzussűrűség optimális megválasztásának és a kiiktatási idők minimalizálásának. Ez a konfiguráció közvetlenül méretezhető a szükséges koordinált csatornák szerint a 8. ábra alapján. (Megjegyzendő, hogy az e módszerrel konfigurált rendszerek igen méretesek, sok helyet foglalnak el, és a költségeik rohamosan emelkednek.)

A 8. ábrán látható vezérlő a PDW-ket az emitterparaméterek (frekvencia, amplitúdó, PRF, csatorna elérhetősége) alapján vezeti. Mivel egy csatorna nem tudja két különböző PDW paramétereit egy időben lefuttatni, az egyik egy tartalék csatornára visszafordítható vagy a prioritások alapján elvethető. A definiált rendszer ugyan igen jó képességű, a rendszerelemek integrációja azonban eléggé alacsony. Az analóg és digitális jelgenerálási technikák fejlődése nagyobb mértékű integrációt, ezáltal hely- és költséghatékonyabb mérőrendszerek fejlesztését teszi lehetővé.

Az EW vevőknek képesnek kell lenniük másodpercenként 8-10 millió impulzus kezelésére, amelyek zömében az X-sávban⁵ helyezkednek el. Ezeknek a vevőknek az azonos időben, eltérő frekvenciákon és különböző szögekből érkező impulzusokat is kezelniük kell. Az időtartományban egymással egybeeső jelek generálása a hatékony szimuláció egyik ismérve, hiszen többek között ezzel is fokozható a szimuláció valósághűsége. A szimuláció paramétereinek vezérlésére a mérések célja alapján több módszer áll rendelkezésre.

A mérések vezérlése

A szimulációs rendszerelemek integráltságától és a szimuláció hosszától függően a szimulációs forgatókönyvek listás memóriából vagy digitális interfészen (pl. LVDS⁶) keresztül adatfolyamként is visszajátszhatók. A listás esetben a PDW-k memórialistából kerülnek visszajátszásra, amely ad bizonyos szabadságfokot a listák közötti triggerelésre, lehetőséget biztosítva adaptív (zárt hurkú) szimulációra a mérés alatt álló rendszernél. Az EW-rendszereknél gyakran jelentkezik igény az átkapcsolásra az egyik szimulált fenyegetettségi esetről egy másikra, ezért hosszabb szimulációnál és a forgatókönyvek közötti gyors váltásnál a PDW-ket a kisfeszültségű differenciális digitális interfészen is lehet adatfolyamként továbbítani. Ebben az esetben a szimulációs szoftver a PDW-k halmazait generálja le, és adatfolyamként a beállított visszajátszási idő előtt készíti elő.

Bármely vezérlési esetről legyen is szó, a cél az, hogy a mérés alatt álló rendszert az elérhető szimulációs csatornák számának és a szimulálandó fenyegetettségek függvényében nagyobb impulzussűrűséggel terheljük. Ahogy nő az impulzussűrűség, a PDW-k a prioritási séma alapján elhagyhatók, mivel ütközéseik az időtartományban egyre sűrűbbek lesznek, és elfogynak a generálásukhoz szükséges csatornák.

Beesési szögek szimulációja

Azon túl, hogy a szükséges minőségben és sűrűségben emittereket hozunk létre, fontos gondoskodni arról is, hogy az EW-rendszerekre jellemző geometriai és mozgástani feltételeket egymáshoz képest hűen leképezzük, mivel a radaros fenyegetettségek beesési szöge az egyéb paraméterekhez (pl. középfrekvencia, PRF) képest lassan változik. Az EW-rendszerek mérik a beesési szöget (AoA⁷) és amplitúdó-összehasonlítás, differenciális Doppler-hatás⁸, interferometria (fáziskülönbség-mérés) és beérkezési időkülönbség (TDoA⁹) alapján megbecsülik a távolságot.

A pontos AoA-mérések a fenyegetettségek pontos bemérését teszik lehetővé. Az új generációs, távolról irányított zavaró rendszerek aktív, elektronikus letapogatású, precíziós nyalábformálásra¹⁰ alkalmas antennatömbökkel működnek, amely lehetővé teszi a zavaró teljesítmény nyalábkiterjedés következtében felmerülő veszteségeinek minimalizálását. Ezenfelül a jobb AoA-mérésképességű EW vevőknél kevésbé jelentős erőforrásokat kell fordítani az impulzus­átlapolások visszaalakítására és rendezésére. Mindezekből következésképpen az AoA igen fontos szereplővé lépett elő a mérőrendszerekben.

