Innovations d’instruments pour le test à ondes millimétriques

À sa base, un VST PXI combine un analyseur de signaux vectoriels large bande, un générateur de signaux vectoriels, une interface numérique haute vitesse et un FPGA puissant dans un seul instrument PXI. Le VST PXIe-5842 de NI peut étendre l’architecture VST avec des innovations axées sur la complexité croissante et l’incertitude des normes, protocoles et technologies sans fil aux fréquences d'ondes millimétriques.

^{Figure 1 : Vue détaillée du VST PXIe-5842 avec extension de fréquence à 54 GHz}

Le VST PXIe-5842 se compose du module PXIe-5842 et du synthétiseur NI PXIe-5655 à double oscillateur local (LO) requis. Occupant seulement quatre emplacements PXI Express, le PXIe-5842 offre une couverture de fréquence continue de 30 MHz à 26,5 GHz et jusqu’à 4 GHz de bande passante RF instantanée avec d’excellentes performances RF.

Pour le PXIe-5842 avec extension de fréquence à 54 GHz, un second synthétiseur PXIe-5655 à double LO est inclus pour fournir deux oscillateurs locaux indépendants supplémentaires aux deux ports RF bidirectionnels du module de mesure à distance NI RMM-5585. Un commutateur de port RF NI PXIe-5563 est ajouté pour fournir des connexions vers et depuis les ports mmWave et IF du DUT. Au total, la configuration à ondes millimétriques occupe six emplacements PXI et inclut l’ajout du module de mesure à distance RMM-5585.

Avec l’ajout du module de mesure à distance RMM-5585, le PXIe-5842 peut étendre la couverture de fréquence jusqu’à 54 GHz avec une bande passante RF instantanée allant jusqu’à 2 GHz. Le RMM-5585 fournit une conversion de fréquence vers et à partir des fréquences d’ondes millimétriques et est câblé au sous-système IF basé sur PXI. Cette architecture permet à l’interface à ondes millimétriques de rester aussi proche que possible du DUT. Cela est crucial, car les pertes aux fréquences intermédiaires peuvent être nettement inférieures à celles des ondes millimétriques. Décaler les exigences de distribution de puissance vers les fréquences plus basses signifie plus de puissance au niveau des éléments importants : les ports de test à ondes millimétriques.

En plus du réglage de fréquence indépendant, cette architecture permet également des opérations de transmission et de réception simultanées à l’aide d’un seul RMM-5585. Cela permet ainsi de nombreuses configurations de test différentes sur un seul instrument. Un diagramme est présenté à la figure 2.

^{Figure 2 : Diagramme du PXIe-5842 avec extension de fréquence à 54 GHz}

Un avantage supplémentaire de cette architecture est la possibilité de retirer le module de mesure à distance selon les besoins. Le synthétiseur double LO PXIe-5655 additionnel, le commutateur de port RF PXIe-5563 et le module de mesure à distance RMM-5585 peuvent être retirés pour accéder à toutes les fonctionnalités et capacités du PXIe-5842 standard, notamment une puissance de sortie améliorée, une densité de bruit moyenne plus faible, de meilleures performances EVM et la capacité de générer et d’analyser des WaveForms avec une bande passante instantanée allant jusqu’à 4 GHz. De même, les utilisateurs actuels du PXIe-5842 peuvent passer à la configuration à ondes millimétriques, leur conférant des capacités d’onde millimétrique sans nécessiter d’instrumentation supplémentaire. Toutes ces fonctionnalités se combinent pour offrir une large gamme de capacités de test et mesure RF via un seul instrument et une seule plateforme.

^{Tableau 1 : Spécifications du PXIe-5842 avec extension de fréquence à 54 GHz}

Le PXIe-5842 offre un large éventail de fonctionnalités qui simplifient les configurations de test à ondes millimétriques, permettent une plus grande polyvalence dans la couverture des tests, et fournissent des mesures RF performantes dans un seul instrument PXI hautement synchronisé.

Dans cette section, nous abordons des fonctionnalités telles que la large couverture fréquentielle, la couverture multibande avec des ports de test IF et l’onde millimétrique (RF), les performances de mesure d’amplitude du vecteur d’erreur, la synchronisation cohérente en phase, et l’intégration multi-instruments avec la plateforme PXI.

