了解啁啾的順序也很重要。連續(xù)的啁啾被稱為一幀。啁啾幀可以由10秒或數(shù)百個(gè)啁啾信號組成，具體取決于應(yīng)用。這些啁啾可以是均勻的，也可以是混合的，有些啁啾具有更寬的帶寬和更陡峭的斜率，而另一些啁啾具有窄的帶寬和平緩的斜率。幀特性可以被規(guī)劃以提高射頻性能，同時(shí)使芯片更節(jié)能。一幀中的多個(gè)啁啾也為傳感器提供了可用于計(jì)算速度的多普勒信息。通過增加啁啾幀時(shí)間來提高速度分辨率（公式3）。幀的長度（或幀時(shí)間，Tf）將影響雷達(dá)可以檢測到的速度分辨率。較長的幀（由更多的啁啾組成）將具有更精細(xì)的速度分辨率。

公式3：速度分辨率與幀長的函數(shù)關(guān)系

幀中的啁啾可以緊接著傳輸，也可以在每個(gè)啁啾之間有一些空閑時(shí)間。在每一幀之后，通常都有一個(gè)“關(guān)閉時(shí)間”來分離幀突發(fā)，并提高芯片的功率和性能。圖5以框架圖顯示了所有這些特征。

圖5 啁啾幀特征示意圖

在現(xiàn)實(shí)世界中，測試和測量這些不同的啁啾射頻特性可能很困難。造成這一困難的幾個(gè)因素是：

• 啁啾的頻率變化非?？?/span>

• 調(diào)制帶寬可以非常寬（高達(dá)10 GHz?。?/span>

• 射頻頻率已經(jīng)很高（見表1），新的研究繼續(xù)將其推高

  
  

表1：各地區(qū)汽車?yán)走_(dá)頻率分配示例

大多數(shù)頻譜分析儀的速度不足以在一次掃描中捕獲啁啾。典型的頻譜分析儀將按順序采樣和處理，這會在儀器沒有測量信號的地方留下盲點(diǎn)。當(dāng)像FMCW啁啾信號在頻域中隨時(shí)間快速移動(dòng)時(shí)，分析儀很可能會在盲點(diǎn)期間錯(cuò)過信號中的運(yùn)動(dòng)（見圖6）。這將導(dǎo)致分析儀要么不顯示信號，要么只顯示信號的一部分，在錯(cuò)過頻率變化的地方會出現(xiàn)信號丟失（見圖7）。

圖6 頻譜分析儀按順序采樣和處理，可能會錯(cuò)過信號隨時(shí)間的變化

圖7頻譜分析儀測量FMCW信號中的丟失示例（振幅與頻率）

實(shí)時(shí)頻譜分析儀（RTSA）是一種更可行的解決方案，因?yàn)樗鼈冊诤笈_進(jìn)行處理的同時(shí)連續(xù)采樣，基本上消除了測量中的盲點(diǎn)。這使得它不太可能錯(cuò)過啁啾信號的變化，但真正的實(shí)時(shí)頻譜分析測量受限于儀器的分析帶寬，通常在數(shù)十或數(shù)百兆赫茲。自動(dòng)雷達(dá)FMCW啁啾信號的寬度可以從10 MHz到10 GHz不等。如果要求分析儀的跨度大于最大實(shí)時(shí)帶寬，則必須采集多個(gè)樣本并將其“縫合”在一起。然而，這些樣本是按順序采集的，因此測量將再次出現(xiàn)盲點(diǎn)。除了帶寬限制外，大多數(shù)具有較寬分析帶寬的頻譜分析儀在頻率范圍內(nèi)通常不會高于43 GHz，這使得它們無法應(yīng)對通常高于70 GHz的大多數(shù)FMCW技術(shù)。

監(jiān)測FMCW啁啾信號的一種常見技術(shù)是示波器和頻譜分析儀的組合（圖8），其中示波器足夠快可以捕獲啁啾的所有時(shí)間和頻率特性。示波器能夠捕獲信號的基本正弦波，可用于分解并產(chǎn)生圖2-5所示的所有啁啾和幀特性。

圖8示波器+頻譜分析儀的組合

雖然這是技術(shù)上最完整的解決方案，但它也是迄今為止最昂貴的，因?yàn)樗枰徺I兩臺儀器以及連接它們和分析結(jié)果所需的所有軟件許可證。此外，該解決方案提供的測量類型往往超出所需，特別是在僅需要基本功能測試的生產(chǎn)或外場環(huán)境中。最后，這種解決方案也很笨重，這可能使其難以在暗室內(nèi)或外場測試中使用。

