基于PXI的射頻天線測(cè)試系統(tǒng)

Author(s):

Lance Butler - B & B Technologies, an NTS Division

Industry:

Research

Products:

RF, PXI/CompactPCI, LabVIEW

The Challenge:

開發(fā)成本效益高的便攜式系統(tǒng)，在指定時(shí)間以各種頻率、功率、及調(diào)制方式發(fā)送射頻調(diào)制信號(hào)。

The Solution:

能夠生成不同參數(shù)的射頻信號(hào)，并通過各種信號(hào)通道精確定時(shí)發(fā)送，采用LabVIEW及NI PXI-5671實(shí)現(xiàn)靈活的信號(hào)發(fā)生；采用NI PXI-5660實(shí)現(xiàn)信號(hào)分析及驗(yàn)證。

"開放標(biāo)準(zhǔn)的PXI總線允許加入不同供應(yīng)商的產(chǎn)品，實(shí)現(xiàn)GPS時(shí)同步及簡(jiǎn)單射頻功率測(cè)量等特性。"

PXI機(jī)箱封裝，其它射頻元件安裝在便攜式外盒中

用戶要求系統(tǒng)能在靈活可控的環(huán)境下傳輸各類射頻信號(hào)。我們決定在方案中采用NI PXI 平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)最小化成本和體積，同時(shí)最大化性能和靈活性。方案包括了3 個(gè)系統(tǒng)：現(xiàn)場(chǎng)工作的便攜式系統(tǒng)、主測(cè)試固定系統(tǒng)、及備用系統(tǒng)，作為固定系統(tǒng)故障時(shí)的備用。

有效載荷波形由單獨(dú)的自定義應(yīng)用設(shè)計(jì)，可用AM、FM、PM、PSK、FSK、MSK或QAM等方式調(diào)制。通過編寫腳本在特定時(shí)間以指定時(shí)長發(fā)送調(diào)制波形。腳本允許用戶定義任何形式的循環(huán)，包括迭代或基于時(shí)間循環(huán)、頻率步進(jìn)、功率步進(jìn)等。腳本同時(shí)支持多載荷波形。除載荷波形外，在腳本每次步進(jìn)時(shí)發(fā)送頭波形以提供GPS時(shí)戳或其它參數(shù)。

測(cè)試

開始測(cè)試后，用戶首先運(yùn)行基于NI LabVIEW的波形生成器以AM、FM、PM、PSK、FSK、MSK 或QAM 方式調(diào)制給定信號(hào)。該軟件可在任何PC 上運(yùn)行，結(jié)果文件送到系統(tǒng)中。

隨后系統(tǒng)在主應(yīng)用中設(shè)計(jì)腳本，確定波形選取、波形頻率、使用功率及步長的時(shí)間間隔。例如，一個(gè)典型腳本調(diào)用波形A（FSK調(diào)制），在10 至70 MHz 的頻率范圍內(nèi)以10 MHz 為步長遞增，傳輸延時(shí)為30 毫秒，每個(gè)循環(huán)傳輸功率在100 至500 W 間，以100W 為步長。之后整個(gè)腳本重復(fù)應(yīng)用于波形B（FSK 調(diào)制）。

然后用戶在LabVIEW隊(duì)列中運(yùn)行腳本，將波形加載到NI PXI-5671上，并設(shè)置為由GPS 卡觸發(fā)。通過GPS 卡在適當(dāng)時(shí)刻加載發(fā)起每次傳輸。利用GPS 定時(shí)可實(shí)現(xiàn)高精度的傳輸啟動(dòng)。

診斷及其它特性

信號(hào)診斷被集成在系統(tǒng)中，通過NI PXI-5660 提供偽實(shí)時(shí)FFT 進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，兩塊ZTEC ZT002 卡提供前向及反射功率測(cè)量。診斷腳本定義了系統(tǒng)基線，測(cè)量各頻率下的功率及電壓駐波比（VSWR）。定期系統(tǒng)檢查并與基線比較，確保所有系統(tǒng)器件正常工作。整個(gè)頻率范圍的功率輸出可在功率校正模式下校正。

