広帯域レーダ／衛星通信測定

ソリューション：
広帯域レーダ／衛星通信測定
広帯域オシロスコープを用いた
62 GHzまでのX/Ku/Kaバンド・レーダおよび
衛星通信トランスミッタ出力の直接測定／解析
Application Note
概要
問題
航空宇宙／防衛分野の衛星通信（Satcom）
とレーダ・システムでは、信号／解析帯域
幅と処理利得の向上が求められています。
Satcomシステムでデータ・レートの高速化
が求められるのと同時に、最新のレーダ・
システムでは処理利得向上のためにレンジ
分解能を高める必要があり、そのために
変調帯域幅の拡大が必要になっています。
また、レンジ分解能を向上し、インターセ
プトやジャミングの発生率を低減するため
に、最新のレーダ・システムのパルス変調
信号フォーマットはますます複雑になって
います。多くのレーダ/Satcomシステムは
マイクロ波周波数（X/Ku/Kaバンド）で動作
し、広い変調帯域幅のサポート、高性能化、
アンテナの小型化などの利点があります。
最新のレーダ/Satcomアプリケーションで
RF/マイクロ波トランスミッタの性能を迅速
に、正確に、低コストで測定するのは困難
です。また、Satcomトランスミッタのエ
ラー・ベクトル振幅（EVM）の測定など、トラ
ンスミッタ出力を直接測定できない場合も
あります。このような場合は、ダウンコン
バータを自作し、COTS（市販）のテスト機
器で測定可能なIF周波数にRF/マイクロ波
周波数をダウンコンバートします。
市販のRFスペクトラム・アナライザやベクト
ル・シグナル・アナライザ
（または、FFTア
ナライザ）の中間周波数（IF）帯域幅を超え
る広い帯域幅が必要になる場合がありま
す。さらに動作周波数が高くなると、RF
エンジニアがレーダ/Satcomトランスミッ
タのテストを行う上でさまざまな問題が発
生します。
しかし、ハードウェアのデザイン、構築、
テストに予想外のエンジニアリング・コスト
が発生する状況は生産的とは言えません。
ダウンコンバータ・ハードウェア自体にRF
の劣化があるので、被試験RF/マイクロ波
トランスミッタの実際の性能を正しく測定
できなくなる可能性もあります。さらに、
歪みが発生して測定するEVM全体に影響
を及ぼし、実際のトランスミッタ出力に起
因するEVMを識別することが難しくなり
ます。このように、他の選択肢がない場
合には理想的とはいえない方法を採用せ
ざるを得なくなり、測定確度が不確かな
状況に陥ってしまいます。
ソリューション
こうした問題を解決するには、RF/マイク
ロ波トランスミッタの出力を、自作のダウ
ンコンバータを使用せずに直接測定／解析
できるソリューションが必要です。これに
は、広帯域オシロスコープが最適です。広
帯域オシロスコープでは、最新のレーダ/
Satcomトランスミッタが出力するX/Ku/
Kaバンド信号（62 GHzまで）を直接測定／
解析できます。広帯域オシロスコープを使
用する利点は、ダウンコンバータを自作す
る時間とコストを節約できるだけでなく、
ハードウェアの校正、システムの劣化や不
確かさを考慮して測定結果を補正する手
間を省ける点です。
一 方 で、RFエンジニアが 広 帯 域レーダ/
Satcom測定を行う場合、一般的に以下の
作業で困難が伴います。
• カスタム／独自仕様の広帯域信号の作
成。一般的に、COTS機器では、トラン
スミッタ・テスト用にこのような信号を
作成することはできません。結果とし
て、テスト機器を自作せざるを得なくな
り、時間とコストがかかってしまいます。
• カスタム／独自仕様の広帯域信号の解
析。レーダ/Satcom信号にはカスタム／
広帯域オシロスコープを使用することによ
り、広帯域レーダ/Satcomトランスミッタ
出力を直接測定／解析することができま
す。90000 Xシリーズ は33 GHz、90000
Qシリーズは62 GHzのアナログ帯域幅で、
