目前市場上對多通道相參信號的測試需求正快速增長。在無線通信領域，小靈通(PHS)時代首次提出了智能天線，到如今5G時代，天線陣列的規(guī)模更加龐大。在汽車雷達領域，利用多通道接收機實現(xiàn)到達角估計，部分廠商還開始采用多通道發(fā)射機進一步擴展覆蓋范圍。

如何高效分析這些復雜的相參信號呢？

示波器 或許是答案！

示波器憑借其天然的多通道同步分析能力，為測試提供了極大便利。而像 RTO6這樣的高端示波器更是錦上添花：它不僅實現(xiàn)了4通道同步，還提供高級頻譜分析、自定義濾波器等功能，讓復雜的射頻信號分析更加輕松高效。

本文主要分為兩個部分，第一部分先使用雙通道信號源SMW200A來生成Chirp信號，模擬雙通道ADAS雷達發(fā)射機的中頻信號，然后用RTO6示波器對其進行相位差測試，幫助客戶驗證實測相位差是否與雷達發(fā)射機的設定值一致。第二部分，本文會把示波器的2個通道接上天線陣，并對空中的CW信號進行測向，實現(xiàn)類似于雷達接收機中到達角估計的效果。

01

雙通道Chirp信號測試

首先，你需要先用SMW200A生成Chirp信號?？梢允褂肁RBtoolbox在電腦上編輯和生成Pulse類型的Chirp信號。根據(jù)向?qū)崾静僮骱髸玫揭粋€*.wv文件。

把這個wv文件用U盤導入SMW。SMW的兩個Baseband都要讀取同一個波形文件。Baseband A的Trigger In模式設置為Auto，Baseband B的Trigger In模式設為Retrigger，源設置為Internal(Baseband A)。在I/Q Stream Mapper中RF A和RF B分別選擇為Stream A和Stream B，然后就可以設定兩個通道間的Phase offset。

在這部分中，我們把兩路射頻信號的中心頻率都設置為2GHz。

接下來把SMW的兩個射頻口通過ZA17連接線和SMA轉(zhuǎn)BNC接口連到示波器的通道1和通道3。

在示波器上，需要確保所使用的通道已經(jīng)設置為50歐。

再設定負脈寬觸發(fā)即可穩(wěn)定觀察雷達中頻信號。

然后，我們可以使用FFT先看一下信號的頻譜幅度。

同理，我們也可以用FFT觀察信號的相位。

要觀察相位，建議刻度中選擇展開，并設置抑制（噪聲）。

在所有通道都完成同樣的設置后，即可用數(shù)學運算求出相位差。

上圖中M8就是相位差（橫坐標為1.9GHz~2.1GHz部分），它與SMW中I/Q Stream Mapper中的Phase Offset是對應的。它給出了兩路射頻通道上的Chirp信號在不同頻點上的相位差。

如果調(diào)節(jié)SMW中的Phase Offset，則M8中的相位差就會相應變化。

下面解釋一下為什么要展開相位差，因為對于正弦波，單路信號的相位是在不斷增長的，如果不選擇展開，則相位增長到180度后又會變到-180度，這樣兩個通道的相位相減時，由于相位差的存在，可能會有一個突變（如下圖所示）。我們選擇展開后，相位不會突變，此時再把相位作差就是我們預期地穩(wěn)定圖形。

02

空中CW信號測向

接下來，我們要把示波器作為一個簡易的無線電測向機，測出從空中接收到的信號的方向。

我們會把RTO6示波器的2個通道接到一個天線陣列上。

繼續(xù)使用SMW200A作為信號源，設定其中一個通道發(fā)射CW信號，中心頻率為1.3GHz，功率是-10dBm，并把這個通道接上發(fā)射天線。

空中的信號多種多樣，包含Wi-Fi、手機信號、廣播電臺等等。

一般的無線電接收機都會有硬件濾波器，按頻率過濾出我們關心的信號。但示波器是一個寬帶接收機，它會接收從0Hz起到最大帶寬的所有信號。因此，我們要用數(shù)學運算的方式設定一個帶通濾波器。

