Bild 1: Oben links ist das 2 GHz breite Spektrogramm eines frequenzagilen Signals zu sehen. Die Grafik oben rechts zeigt die Frequenzen im Zeitbereich und unten sind alle interessanten Parameter in einer Tabelle aufgelistet.

Bild 1: Oben links ist das 2 GHz breite Spektrogramm eines frequenzagilen Signals zu sehen. Die Grafik oben rechts zeigt die Frequenzen im Zeitbereich und unten sind alle interessanten Parameter in einer Tabelle aufgelistet. Rohde & Schwarz

Durch schnelle Frequenzwechsel ist ein Radarsystem resistenter gegen atmosphärische Störungen, bewusste Attacken (Jamming) oder ungewollte Störsignale (Interferenz). Um die Auflösung zu erhöhen, wechseln die Systeme auch abhängig vom Ziel die Modulation, Pulsweite und Pulssequenz. Pulse im Nanosekundenbereich sind dabei keine Seltenheit mehr. Die Anlagen müssen getestet und deren Leistungsfähigkeit unter diesen dynamischen Bedingungen verifiziert werden. Für die Analyse solch frequenzagiler Systeme messen Testingenieure zum Beispiel die Frequenzsprünge oder die Modulationsqualität für die Pulskompression. Dazu muss das Sendesignal mit einer großen Bandbreite aufgezeichnet werden. Der Signal- und Spektrumanalysator FSW von Rohde & Schwarz bietet 2 GHz interne Bandbreite für diese Aufgabe. Damit lassen sich sogar Anstiegszeiten im Nanosekundenbereich auflösen.

Frequenzagile Radare und Jammer

Mit Jamming wird versucht, durch gezielte Störsignale das gegnerische Radar unempfindlich oder sogar blind zu machen. Dazu dienen sowohl breitbandige rauschähnliche oder frequenzagile Signale. Szenarien, wo nur eine bestimmte Frequenz gestört wird, gehören eher der Vergangenheit an, da moderne Radarsysteme die Frequenzen häufig wechseln und so unempfindlich dagegen sind. Deshalb kommen auch hier Jammer-Systeme zum Einsatz, die die Frequenz sehr häufig wechseln, das Radarsignal einfach zurücksenden oder sehr schnell über einen Frequenzbereich sweepen. So sind sie in der Lage, auch frequenzagile Radarsysteme zu stören. Für die Entwicklung und Verifikation sowohl der Radaranlagen als auch guter Jammer-Systeme ermöglicht die breitbandige Aufzeichnung eine detaillierte Analyse der Frequenzsprünge und der Effektivität verschiedener Algorithmen.

ECK-DATEN

Rohde & Schwarz bietet den High-End-Signal- und Spektrumanalysator FSW jetzt mit 2 GHz Analysebandbreite an. Diese Analysebandbreite ist für den FSW43 und den FSW50 verfügbar und im gesamten Frequenzbereich des jeweiligen Gerätes nutzbar. Damit eignen sich diese Geräte besonders gut für Messungen von frequenzagilen Radarsystemen (Frequency Hopper) und für die Messung von sehr kurzen Pulsen wie sie derzeit nicht nur im A&D-Bereich zu finden sind, sondern auch bei UWB-Anwendungen im Automobilbereich.

Der FSW deckt für diese Anwendung mit der Option FSW-B2001 eine Bandbreite von 2 GHz ab. Der A/D-Wandler befindet sich im Gerät. Es ist kein zusätzliches Oszilloskop zur Datenaufzeichnung nötig. Die Option FSW-B2001 verfügt über eine geringe Verzerrung des Eingangssignals bei hoher Dynamik. Der SFDR-Wert (spurious free dynamic range) beträgt 60 dBc. Diese Eigenschaften sind nicht nur wichtig, um die Modulationsqualität von Signalen genau bestimmen zu können, auch werden intern generierte ungewollte Signale (Spurs) nicht als echte Reflektionen interpretiert (Geisterziele), da sie sehr stark unterdrückt sind.

Außerdem bietet der FSW mit der Option FSW-K60/K60h eine automatische Analyse der Frequenzsprünge an. Sie detektiert die Frequenz eines Hops, bestimmt den Offset zu einer Zielfrequenz und misst die Dauer, wie lange eine Frequenz besetzt ist oder wie lange das System benötigt, um zur nächsten Frequenz zu wechseln. Die Anwender bekommen eine Tabelle, wo alle Hop-Frequenzen und alle Zeitparameter automatisch aufgelistet werden (Bild 1). Sie können auch Abweichungen zu einer vorgegebenen Liste automatisch aufzeigen oder nur Frequenzsprünge detektieren lassen, die innerhalb eines bestimmten Toleranzbereichs liegen. Es ist somit ein leistungsfähiges Werkzeug, das die detaillierte Analyse von frequenzagilen Systemen auf Knopfdruck erledigt für ein bis zu 2 GHz breites Band. Anwender sind so in der Lage, die Systeme effektiv und schnell zu verbessern und die Leistungsfähigkeit ihrer Anlagen zu untersuchen.