​Large couverture de fréquence

​Les attributions du spectre radio évoluent constamment, différentes bandes étant réservées aux communications sans fil, cellulaires, satellitaires, à la navigation et à la radioastronomie. Il est essentiel de garantir la couverture de fréquence nécessaire au développement des applications à ondes millimétriques de demain.

Avec une couverture de fréquence allant jusqu’à 54 GHz, le PXIe-5842 offre une couverture complète du spectre pour WLAN, UWB, 5G FR-1 et surtout pour toutes les bandes de fréquences 5G FR-2 (de 24,25 GHz à 52,6 GHz), ce qui signifie qu’un seul instrument suffit pour tester ces différentes normes. La couverture haute fréquence permet aussi l’utilisation du PXIe-5842 pour diverses applications aérospatiales et de défense, des bandes UHF aux bandes K et V. Les applications incluent la simulation de cibles radar, la surveillance du spectre dans la guerre électronique et les communications satellites, ainsi que les tests paramétriques des composants de réseaux à balayage électronique (ESAs) souvent utilisés dans les systèmes radar et de communication satellite.

​Figure 3 : Applications commerciales couvrant le spectre RF et la multiplication des communications satellite

​Auparavant, il fallait deux VST pour couvrir tout le spectre, des basses fréquences aux ondes millimétriques. Le PXIe-5842 avec extension de fréquence à 54 GHz peut consolider la couverture dans un seul instrument, avec la fréquence maximale passant de 44 GHz à 54 GHz tout en incluant la couverture des bandes WLAN, cellulaires, IoT et autres sous 6 GHz avec le même instrument. La complexité réduite de l’instrumentation signifie que vous pouvez créer un banc de test unique capable de rationaliser le développement RFIC à ondes millimétriques. Ainsi, plusieurs applications et bandes de fréquence différentes peuvent coexister.

​Couverture multibande avec ports de test IF et ondes millimétriques (RF)

Les RFIC à ondes millimétriques étendent les chaînes de signaux RF des conceptions actuelles à travers des étapes supplémentaires de conversion de la fréquence, de formation de faisceaux et de rayonnement à commande de phase. Une approche de test idéale doit pouvoir correspondre à ces points de test avec suffisamment de flexibilité afin de s’adapter à l’évolution des conceptions et des exigences, tout en étant capable d’évoluer en matière de vitesse et de coût pour répondre aux exigences en volume.

​^{Figure 4 : Configuration de test bidirectionnel RF à RF avec un module de mesure à distance}

Pour offrir la flexibilité nécessaire à l’adaptateur des exigences variables de chaque étape de la chaîne de signal, le VST PXIe-5842 dispose de ports de test bidirectionnels pour les fréquences intermédiaires (IF) et ondes millimétriques (RF). Les ports de test bidirectionnels éliminent le besoin d’un conditionnement de signal et d’une commutation supplémentaires en dehors de l’instrument et améliorent davantage la qualité des mesures tout en réduisant la complexité globale du système.

^{Figure 5 : Configuration de test bidirectionnel RF vers IF avec un module de mesure à distance}

Le PXIe-5842 inclut deux ports de test IF qui peuvent être utilisés indépendamment ou en conjonction avec le module de mesure à distance à ondes millimétriques. Ces ports couvrent une gamme de fréquences allant de 30 MHz à 26,5 GHz et offrent une interface directe pour des dispositifs multifréquences tels que les convertisseurs élévateurs/abaisseurs de fréquence ou les circuits intégrés formateurs de faisceaux avec conversion de fréquence intégrée. Ces ports confèrent au PXIe-5842 avec extension de fréquence à 54 GHz la capacité de s’interfacer avec des dispositifs multibandes sans instrumentations supplémentaires ni conditionnement externe du signal.

Bande passante instantanée jusqu’à 2 GHz pour les ondes millimétriques

Des technologies sans fil de prochaine génération comme 5G NR et 802.11be/bn (Wi-Fi 7/8) jusqu’aux applications avancées aérospatiales et de défense comme le test radar et la surveillance du spectre, la demande pour une largeur de bande accrue afin d’atteindre des débits de données plus élevés est en croissance. En s’appuyant sur des échantillonneurs rapides, des convertisseurs numérique-analogique (DAC) et analogique-numérique (CAN) à haute linéarité, ainsi que sur des mécanismes d’étalonnage interne large bande, le PXIe-5842 avec extension de fréquence à 54 GHz offre 2 GHz de bande passante RF instantanée avec une excellente précision de mesure.