優れた確度でトランスミッタ出力を直接リ
アルタイム測定できるので、外部ダウンコ
ンバータは必要ありません。タイム・ドメイ
ン解析により、トランスミッタのパルスド
RF特性（立ち上がり時間、立ち下がり時
間、パルス幅）の測定が可能です。
M8190AはAXIeモジュール測 定 器 で す。
これを使用して、最新のレーダ/Satcomシ
ステムのテストに必要な広帯域波形を作成
できます。この高精度1チャネル/2チャネ
ルAWGにより、14ビットDAC分解能で最
大8 Gサンプル/s、12ビット分解能で最大
12 Gサンプル/s（ 現在の市販製品より2 ∼
4ビット高い）の優れた信号性能が得られま
す。また、チャネルあたり最大2 Gサンプ
ルの波形メモリ
（市販のAWGの30倍の容
量）を備えているので、レーダ・シミュレー
ションなどで長時間の現実的なシナリオを
作成できます。3 dB帯域幅が約5 GHzの
出力経路は、I/QベースバンドとIFジェネ
レータの両方で使用できます。
PSG信号発生器は、高品質のテスト信号を
生成します。広帯域I/Q入力は、広帯域レ
ーダ/Satcom測定に理想的です。PSGと
M8190Aを組み合わせることによって柔
軟な信号生成が可能になり、カスタム／独
自仕様のレーダ信号とSatcomアプリケーシ
ョンで求められる広帯域変調信号（QPSK、
16QAMなど）を作成できます。この信号
は、ラボ環境での被試験デバイス
（DUT）
テ
ストに使用でき、コストをかけてテスト機
器を自作する必要がありません。
コンポーネントDUTのテストでは、M8190A
で広帯域I/Q信号を生成し、これをPSGの
広帯域I/Qに入力します。PSGで生成され
たマイクロ波テスト信号は、DUTスティミ
ュラスとして使用されます。DUTの出力
を広帯域オシロスコープに接続し、レーダ
/Satcom測定を行います（図1）。スタンド
アロン・トランスミッタを測定する場合は、
オシロスコープをトランスミッタ出力に直
結するだけで簡単に実行できます。
独自のフォーマットを使用する場合があ
り、ある程度カスタマイズした方法で信
号解析を行う必要があります。
以上のことから、カスタム／独自の信号の
作成と解析に対応できるソフトウェアを内
蔵するCOTSテスト機器を探すことは、非
常に困難です。
Agilent Technologiesは、このようなニー
ズを満たすことができるソリューションとし
て、Infiniium 90000 Xシリーズ
（33 GHz）
/90000 Qシリー ズ（62 GHz）高 性 能 オ シ
ロスコープ、PSGベ クトル 信 号 発 生 器、
M8190A任意波形発生器（AWG）、ベクト
ル信号解析（VSA）
ソフトウェアを提供して
います。これらを組み合わせたソリューシ
ョンにより、広帯域レーダ/Satcom測定で
必要な機能と柔軟性を実現できます。
図1：　広帯域レーダ/Satcom信号の生成と解析で使用される代表的なハードウェア・テスト・セットア
（左上）、広帯域I/Q入力を装備するPSG
（左下）、VSAソフトウェア搭載の広
ップ。M8190A広帯域AWG
（右）
帯域90000 Xシリーズ オシロスコープ
2
カスタム／独自測定
90000 Xシリーズと90000 Qシリーズのオシ
ロスコープでは、ユーザ定義のMATLAB
関数も使用でき、例えば、トレース波形に
これを適用してパルスドRFエンベロープ
を計算すれば、パルスドRF波形エンベロ
ープの測定と表示が可能になります。定義
済みのオシロスコープ測定で、RFレーダ・
パルスの立ち上がり時間、立ち下がり時
間、パルス幅、オーバシュートを測定でき
ます（図2）。この測定では、Xシリーズ/Q
シリーズのオシロスコープに搭載されてい
る2 Gサンプルのキャプチャ・メモリが重要
な役割を果たし、多数のレーダ・パルスの
捕捉と解析が可能になります。
さらに、オシロスコープに搭載されている
メモリで捕捉／解析できるレーダ・パルス
