收發(fā)系統(tǒng)（T/R模塊）的數(shù)字化趨勢和測試方案
基礎的構成，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向了模擬與數(shù)字混合以及高度集成。
圖1. 轉發(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備完成標定。
因此過去的測試方法和設備還是涇渭分明的，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，在傳統(tǒng)上由模擬轉發(fā)器主導的衛(wèi)星載荷側也在悄然發(fā)生轉變。隨著 5G NTN 等新技術賦予了衛(wèi)星通信更大的應用場景，數(shù)字再生技術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)星應用上的需求。
圖2. 衛(wèi)星通信系統(tǒng)鏈路
在雷達相控陣領域，數(shù)字T/R的概念更是起源更早，應用更廣泛。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，還是雷達收發(fā)組件，其基本的測試需求是相通的。
圖3. 相控陣技術實現(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，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準的數(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：負責測試所需的激勵信號。
2 數(shù)字接口板卡：負責將軟件產(chǎn)生的激勵信號波形文件轉化為物理上的數(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：負責對數(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)星應用領域的寬帶數(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；鄰道泄露 ACP；噪聲功率比 NPR；射頻輸出雜散等；針對雷達脈沖領域的脈沖幅度、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)字結合的整體測試方案：
1 自定義信號生成：負責產(chǎn)生測試激勵信號給微波矢量信號源。
2微波矢量信號源：負責產(chǎn)生射頻激勵信號送給數(shù)字接收模塊。
3 邏輯分析儀：負責對數(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：負責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、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合起來，構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，利用待測件將響應信號以波形方式導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。