Một tín hiệu 5G có băng thông cố định, khuôn dạng chuẩn hoá và tồn tại liên tục. Một môi trường điện từ chiến thuật thì ngược lại: hàng nghìn nguồn phát, hàng triệu xung mỗi giây, đến từ nhiều hướng khác nhau, với độ rộng xung và chu kỳ lặp thay đổi liên tục. Đó là lý do máy phát dạng sóng tùy ý đa kênh — chứ không phải máy phát tín hiệu vector thông thường — là công cụ trung tâm khi dựng tín hiệu radar và tác chiến điện tử trong phòng lab. Bài này đi vào bốn ràng buộc kỹ thuật quyết định việc chọn máy, và cách chúng đánh đổi lẫn nhau.
Vì sao dựng tín hiệu radar khó hơn dựng tín hiệu truyền thông
Khác biệt đầu tiên là dải động. Trong một kịch bản radar, tín hiệu phản xạ từ mục tiêu nhỏ ở xa có thể yếu hơn tín hiệu gây nhiễu chủ động hàng chục dB. Máy phát phải dựng được cả hai trong cùng một khung thời gian, nghĩa là mọi thành phần giả (spurious) do chính máy sinh ra phải nằm sâu dưới mức của mục tiêu yếu nhất — nếu không, hệ thống đang thử sẽ báo có mục tiêu ở nơi chẳng có gì.
Khác biệt thứ hai là băng thông tức thời. Xung nén tuyến tính (LFM chirp) lấy độ lợi xử lý bằng tích băng thông × độ rộng xung: một xung 10 µs quét 100 MHz có tích B·τ = 1000, tương đương độ lợi nén 30 dB. Muốn dựng đúng xung đó, máy phát phải có băng thông tương tự đủ rộng và tốc độ lấy mẫu đủ cao theo Nyquist, cộng thêm biên cho bộ lọc tái tạo.
Khác biệt thứ ba là thời lượng. Một khung tín hiệu truyền thông lặp lại sau vài mili giây; một kịch bản mô phỏng radar có ý nghĩa chiến thuật thường kéo dài hàng giây tới hàng phút, với các sự kiện không lặp lại. Bộ nhớ dạng sóng trở thành ràng buộc cứng, và cách vượt qua nó không phải mua thêm bộ nhớ mà là dùng bộ tuần tự (sequencer).
Máy phát dạng sóng tùy ý đa kênh: bốn thông số quyết định
Bốn thông số cần đọc trước mọi thứ khác:
- Độ phân giải DAC — quyết định trần dải động. Với hình sin toàn thang, tỉ số tín hiệu trên nhiễu lượng tử lý thuyết là 6,02·N + 1,76 dB: 74,0 dB ở 12 bit và 86,0 dB ở 14 bit. Đây là giới hạn trải trên toàn dải Nyquist, nên phần nằm ngoài băng quan tâm có thể lọc bỏ.
- Tốc độ lấy mẫu — quyết định băng thông tổng hợp được và vị trí các ảnh phổ.
- SFDR — quyết định mức mục tiêu giả. Đây là thông số quan trọng nhất với ứng dụng radar và thường bị bỏ qua khi so máy theo bảng giá.
- Bộ nhớ và khả năng tuần tự — quyết định kịch bản dài bao nhiêu và có thay đổi được giữa chừng không.
Keysight M8190A được thiết kế quanh đúng bộ đánh đổi này: 14 bit ở tốc độ tới 8 GSa/s, hoặc chuyển sang 12 bit để đạt 12 GSa/s, với SFDR tới 90 dBc và băng thông tương tự 5 GHz. ENOB công bố là 12,25 bit, jitter nội tại 15 fs rms, thời gian sườn dưới 60 ps. Máy có 1 hoặc 2 kênh trong một khe AXIe và hỗ trợ nâng tần số kỹ thuật số (DUC) theo thời gian thực, tức là bạn nạp dữ liệu I/Q ở băng gốc và phần cứng tự nâng lên trung tần.
Con số 90 dBc nói lên điều gì trong thực tế? Nếu tín hiệu chính đại diện cho một nguồn gây nhiễu mạnh, mọi thành phần giả của máy phát nằm 90 dB dưới nó. Một mục tiêu thật yếu hơn nguồn nhiễu 70 dB vẫn nổi lên trên nền giả 20 dB — tức là hệ thống đang thử phân biệt được. Nếu máy chỉ đạt 60 dBc, chính mục tiêu đó sẽ chìm dưới rác do máy phát tạo ra, và bạn sẽ mất nhiều ngày để tìm lỗi ở chỗ không có lỗi.
Từ PDW tới mẫu số: kịch bản nhiều nguồn phát được dựng thế nào
Một máy thu tác chiến điện tử không lưu dạng sóng thô; nó tham số hoá từng xung RF đến thành một từ mô tả xung — pulse descriptor word (PDW). Theo tài liệu ứng dụng của Keysight về dựng kịch bản nhiều nguồn phát, mỗi PDW chứa các tham số như thời điểm đến (TOA), tần số, góc tới (AoA), độ rộng xung và kiểu điều chế trên xung (MOP).
Quy trình dựng kịch bản vì thế đi ngược lại: bạn mô tả môi trường bằng danh sách PDW — nguồn nào, ở đâu, phát lúc nào, dạng gì — rồi phần mềm biên dịch danh sách đó thành chuỗi mẫu số nạp vào máy phát. Ưu điểm là kịch bản được mô tả ở ngôn ngữ của người phân tích chiến thuật chứ không phải ngôn ngữ của DAC; nhược điểm là mọi ràng buộc phần cứng — băng thông, bộ nhớ, số kênh — cuối cùng vẫn quay lại giới hạn kịch bản mô tả được.