の数を最大にするために、セグメント・メ
モリが威力を発揮します。このメモリには、
パルスをズームして、パルスが「オン」の
ときのみ捕捉し、「オフ」のときには無視
する機能があります。セグメント・メモリ
は、ユーザ定義のMATLAB関数では使用
できますが、VSAソフトウェアでは使用で
きない点に注意してください。
広帯域オシロスコープへの
スムーズな移行
オシロスコープの
波形
ユーザ定義の
MATLAB
関数
RFパルス・エンベロープを
ユーザ定義のMATLAB関数から抽出
MATLABを
適用した
トレース
オシロスコープ測定の
追加実行
設定済みのオシロスコープ測定を
表示されているエンベロープにドロップ
RFパルスの
パルスの立ち上がり時間を測定
図2：　パルスドRFエンベロープと立ち上がり時間をエンベロープで測定
LFMチャープ・スペクトラム
（10 GHzが中心）
チャープ位相
2 GHz
対数振幅エンベロープ
振幅対時間
6 μs
2 GHz
レーダ/Satcomアプリケーション向けにカ
スタム／独自波形を作成して、独自測定
を 行 う 作 業 は、MATLABを 使 用 す れ ば
非常に簡単になります。手順としては、
MATLABを使用してシミュレーション波
形を作成し、それをM8190A AWGにダウ
ンロードします。さらにこれを差動I/Q波
形に合成し、PSG信号発生器の外部I/Q入
力に供給して、変調RF/マクロ波テスト信
号を生成します。
チャープ周波数
図3：　90000XオシロスコープでVSAソフトウェアを用いた広帯域LFMチャープ・レーダ信号の測定
RFテストにはこれまでスペクトラム・アナ
ライザとベクトル・シグナル・アナライザが
使 用 さ れ て き ま し た が、 最 新 のレーダ/
RFエンジニアは、VSAソフトウェアのわ
かりやすいユーザ・インタフェースを使っ
て、一般的なRFパラメータ
（周波数スパン
3）。さらに、VSAソフトウェアは信号規
Satcomを測定する上で問題点があり、こ
と分解能帯域幅）をオシロスコープで指定
できます。次に、オシロスコープからのデ
ータを処理し、ベクトル・シグナル・アナラ
イザの振幅／位相ディスプレイを使ってデ
ジタイズされた結果を表示します。また
VSAソフトウェアでは、周波数ドメイン解
析も実行できます。これにより、RF/マイ
クロ波スペクトラム、周波数特性と位相特
性（チャープ位相、チャープ周波数、周波
数ホッピングなどのRFスペクトログラム表
示）、EVMなどの特性が測定できます（図
用されるQPSK、16QAM、64 QAMなど
の信号フォーマットに対応できます。以上
の方法で、実際のレーダ/Satcomトランス
ミッタ・ハードウェアの性能を優れた確度で
解析することが可能になります。
れを解決する方法として広帯域オシロスコ
ープへの移行が進んでいます。90000 X
シリーズ/Qシリーズ オシロスコープには
AgilentのVSAソフトウェアが内蔵されて
います。これにより、ベクトル・シグナル・
アナライザの機能およびユーザ・インタフェ
ースを備えながら、62 GHzまでの広帯域
レーダ/Satcomアプリケーションの測定に
対応できるオシロスコープの広帯域性能も
備えていて、両方のメリットを活用するこ
とができます。
3
格と変調方式を幅広くサポートしているの
で、Satcomなどのアプリケーションで使
例：広帯域16QAM
このCOTSテスト機器は、レーダ測定に加え
て、広帯域通信などの幅広いアプリケーショ
ンに使用できます。ここでは、1.76 GHz
広帯域16QAM信号を例として考えます。
この信号を、図1のCOTSテスト・セットアッ
プで作成／解析します。MATLABを使用
して16QAM波形を作り、これをM8190A
AWGにダウンロードします。図4で示すよ
うに、オシロスコープで動作するVSAソフ
トウェアによって16QAM波形が復調され
ます。