你可以使用Matlab的Filter Designer實現(xiàn)。

或者也可以用python和scipy庫來實現(xiàn)。本文選擇后者，下圖是python生成的濾波器的頻率響應。

無論你用何種方式，需要設定的主要參數(shù)是最高截止頻率和最低截止頻率（比如，1320MHz和1280MHz），另外還要輸入你的示波器當前采樣率。對于RTO6，4個通道全開時最高采樣率是10GSa/s，因此我們設置為10e9。有了濾波器數(shù)據(jù)文件(*.csv)后，我們就可以開始在示波器上導入這個文件。

與第一部分實驗類似，所有通道都要設置為50歐耦合。

用Math對每個通道分別設置自定義帶通濾波器。

設置完帶通濾波器后，我們再次用FFT觀察頻譜幅度，現(xiàn)在頻譜上只有我們關心的信號了。

由于帶通濾波通過示波器Math功能實現(xiàn)，我們要觀察Math信號的頻譜，還需要進一步編輯自定義公式。比如上圖中，公式FFTMag(Math1)就是觀察Math1對應的頻譜幅度。

除了頻譜外，我們也可以在時域上觀察兩個通道經(jīng)過Math運算后的波形，發(fā)現(xiàn)它們現(xiàn)在是純凈的正弦波了。

現(xiàn)在的目標信號是窄帶信號，因此除了類似第一部分中的FFT相位外，我們也可以直接用測量功能得到相位差?？梢杂^察到下圖Zoom窗口中的兩個通道上的正弦波有細微的相位差并體現(xiàn)在屏幕底部的測量值上。

除了得到某一時刻的相位差外，我們還可以開啟跟蹤，描繪相位與時間的對應關系。

此時，如果移動發(fā)射機位置，你已經(jīng)可以看到這根紫色線的高度會跟隨發(fā)射機位置變化。

但我們不會止步于此，下面教你如何用示波器的XY模式來直接顯示測向結(jié)果，最終實現(xiàn)類似雷達屏幕的效果。

對于線陣，假設入射的無線電波（紅色）到達天線陣元（綠色）時已經(jīng)是平面波（藍色），由于經(jīng)過的距離不同，會產(chǎn)生波程差（ ），會形成時間差( ），最終會導致相位差。根據(jù)相位、頻率和時間的關系式 和波長、光速、頻率的關系式可推得，此相位差與到達角 對應關系是：相位差= （單位弧度）其中d是天線間距， 是波長，我們的天線間距正好選取為波長的0.33倍。另外，示波器上的相位差用角度顯示。因此，相位差公式轉(zhuǎn)化為2*180*0.33* （單位角度）所以到達角 就是arcsin(Track1/118.8)。其中，Track1代表相位差。

假設我們的測向結(jié)果圖是一個單位圓，到達角從右側(cè)坐標軸起作為0度，逆時針旋轉(zhuǎn)作為正方向，則描繪目標方向的像素點的x軸坐標值應該是1*cos(到達角)，而y軸坐標值應該是1*sin(到達角)

因此，我們可以開啟兩個新的運算M7和M8，作為x軸和y軸。

最終得到像上圖這樣的XY窗口。

由于我們暫時只用了2根天線，只能做成線陣，因此只能測出-90度~90度的方向，相位差為正時在右上方，相位差為負時在右下方。如果使用更多的示波器通道，就能測出整個360度范圍內(nèi)的角度。

結(jié)語

本文介紹了在無線通信（如5G天線陣列）和汽車雷達領域中，使用 高端示波器（如RTO6）進行多通道相參信號測試 的重要性和優(yōu)勢。通過兩個實驗示例（雙通道Chirp信號測試和空中CW信號測向），展示了示波器的多通道同步分析能力和高級頻譜分析功能，幫助實現(xiàn)高效和精確的信號測試和測量。