虹科M4i系列模块数字化仪，能够以16 bit高分辨率采集2 GHz带宽的RF信号。虹科数字化仪能够使用许多RF和较低频率微波的测试。本文重点介绍使用虹科数字化仪进行RF测量相关内容。

1、高数据通量测试

基于多通道PCIe的数字化仪，可以以高达12.8 GBytes/s的速度传输数据，从而在计算机内轻松快速地进行处理。数字化仪可以存储非常庞大的信号数据，可用于采集后分析。

2、电路设备故障排查

如果您要测量、分析或处理信号数据，虹科数字化仪是最好的工具。数字化仪和计算机的紧密结合使它们成为使用商业或定制分析软件处理大量数据的首选仪器。故障排查需要其他台式仪器的交互式查看，虹科数字化仪可以进行自动化信号表征。

3、多通道同步采集

虹科数字化仪每个卡有多个通道，每个系统有多个卡，所有这些卡都是完全同步的。M4i系列等模块化平台可以扩展模拟或数字通道数量，以及模拟波形生成功能。这些特性使数字化仪成为多输入多输出（MIMO）研究以及多信道通信系统中的理想选择。

4、低成本

虹科数字化仪具有易用性、集成速度快和测试可靠性强等特点，为每个采集通道提供最低成本。

RF测量数字化仪选型

射频测量需要具有三个关键特性的数字化仪。第一个是带宽。数字化仪必须支持与预期测量相匹配的频率范围。其次是分辨率，它决定了测量的动态范围。最后主要考虑的是数据传输速度，这会影响测量数据更新率。下表总结了几种可能用于射频应用的虹科数字化仪的特性。

虹科数字化仪中的每一个都使用数据传输速率高达12.8 GBytes每秒的PCIe x16接口或数据传输速率达3.4 GBytes每秒的PCIe x8接口与电脑主机连接。其他型号的虹科数字化仪也可以根据项目需求提供更适中的传输速率。

RF动态范围测量示例

虹科数字化仪型号选择由应用场景所决定。动态范围是指信号能够表示的最大幅度与最小幅度之间的差异。如果被测信号最高与最低振幅的比率较小，选用较低分辨率的数字化仪即可，例如表征具有低的动态范围要求的雷达发射信号。另一方面，如果信号具有高振幅分量和低振幅分量的混合，则需要更高的分辨率。软件定义无线电（SDR）和回波定位（如雷达）等应用需要具有大动态范围的数字化仪。下图显示了将一个简单天线信号连接到虹科SBench6软件显示和处理的虹科M4i系列数字化仪输入端所获得的波形。显示了波形的时域和频域视图。这是高动态范围RF信号的一个例子。

RF测试分析

数字化仪获取数据并将其用于测量和分析。在这些例子中，虹科SBench6用于分析测试数据。当然也可以使用第三方软件，如Mathworks MATLAB或LABVIEW，或者为特定的测量和分析操作编写自定义软件。在所有情况下，都可以使用驱动程序软件将数字化仪与特定的应用程序相匹配。

一些基本的射频测量如上图所示。左上角网格中显示的采集波形是雷达应用中常见的脉冲调制1 GHz正弦波。该信号被直接输入到数字化仪中，但是如果其频率高于数字化仪的带宽，则也可以从下变频器输入。左下网格中的FFT显示了所获取波形的频谱。虹科SBench6包括大量内置的测量参数。图片左侧栏中的信息窗格列出了采集波形的峰间振幅和频率测量值。

对脉冲定时的分析需要进一步处理以提取信号包络。这分两步完成。首先，使用基本模拟计算对波形进行平方，以获得所获取波形的乘积，方形波形显示在右上角的网格中。然后，用截止频率为10 MHz的数字低通滤波器对平方信号进行滤波。这去除了产生期望脉冲包络的剩余1 GHz载波。脉冲频率、周期、宽度和占空比的测量值显示在与脉冲包络相关的信息窗格中。

虹科SBench6提供了对调幅波形进行平方检测的工具，从而允许直接测量脉冲波形参数。与数字化仪结合使用的MATLAB或LABVIEW提供了更复杂的解调过程。这意味着可以对雷达“啁啾”和巴克编码信号进行频率和相位解调。

