示波器也能解調雷達訊號？深入解析射頻脈衝的調變特性

在脈衝雷達的各式應用中，例如空中交通管制 (ATC)、海事雷達或電離層的科學量測等，對射頻 (RF) 脈衝的分析都是不可或缺的一環，而脈衝調變的解析更是重中之重，因為其中包含了描述該應用的重要資訊，研發人員在分析這些訊號時，經常面臨如何精準觸發、擷取並解調微弱且複雜的射頻脈衝訊號的挑戰，尤其在處理窄頻訊號時，如何在高載波頻率下克服雜訊干擾，並準確量測啁啾率 (Chirp Rate)，更是提升雷達系統效能的關鍵。

使用示波器解調雷達射頻脈衝

您的任務

您必須量測雷達射頻脈衝的頻率、調變類型（線性升頻／降頻、指數、相位）、啁啾率、調變序列、脈衝重複間隔 (PRI) 與振幅，以判斷其是否滿足您的需求)，因此，您需要以可重現的方式觸發脈衝，以便將脈衝正確定位於量測位置，觸發後，您便可以對頻率調變或相位調變的脈衝進行解調。

Rohde & Schwarz 解決方案

R&S®RTO 和 R&S®RTP 示波器可分析頻率高達 6 GHz/8 GHz 的射頻脈衝，其中，對於脈衝分析最重要的功能是數位觸發，與類比觸發相比，數位觸發具備更佳的觸發靈敏度，且對於進階觸發類型沒有頻寬限制，為了分析射頻脈衝，觸發點必須始終出現在相對於脈衝的相同位置。

舉例來說，此處使用一個脈衝持續時間為 25 μs、脈衝重複間隔 (PRI) 為 50 μs 的脈衝序列（如下方螢幕截圖所示），透過縮放功能，可在觸發位置 (t = 0 s) 更詳細地顯示第三個脈衝。

帶有多個射頻脈衝的序列

這次的擷取使用了寬度觸發，關於觸發設定（使用示波器觸發雷達射頻脈衝 - 應用卡，PD 3609.2000.92）與封包分析（使用示波器分析射頻雷達脈衝 - 應用卡，PD 5215.4781.92）的說明，請參閱相關文件，此處的水平刻度設定為 14 μs/div，以便擷取三個脈衝來分析調變序列。

現在，我們來對脈衝進行解調，範例中的脈衝序列是經過頻率調變的，可使用示波器的其中一項自動頻率量測功能來進行解調，透過這項量測功能搭配軌跡功能，頻率結果便會以時間函數的方式顯示，這種方法非常適用於寬頻雷達訊號，例如車用雷達；但對於窄頻訊號，例如 ATC 雷達，其載波頻率遠大於其佔用的頻寬 (fC >> fB)，軌跡函數看起來就會有相當多的雜訊，這些雜訊會限制啁啾率量測的準確度，因此需要額外的雜訊抑制處理。

訊號的雜訊抑制處理並不簡單，由於載波頻率會變動，因此無法使用簡單的帶通濾波器，這會讓濾波器的頻寬必須設定得相當大，在傳統的同調雷達系統中，接收 (RX) 和發射 (TX) 路徑共用一個穩定的本地振盪器，但對於示波器而言，使用本地發射振盪器進行降轉換是不可能的，因為無法取得該訊號，另一種方法是利用相位鎖定迴路 (PLL) 來解調訊號。

R&S®RTO 和 R&S®RTP 示波器具備以軟體為基礎的時脈資料回復 (CDR) 功能，其等同於一個 PLL（相位鎖定迴路），透過自動量測功能，資料率基本上就是量測脈衝的瞬時頻率，當資料率的軌跡功能開啟時，瞬時頻率便會隨時間顯示（請參見第一張螢幕截圖右側的軌跡 2），由於使用了資料率功能，顯示軌跡的垂直單位為 Gbps，這等同於 GHz，因為位元週期和正弦波週期是相同的。

圖表 1（第一張螢幕截圖的上半部）顯示了三個脈衝的脈衝序列中，降頻-升頻-降頻的啁啾調變序列，若要進行更詳細的分析，可以使用縮放視窗中軌跡上的游標來量測啁啾率，也就是量測脈衝頻率隨時間的變化，在目前的範例中，游標結果 1（第一張螢幕截圖的右下角）顯示，在 25 μs 內，降頻啁啾的頻率變化為 10 MHz。

資料率功能需要進行 CDR 的設定，上方的螢幕截圖顯示了 CDR 選單，其中演算法設定為 PLL，資料邊緣設定為正緣，請將 PLL 的階數定義為二階，因為只有二階 PLL 才能正確顯示資料率對應的頻率時間軌跡 1)，透過估算位元率，會將額定位元率設定為預期值。

用於解調射頻啁啾的 CDR 設定

阻尼因數和同步設定不需要修改，頻寬僅對量測本身重要，PLL 頻寬的設定，讓我們可以在可見雜訊與初始脈衝的穩定時間之間取得平衡，大頻寬的穩定速度快，但無法有效地衰減雜訊；而小頻寬則能有效地衰減軌跡上的雜訊，但需要較長的穩定時間，當 PLL 頻寬設定為 3.8 MHz 時，軌跡上的雜訊幾乎不可見，且穩定所需時間的影響也極小，進而提高了啁啾率量測的準確度。

總結

R&S®RTO 和 R&S®RTP 示波器能以該機型支援的最大頻寬分析射頻脈衝，為了執行詳細分析，R&S®RTO 和 R&S®RTP 能精準地觸發脈衝，穩定擷取到的波形可以被解調，以分析重要的特性，例如調變序列和啁啾率，此外，R&S®RTO 和 R&S®RTP 也能準確地分析脈衝封包的特性。