Avec cette capacité, vous pouvez déployer efficacement le PXIe-5842 pour des applications exigeantes telles que la simulation de cibles radar, l’agrégation multicanal, les implémentations d’algorithmes de prédistorsion numérique (DPD), la recherche et le prototypage 5G, ainsi que l’analyse de spectre en temps réel. De plus, les VST PXI intègrent des algorithmes brevetés de correction d’amplitude et de phase assurant une haute précision absolue d’amplitude et une faible déviation par rapport à la phase linéaire sur toute la largeur de leur bande passante instantanée.

​Performances des mesures de l’amplitude du vecteur d’erreur

Les VST PXI utilisent des techniques d’étalonnage IQ avancées et brevetées pour fournir des performances d’amplitude du vecteur d’erreur (EVM) parmi les meilleures de leur catégorie pour les signaux large bande. Une composante critique des périphériques sans fil de la prochaine génération est l’exigence de performances EVM encore plus strictes par rapport aux bandes passantes croissantes. Avec des schémas de modulation d’ordre supérieur et des configurations de signaux multicarrière à large bande, les frontaux RF des périphériques sans fil d’aujourd’hui nécessitent une meilleure linéarité et un meilleur bruit de phase pour fournir les performances de modulation requises. Par conséquent, l’instrumentation de test des périphériques sans fil doit offrir des performances RF encore plus précises. Le PXIe-5842 offre les meilleures performances EVM pour les schémas de modulation d’ordre supérieur tels que la 5G NR.

​Tableau 2 : EVM mesurée du PXIe-5842 avec extension de fréquence à 54 GHz

​Synchronisation en cohérence de phase

L’architecture modulaire du PXIe-5842 avec extension de fréquence à 54 GHz et la plateforme PXI offrent des capacités de synchronisation et d’échelle pour les mesures multivoies nécessitant une cohérence de phase. Vous pouvez obtenir une synchronisation inférieure à la nanoseconde entre deux VST prêts à l’emploi pour des applications telles que le test sans fil d’antennes à double polarisation :

Figure 6 : Test sans fil d’antenne à double polarisation

Vous pouvez étendre le même niveau de synchronisation aux systèmes de test MIMO. Les normes de communication modernes, telles que la 5G NR, utilisent des schémas MIMO pour de nombreuses antennes sur un seul appareil. Cela permet de fournir une combinaison de débits de données plus élevés grâce à davantage de flux spatiaux ou à des communications plus robustes utilisant la formation de faisceaux. Il n’est pas surprenant que la technologie MIMO augmente considérablement la complexité de la conception et des tests. Cela augmente non seulement le nombre de ports sur un périphérique, mais introduit également des exigences de synchronisation multivoies. Grâce à son encombrement compact, vous pouvez synchroniser deux VST PXIe-5842 avec extension de fréquence à 54 GHz dans un seul châssis PXI. Vous pouvez étendre davantage vos systèmes en utilisant MXI afin d’intégrer plusieurs châssis en un seul système PXI.

Figure 7 : Les ingénieurs peuvent synchroniser deux VST PXIe-5842 avec extension de fréquence à 54 GHz dans un seul châssis PXI.

​Comme un seul instrument, vous pouvez synchroniser chaque VST de manière complètement cohérente en matière de phase. Pour l’aspect matériel, un VST peut synchroniser chaque LO pour les modules de mesure distants et le sous-système basé IF. Il est également capable de partager le LO avec d’autres VST afin que tous les composants du système RF puissent être synchronisés. En logiciel, vous pouvez utiliser la technologie T-Clock (TClk) brevetée de NI pour synchroniser facilement plusieurs instruments via l’API NI-TClk.

