隨著無線技術的應用日益普遍，設計工程師必須同時檢測這兩個領域的信號。混合域示波器的誕生從根本上改變了RF設計的調試與測試的方法，泰克在一臺儀器中同時提供了示波器和頻譜分析儀功能，并且提供獨創的混合域觸發與時間相關的信號分析。新的MDO4000 混合域示波器系列有助于工程師捕獲時間相關的模擬、數字和射頻信號，獲得完整的系統級視圖。目前已經有大量的資料描述MDO4000混合域示波器的結構及其可以怎樣用于某些常見的應用，如RFID、Zigbee、藍牙、WIFI、電源設計的噪聲源查找、PLL鎖相的過程、RF功率啟動與關閉的瞬態信號跟蹤、RFFE 等等，這里就不再贅述。本文將介紹如何使用MDO4104-6 分析寬帶線性調頻雷達系統。

圖1. 泰克MDO4000 系列混合域示波器

雷達設計中有哪些常見測量？目前使用哪些工具？為什么要使用MDO4000 混合域示波器分析雷達？

從本質上看，雷達信號可以是RF 突發的調諧的脈沖。雷達設計中的典型問題是距離和分辨率之間的矛盾問題。簡言之，寬脈寬的信號包含足夠的RF能量，能夠遠距離傳送到標靶。問題在于，如果有多個標靶，長脈沖會使各個反射變得模糊。換言之，寬脈寬的特點是觀測距離遠，但分辨率差。如果縮窄脈寬，那么分辨率將改善，但距離將變短。

解決方案是脈沖壓縮。讓脈沖寬，但在脈沖中進行一些獨特的處理，使您能夠區分多個反射。其中最常用的技術之一是線性調頻。如果脈沖的中心頻率是4GHz，那么在3.97GHz 啟動信號，掃描到4.03GHz，而不是播放純粹的4 GHz。許多雷達系統采用窄線性調頻，寬度在10MHz-50MHz。但是，為了實現更好的空間分辨率，您的線性調頻要更寬。現代雷達的線性調頻帶寬可以達到500MHz 以上！

怎樣測試雷達？通常可以作為標準雷達測試各個器件(發送/接收模塊、天線器件、等等)，安裝已知良好的器件，并進行評估。但是，使用被測器件本身通常并不理想，因此市面上流行的工具為進行性能評估提供了專用雷達模塊。

對調頻帶寬在100MHz 以下的雷達，可以使用頻譜分析儀測量雷達特性。泰克生產數字實時頻譜分析儀(RSA)，可以把RF 脈沖向下變頻到基帶信號，作為數字I 和Q 存儲數據。從這些數據中，可以進行各種測量。泰克RSA6000和RSA5000系列可以執行27種不同的標量和矢量脈沖測量。標量表示基于幅度隨時間變化的測量，如脈沖上升時間、寬度、占空比、紋波、衰落、等等。矢量表示頻率偏差、頻率誤差、脈沖響應、相位偏差和脈沖到脈沖相位誤差等測量。

圖2. 泰克RSA5000 系列實時頻譜分析儀

對更寬帶寬的雷達，一般使用實時數字示波器采集信號。泰克生產的示波器擁有足夠的采樣率，能夠采樣RF載波。只要擁有足夠的帶寬，就可以采樣自己的信號。泰克新推出的DPO/DSA70000D示波器目前的實時帶寬達到33GHz，幾乎可以采集和分析任何信號。在與專用軟件包(如泰克SignalVu 軟件)結合使用時，其可以進行同樣27 種矢量和標量測量。

 
圖3. 全球最高測量精確度的泰克DPO/DSA70000D系列 

全世界似乎對標準雷達、頻譜分析儀和示波器都感到滿意，那么混合域示波器在雷達診斷中發揮的作用是什么呢？

●  便攜性和尺寸。混合域示波器深僅5"，重只有11 磅，攜帶起來比大型儀器要容易得多。前面提到的頻譜分析儀和示波器的重量可能會超過50磅，尺寸相當于一小件行李。
●  成本相當低。通常來說，實驗室只能承受和購買一臺高端頻譜分析儀或高帶寬示波器。不管是哪款儀器，價格都要超過10萬美元。而MDO4000混合域示波器的起價在23,000美元，每個實驗室都買得起，遠遠要比購買一臺混合信號示波器加一臺頻譜分析儀更便宜。
●  最重要的是，MDO4000 混合域示波器為用戶提供了獨特的能力，不僅可以分析雷達信號，還可以分析雷達系統中存在的其它數字門信號和定時信號。

MDO4000 混合域示波器有4 條帶寬高達1 GHz 的模擬通道，另外還有16 條數字通道和1 個RF 輸入。RF輸入頻率范圍最高為6GHz，另有3GHz的型號。實時頻譜捕獲帶寬保證為1GHz 或以上(最高為3GHz，是一般掃頻頻譜分析儀的100-300倍)。它還可以解碼最多4條總線，如MIL-STD-1553、I2C、RS-232、RS-422、RS-485 等。

注意，MDO4000 混合域示波器并不是要代替帶有SignalVu這類專用雷達分析軟件的示波器，如泰克DPO/MSO5000、7000 和70000 示波器。SignalVu 可以進行明顯多得多的測量，特別是在脈沖式雷達方面，包括脈沖到脈沖頻率差、脈沖到脈沖相位差、脈沖上的頻率誤差、脈沖響應，并可以分析最多10,000 個連續脈沖。MDO4000 混合域示波器不能復現這種強大詳細的分析能力，因此這兩種工具在RF工具臺上實際發揮著不同的作用。下面的實例在示波器上運行SignalVu，分析連續脈沖參數，顯示最多10,000 個脈沖中這些參數的直方圖，并顯示了線性調頻的脈沖響應頻譜。