Technikák az AoA mérésére

A múltban az AoA-méréseket jelforrások és analóg fázistolók, csillapítók és erősítőblokkok kombinációjával valósították meg a bemérés alatt álló rendszer kábelezésében. A kábelezésbe iktatott analóg rendszerelemek rendkívül helyigényesek, felbontásuk korlátozott és mindezeken felül bekerülési költségük magas. Alternatív megoldásként architektúrától függően a források összeköthetők, így fáziskoherens kimenet hozható létre, finomabb szabályozási lehetőségeket kínálva. Hasonlóképpen, a forrás amplitúdóvezérlése felhasználható a vételi csatornákon a kívánt amplitúdókülönbségek létrehozására.

A modern követelményeknek megfelelően, az AoA szabályozási lehetősége függ a forrás architektúrájától. Ebből a szempontból az alapfeltétel az, hogy a források helyi oszcillátorainak (LO¹¹) összeköthetőknek kell lenniük, hogy fázisuk megegyezzen. Ehhez a fázis finom igazítása és források közötti időzítések érdekében gyakran kalibrációra van szükség.

A következő kihívás a csatornák közötti kismértékű, pontos és megismételhető fázis- vagy frekvenciakülönbségek létrehozása. A DDS¹²-architektúrás források lehetővé teszik az AoA digitális szabályozását a vezérelhető oszcillátor segítségével. A DDS-alapú jelforrásokban a fázisigazítás a referenciaóra megosztásának kérdése. A pontosságot és megismételhetőséget szavatoló kalibrációs paraméterek egy táblázatba feltölthetők és a rendszer működésében valós­időben érvényesíthetők.

Az EW-alkalmazások jelforrásai

Az EW-alkalmazásokhoz alkalmas jelforrások alapjellemzőit és a kezdeti kompromisszumokat alapvetően a generátorban alkalmazott szintézer- és oszcillátortechnológiák határozzák meg. Jelen állás szerint az alábbi háromféle technológia érhető el ebben a tekintetben:

• direkt analóg szintézis (DAS¹³),
• fáziszárt hurkos vagy indirekt analóg szintézis (PLL¹⁴ vagy tört osztásarányú¹⁵),
• direkt digitális szintézis (DDS).

Az EW-rendszerek teszteléséhez szélessávú jelforrásokra van szükség. Kezdetben a 0,5-18 GHz frekvenciatartomány volt az alapkövetelmény, az utóbbi évek fejlesztési iránya azonban jelentősen megváltoztatta a helyzetet, és immár a DC-40 GHz sávszélességigény láttán sem kell meglepődni. Ez lehetővé teszi a korszerű távolfelderítési, tűzvezetési, rakétakövető radarrendszerek szimulációját egykimenetű eszközzel. A nagy sávszélességen felül a rendszerekkel szemben elvárás a gyors frekvencia- és amplitúdóváltoztatási sebesség is, amely képességet jelent az eltérő üzemmódokban és különböző frekvenciasávokban működő radarok szimulációjára.

Az alábbiakban bemutatjuk az EW-rendszerek tesztelésével kompatibilis jelgenerálási technológiákat.

Indirekt szintézis fáziszárt hurokkal (PLL) és a tört osztásarányú szintézis

A ma elérhető legtöbb általános célú jelforrás fáziszárt hurok- (PLL-) alapú, ahol a jellemzően feszültségvezérelt vagy YIG-hangolású, szélessávú oszcillátor stabil frekvencián kerül rögzítésre egy fáziszárt hurokban. A PLL hatása a jelminőségre mindenekelőtt a kis fáziszaj és zavarjeltartalom miatt pozitív. A széles frekvenciatartomány és finom frekvenciafelbontást a PLL-alapú generátoroknál összegző- és léptetőhurkok segítségével biztosítják. Ezek az ún. tört osztásarányú PLL-ek biztosítják a szükséges jelminőséget és frekvenciafelbontási finomságot költséghatékony, egyhurkos elrendezésben is, így összességében általános célú jelforrásként megfelelő teljesítményt nyújtanak.