•      尺寸和頻率

首先是它的尺寸。Spectrum Master MS2760A是唯一一款可連續(xù)覆蓋9 kHz至170 GHz頻率的口袋大小的頻譜分析儀。這使得它很容易帶到外場進(jìn)行測試或暗室內(nèi)測試，并且很容易集成到產(chǎn)線系統(tǒng)中。這一尺寸和頻率組合是通過使用安立公司的專利非線性傳輸線（NLTL）技術(shù)實(shí)現(xiàn)的。NLTL “shockline”接收機(jī)在非常高的頻率下產(chǎn)生諧波，使分析儀能夠一直采樣到170 GHz。這意味著不需要笨重的混頻器來對信號進(jìn)行下變頻，從而使外形尺寸盡可能小。此外，大部分信號處理已被推送到PC上進(jìn)行，因此不需要額外的主板硬件。這意味著Spectrum Master MS2760A可以很容易地集成到暗室測試和/或從實(shí)驗(yàn)室中取出進(jìn)行各種現(xiàn)場測試。

•      生產(chǎn)力

如前所述，包括汽車?yán)走_(dá)在內(nèi)的毫米波測試可能非常困難。獨(dú)立的毫米波頻譜分析儀（即不包含諧波混頻器的頻譜分析儀）極其復(fù)雜且昂貴。因此，實(shí)驗(yàn)室經(jīng)常被迫分時(shí)共享設(shè)備。這會降低測試效率，從而減緩開發(fā)速度并延長上市時(shí)間。Spectrum Master MS2760A的實(shí)惠價(jià)格使公司能夠?yàn)楦嗟墓こ處熍鋫浜撩撞l譜分析儀，使他們能夠并行工作而不是順序工作，從而降低了項(xiàng)目延誤和不切實(shí)際的資本支出的風(fēng)險(xiǎn)。

圖9 MS2760A將毫米波測量能力交給更多的工程師/技術(shù)人員，以推動(dòng)更快的產(chǎn)品開發(fā)

此外，對于可以連續(xù)運(yùn)行幾天的暗室測試，Spectrum Master MS2760A可以提供恒定的覆蓋范圍，而不會占用不必要的資本支出。在設(shè)備有限的情況下，很難證明長期壟斷一臺極其昂貴的設(shè)備是合理的。Spectrum Master MS2760A是監(jiān)測信號功率或頻率變化的完美替代品。工作溫度為0至50?C，內(nèi)置溫度校準(zhǔn)系數(shù)，在某些條件下，它甚至可以與DUT一起放置在暗室中。

如前所述，基本頻譜分析儀難以測量FMCW啁啾信號的快速變化特性。Spectrum Master MS2760A通過幾個(gè)特定功能克服了這些挑戰(zhàn)。

•      最小捕獲時(shí)間

克服測量盲點(diǎn)的關(guān)鍵是讓分析儀在開始處理之前有時(shí)間看到信號中的所有變化。MS2760A是一款快速傅里葉變換(FFT)分析儀，這意味著它一次捕獲20 MHz的數(shù)據(jù)，然后用傅里葉變換處理這些數(shù)據(jù)。如果保證每20 MHz的捕獲都能看到完整的啁啾信號，那么就不會有盲點(diǎn)。這可以通過在執(zhí)行快速傅里葉變換之前設(shè)置接收機(jī)的最小捕獲時(shí)間來管理。由于幀周期和關(guān)閉時(shí)間，將捕獲時(shí)間設(shè)置為等于啁啾時(shí)間通常不夠好。啁啾之間的空閑時(shí)間和幀之間的關(guān)閉時(shí)間會導(dǎo)致信號的停止工作。如果快速傅里葉變換在關(guān)閉時(shí)間內(nèi)下降，它將在FMCW包絡(luò)中顯示一個(gè)間隙。如果沒有空閑或關(guān)閉時(shí)間，最小捕獲時(shí)間可以等于啁啾時(shí)間，但是，如果有關(guān)閉時(shí)間，則必須增加捕獲時(shí)間以捕獲所有空閑和/或關(guān)閉時(shí)間（見圖10）。

圖10 最短捕獲時(shí)間必須捕獲所有停機(jī)時(shí)間

使用MS2760A，可以通過在控制軟件的SWEEP菜單中設(shè)置MIN CAPTURE TIME來實(shí)現(xiàn)上述設(shè)置。將捕獲時(shí)間設(shè)置為更長的時(shí)間可能很吸引人，但最好將其設(shè)置得盡可能低，因?yàn)楦L的捕獲時(shí)間等于更長的掃描時(shí)間（即更長的測試時(shí)間）。

•      零掃寬(Zero span)