​Intégration multi-instruments avec la plate-forme PXI

^{​Figure 8 : Intégration multi-instruments avec l’API NI-TClk}

Bon nombre d’applications de test RF nécessitent des E/S supplémentaires en plus de la génération et de l’analyse de signaux en bande de base ou RF. Il peut s’agir d’une alimentation ou d’une unité de source et mesure (SMU), d’un périphérique numérique basé sur des modèles pour le contrôle du DUT (matériel sous test), ou d’une large gamme d’autres instruments analogiques, numériques et CC. Faisant partie de la plateforme PXI, le VST PXIe-5842 avec extension de fréquence à 54 GHz partage les mêmes ressources fondamentales que tout instrument PXI de NI, facilitant le développement de tests, simplifiant le déclenchement et la synchronisation, et maximisant la vitesse des mesures. Vous pouvez utiliser la même technologie NI-TClk que pour synchroniser plusieurs VST afin de synchroniser d’autres instruments et créer une solution unifiée d’automatisation des tests et des mesures.

Le NI PXIe-5831 constitue une autre option pour les VST à extension de fréquence. Il présente une configuration similaire au VST basé sur PXI et au module de mesure à distance, avec quelques distinctions importantes. Basé sur les VST de deuxième génération, le PXIe-5831 offre des capacités de commutation uniques avec deux têtes radio à ondes millimétriques connectées à un seul PXIe-5831. Avec jusqu’à 32 ports RF commutés, le PXIe-5831 est bien adapté aux tests de réseaux à commande de phase multivoies, aux architectures de formateur de faisceaux et au prototypage radar, constituant une alternative utile au PXIe-5842 pour ces applications.

Têtes radio à ondes millimétriques avec commutation intégrée

​Figure 9 : Têtes radio ^{à ondes millimétriques avec commutation intégrée : PXIe-5831}

Dans le PXIe-5831, comme dans le PXIe-5842, la conversion de fréquence vers et depuis les ondes millimétriques s’effectue dans une tête radio distante câblée au sous-système IF basé sur PXI, étendant la couverture de fréquence jusqu’à 44 GHz pour le PXIe-5831. Chaque tête radio à ondes millimétriques est disponible en trois configurations différentes (2, 9 et 16 ports) afin de s’adapter aux besoins du DUT. Les ports additionnels sont créés par un réseau de commutation intégré dans les routines d’étalonnage de l’instrument, garantissant des spécifications de performance précises jusqu’aux ports de test.

^{Figure 10 : Vue détaillée du VST PXIe-5831}

La variété d’options concernant les VST NI à extension de fréquence vous permet de sélectionner la meilleure option pour une application donnée tout en conservant la même plateforme de test et infrastructure logicielle. Cela offre un niveau supplémentaire de polyvalence et d’évolutivité, souvent nécessaire pour maximiser l’efficacité des tests.

^{Tableau 3 : Comparaison des spécifications du PXIe-5831 et du PXIe-5842 avec extensions de fréquence.}

Dans les environnements de test de validation et de production, le débit des appareils, l’automatisation et la durée du test impactent directement le succès commercial. L’architecture matérielle et logicielle du VST PXIe-5842 est optimisée pour la rapidité de mesure sans sacrifier la performance.

Le PXIe-5842 utilise de nombreux outils logiciels identiques à ceux des générations précédentes de VST. Cela permet d’assurer une transition rapide vers le PXIe-5842, tout en offrant les mêmes optimisations de test de pointe que les clients ont appréciées avec les VST précédents.

​NI RFmx : Driver natif optimisé pour les langages de développement de tests communs

​La famille de VST à fréquence étendue de NI est configurée et contrôlée par le logiciel d’application RFmx. RFmx fournit une API de programmation intuitive qui offre à la fois une facilité d’utilisation et une configuration de mesure avancée pour les mesures RF génériques et spécifiques aux normes. Il dispose d’une API hautement optimisée pour effectuer des tâches allant des mesures spectrales RF (y compris la puissance des voies, la puissance des voies adjacentes et le spectre de puissance) aux mesures des signaux modulés numériques et analogiques. Vous pouvez aussi l’utiliser pour automatiser vos programmes avec des mesures standardisées pour 5G NR, Wi-Fi 7, Bluetooth et plus.