Sajnálatos módon azonban az elvárt működtetéshez szükséges PLL vezérlőhurok-szűrés jelentős beállási-, vagy hurokválasz-időt visz a rendszerbe, amely számottevően korlátozza a szintézer frekvenciakapcsolási sebességét. A relatív hosszú átállási idő miatt ezek a források eleve nagyon korlátozottan alkalmasak arra, hogy egy csatornán több fenyegetettséget szimuláljanak, még akkor is, ha egyébként a nagy sávszélesség és a frekvenciafelbontás ezt lehetővé tenné. E generátortípusoknak továbbá nem erőssége a fázisban megismételhető kapcsolás sem.

Direkt analóg szintézis (DAS)

A direkt analóg szintézerek jellemzően több, nagy stabilitású frekvenciareferenciát tartalmaznak, amelyeket ugyanazon kristályoszcillátor-referencia segítségével szoroznak fel vagy osztanak le. Ezek a frekvenciaetalonok (harmonikusaikkal egyetemben) ki- és bekapcsolhatók a jelutakban, valamint szorozhatók, oszthatók, összeg és különbség képezhető belőlük a frekvenciafelbontás megvalósítása érdekében. Az etalonok frekvenciáit úgy választják meg, hogy a szorzások szükséges száma a lehető legkevesebb legyen, így a frekvencia növelésével a fáziszaj csak kisebb mértékben romlik. A kisebb frekvenciák előállításához szükséges osztás csökkenti a fáziszajt.

Mivel a direkt analóg szintézerekben használt kapcsolók és aritmetikai operátorok működése gyors és nincs szükség hurokszűrésre, ezeknél a generátoroknál a frekvenciaagilitás (a frekvenciaváltoztatási képesség sebessége) rendkívül jó. Ez a legfőbb oka annak, hogy ez a technológia az EW-alkalmazások tesztelésénél széles körben elterjedt.

A DAS azonban rendelkezik jó néhány hátránnyal is. Mindenekelőtt számos fokozatra van szükség a kívánt frekvenciafelbontás eléréséhez. A párhuzamos és soros szorzó-, osztó- és keverőfokozatok közötti váltogatáshoz lényegesen több hardverre van szükség, mint egy PLL esetében, amely csökkenti a rendszer megbízhatóságát. Továbbá, az egyes fokozatok áramköri zaja továbbvitelre, a fáziszaj pedig a fokozatok között felszorzásra kerül. Végezetül minden fokozat alkatrészállománya hozzájárul a méretek, a tömeg és a költségek növekedéséhez.

A DAS mellett szól, hogy az EW-alkalmazásokban bizonyos mértékig biztosítja a fázisban megismételhető frekvencia­kapcsolást. Mindazonáltal bár minden frekvenciát ugyanarról az etalonról származtatnak, az osztók bizonytalansága általában eleve kizárja a teljes fáziskoherens kapcsolás lehetőségét.

Direkt digitális szintézis (DDS)

A digitális-analóg átalakító áramkörökön alapuló direkt digitális szintézis az EW-tesztalkalmazások jelszimulációs igényeinek ismeretében ideális választásnak tekinthető. Az igazán széles körű elterjedésüknek azonban gátat szabott, hogy a kellően nagy mintavételezési sebességű és tisztaságú D/A-átalakítók eddig a piacon nem voltak elérhetőek.

A nagy mintavételezési sebességre a nagy sávszélességű kimenetek miatt van szükség, így a szükséges kimeneti frekvencia a lehető legkisebb számú szorzófokozatokkal biztosítható. A több szorzófokozat vagy nem elegendő tisztaságú D/A-átalakító használata jelentősen korlátozza az effektív zavarjelmentes dinamikatartományt (SFDR) az EW szintézerben, így végeredményben a rendeltetési céljára nem alkalmas.

Koncepció tekintetében a DDS az egyszerűbb jelgenerátor-típusok közé sorolható. A frekvenciában hangolható DDS generátoroknál a numerikusadat-vezérlésű oszcillátor adatait a D/A-átalakító analóg formátumra konvertálja, majd a tükörfrekvenciák és harmonikusok szűrése érdekében aluláteresztő szűrésen megy át. A DDS generátorok legfőbb elemeit tartalmazó blokkdiagramot a 9. ábra mutatja.

