Analyse gepulster HF-Signale Den segmentierbaren Oszilloskop-Speicher nutzen

Gepulste HF-Signale ist für Scope-Nutzer eine Herausforderung.
Gepulste HF-Signale ist für Scope-Nutzer eine Herausforderung.

Die Messung von gepulsten HF-Signalen stellt Oszilloskop-Nutzer vor Herausforderungen. Durch die Nutzung von segmentierbarem Speicher in Breitband-Oszilloskopen sowie Pulsanalyse-Software können einige der Probleme gelöst werden.

Verschiedene Anwendungen im HF-, Mikrowellen- und Millimeterwellenbereich arbeiten mit gepulsten Signalen. Diese stellen für einen Entwickler von Radar-/EW- (Electronic Warfare) Geräten eine erhebliche Herausforderung dar, weil man solche Signale sowohl breitbandig analysieren als auch eine erhebliche Zeitspanne Systemaktivität aufzeichnen muss.

Arbeitet man zugunsten eines glatten Frequenz- und Phasengangs bei der Messung gepulster HF-Signale mit direkter Digitalisierung (wie das beim Einsatz von Breitband-Oszilloskopen der Fall ist), füllt sich der Signalspeicher durch die hohe Abtastrate im Nu. Die Lösung für dieses Problem ist ein segmentierbarer Speicher, bei dem interessante Signale in Speicherabschnitte eingelesen werden, aber die Zeitspannen, in denen kein Signal anliegt, ignoriert werden (Bild 1).

Lange Aufzeichnungszeiten mit segmentierbarem Speicher

Angenommen, man hat ein gepulstes HF-Signal mit 15 GHz Träger und einer 2 GHz breiten Modulation zu messen. Um das modulierte 15-GHz-Signal zu erfassen, muss das Oszilloskop schnell genug abtasten. Dazu braucht man eine Abtastrate von mindestens 2,5 × 16 GHz oder 40 GS/s. Damit man angesichts der 2 GHz breiten Modulation etwas Reserve hat und auch nicht an die Bandbreitengrenze des Oszilloskops stößt, geht man vorsichtshalber eine Stufe höher. Das wäre dann eine maximale Abtastrate von 80 GS/s bei einer Oszilloskop-Erfassungsbandbreite von 33 GHz.

Bei der üblichen Samplingmethode, bei der alle erfassten Daten einfach linear in den Speicher geschrieben werden (egal, ob gerade ein Signal anliegt oder nicht), ist bei vollen 80 GS/s eines 33-GHz-Oszilloskops mit maximalem Speicherausbau von 4 Gpts der Speicher innerhalb von 50 ms vollgeschrieben:

fraction numerator 4 space G S over denominator 80 space G S divided by s end fraction space equals space 50 space m s space space space space left parenthesis 1 right parenthesis

Angenommen, man hat einen Impulszug mit einem Wiederholintervall von 100 µs (also einer Impulswiederholfrequenz von 20 kHz) und 1 µs breiten Impulsen, dann kann das Oszilloskop nach folgender Rechnung etwa 500 Impulse speichern:

fraction numerator 50 space m s over denominator 100 space µ s divided by I m p u l s end fraction space equals space 500 space I m p u l s e space space space space left parenthesis 2 right parenthesis

Arbeitet man aber mit segmentierbarem Speicher, steigert das die Zahl der gespeicherten Impulse ganz erheblich. Man würde in diesem Fall die Speichersegmente so definieren, dass sie etwas breiter sind als der breiteste Impuls, den man erfassen will. Für einen 1 µs breiten Impuls würde man pro Speichersegment eine Breite von vielleicht 1,2 µs wählen; bei einer Abtastrate von 80 GS/s sind das 96.000 Samples (1,2 µs × 80 GS/s).

In unserem Beispiel unterteilen wir den Speicher in 32 K (=32.768) Segmente mit einer Länge von jeweils 96.000 Samples (womit die volle Speicherkapazität von 4 GS noch nicht einmal voll ausgeschöpft ist). Drückt man nun die Taste „Single“ (Einzelmessung), werden 32 K Impulse erfasst und in ebenso vielen Segmenten abgespeichert, was einer Erfassungszeit von 3,3 s entspricht.

Die segmentierte Datenerfassung ist in Bild 2 dargestellt. Es handelt sich um ein gepulstes HF-Signal mit 15 GHz Trägerfrequenz und einer 2 GHz breiten linearen Chirp-Frequenzmodulation. Es gibt auch eine Taste „Play“, mit der man die 32 K Segmente wiedergeben kann. Die Statistik wird über die 32 K erfassten Impulse gerechnet.

Bilder: 4

Die Bilder des Artikels im Überblick, Bilder 1-4

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