E-Band

Bild 1: Der R&S FSW85 bietet eine interne Analysebandbreite von 2 GHz Rohde & Schwarz

Automotive-FMCW-Radare arbeiten typisch im Frequenzbereich von 76 GHz bis 77 GHz, in einigen Ländern wurde zudem der Bereich zwischen 77 GHz und 81 GHz freigegeben. Ihre Entfernungsauflösung ist proportional zur Signalbandbreite. Deshalb achten Hersteller bei der Entwicklung dieser Komponenten auf hohe Bandbreiten, um die maximale Entfernungsauflösung zu erzielen.

Spektrumsmessungen im E-Band

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Bild 2: Der externe Vorverstärker HA-Z24E wird mit den verstellbaren Füßen exakt auf die erforderliche Anschlusshöhe eingestellt. Rohde & Schwarz

Der Signal- und Spektrumanalysator R&S FSW85 ist eine gute Wahl für die Messung der HF-Parameter von Radar-Sensoren wie Frequenz, Effective Isotropic Radiated Power (EIRP), also die äquivalente isotrope Strahlungsleistung sowie die belegte Bandbreite und Nebenaussendungen. Der Analysator arbeitet im Bereich von 2 Hz bis 90 GHz und analysiert die HF-Signale von Radarsensoren im E-Band, ohne dass externe Harmonischen-Mischer erforderlich sind. Für Frequenzen zwischen 8 GHz und 85 GHz ist der Analysator mit einem schmalbandigen YIG-Filter als Hardware-Vorselektion ausgestattet, das ungewollte Mischprodukte unterdrückt. Im Vergleich zu Lösungen mit Harmonischen-Mischern hat dieser Ansatz einige Vorteile, die über den großen lückenlosen Frequenz- und den größeren Dynamikbereich sowie die Unterdrückung unerwünschter Mischprodukte hinausgehen. So ermöglicht der integrierte HF-Abschwächer eine komfortable Pegeleinstellung. Außerdem ist das Setup ohne zusätzliche Verkabelung einfacher. Der ohnehin gute Rauschabstand des Analysators lässt sich mit einem optionalen Vorverstärker zwischen 1 GHz bis 85 GHz noch weiter verbessern (Bild 2). Dies ist zum Beispiel relevant, wenn Radarsignale over the air (OTA) gemessen werden sollen.

Analysebandbreite 5 GHz

Der Signal- und Spektrumanalysator FSW85 bietet in Kombination mit der Hardware-Option FSW-B2001 bis zu 2 GHz interne Analysebandbreite. Damit können breitbandige Signale wie Radar-Signale mit einem einzigen Messgerät analysiert werden.

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Bild 3: Signalverlauf beim Zusammenschalten des Signal- und Spektrumanalysators FSW85 mit der Option FSW-B5000 und dem Oszilloskop RTO2064 für eine Analysebandbreite von 5 GHz. Rohde & Schwarz

Doch insbesondere Forschungs- und Entwicklungslabors benötigen für die Demodulation und Analyse von Automotive-Radarsignalen im E-Band größere Analysebandbreiten bis hin zu 5 GHz. Auch solche Messungen sind mit dem FSW85 möglich. Für diese Frequenzbereiche benötigt der Anwender zusätzlich zum Analysator die Hardware-Bandbreitenoption B5000 sowie ein RTO2000 Oszilloskop als externen A/D-Wandler. Der Analysator mischt dann das Eingangssignal auf eine ZF-Mittenfrequenz von 3,5 GHz herunter, die das Oszilloskop digitalisiert und über das LAN an den Analysator zurücksendet (Bild 3). Dieser entzerrt das Signal und mischt es in das digitale Basisband. Die entzerrten I/Q-Samples werden anschließend der Messsoftware auf dem FSW85 zugeführt. Der Signalpfad von den Analysatoreingängen bis zum A/D-Wandler im Oszilloskop ist hinsichtlich Amplituden- und Phasengang vollständig charakterisiert. Die Gerätekombination verhält sich aus Bedienersicht wie ein Einzelgerät. Der FSW85 steuert das Oszilloskop an, übermittelt die Daten, bereitet sie auf, entzerrt und analysiert sie.

Analyse von LFMCW-Signalen

Die meisten Automotive-Radare verwenden Chirp-Sequenzen, die sich aus mehreren sehr kurzen LFMCW-Chirps (LFMCW: Linear Frequency Modulated Continuous Wave) zusammensetzen. Die Entfernungs- und Geschwindigkeitsauflösung eines Radars hängt von Parametern wie Signalbandbreite, Chirp-Dauer und -Rate sowie Signallinearität ab. Unerwünschte Effekte im Radarsignal beeinflussen die Genauigkeit und Leistungsfähigkeit des Radarsystems. Mit der Messapplikation Transient Analysis FSW-K60 lassen sich Dauerstrich-Radarsignale analysieren. Erweiterungen dieser Software unterstützen die Analyse von Chirp-Signalen und von Frequenzsprungsignalen. Die Applikation ermittelt Anfang und Ende individueller Chirp- oder Frequenzsprung-Signale in den vom FSW erfassten I/Q-Daten. Sie berechnet alle Performance-Parameter innerhalb eines anwenderdefinierten Bereichs, etwa die Messbandbreite und Messdauer.

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Bild 4: Messapplikation Transientenanalyse FSW-K60 mit der Erweiterung FSW-K60C zur Analyse von Chirp-Signalen. Rohde & Schwarz

Bild 4 zeigt die Messapplikation FSW-K60C zur Analyse von Chirp-Signalen. Im Fenster 1 (Full Spectrogram) ist der vollständige Inhalt des I/Q-Erfassungsspeichers im Zeitbereich (vertikal nach unten) und Frequenzbereich (horizontal) zu sehen. Die Farbe markiert den Leistungspegel. In diesem Beispiel wurden sechs Chirps innerhalb einer Messzeit von 100 μs und einer Bandbreite von 5 GHz erfasst. Fenster 2 (Full RF Spectrum) isoliert eine Zeile aus dem Spektrogramm. In diesem Fall ist es die, die in der Mitte des Spektrogramms in Fenster 1 mit zwei weißen Markern gekennzeichnet wurde. Zu diesem Zeitpunkt passiert der Chirp gerade die Frequenz 79,4 GHz, wie in Fenster 2 rechts ersichtlich ist. Im Fenster 5 (Region FM Time Domain) ist die Frequenzmodulation (FM) über der Zeit dargestellt. Grüne und blaue Balken markieren die sechs erfassten Chirps. Ein Videofilter mit 1 % der Demodulationsbandbreite (das heisst 50 MHz) hält ungewollte Signale und das Rauschen vom Peak-Detektor fern. Im Fenster 4 (Chirp (4) Frequency Deviation Time Domain) ist der Frequenzfehler eines der erfassten Chirps (4) über der Zeit zu sehen. Die Tabelle Chirp Results listet alle interessierenden Parameter der erfassten Chirps auf.

Fazit

Die beschriebenen Messaufbauten bieten eine leistungsfähige und kompakte Testlösung für Automotive-FMCW-Radare sowie für andere frequenzagile, sehr kurz gepulsten Radare im mm-Wellenbereich. Die Option Transientenanalyse FSW-K60 mit ihren Erweiterungen zur Analyse von Chirp-Signale sowie für Pulse-Analysen für gepulste Radare bieten dazu vielseitige Messfunktionen.