圖4. 高帶寬示波器上的SignalVu－對雷達信號進行大量的單通道分析。

與運行SignalVu的示波器進行的分析相比，MDO4000混合域示波器完成的是一個分析子集，但這是一個重要的子集，通常涵蓋基本需求，同時增加多通道時間相關功能。

圖5. 泰克MDO4104-6 混合域示波器 

在下面的畫面中，我們得到多條曲線。從上面開始，首先是中心頻率為4GHz、線性調頻帶寬為500 MHz 的雷達信號的幅度隨時間的變化。這與傳統頻譜分析儀上的“零跨度”(Zero Span)類似，但沒有任何一臺頻譜分析儀能夠實現500MHz 零跨度顯示。它標為"A"，表示"幅度隨時間變化"。它下面的曲線標為"f"，表示" 頻率隨時間變化"。它顯示了脈沖期間的頻率偏差。這條曲線有的地方是空白的，因為我們在脈沖沒有啟動時靜噪了頻率畫面。

這個信號下面是發送脈沖觸發信號(通道1)，然后是脈沖期間有效的數字門信號(通道2)，然后是返回脈沖的接收觸發信號(通道3)，然后是所有數字門的系統時鐘信號(通道4)。為節約空間，沒有顯示這些曲線，但可以把16 條額外的數字通道分配給系統中多個門信號。

我們觸發了RF突發(參見右下角-9dBm 處的RF觸發)，進行了一系列自動測量。包括：測量了雷達的上升時間(4.957us)、脈寬(31.35us)、占空比(18.8%)和PRF(5.99kHz)。還測量了從TX 觸發上升沿到包絡開始的延遲(15.15us)，以及從RF 脈沖下降沿到接收門上升沿的延遲(7.773us)。另外我們還在頻率隨時間變化上進行了峰峰值測量，顯示線性調頻的504MHz頻率偏差。最后，測量了系統時鐘，運行頻率為120MHz。

另外注意，在觸發RF 突發的上升沿時，MDO4000混合域示波器還觸發其它脈沖特性。可以把示波器設置成觸發窄脈沖、寬脈沖、欠幅脈沖(沒有達到全部幅度的脈沖)、甚至漏掉的脈沖。甚至還可以把示波器的觸發設置為RF 突發脈沖存在，但On-Gate 信號沒有存在時觸發(可以使用“邏輯”觸發)。普通示波器或頻譜分析儀是不能觸發所有這些條件的。

下面我們將顯示相同的數據，但我們把屏幕分開，也顯示脈沖的RF頻譜。大家可以看到，第二個脈沖下面的橙色條指明了我們在哪里進行FFT。為了更好地查看線性調頻雷達的FFT，您需要把窗口函數設置成Rectangular，因為Kaiser在頻域中看上去就象一串尖峰。通過這一畫面，我們可以使用手動標記，測量占用帶寬。從4.235到3.735，我們得到500MHz。我們還可以移動頻譜分析窗口，顯示脈沖關閉時間，查看脈沖沒有活動時的頻譜外觀。

只有MDO4000混合域示波器能夠同時捕獲高頻RF信號和較慢的門控制信號，并且在時間軸將它們互相關連起來。假設我們要分析4GHz的窄帶雷達。頻譜分析儀可以進行大量的分析，但不能采集其它相關信號，如數字門信號。實時示波器可以采集RF信號和其它信號，但捕獲深度有限，并且平均噪聲電平、動態范圍、諧波雜訊等指標都要比一般的頻譜儀或混合域示波器要差。如果實時示波器以50GS/s數字化，并標配10M點存儲器，那么它只能捕獲200us 的數據。即使在最大存儲容量時，它仍只能捕獲5ms的RF數據。如果降低采樣率，我們可以捕獲更多的時間，但采樣率不夠高來獲得RF數據。我們怎樣才能同時查看4GHz RF 信號和100MHz 時鐘信號呢？

盡管MDO4104-6實現了RF信號、模擬信號和數字信號的時間相關，但模數轉換器都是獨立與示波器的。因此在RF通道捕獲4GHz脈沖信號的同時(1GB 的獨立RF存儲能夠記錄最多75ms的RF時域數據)，模擬通道此時仍可以以500MS/s速度運行，只需20M的存儲深度就可以記錄同樣時間長度的時鐘信號其后就可以進行頻域與時域的混合域分析。

混合域示波器是一種全新的儀器類別。當然，在雷達分析中，它們不會代替頻譜分析儀或傳統數字示波器。MDO4000混合域示波器這種工具以較小的尺寸/較低的價位把部分關鍵功能疊加在一起，同時增加了任何其它平臺上沒有提供的創新功能：
1. 業界首創：內置頻譜分析儀的新一代示波器
2. 業界首創：在任何時間點上查看模擬、數字、總線與射頻信號并其關連
3. 業界首創：頻譜時間
4. 業界首創：保證1GHz 以上的實時頻譜捕獲帶寬
5. 業界首創：跨域與射頻觸發
6. 業界首創：11 個自動峰值測量光標
7. 業界首創：頻率、幅度與相位隨時間的變化軌跡
8. 業界首創：RF 探頭、電流、電壓、差分探頭的適配器