Analyse sehr kurzer Pulse

Eine große Messbandbreite hilft nicht nur, um die Eigenschaften frequenzagiler Systeme über einen weiten Frequenzbereich zu charakterisieren. Um extrem kurze Pulse oder breitbandige Modulation in den Pulsen zu messen, ist ebenfalls eine große Messbandbreite von Vorteil. Der FSW mit 2 GHz Bandbreite kann Pulsanstiegszeiten von wenigen Nanosekunden genau messen oder die Modulation im Puls.

Bild 2: Analyse von extrem kurzen Pulsen (Rohde & Schwarz

Bild 2: Analyse von extrem kurzen Pulsen im Zeitbereich. Oben links ist ein Zoom des gesamten aufgezeichneten Signals zu sehen, rechts die tabellarische Auflistung wichtiger Parameter wie zum Beispiel Anstiegszeit und Pulslänge; unten rechts ist die Pulsamplitude eines ausgesuchten Pulses aufgezeigt und links der Trend der Phase. Rohde & Schwarz

Für den FSW gibt es dafür die Option FSW-K6. Mit ihr lassen sich speziell Pulse im Detail analysieren, vor allem für Radarapplikationen. Die Option misst Amplitude, Frequenz oder Phase der Pulse und stellt dies über die Zeit dar. Pulsanstiegs- und Abfallzeiten, Pulswiederholraten und viele andere Parameter werden automatisch detektiert und in einer Tabelle aufgelistet (Bild 2). Die Option bietet auch die Möglichkeit, den Trend von Parametern wie beispielsweise der Pulswiederholrate über einen längeren Zeitraum darzustellen. Dies ist von besonderem Wert zum Beispiel für das folgende Szenario: Um das gegnerische Radar zu täuschen, senden die zu detektierenden Flugzeuge ein ähnliches Signal in veränderter Form, sodass der Eindruck erweckt wird, das Flugzeug sei näher an der Antenne, das Radar senkt die Empfindlichkeit und verliert das Ziel. Zur Untersuchung solcher Szenarien, in Fachkreisen Range Gate Pull Off (RGPO) genannt, wird eine Trendanalyse verschiedener Parameter über einen längeren Zeitraum benötigt. Hier hilft auch die segmentierte Aufzeichnung der Pulse, das heißt, es werden nur die Pulse aufgezeichnet und mit einem Zeitstempel versehen. Die Zeit zwischen den Pulsen wird nicht gespeichert, was die Anzahl der für die Analyse nutzbaren Pulse um ein Vielfaches steigert, je nach Puls-Pausenverhältnis des Signals.

Tabelle 1: Technische Daten des Signal- und Spektrumanalysators FSW.

Tabelle 1: Technische Daten des Signal- und Spektrumanalysators FSW. Rohde & Schwarz

Falls die Modulationen der Pulse komplizierter werden als BPSK, kann auch die Option FSW-K70 (Vektorsignalanalyse) zur Modulationsanalyse herangezogen werden. Auch mit dieser Option können die 2 GHz Analysebandbreite genutzt werden. Sie liefert keine detaillierte Puls-Analyse, kann aber die Modulationsqualität von verschiedenen digital modulierten Signalen analysieren.

UWB-Radar

UWB-Radarsysteme (Ultra-Wideband) nutzen ein deutlich breiteres Spektrum als konventionelle Radarsysteme. Diese arbeiten mit sehr kurze Pulsen von wenigen Nanosekunden und wenig Leistung. Das Spektrum ist sehr breit im Frequenzbereich und gleicht eher weißem Rauschen. Eine ungewollte Störung anderer Anwendungen ist somit sehr unwahrscheinlich. Die Breite des Spektrums eines UWB-Radars ist mindestens 25 Prozent der Sendefrequenz, also beipielsweise 2 GHz bei 8 GHz Sendefrequenz. Zur Analyse dieser Radarsysteme im UWB-Band bis 10,6 GHz sind also mindestens 2 GHz Analysebandbreite nötig. Eine ähnliche Technologie wird derzeit auch für die Keyless-Entry-Systeme in der Automobilindustrie genutzt, um die Entfernung des Schlüssels vom Auto zu detektieren.