由於需要模擬以相位陣列天線或更近期的天線類型為基礎的多天線雷達系統，因此MIMO架構必須產生具有嚴格控制的時序和相位對準的多個訊號。這些相同的要求不僅適用於現代雷達系統，本文討論的方法還適用於跳頻展頻式(Frequency-hopping Spread Spectrum, FHSS)通訊，或是重視頻寬、調變複雜度和訊號品質的任何射頻(RF)訊號。
傳統上，雷達訊號產生是透過基頻訊號產生器和射頻/μW調變器(有時會整合為一個設備)執行，過去這是必要的條件，因為射頻訊號產生器缺乏輸出完整的雷達訊號頻寬。但現在有越來越多人使用高效能任意波形產生器(AWG)，能夠直接產生射頻訊號。現代AWG提供的取樣率可直接產生射頻訊號，而無需使用單獨的射頻調變器。這意謂著有效的調變頻寬從直流擴展到AWG取樣率的一半(在某些情況下為直流20GHz)。在沒有調變頻寬限制的情況下，單個AWG通道可以透過數學方式組合其射頻訊號，同時模擬多個射頻發射器。AWG還提供排序功能，能將多個波形與循環和分支串接起來。正確使用程序裝置可以重現複雜的場景，例如射頻反射和IFF或SSR，而無需占用大量的波形記憶體。此外，目前也有許多軟體套件可以簡化雷達和電子戰系統測試所需的複雜訊號的建立程序。
使用AWG產生雷達訊號
AWG可以透過三種基本方法產生雷達訊號：
1.基頻產生：AWG產生時域訊號以應用於射頻/μW調變器。此方法的效果等同於傳統的訊號產生技術。對於透過控制載波的包絡產生脈衝的簡單訊號，單通道AWG輸出會施加於振幅調變器(AM)。對於需要複雜的數位調變或線性頻率調變(LFM)的較複雜訊號，必須同時控制載波的振幅和相位。在這種情況下，必須使用正交調變器。這需要兩個基頻訊號：同相(或I)和正交(或Q)分量，如圖1所示。這兩個基頻訊號可以由具有兩個通道的AWG或兩個同步的單通道AWG產生。
2.IF(中頻)產生：AWG以相對較低的載波頻率產生即用型調變訊號。通常，訊號可以直接應用於接收器或發送器中的訊號處理區塊。在涉及最終射頻/μW頻率的情況下，有必要使用升頻轉換器來達到最終載波頻率。
3.直接射頻產生：AWG以最終的射頻/μW頻率產生調變載波。如圖2所示，除了正常的濾波器或放大器外，不需要其他訊號處理區塊。此處應該考慮要在哪個尼奎斯特(Nyquist)頻段工作。在第一個尼奎斯特頻段中，使用低通濾波器，且截止頻率為AWG取樣率的一半(尼奎斯特頻率)。所需的AWG取樣率取決於載波頻率和調變頻寬，因為要輸出完整的射頻訊號。相反地，如果使用者對位於第二尼奎斯特頻段較高頻率的雷達訊號圖像感興趣，其範圍從AWG取樣率的一半到取樣率本身。此處應使用帶通濾波器，且AWG取樣率不必很高。但是，訊號振幅、AWG頻率響應和調變頻寬將成為更大的關注點。
訊號產生方法各有優缺
這些方法中的每一種都有其優缺點。基頻和IF產生只能使用中等效能的AWG來執行。對於大多數訊號，幾GS/s的取樣率就足夠了。但是在兩種情況下，最終射頻/μW訊號的調變頻寬都將受到所用調變器或上變頻器的特性限制。例如，市售的儀器級正交調變器可產生高達2GHz頻寬的訊號，但這對於某些雷達應用來說可能還不夠。更糟糕的是，由於寬頻帶正交調變對I/Q不平衡或正交誤差極為敏感，在系統被拆分為幾台儀器的情況下而更加惡化。需要仔細校驗後進行精確對準，才能產生足夠品質的訊號。
直接訊號產生提供了更簡單的設定，而不會因為I/Q不平衡或正交誤差而導致錯誤。但是這種方法需要極快的AWG，其取樣率至少是訊號最大頻率分量的2.5倍。這為低通濾波器留出了空間，並確保了訊號完整性。操作時儘管可以透過使用排序功能來緩解，但還是可能在AWG中遇到記憶體深度問題。更快的取樣率會耗盡記錄長度的記憶體，因此需要數個GS或更多GS的擴展波形記憶體。但是另一個重要的優點是，只需要一個AWG通道即可產生雷達訊號。這等於節省了成本，並允許單個多通道AWG產生多個不同的載波或寬頻段雜訊以進行實際測試。
傳統上，鑑於DAC解析度有限(6位元)，使用超高速AWG很難取得無雜散動態範圍(SFDR)的高品質訊號。然而市場上仍有產品可以解決此問題，如太克科技的高速AWG AWG70000B系列，以50GS/s的速度提供10位元垂直解析度，為超過Ku頻段(12~18GHz)至20GHz。其最大32GS記錄長度允許重新建立完整長度的射頻訊號。
(本文作者為太克資深技術經理)