當(dāng)使用最小捕獲功能時(shí)，MS2760A提供有關(guān)整體FMCW傳輸?shù)挠杏眯畔ⅲㄩ_始/停止頻率、帶寬、幅度等），但它不提供有關(guān)單個(gè)啁啾或啁啾幀的任何信息。如前所述，直接重建啁啾幀圖需要一個(gè)極快的接收機(jī)，如示波器。通過使用零掃寬功能，仍然可以收集足夠的信息來手動(dòng)推導(dǎo)出大部分啁啾特性。

零掃寬是一種先進(jìn)的頻譜分析儀工具，它基本上在單個(gè)頻率上歸零，并跟蹤該頻率隨時(shí)間變化的幅度。圖11說明了這如何與FMCW啁啾一起工作。上圖顯示了零掃寬基本上是如何取框架圖的水平橫截面的。下圖顯示了頻譜分析儀屏幕上顯示的內(nèi)容。

通過此零掃寬視圖，可以讀取基本信息以再現(xiàn)實(shí)時(shí)FMCW信號的啁啾圖，例如幀時(shí)間、幀周期和每幀的啁啾數(shù)量。

圖11 FMCW雷達(dá)信號的零掃寬測量圖示

以下是MS2760A在76至77 GHz的空口環(huán)境下測量1 GHz帶寬FMCW啁啾的示例。軟件根據(jù)儀器的RBW將儀器默認(rèn)為最快的捕獲時(shí)間。在這種情況下，將捕獲時(shí)間設(shè)置得盡可能低，分析儀在大約350毫秒內(nèi)掃過1.2 GHz的跨度。但是，它無法看到任何信號（圖12）。

圖12以非常低的捕獲時(shí)間測量FMCW，看不到信號

從SWEEP菜單中，可以增加MIN CAPTURE TIME以匹配或超過整個(gè)幀周期。雖然這將增加掃描時(shí)間，但分析儀將能夠看到信號。在這種情況下，幀周期為50ms，因此最小捕獲時(shí)間設(shè)置為相同。圖13顯示了結(jié)果。

圖13顯示完整的FMCW包絡(luò)，捕獲時(shí)間等于幀周期

在單次掃描中，分析儀能夠捕獲信號的所有變化，并產(chǎn)生完整的FMCW啁啾包絡(luò)。請注意，掃描時(shí)間現(xiàn)在已從350毫秒增加到1.15分鐘。減小MIN CAPTURE TIME將提高掃描速度，但如果它太低，將開始出現(xiàn)遺漏，如圖7所示。請注意，這本質(zhì)上是一個(gè)“最大保持”包絡(luò)；需要啁啾幀的許多周期來捕獲軌跡。然而，與最大保持跟蹤相比，這種方法的一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是，如果信號丟失，它將在掃描中反映出來。最大保持跟蹤會掩蓋這種影響。

現(xiàn)在假設(shè)設(shè)置捕獲時(shí)間所需的幀周期未知。這就是零掃寬有用的地方。圖14顯示了當(dāng)分析儀處于零掃寬模式時(shí)，這種啁啾是什么樣子的。在這種情況下，顯示了兩個(gè)啁啾幀，其間有關(guān)閉時(shí)間。通過使用標(biāo)記，可以很容易地測量幀時(shí)間和幀周期。標(biāo)記1和2之間的時(shí)間大約為15ms（幀時(shí)間），1和3之間的時(shí)間約為50ms，這是幀周期和頻域中MIN CAPTURE TIME所需的值。

圖14零掃寬中觀察到的FMCW啁啾幀

更進(jìn)一步，放大一幀可以提供更多有價(jià)值的信息。請注意，啁啾幀由多個(gè)單峰組成。這些峰值中的每一個(gè)都代表幀內(nèi)的啁啾。計(jì)算峰值（在這種情況下為32）可以得出每幀的啁啾次數(shù)，甚至每個(gè)啁啾之間的時(shí)間（見圖15）。

圖15仔細(xì)觀察零跨度中的一幀，顯示幀中的啁啾數(shù)量

只需兩個(gè)基本設(shè)置，MS2760A就能夠測量這種基本汽車?yán)走_(dá)信號的開始/停止頻率、帶寬、振幅、幀時(shí)間/周期和每幀的啁啾。一般來說，這足以在實(shí)驗(yàn)室、生產(chǎn)中甚至現(xiàn)場對FMCW發(fā)射機(jī)進(jìn)行基本功能測試。

FMCW雷達(dá)正在許多領(lǐng)域徹底改變目標(biāo)探測技術(shù)，特別是汽車?yán)走_(dá)。然而，這種復(fù)雜調(diào)制方案的射頻測量可能是復(fù)雜、昂貴和耗時(shí)的。Spectrum Master MS2760A超便攜手持頻譜分析儀是基本FMCW雷達(dá)測試的優(yōu)秀工具，將有用的測量與無與倫比的尺寸和便利性相結(jié)合。