【實踐分享】多通道相參信號測試，選對工具很重要！

目前市場上對多通道相參信號的測試需求正快速增長。在無線通信領域，小靈通(PHS)時代首次提出了智能天線，到如今5G時代，天線陣列的規模更加龐大。在汽車雷達領域，利用多通道接收機實現到達角估計，部分廠商還開始采用多通道發射機進一步擴展覆蓋范圍。

如何高效分析這些復雜的相參信號呢？

示波器 或許是答案！

示波器憑借其天然的多通道同步分析能力，為測試提供了極大便利。而像 RTO6這樣的高端示波器更是錦上添花：它不僅實現了4通道同步，還提供高級頻譜分析、自定義濾波器等功能，讓復雜的射頻信號分析更加輕松高效。

本文主要分為兩個部分，第一部分先使用雙通道信號源SMW200A來生成Chirp信號，模擬雙通道ADAS雷達發射機的中頻信號，然后用RTO6示波器對其進行相位差測試，幫助客戶驗證實測相位差是否與雷達發射機的設定值一致。第二部分，本文會把示波器的2個通道接上天線陣，并對空中的CW信號進行測向，實現類似于雷達接收機中到達角估計的效果。

01

雙通道Chirp信號測試

首先，你需要先用SMW200A生成Chirp信號。可以使用ARBtoolbox在電腦上編輯和生成Pulse類型的Chirp信號。根據向導提示操作后會得到一個*.wv文件。

把這個wv文件用U盤導入SMW。SMW的兩個Baseband都要讀取同一個波形文件。Baseband A的Trigger In模式設置為Auto，Baseband B的Trigger In模式設為Retrigger，源設置為Internal(Baseband A)。在I/Q Stream Mapper中RF A和RF B分別選擇為Stream A和Stream B，然后就可以設定兩個通道間的Phase offset。

在這部分中，我們把兩路射頻信號的中心頻率都設置為2GHz。

接下來把SMW的兩個射頻口通過ZA17連接線和SMA轉BNC接口連到示波器的通道1和通道3。

在示波器上，需要確保所使用的通道已經設置為50歐。

再設定負脈寬觸發即可穩定觀察雷達中頻信號。

然后，我們可以使用FFT先看一下信號的頻譜幅度。

同理，我們也可以用FFT觀察信號的相位。

要觀察相位，建議刻度中選擇展開，并設置抑制（噪聲）。

在所有通道都完成同樣的設置后，即可用數學運算求出相位差。

上圖中M8就是相位差（橫坐標為1.9GHz~2.1GHz部分），它與SMW中I/Q Stream Mapper中的Phase Offset是對應的。它給出了兩路射頻通道上的Chirp信號在不同頻點上的相位差。

如果調節SMW中的Phase Offset，則M8中的相位差就會相應變化。

下面解釋一下為什么要展開相位差，因為對于正弦波，單路信號的相位是在不斷增長的，如果不選擇展開，則相位增長到180度后又會變到-180度，這樣兩個通道的相位相減時，由于相位差的存在，可能會有一個突變（如下圖所示）。我們選擇展開后，相位不會突變，此時再把相位作差就是我們預期地穩定圖形。

02

空中CW信號測向

接下來，我們要把示波器作為一個簡易的無線電測向機，測出從空中接收到的信號的方向。

我們會把RTO6示波器的2個通道接到一個天線陣列上。

繼續使用SMW200A作為信號源，設定其中一個通道發射CW信號，中心頻率為1.3GHz，功率是-10dBm，并把這個通道接上發射天線。

空中的信號多種多樣，包含Wi-Fi、手機信號、廣播電臺等等。

一般的無線電接收機都會有硬件濾波器，按頻率過濾出我們關心的信號。但示波器是一個寬帶接收機，它會接收從0Hz起到最大帶寬的所有信號。因此，我們要用數學運算的方式設定一個帶通濾波器。

你可以使用Matlab的Filter Designer實現。

或者也可以用python和scipy庫來實現。本文選擇后者，下圖是python生成的濾波器的頻率響應。

無論你用何種方式，需要設定的主要參數是最高截止頻率和最低截止頻率（比如，1320MHz和1280MHz），另外還要輸入你的示波器當前采樣率。對于RTO6，4個通道全開時最高采樣率是10GSa/s，因此我們設置為10e9。有了濾波器數據文件(*.csv)后，我們就可以開始在示波器上導入這個文件。

與第一部分實驗類似，所有通道都要設置為50歐耦合。

用Math對每個通道分別設置自定義帶通濾波器。

設置完帶通濾波器后，我們再次用FFT觀察頻譜幅度，現在頻譜上只有我們關心的信號了。

由于帶通濾波通過示波器Math功能實現，我們要觀察Math信號的頻譜，還需要進一步編輯自定義公式。比如上圖中，公式FFTMag(Math1)就是觀察Math1對應的頻譜幅度。

除了頻譜外，我們也可以在時域上觀察兩個通道經過Math運算后的波形，發現它們現在是純凈的正弦波了。

現在的目標信號是窄帶信號，因此除了類似第一部分中的FFT相位外，我們也可以直接用測量功能得到相位差。可以觀察到下圖Zoom窗口中的兩個通道上的正弦波有細微的相位差并體現在屏幕底部的測量值上。

除了得到某一時刻的相位差外，我們還可以開啟跟蹤，描繪相位與時間的對應關系。

此時，如果移動發射機位置，你已經可以看到這根紫色線的高度會跟隨發射機位置變化。

但我們不會止步于此，下面教你如何用示波器的XY模式來直接顯示測向結果，最終實現類似雷達屏幕的效果。

對于線陣，假設入射的無線電波（紅色）到達天線陣元（綠色）時已經是平面波（藍色），由于經過的距離不同，會產生波程差（ ），會形成時間差( ），最終會導致相位差。根據相位、頻率和時間的關系式 和波長、光速、頻率的關系式可推得，此相位差與到達角 對應關系是：相位差= （單位弧度）其中d是天線間距， 是波長，我們的天線間距正好選取為波長的0.33倍。另外，示波器上的相位差用角度顯示。因此，相位差公式轉化為2*180*0.33* （單位角度）所以到達角 就是arcsin(Track1/118.8)。其中，Track1代表相位差。

假設我們的測向結果圖是一個單位圓，到達角從右側坐標軸起作為0度，逆時針旋轉作為正方向，則描繪目標方向的像素點的x軸坐標值應該是1*cos(到達角)，而y軸坐標值應該是1*sin(到達角)

因此，我們可以開啟兩個新的運算M7和M8，作為x軸和y軸。

最終得到像上圖這樣的XY窗口。

由于我們暫時只用了2根天線，只能做成線陣，因此只能測出-90度~90度的方向，相位差為正時在右上方，相位差為負時在右下方。如果使用更多的示波器通道，就能測出整個360度范圍內的角度。

結語

本文介紹了在無線通信（如5G天線陣列）和汽車雷達領域中，使用 高端示波器（如RTO6）進行多通道相參信號測試 的重要性和優勢。通過兩個實驗示例（雙通道Chirp信號測試和空中CW信號測向），展示了示波器的多通道同步分析能力和高級頻譜分析功能，幫助實現高效和精確的信號測試和測量。