A 10. ábrán látható elrendezés szerint a numerikus vezérlésű oszcillátor önmaga két alapelemet tartalmaz: ezek a fázisösszegző (PA¹⁶), valamint a fázis-amplitúdó konverter (PAC¹⁷). A mai, modern DDS generátoroknál ezeket gyakran implementálják FPGA vagy dedikált áramkörök segítségével.

A frekvenciaszintézis során a frekvencia­vezérlő szót (fáziskülönbséget) küldik a fázisösszegzőre a digitális referencia-órajellel együtt. Minden egyes órajelciklusban ez a fáziskülönbség nagy pontossággal hozzáadásra kerül a fázisösszegzőben, majd a fázisösszegző által generált fázisértéket a fázis-amplitúdó konverter szinuszos amplitúdóra konvertálja. A digitális szinuszhullámot ezután a D/A-átalakítóra vezetik, majd az alábbi DDS-hangolási egyenlet szerinti frekvencián kerül a kimenetre:

ahol N a frekvenciavezérlő szó bitszáma. Az egyenlet tanúsága szerint minél nagyobb a D/A-átalakítás órajel-frekvenciája, annál nagyobb kimeneti frekvencia érhető el, míg a felbontást alapvetően a frekvenciavezérlő szó bitszáma és a fázisösszegző határozza meg. A numerikus vezérlésű oszcillátor a referencia-órajel osztójaként működik, így szolgáltat a fázisregiszter és frekvenciavezérlő szó bitmélységnek megfelelően nagyobb felbontású frekvenciákat. Fontos kiemelni, hogy a frekvenciaváltás egyetlen órajelciklus alatt megtörténik.

Mikrohullámú jelforrás-architektúra DDS-alapon és a DDS előnyei az EW-alkalmazásokban

A mai modern EW-alkalmazásokban a 40 GHz-ig terjedő frekvencialefedettség, az agilitás és tisztaság alapkövetelmény. A numerikus jelgenerálást lehetővé tevő, digitális jelfeldolgozó technológiák egy ideje már léteznek olyan minőségben, amely az alkalmazásnak alapvetően megfelel, azonban a szélessávú D/A-átalakítók teljesítménye eddig messze alulmaradt az elvártnak. Az elérhető, szélessávú és nagy órajel-sebességű D/A-átalakítók tisztasága nem volt elegendően nagy, a tiszta és elegendően nagy bitszámú D/A-átalakítóknál viszont az órajel-frekvencia és sávszélesség volt kevesebb az elvártnál.

A Keysight Technologies fejlesztései a D/A-átalakítás irányában kiválóan példázzák, hogy a DDS-technológia a megfelelő minőségű D/A-átalakítással párosítva mennyire jó jelgenerálási alternatíva az EW-alkalmazások számára. Az új fejlesztésű D/A-átalakítót RF-alkalmazásokra találták ki, és a tisztaság, bitmélység, fáziszaj- és zavarójelmentes dinamikatartomány ideális kombinációját valósítja meg. A D/A-átalakító nagy mintavételezési sebessége nagy sávszélességű DDS-jelgenerálást tesz lehetővé, amely kisszámú szorzófokozattal is könnyedén elérhetővé teszi a mikrohullámú frekvenciatartományt. A szorzófokozatok kis száma korlátozza a fáziszajt és a mikrohullámú kimenet zavarójel-tartalmát.

Az EW-rendszerek teszteléséhez nagy amplitúdópontosságra is szükség van a kimeneti teljesítményszinteken. A frekvenciaugratással a teljesítményszinteket is nagyon gyorsan kell tudni változtatni anélkül, hogy a csillapítók beállása jelentős torzítást vinne a jelbe. A D/A-átalakításhoz hasonlóan ezt az igényt is komolyan vette a Keysight, amely új FET-kapcsolók kifejlesztéséhez, valamint ezek alapján szilárdtestalapú csillapítók megalkotásához vezetett, amelyek biztosítják az elvárt agilitást, alacsony torzítást és akár 120 dB amplitúdó-értéktartományt. A Keysight UXG-sorozatú jelgenerátorok agilis amplitúdótartománya 80 dB a 0 ... -120 dBm sávban.

A Keysight egyedi D/A-átalakítós és FET-kapcsolós fejlesztéseit tartalmazó, valódi DDS-alapú, agilis mikrohullámú jelgenerátor blokkdiagramja a 11. ábrán látható.

