基于PXI的射頻天線(xiàn)測試系統

Author(s):

Lance Butler - B B Technologies, an NTS Division

Industry:

Research

Products:

RF, PXI/CompactPCI, LabVIEW

The Challenge:

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

The Solution:

能夠生成不同參數的射頻信號，并通過(guò)各種信號通道精確定時(shí)發(fā)送，采用LabVIEW及NI PXI-5671實(shí)現靈活的信號發(fā)生；采用NI PXI-5660實(shí)現信號分析及驗證。

開(kāi)放標準的PXI總線(xiàn)允許加入不同供應商的產(chǎn)品，實(shí)現GPS時(shí)同步及簡(jiǎn)單射頻功率測量等特性。

PXI機箱封裝，其它射頻元件安裝在便攜式外盒中

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

有效載荷波形由單獨的自定義應用設計，可用AM、FM、PM、PSK、FSK、MSK或QAM等方式調制。通過(guò)編寫(xiě)腳本在特定時(shí)間以指定時(shí)長(cháng)發(fā)送調制波形。腳本允許用戶(hù)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。

測試

開(kāi)始測試后，用戶(hù)首先運行基于NI LabVIEW的波形生成器以AM、FM、PM、PSK、FSK、MSK 或QAM 方式調制給定信號。該軟件可在任何PC 上運行，結果文件送到系統中。

隨后系統在主應用中設計腳本，確定波形選取、波形頻率、使用功率及步長(cháng)的時(shí)間間隔。例如，一個(gè)典型腳本調用波形A（FSK調制），在10 至70 MHz 的頻率范圍內以10 MHz 為步長(cháng)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(cháng)。之后整個(gè)腳本重復應用于波形B（FSK 調制）。

然后用戶(hù)在LabVIEW隊列中運行腳本，將波形加載到NI PXI-5671上，并設置為由GPS 卡觸發(fā)。通過(guò)GPS 卡在適當時(shí)刻加載發(fā)起每次傳輸。利用GPS 定時(shí)可實(shí)現高精度的傳輸啟動(dòng)。

診斷及其它特性

信號診斷被集成在系統中，通過(guò)NI PXI-5660 提供偽實(shí)時(shí)FFT 進(jìn)行數據傳輸，兩塊ZTEC ZT002 卡提供前向及反射功率測量。診斷腳本定義了系統基線(xiàn)，測量各頻率下的功率及電壓駐波比（VSWR）。定期系統檢查并與基線(xiàn)比較，確保所有系統器件正常工作。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，軟件根據頻率選擇12 種天線(xiàn)之一。射頻中繼實(shí)現天線(xiàn)切換，并由NI PXI-6527數字I/O 模塊控制。NI PXI-2565 控制信號通路在虛載荷下進(jìn)入基線(xiàn)及校正模式。

用戶(hù)在手動(dòng)模式下獨立操作每個(gè)儀器，在RD 模式下測試系統各方面性能。該特性結合信號診斷及Windows XP 遠程桌面提供的遠程接入，用戶(hù)可在數百英里遠可靠地操作系統。通過(guò)時(shí)刻表功能，用戶(hù)還能定制未來(lái)腳本時(shí)刻表，實(shí)現系統無(wú)人操作。這樣用戶(hù)就能事先遠程設定未來(lái)數月的測試安排。

系統安全及用戶(hù)監測由兩個(gè)層次分別支持。標準安全測量，如Internet 防火墻及Windows XP 賬戶(hù)，作為第一層次。LabVIEW登陸系統需要用戶(hù)分別登陸，作為第二層次。三個(gè)用戶(hù)安全等級為不同用戶(hù)提供不同功能性。系統在用戶(hù)處于非活動(dòng)狀態(tài)一定時(shí)間后自動(dòng)登出，但系統中的腳本繼續運行。

由于系統是任務(wù)關(guān)鍵的，所以系統中包含了備用電源及備用系統。電源失效時(shí)系統自動(dòng)在備用電源間切換，包括太陽(yáng)能、電池、發(fā)電機。備用系統是同樣的PXI 系統，主系統出現問(wèn)題時(shí)，用戶(hù)可簡(jiǎn)單地通過(guò)把天線(xiàn)電纜插到另一臺機架上實(shí)現系統切換。

PXI 射頻平臺

系統的初步設計采用Agilent 機架堆疊設備，而非NI PXI 平臺。轉換成PXI 平臺后，系統體積從需要拖車(chē)運送縮小到可手提通過(guò)機場(chǎng)安檢。節省下的成本（售出Agilent 設備后）支付第三個(gè)完整系統仍有余。此外，PXI 平臺下能添加更多高級腳本，由GPS 卡驅動(dòng)信號發(fā)生器，獲得極大的性能優(yōu)勢。

我們采用NI 的PXI 平臺及射頻設備設計實(shí)現了幾年前幾乎不可實(shí)現的系統。開(kāi)放標準的PXI 總線(xiàn)允許加入不同供應商的產(chǎn)品，實(shí)現GPS 時(shí)同步及簡(jiǎn)單射頻功率測量等特性。

LabVIEW 的靈活性及功能性與PXI 結合

在需要校驗發(fā)送信號的系統開(kāi)發(fā)中，該項目是從LabVIEW 及PXI產(chǎn)品中獲益的典范。無(wú)需額外硬件進(jìn)行信號解調及分析。用戶(hù)認為需要采用射頻SA 代替舊的Agilent 機架堆疊式譜分析儀來(lái)做射頻譜分析，但我們指出射頻SA 是NI 的射頻信號分析器，比一般頻譜分析儀具有更多功能。

NI PXI 射頻SA 進(jìn)行信號解調及解碼時(shí)，只需通過(guò)NI 調制工具箱寫(xiě)簡(jiǎn)單的LabVIEW 程序。我們的用戶(hù)對此非常驚訝，與舊的Agilent 設備相比，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及調制工具箱結合，我們的設計超越了用戶(hù)對分析要求的預期。