Bài toán bộ nhớ và vai trò của bộ tuần tự
Hãy tính thẳng. M8190A hỗ trợ bộ nhớ tới 2 GSa mỗi kênh (bản cơ sở 128 MSa). Phát liên tục ở 12 GSa/s, 2 GSa cho 2 × 10⁹ / 12 × 10⁹ ≈ 167 ms tín hiệu. Ở chế độ 14 bit / 8 GSa/s, con số là 250 ms. Với M8195A — 65 GSa/s, 8 bit, băng thông 25 GHz, tới 4 kênh, bộ nhớ 16 GSa — thời lượng liên tục là khoảng 246 ms. Không máy nào trong số này chứa nổi một kịch bản dài một phút ở dạng mẫu thô.
Lối thoát là bộ tuần tự. Thay vì một khối mẫu khổng lồ, bạn lưu các đoạn dùng lại được — một xung chirp, một cụm xung, một khoảng lặng — rồi mô tả kịch bản bằng danh sách lệnh: phát đoạn A, lặp 250 lần, nhảy sang đoạn B khi có tín hiệu kích ngoài. Bộ nhớ khi đó chỉ cần chứa từ vựng chứ không chứa toàn bộ bài diễn văn. M8190A có khả năng tuần tự nâng cao với điều khiển động theo thời gian thực, nghĩa là hướng đi của kịch bản có thể thay đổi theo phản ứng của thiết bị đang thử — điều kiện cần để dựng bài kiểm tra vòng kín cho hệ thống tác chiến điện tử.
Quy tắc thực hành: hãy ước lượng thời lượng kịch bản trước khi chọn dung lượng bộ nhớ. Nếu kịch bản có cấu trúc lặp cao (radar giám sát quét đều), bộ nhớ nhỏ cộng sequencer tốt thắng bộ nhớ lớn. Nếu kịch bản gần như không lặp (môi trường đô thị dày đặc, ghi lại từ hiện trường), bộ nhớ mới là thứ phải mua.
Đa kênh và pha đồng bộ: mô phỏng góc tới
Đây là lý do cốt lõi để cần AWG đa kênh thay vì nhiều máy đơn kênh. Máy thu tác chiến điện tử xác định hướng bằng ba phương pháp chính: so sánh biên độ giữa các ăng-ten, chênh lệch thời điểm đến (TDOA), và giao thoa kế đo chênh lệch pha. Tài liệu Keysight ghi độ chính xác của phương pháp so sánh biên độ vào khoảng 10–15 độ, và nêu rằng giao thoa kế là phương pháp phù hợp nhất để mô phỏng góc tới trong phòng lab.
Mô phỏng góc tới bằng pha đòi hỏi hai hoặc nhiều kênh phát giữ quan hệ pha ổn định tuyệt đối với nhau — sai lệch pha ngẫu nhiên giữa hai kênh sẽ dịch góc tới biểu kiến. Hai kênh của M8190A khi chạy ở chế độ ghép (coupled) là hoàn toàn đồng pha. Khi cần nhiều kênh hơn, cấu hình chuẩn là đồng bộ nhiều mô-đun trong cùng khung AXIe bằng mô-đun đồng bộ chuyên dụng.
Nếu bài toán nghiêng về băng thông cực rộng thay vì dải động — ví dụ dựng tín hiệu radar băng siêu rộng hoặc liên kết quang — thì M8196A với 92 GSa/s và băng thông khoảng 32 GHz là hướng khác, đánh đổi độ phân giải lấy tốc độ.
Chọn cấu hình Keysight cho bàn đo radar và EW
Trình tự chọn nên là: xác định băng thông tức thời cần dựng, chọn tốc độ lấy mẫu ít nhất gấp 2,5 lần băng đó; kiểm tra dải động cần thiết giữa nguồn mạnh nhất và mục tiêu yếu nhất, chọn độ phân giải và SFDR theo con số đó; ước lượng thời lượng kịch bản để chốt bộ nhớ; cuối cùng mới đếm số kênh theo số hướng cần mô phỏng.
Bàn đo hoàn chỉnh cần thêm phía thu để xác nhận rằng thứ máy phát ra đúng là thứ bạn định phát. Keysight N9042B UXA phủ 2 Hz – 50 GHz với băng phân tích tới 4 GHz hiệu chỉnh, đủ để kiểm chứng dạng xung và phổ của kịch bản trước khi đưa vào thử nghiệm chính thức. Phần giải điều chế vector cho tín hiệu radar băng rộng đã được bàn riêng trong bài phân tích tín hiệu radar SAR; còn nếu bạn đang ở bước chọn máy phát tổng quát theo tốc độ lấy mẫu và độ phân giải, bài máy phát sóng tùy ý (AWG) là gì đi từ đầu vấn đề.
Cuối cùng, mọi con số dải động ở trên chỉ giữ nguyên giá trị khi thiết bị còn trong hạn hiệu chuẩn — SFDR và độ phẳng biên độ là những thông số trôi theo thời gian và nhiệt độ. Techmaster Electronics là đại lý uỷ quyền của Keysight tại Việt Nam, vận hành phòng hiệu chuẩn theo ISO/IEC 17025. Gọi 0908 173 345 để được tư vấn cấu hình khung AXIe, số kênh và lịch hiệu chuẩn cho hệ thống của bạn.