A jelgenerálás folyamata egy alacsony kimeneti zavarjelszintű DDS-sel kezdődik, tekintettel arra, hogy a zavarok minden kétszerezőfokozatban összeadódnak. Ezután kétszerezőkből álló fokozat következik, amelyekkel az akár 40 GHz frekvenciájú kimenet is előállítható. Minden szorzófokozat rendelkezik sáváteresztő szűrőkkel a szorzók által létrehozott, nemkívánatos jelproduktumok eltávolításához. A gyors, FET-alapú csillapító segít előállítani a szükséges kimeneti szintet. Ez a csillapítófokozat nagyon rövid beállási idővel rendelkezik, amely összemérhető a jelgenerátor rész-frekvenciaváltási sebességével, ezáltal a forrással nyílt hurkú teljesítményszabályozás valósítható meg nagy pontossággal, a kapcsolási idő feláldozása nélkül.

Korszerű megoldás DDS-alapokon a Keysight-tól

2014. október 1-jén a Keysight Technologies hivatalosan is bemutatta N5193A UXG típusnév alatt legújabb, az iparág elvárásainak megfelelően agilis viselkedésre képes jelgenerátorát (lásd 12. ábra). A DDS-technológián nyugvó UXG forradalmi elő­relépés a mikrohullámú jelgenerálásban az EW-alkalmazásoknál.

Az UXG flexibilis opcióstruktúrájával a generátor tudása sokféle specifikus alkalmazáshoz könnyedén hozzáigazítható, legyen szó egy gyors LO-ról vagy komplett fenyegetettségszimulátorról. Azok a felhasználók, akik az EW-tesztrendszerüket csupán egy modern, nagy megbízhatóságú LO-val szeretnék frissíteni, nagyra fogják értékelni az UXG alapértelmezett kompatibilitását az Aeroflex-kódokkal, valamint a már kiépített kábelezésükkel és csatlakozójukkal kompatibilis BCD interfészt. Az új generációs EW-tesztrendszerek fejlesztői számára vonzóak lesznek az UXG modern és egyedülálló szolgáltatásai, mint például az ultraszéles chirp-jelek vagy az impulzusleíró szavak közvetlen értelmezési képessége.

Az N5193A UXG jelgenerátor egyik leglényegesebb paramétere a kapcsolási sebessége: a műszer kisebb, mint 100 ns idő alatt képes a kimeneti jel frekvencia-, amplitúdó- vagy fázisparaméterének megváltoztatására. A fázis megismételhetőségét és folytonosságát minden frekvencián biztosítja, amely elengedhetetlen feltétele a több­emitteres rendszerek tesztelésének. A generátorral ultraszéles, a vivőfrekvencia 10 - 25%-ának megfelelő chirpjelek generálhatók, a listás módban vagy nagy sebességű digitális interfészen kezelhető PDW-k támogatása pedig kompatibilitást jelent az EW-rendszereket fejlesztő mérnökök által beszélt nyelvvel, és jelentősen megkönnyíti a nemzeti PDW-adatbázisokkal történő munkavégzést.

Az UXG generátor fáziskoherens kimenetével antennatömbök és iránymérő vevők is tökéletesen tesztelhetők. Több UXG használata esetén az egymáshoz viszonyított fázisviszony könnyedén beállítható a közös, 6 GHz-es órajel segítségével. Az UXG jelintegritási jellemzői kimagaslóak, amelyet jól példáz a 10 GHz-en 20 kHz ofszet mellett mérhető -126 dBc fáziszaj.

Az EW-tesztrendszerük fejlesztését tervező felhasználók számára jó hír, hogy az UXG ideális alapja nemcsak az újonnan épített, hanem a kor igényeinek szellemében frissíteni kívánt rendszereknek is. A 3U magasságú burkolattal rendelkező UXG megbízhatósága a nem egyedileg épített jelgenerátorok mezőnyében kimagasló, a korábbi, nagy kapcsolási sebességű, de már idejétmúlt jelforrások akár forrócserével kiválthatók vele. A rendszerfrissítést segíti a BCD interfész- és az Aeroflex-kódkompatibilitás is.

