收發(fā)系統(tǒng)（T/R模塊）的數(shù)字化趨勢和測試方案
基礎(chǔ)的構(gòu)成，但是也是影響系統(tǒng)性能的主要部分。傳統(tǒng)的T/R模塊以模擬器件為主，包括變頻器、放大器、濾波器以及移相器、衰減器等類型。隨著電子系統(tǒng)數(shù)字化的演進，T/R模塊也從純粹的模擬方式轉(zhuǎn)向了模擬與數(shù)字混合以及高度集成。
圖1. 轉(zhuǎn)發(fā)器框圖
對于測試而言，傳統(tǒng)上一個收發(fā)系統(tǒng)的射頻模擬部分和數(shù)字基帶部分都是分開進行的。
發(fā)射端的混頻器、濾波器和功放，以及接收端的低噪放、混頻器濾波器等模擬器件的特性可以通過矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀進行測量；
數(shù)字基帶部分可以通過示波器、邏輯分析儀等儀表完成測量；
系統(tǒng)的整體收發(fā)性能則可以通過信號源以及信號分析儀等設(shè)備完成標(biāo)定。
因此過去的測試方法和設(shè)備還是涇渭分明的，射頻歸射頻，數(shù)字歸數(shù)字。但是隨著系統(tǒng)小型化和功能集成化進一步要求，許多傳統(tǒng)的分立射頻部件變成了小小的芯片，甚至和數(shù)字部分的ADC 和 DAC 集成為一個片上系統(tǒng)。這對于測試而言無疑也是一個很大的變革。
以下圖中的衛(wèi)星通信系統(tǒng)鏈路為例，射頻與數(shù)字高度集成不僅發(fā)生在地面站和地面終端側(cè)，在傳統(tǒng)上由模擬轉(zhuǎn)發(fā)器主導(dǎo)的衛(wèi)星載荷側(cè)也在悄然發(fā)生轉(zhuǎn)變。隨著 5G NTN 等新技術(shù)賦予了衛(wèi)星通信更大的應(yīng)用場景，數(shù)字再生技術(shù)也成為了越來越熱的話題，進而也強化了數(shù)字化T/R在衛(wèi)星應(yīng)用上的需求。
圖2. 衛(wèi)星通信系統(tǒng)鏈路
在雷達(dá)相控陣領(lǐng)域，數(shù)字T/R的概念更是起源更早，應(yīng)用更廣泛。數(shù)字相控陣具有高集成度、波束控制靈活以及可同時實現(xiàn)多個波束等優(yōu)點，其基石就是大量高度集成的數(shù)字T/R組件。無論是通信收發(fā)組件，還是雷達(dá)收發(fā)組件，其基本的測試需求是相通的。
圖3. 相控陣技術(shù)實現(xiàn)方式
對于一個集合了低噪放、變頻器和 ADC 的接收模塊而言，工程師無法利用熟悉的矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀對它的噪聲系數(shù)、增益和群時延等參數(shù)進行測量；對一個集合了 DAC、變頻器和功放的發(fā)射模塊而言，工程師同樣無法直接利用射頻儀器對它的增益、壓縮等特性直接進行測量。然而這些參數(shù)指標(biāo)，即便對于數(shù)字化的 T/R 而言，其重要性和模擬T/R是一樣的，因此有必要引入數(shù)字化的測試方案。數(shù)字發(fā)射模塊集成了 DAC 和射頻模塊，一般通過數(shù)字激勵并經(jīng)過射頻輸出。因此從測試的角度，在硬件上需要為待測件提供標(biāo)準(zhǔn)的數(shù)字接口，在軟件方面則需要提供和傳統(tǒng)射頻測試相通的測量算法。
Keysight擁有橫跨射頻到數(shù)字域的完整產(chǎn)品線，可以為上述測試需求提供完整解決方案。針對數(shù)字發(fā)射模塊的測試，可以采用信號產(chǎn)生軟件+數(shù)字接口卡+射頻信號分析儀的方式進行，系統(tǒng)中包含：
1 自定義信號產(chǎn)生軟件：負(fù)責(zé)測試所需的激勵信號。
2 數(shù)字接口板卡：負(fù)責(zé)將軟件產(chǎn)生的激勵信號波形文件轉(zhuǎn)化為物理上的數(shù)字信號與待測數(shù)字發(fā)射模塊的數(shù)字輸入端相連。
3 信號分析儀：負(fù)責(zé)對數(shù)字發(fā)射模塊的射頻輸出信號進行頻譜、功率以及調(diào)制分析。
4 信號分析軟件：測量算法實現(xiàn)。
該系統(tǒng)能夠支持的測試項包括：針對通信及衛(wèi)星應(yīng)用領(lǐng)域的寬帶數(shù)字調(diào)制下的的 EVM 測試；寬帶群時延測試；寬帶幅頻、相頻響應(yīng)；鄰道泄露 ACP；噪聲功率比 NPR；射頻輸出雜散等；針對雷達(dá)脈沖領(lǐng)域的脈沖幅度、頻率、時間域分析；通道間相位特性分析等。
圖4. 數(shù)字發(fā)射模塊測試
數(shù)字接收模塊一般包括射頻前端和 ADC 部分。和傳統(tǒng)射頻到射頻的測試方法相比，主要區(qū)別是如何獲取ADC的數(shù)字輸出端信號并進行相應(yīng)的測量計算。
同樣得益于 Keysight 完整的產(chǎn)品體系，我們可以采用 射頻信號源+邏輯分析儀+矢量信號分析軟件的方式組成一個射頻與數(shù)字結(jié)合的整體測試方案：
1 自定義信號生成：負(fù)責(zé)產(chǎn)生測試激勵信號給微波矢量信號源。
2微波矢量信號源：負(fù)責(zé)產(chǎn)生射頻激勵信號送給數(shù)字接收模塊。
3 邏輯分析儀：負(fù)責(zé)對數(shù)字接收模塊的數(shù)字輸出信號進行采集分析。
4 信號分析軟件：負(fù)責(zé)對邏輯分析儀采集到的信號執(zhí)行測量算法。
該系統(tǒng)能夠支持的測試項包括：通信及衛(wèi)星系統(tǒng)模塊的寬帶EVM測試；寬帶群時延測試；寬帶幅頻、相頻響應(yīng)、噪聲系數(shù)等；多通道體制下通道間幅相一致性測量等。
圖5. 數(shù)字轉(zhuǎn)發(fā)器接收端測試
數(shù)字發(fā)射和接收模塊大多最終會作為一個整體進行使用，因此最后一般還需要進行整體測試。
隨著芯片集成度的進一步提升以及系統(tǒng)帶寬、數(shù)字接口速率的進一步提高，很多時候甚至無法將數(shù)字測試接口和待測件進行快速適配，這往往成為阻礙測試的一個瓶頸。但是數(shù)字T/R待測件本身強大的數(shù)字處理能力同時又為測試提供了一種可能，利用待測件本身的數(shù)字文件輸入輸出功能，我們可以將以軟件為主體的測量算法與之結(jié)合起來，構(gòu)成一個適配能力極強的數(shù)字T/R測試平臺。
以數(shù)字接收機為例，我們可以利用射頻信號源作為測試激勵信號，利用待測件將響應(yīng)信號以波形方式導(dǎo)出并送入信號分析軟件進行測量和表征。同理，對于數(shù)字發(fā)射機的測試我們也可以將測量激勵信號以波形方式注入待測發(fā)射機，同時在射頻輸出端利用射頻分析儀進行參數(shù)測量。所以從這個角度看，射頻數(shù)字化既給測試測量帶來了挑戰(zhàn)，也帶來了革新和融合。