简单分析通道间的精确相位和振幅同步在多通道相位相干测试中的应用

随着射频元器件和子系统以及高密度数字信号处理电子器件的高速发展，多输入多输出（MIMO）技术正引起广泛关注，由于该技术可通过多路复用来提高数据速率，或通过空间分集使系统性能至少提高一个数量级。鉴于相控阵雷达、波束赋形和测向系统等各种电子战和雷达应用正在广泛采用MIMO系统，而应用此类MIMO系统必须克服与信道间相位和幅度同步等相关的关键技术难题，才能一致地接收和处理每个输入/输出采集或生成的数据。所以，德州奥斯汀NI总部的两位技术大神Shivansh Chaudhary以及Eddie Rodriguez将会通过本文告诉简单分析应对多通道相位相干系统测试挑战应该往哪些方向使劲

他们认为，每个通道的精确相位和振幅同步对多通道相位相干系统的测试和验证提出了严峻的挑战。为了高效地测试这些系统，测试和测量设备必须提供同等或更高的信号相干精度，并能够对相位、时间、频率和幅度进行完全控制。

本文三大主旨

本文将概述测试多通道相位相干测量和生成系统的挑战和要求，并介绍这些要求如何体现在测试仪器设计规范中。
另外，本文还将介绍使用商用软件定义的模块化仪器来开发多通道相位相干测试系统的操作步骤，以及实时校准的详细过程，以实现相位和幅度的精细对准。
最后，本文介绍了一个下一代多通道相位相干测试系统示例，包括验证系统是否满足要求的测试。

相位一致性这一属性适用于两个或更多数量的信号，是指在肉眼可辩的时间内信号之间的相对相位保持恒定。图1显示了具有相同频率的两个通道的相位一致性概念图。图2显示了两个不同频率的通道的相位一致性，其中信号在每N个周期内具有指定的相位关系。在实现相位相干之后，可以使用相位对准方法来补偿相干信号之间的恒定相位差。


图1：相同频率下的相位一致性。


图2：不同频率下的相位一致性。

在实际的MIMO测试系统中，无线电硬件应能够跨多个通道采集和生成相位相干和相位对准的信号。许多现代电子战系统利用多通道相位相干系统执行无源雷达系统的测向等任务，或在抗干扰通信中提供多径冗余。例如，相控阵雷达使用数百个相位相干的发射/接收（Tx / Rx）模块来实现快速电子束转向，通过改变馈送组件的相应信号的相对相位，使有效辐射图的阵列在期望的方向上被增强，在不期望的方向上被抑制。

合成孔径干涉雷达（InSAR）等地理定位系统采用若干相位相干接收机，通过精确地定位发射或反射信号的位置来检测地震和洪水等事件的位置。除了设计的复杂性增加外，多通道相位相干系统中紧密同步和精细对准也是国防与航空航天行业的严苛测试要求之一。

构建多通道相位相干系统的测试系统的主要难题是相干信号的相位对准。此外，系统需要能够在相当长的时间内维持相位一致性和对准。然而，由于温度、热膨胀、电缆长度不匹配、不相关相位噪声、ADC采样时钟、相位噪声和量化噪声等的影响，相位会发生漂移。在微波频率下，电缆长度、放大器和滤波器之间的细微差异甚至也会导延迟或相移，从而破坏原有的关系。

对于多信道设计工程师来说，组件的相位稳定性、非线性AM/PM效应和群延迟变化都会引起相位失配。测向和波束赋形相关的许多应用要求通道之间的相位关系保持恒定，相位漂移不超过1°。