Az új Keysight UXG-sorozatú, ún. agilis jelgenerátorok alapja a cikkben bemutatott DDS-technológia, amelynek lelke a Keysight saját fejlesztésű, multiemitteres szimulációra optimalizált D/A-átalakítója. Az UXG-sorozatú generátorokban alkalmazott DDS-implementáció előnyei az EW-alkalmazásokban az alábbiak:

• Egyetlen órajelciklus alatt rendkívül finom és pontos frekvencia- és fázishangolás valósítható meg. A frekvenciafelbontás 1 Hz, a fázisfelbontás <1°. A tört osztásarányú szintézistechnikák ugyan µHz-felbontást is elérhetővé tesznek, azonban a PLL-szűrés miatt a frekvenciaváltoztatás ebben az esetben sokkal lassabb. A DAS-szintézis gyors frekvencia­váltást tesz lehetővé, ennek azonban a frekvenciafelbontás látja kárát.
• A gyors, fázisfolytonos és megismételhető fázisú frekvenciaugratás több, különböző frekvenciájú Doppler-radar szimulációját teszi lehetővé az eredeti fázis megtartása mellett. A fázisvezérlés és ugratási sebesség e kombinációja a Keysight UXG esetében teljesen egyedi jellemző, ezzel szemben a DAS-szintézistechnika csak nagyon korlátozott feltételek mellett tud hasonló frekvenciaugratási és frekvencia-/fázis­megis­mételhetőségű működést megvalósítani.
• A modulációra a digitális tartományban kerül sor, amely numerikus pontosságot és megismételhetőséget biztosít. Az EW-alkalmazások követelményei alapján a jobb DDS generátorokban digitális modulátor végzi az amplitúdó-, frekvencia- és fázismodulációt, így a numerikus vezérlésű osz­cillátorban hozhatók létre a digitálisan modulált jelek. A lineáris frekvenciamodulált (LFM) chirpjelek és Barker-kódok szintén közvetlenül szintetizálhatók a numerikus vezérlésű oszcillátorban. A chirpjelek sávszélessége függ a szorzófokozat sáv­áteresztő szűrőinek sávszélességétől és a jel meghatározott sávon áthaladásától.

Integráció az EW-alkalmazások tesztrendszereiben

Az EW alkalmazások teszteléséhez használt szimulációs rendszereknél uralkodó trend, hogy a teljes körű szimulációhoz szükséges elemeket igyekeznek az RF/mikrohullámú jelforráskészülékbe integrálni. A Keysight az UXG-sorozatú agilis jelgenerátorok fejlesztésénél tisztában volt ezzel a trenddel, ezért az impulzuson belüli moduláció, impulzusmoduláció, erősítő- és csillapítófokozatok mind-mind részei a gyors frekvenciaszintézernek. Az agilis jelforráson és összemérhető agilitású csillapítófokozaton felül az elvárt integrált szolgáltatásokat tartalmazó UXG jelgenerátorok az EW-rendszerek teszteléséhez szükséges minden funkciót biztosítanak, úgymint:

• gyors frekvencia-, amplitúdó- és fáziskapcsolási sebesség gyors átmenetekkel az emitterek között,
• a modern EW-rendszereknek megfelelő szélességű dinamikatartomány,
• széles, pontos és agilis amplitúdó-értéktartomány több fenyegetettség szimulációjára pontos teljesítményszintekkel és a frekvenciaváltoztatással összemérhető sebességű amplitúdóváltoztatással,
• alacsony zajszint a vevőérzékenység teszteléséhez kombinált csatornáknál,
• magas be/ki arányú impulzusmoduláció rövid beállási időkkel és alacsony torzítással,
• impulzuson belüli moduláció lehetősége impulzustömörítéshez (pl. Barker-kódok, lineáris frekvenciamoduláció),
• többcsatornás és többportos skálázhatóság lehetősége az impulzussűrűség és a realisztikus környezet könnyű megteremtéséhez,
• széles frekvenciatartomány közel DC és 40 GHz között,
• BCD frekvenciavezérlő interfész a korábbi jelforrásokkal való visszafelé kompatibilitáshoz (azok LO-ként történő alkalmazásához),
• LVDS interfész PDW-k nagy sebességű streameléshez.