任意給定傳輸下，軟件根據(jù)頻率選擇12 種天線之一。射頻中繼實(shí)現(xiàn)天線切換，并由NI PXI-6527數(shù)字I/O 模塊控制。NI PXI-2565 控制信號(hào)通路在虛載荷下進(jìn)入基線及校正模式。

用戶在手動(dòng)模式下獨(dú)立操作每個(gè)儀器，在R&D 模式下測(cè)試系統(tǒng)各方面性能。該特性結(jié)合信號(hào)診斷及Windows XP 遠(yuǎn)程桌面提供的遠(yuǎn)程接入，用戶可在數(shù)百英里遠(yuǎn)可靠地操作系統(tǒng)。通過時(shí)刻表功能，用戶還能定制未來腳本時(shí)刻表，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)無人操作。這樣用戶就能事先遠(yuǎn)程設(shè)定未來數(shù)月的測(cè)試安排。

系統(tǒng)安全及用戶監(jiān)測(cè)由兩個(gè)層次分別支持。標(biāo)準(zhǔn)安全測(cè)量，如Internet 防火墻及Windows XP 賬戶，作為第一層次。LabVIEW登陸系統(tǒng)需要用戶分別登陸，作為第二層次。三個(gè)用戶安全等級(jí)為不同用戶提供不同功能性。系統(tǒng)在用戶處于非活動(dòng)狀態(tài)一定時(shí)間后自動(dòng)登出，但系統(tǒng)中的腳本繼續(xù)運(yùn)行。

由于系統(tǒng)是任務(wù)關(guān)鍵的，所以系統(tǒng)中包含了備用電源及備用系統(tǒng)。電源失效時(shí)系統(tǒng)自動(dòng)在備用電源間切換，包括太陽能、電池、發(fā)電機(jī)。備用系統(tǒng)是同樣的PXI 系統(tǒng)，主系統(tǒng)出現(xiàn)問題時(shí)，用戶可簡(jiǎn)單地通過把天線電纜插到另一臺(tái)機(jī)架上實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)切換。

PXI 射頻平臺(tái)

系統(tǒng)的初步設(shè)計(jì)采用Agilent 機(jī)架堆疊設(shè)備，而非NI PXI 平臺(tái)。轉(zhuǎn)換成PXI 平臺(tái)后，系統(tǒng)體積從需要拖車運(yùn)送縮小到可手提通過機(jī)場(chǎng)安檢。節(jié)省下的成本（售出Agilent 設(shè)備后）支付第三個(gè)完整系統(tǒng)仍有余。此外，PXI 平臺(tái)下能添加更多高級(jí)腳本，由GPS 卡驅(qū)動(dòng)信號(hào)發(fā)生器，獲得極大的性能優(yōu)勢(shì)。

我們采用NI 的PXI 平臺(tái)及射頻設(shè)備設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)了幾年前幾乎不可實(shí)現(xiàn)的系統(tǒng)。開放標(biāo)準(zhǔn)的PXI 總線允許加入不同供應(yīng)商的產(chǎn)品，實(shí)現(xiàn)GPS 時(shí)同步及簡(jiǎn)單射頻功率測(cè)量等特性。

LabVIEW 的靈活性及功能性與PXI 結(jié)合

在需要校驗(yàn)發(fā)送信號(hào)的系統(tǒng)開發(fā)中，該項(xiàng)目是從LabVIEW 及PXI產(chǎn)品中獲益的典范。無需額外硬件進(jìn)行信號(hào)解調(diào)及分析。用戶認(rèn)為需要采用射頻SA 代替舊的Agilent 機(jī)架堆疊式譜分析儀來做射頻譜分析，但我們指出射頻SA 是NI 的射頻信號(hào)分析器，比一般頻譜分析儀具有更多功能。

NI PXI 射頻SA 進(jìn)行信號(hào)解調(diào)及解碼時(shí)，只需通過NI 調(diào)制工具箱寫簡(jiǎn)單的LabVIEW 程序。我們的用戶對(duì)此非常驚訝，與舊的Agilent 設(shè)備相比，PXI 射頻SA 不但體積小，價(jià)格低，同時(shí)還更靈活。將射頻SA與LabVIEW及調(diào)制工具箱結(jié)合，我們的設(shè)計(jì)超越了用戶對(duì)分析要求的預(yù)期。