接下来，让我们来看看一些基本的功率测量。用获取的信号的平方来计算波形的瞬时功率。平方后的电压将被缩放，再将其除以50欧姆阻抗，从而产生以W为单位校准的结果图。这种操作常常应用于波形参数计算信号的平均功率。该过程如上图结果所示。

获取的正弦波显示在左侧的网格中。左侧信息窗格中显示的参数读取正弦信号的峰间和有效（RMS）振幅。通过再次应用乘法计算函数对输入信号进行平方。然后使用信号设置控制对所得波形的幅度进行缩放。这允许以用户定义的单位重新缩放显示。通过将平方波形的垂直读数除以50欧姆的阻抗来缩放数据。

结果显示在右侧网格中。垂直单位为毫瓦（mW）。此显示为电源的瞬时功率。再次参考左侧栏信息窗格，有两个参数应用于测量该波形。第一个是最大值。这记录了观测到的峰值功率。第二个是功率波形的平均值，这是平均功率或平均功率。

这些测量的准确性取决于几个因素。最重要的是数字化仪的频率响应的平坦度。大多数宽带数字化仪试图将频率响应平坦度保持在0.5 dB以内。结果表明，最大电压不确定性约为5%。如果需要更高的精度，可以进行校正。

多通道采集分析正交调制信号

多通道分析在RF射频领域应用很多。最常见的是对正交调制信号的分析。基带同相（I）分量和正交（Q）分量被组合以调制RF载波。调制可以是简单的相位调制或相位和幅度调制的组合。上图显示了16态正交幅度调制（16 QAM）信号的I和Q分量的采集。在该调制方案中，两个串行数据流被组合以传输四个数据状态，其中十六个传输的符号状态中的每一个符号状态。

右侧的两个网格显示了获取的I和Q分量。如果这些分量在X-Y图中交叉绘制，我们可以辨别出作为该信号编码的补码的十六个幅度/相位状态。有十二种不同的相位状态和四种额外的状态，它们在45、135、225和315度使用相同的相位，但幅度减小。

RF频率响应测量

使用两个数字化仪采集通道和一个宽带信号源可以很容易地估算电路或设备的频率响应。有三种类型的信号在一个频率范围内表现出均匀的振幅。扫频正弦、脉冲和白噪声各自具有在一定频率范围内均匀的频谱响应。扫频正弦提供最大的动态范围。脉冲函数通常是最容易设置和使用的。白噪声由于其峰值与有效振幅之比高，具有最低的动态范围。下图是36 MHz低通滤波器的频率响应测量示例。所使用的信号源是来自具有125 MHz带宽的任意波形发生器（AWG）的脉冲函数。

脉冲函数显示在左上角网格中，正下方是该输入信号的FFT。频谱整形是由于AWG的输出响应以及脉冲函数的有限过渡时间。注意，频谱相对平坦到50 MHz，这对于该示例来说是足够的。右上角网格中的波形是滤波器的输出。其FFT位于右下角网格中。在这里我们可以看到滤波器响应的形状。界面光标可用于估计-3 dB点和测量带宽。

以上是基于多通道数字化仪的RF测量的两个简单示例。所有测试都是基于完全同步的多个通道上的数据采集。多通道采集扩展同样可以通过虹科星形集线器（Star-hub) 连接8块数字化仪在一起。例如，将8个M4i系列数字化仪与Star-Hub连接在一起，可以创建一个最多有32个完全同步通道的系统。Star Hub在所有板之间分配触发和时钟信息。因此，所有连接的板都使用相同的时钟和相同的触发器运行，任何通道之间都没有相位延迟。所有触发源可以通过逻辑或组合，允许所有卡的所有通道同时成为触发源。

这种多通道的能力允许数字化仪同时应用于多个通信通道，或创建用于天线和传播研究的测量通道阵列。虹科数字化仪在带宽高达1.5 GHz的射频应用中提供了显著的测量能力。它们的多功能性、紧凑的尺寸和多通道功能可以组合成强大的测试系统，用于您的射频应用。

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来 源：虹科测试测量

编辑：仪器仪表WXF

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