A 8. ábrán bemutatott, elosztott architektúrás rendszereknél az agilis LO és az olyan funkciók szinkronizálása, mint az impulzusmoduláció, frekvencia- és fázismoduláció, amplitúdóvezérlés elég bonyolult feladat. Az olyan integrált EW-tesztkörnyezetnél, mint amilyenek az UXG-sorozatú jelgenerátorok, ez a szinkronizálás automatikus, és maga a mérőeszköz biztosítja. A kisebb komplexitás és több integrált funkció jobb teljesítményt és megbízhatóságot ígér.

Összefoglalás

Az EW-rendszerek jó hatásfokú tesztelésére többféle jelgenerálási technológia is rendelkezésre áll, amelyek előnyök és hátrányok különböző kombinációit adták. A legjobb jelhűségű teszteszközökkel megteremthetők az EW-rendszerek szempontjából nagyon realisztikus mérési környezetek, azonban ezek használhatóságát erősen korlátozza a bonyolultságuk és költségeik.

A jelgenerátorok központi hardver­-elemei (D/A-átalakítók, FPGA-k stb.) vonatkozásában végzett fejlesztések egyszerűbb és megbízhatóbb mérőeszközök kifejlesztését tették lehetővé. A költségek, méretek, minőség tekintetében jelentős előrelépés lett az eredmény, így az EW-rendszerek tesztelése a fejlesztés sokkal korábbi szakaszában is rentábilisan elkezdhető. A realisztikus EW-környezet szimulációjának lehetősége már a termékoptimalizálás és előverifikáció szakaszában is elérhetővé vált, ez pedig a végtermék teljesítményére, a fejlesztés gyorsaságára és az összköltségekre nézve is igen előnyös.

1: Electronic Warfare. Elektronikus hadviselésnek tekinthető minden olyan elektromágneses spektrum vagy irányított energia felhasználásával kapcsolatos tevékenység, amely a spektrumon keresztül az ellenség megtámadására vagy támadás megakadályozására irányul. A hadviselési forma célja, hogy megakadályozza az ellenség spektrum használata általi előnyszerzését ill. biztosítsa a barátságos erők zavartalan hozzáférését a spektrumhoz.
2: Egymástól független, együtt végzett munkafolyamatok, amelyek a termékek és szolgáltatások követelményeknek és specifikációknak való megfelelősége, valamint az eredeti rendeltetési cél teljesítésének ellenőrzésére hivatottak.
3: Időegység alatt mérhető impulzusok száma.
4: Pulse Descriptor Word. A PDW az RF impulzus jellemzőit tartalmazza, amelyek többnyire a beesési idő, szög, impulzusszélesség, teljesítmény, frekvencia.
5: 8 –12 GHz frekvencia, 3,75 –2,5 cm hullámhossz.
6: Low-Voltage Differential Signaling. Differenciális, soros kommunikációs protokoll elektromos jellemzőit leíró szabvány.
7: Angle of Arrival. Olyan mérés, amely meghatározza az antennatömbre beérkező rádiófrekvenciás hullám terjedésének irányát. A terjedési irány meghatározása az antennatömb különböző elemein történő beesési időkülönbség mérése alapján történik.
8: Differenciális Doppler-hatás akkor lép fel, ha a hullámot forgásban lévő forrás bocsátja ki.
9: Time Difference of Arrival. Iránymérésben és navigációban alkalmazott mérési technika, amelyben a jelek fizikailag különböző vételi állomásokon mérhető beesési időit számítják ki, időzítésekben nagy pontossággal szinkronizált referenciák használatával.
10: Szenzortömbökben használt jelfeldolgozási technika, amely jelek irányított átvitelére vagy vételére szolgál.
11: Local Oscillator. Olyan jelet előállító elektronikus oszcillátor, amelynek kimenetét eltérő frekvenciájú jel generálására használják fel keverő beiktatásával.
12: Direct Digital Synthesis. Rögzített frekvenciájú órajelről működő frekvenciaszintézis.
13: Direct Analog Synthesis
14: Phase-Locked Loop
15: Fractional-N: a PLL hurok visszacsatoló ágában látszólag tört értékű osztásarányt megvalósító szintézistechnika
16: Phase Accumulator
17: Phase-to-Amplitude Converter

A Keysight kapcsolódó honlapjai:

www.keysight.com/find/ew
www.keysight.com/find/uxg

A forgalmazó MEDEXPERT Kft. honlapja