EVMは、デジタル変調信号の振幅／位相
歪みを示す指標です。この例の残留EVM
は約1.17 ％であり、Xバンド
（10 GHz）に
おける1.76 GHz変調波形としては非常に
良好な値です。これに対して従来のテスト
機器を使用した場合、このデータ・レートに
おけるEVMは2 ∼ 3 ％程度となり、測定
誤差と不確かさが非常に大きくなります。
広帯域デジタル変調：
QAM16、1.76 Gシンボル/s
EVM＝1.17 ％
Fs＝7.2 GHz
（振幅補正）
図4：　VSAディスプレイの4つの象限には、コンスタレーション・ダイアグラム
（左上）、10 GHz Xバンド・スペクトラム
（左下）、
EVM対時間（右上）、EVMサマリ（右下）が表示されます。この例では、残留EVM性能は、AWG、PSG（広帯域I/Q入力）、32 GHz
デジタル・オシロスコープを組み合わせて取得されています。
結果のまとめ
広帯域レーダ/Satcomトランスミッタの性
能測定に外部ダウンコンバータを使用する
場合、コストと時間がかかります。この方
法では、RF/マイクロ波トランスミッタの
本当の性能を把握できない可能性もあり
ます。この問題を解決するのが、Agilent
の90000 Xシリーズ/90000 Qシリーズ オ
シロスコープです。レーダ/Satcomアプリ
ケーションでRF/マイクロ波トランスミッタ
の性能を直接測定／解析 できます。この
オシロスコープを、M8190A AWGおよび
PSG信号発生器と組み合わせれば、物理的
なテスト信号の作成／解析が可能になりま
す。カスタム／独自信号波形をMATLAB
で作成し、これをM8190A AWGにダウン
ロードした後、PSG信号発生器を使用して
4
テスト信号を作成します。このオシロスコ
ープを使用すれば、トランスミッタ出力を、
AgilentのVSAソフトウェア、MATLAB
ユーザ定義関数、またはオシロスコープに
組み込まれているタイム・ドメイン解析機
能で測定可能になります。最新のレーダ/
Satcomアプリケーションでは広帯域化と
高周波化が進んでいるため、90000 Xシリ
ーズ/90000 Qシリーズ オシロスコープで
トランスミッタ出力を高確度で直接測定す
ることは、トランスミッタの本当の性能を
把握し、時間とコストのかかるリワークを
回避するために非常に有効です。
www.agilent.co.jp
www.agilent.co.jp/find/radar-focus
関連アプリケーション
• LTE MIMO測定、物理層変調解析およ
びテスト
関連Agilent製品
• DSOX93204A 32 GHzデジタル信号オシ
ロスコープ、以下のオプションを搭載
• 02G、2 Gポイント／チャネルのメモリ
• 062、MATLAB標準デジタル・パッケ
ージ
• 010、ユーザ定義関数
• DSOX96204Q 62 GHzデジタル信号オシ
ロスコープ、以下のオプション付き
• 02G、2 Gポイント／チャネルのメモリ
• 062、MATLAB標準デジタル・パッケ
ージ
• 010、ユーザ定義関数
• M8190A任意波形発生器
• 89601A/AN VSAソフトウェア、以下の
オプションを搭載
• 200、基本ベクトル信号解析
• 300、ハードウェア・コネクティビティ
• AYA、ベクトル変調解析
• E8267D PSGベクトル信 号発生器、以
下のオプションを搭載
• 520または532、250 kHz ∼
20 GHz/31.8 GHzの周波数レンジ
• 016、広帯域差動外部I/Q入力
• H18、3.2 GHz未満の広帯域変調
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Published in Japan, February 19, 2013
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