^{​Figure 11 : Mesures 5G NR} effectuées en utilisant NI RFmx dans LabVIEW et .NET

La Figure 11 illustre une mesure de puissance de canal conforme à 5G NR réalisée avec un exemple RFmx LabVIEW et .NET en quelques appels de fonction seulement. Vous pouvez démarrer avec plus de 100 exemples de programmes en C, .NET et NI LabVIEW conçus pour simplifier l’automatisation des instruments. L'API NI-RFmx comprend des paramètres de haut niveau qui optimisent intelligemment les paramètres de l'instrument pour vous aider à obtenir des mesures de la plus haute qualité avec le minimum d'appels logiciels. De plus, RFmx offre des fonctionnalités qui simplifient grandement la complexité logicielle du parallélisme de mesures multiples et des mesures multi-DUT. Vous pouvez atteindre des vitesses de mesure de pointe grâce aux technologies processeur les plus récentes et à des mesures multithread faciles à programmer pour réduire le temps de test.

^{Figure 12 : Le VST combine un générateur de signaux vectoriels à large bande passante, un analyseur de signaux vectoriels, une interface numérique haute vitesse et un FPGA puissant dans un seul instrument PXI. Le module de mesure à distance étend l’architecture VST avec des innovations axées sur la complexité et l’incertitude croissante des normes, protocoles et technologies sans fil.}

Regardez une démo en ligne du PXIe-5842 et découvrez comment il s’intègre aux logiciels NI InstrumentStudio™ et RFmx

Dans cette section, nous couvrons la validation OTA mmWave, le test de production RFFE, le radar et la guerre électronique, la télémétrie SATCOM et les systèmes de validation de liaison de données. 

​Validation sans fil (OTA) à ondes millimétriques

Les applications de test sans fil (OTA) peuvent être particulièrement importantes aux fréquences d’ondes millimétriques. Dans des applications telles que la formation de faisceaux pour réseaux d’antennes MIMO, les caractéristiques spatiales des WaveForms ainsi que le nombre d’antennes utilisées rendent souvent les tests en conduction impraticables. Pour ces cas de test, un test OTA et l’utilisation d’une chambre anéchoïque sont souvent nécessaires.

Figure 13 : Test OTA à ondes millimétriques 5G avec le PXIe-5842

L’architecture de référence de validation OTA 5G mmWave de NI combine le PXIe-5842 avec extension de fréquence à 54 GHz avec un ensemble cohérent de matériel et logiciel pour simplifier les tests OTA. L’architecture du module de mesure à distance minimise la perte de chemin à fréquences mmWave grâce à sa proximité avec la chambre anéchoïque de test. Le VST PXIe-5842 est intégré dans le système de manière similaire au VST PXIe-5831, permettant une transition facile entre les deux.

​En savoir plus sur la validation OTA à ondes millimétriques 5G

​Test de production RFFE

​Vous pouvez intégrer des VST avec des extensions de fréquence dans un système de test de semi-conducteurs (STS) ainsi que dans d’autres solutions de test de production RFFE, de la même manière que les autres VST PXI.     

​En savoir plus sur les solutions NI pour les tests de production RFFE en grand volume.

​Radar et guerre électronique (EW)

​Les systèmes radar et de guerre électronique (EW) connaissent des bouleversements technologiques. En effet, les tableaux à balayage électronique actif, la technologie à bande ultra-large et les systèmes cognitifs présentent de nouveaux défis en matière de conception et de test.

​L’instrumentation modulaire et les technologies logicielles ouvertes de NI offrent aux ingénieurs les outils nécessaires pour créer une émulation de menaces adaptable avec des modules transcepteurs de signaux vectoriels radiofréquences et des coprocesseurs FPGA. Faites évoluer votre validation au niveau du système pour prendre en charge plusieurs émetteurs de menaces par canal, surveillez et analysez les performances de votre système en temps réel, ou enregistrez et lisez les signaux sensibles en toute sécurité, le tout sur une plate-forme d’instruments modulaire commune.

​Vous pouvez utiliser le VST de NI pour les tests fonctionnels et paramétriques de guerre électronique ainsi que pour la validation au niveau du système. Le VST permet de générer des menaces RF multiémetteurs, de surveiller et d’analyser des signaux en temps réel, ainsi que d’enregistrer et de lire des fréquences radio à large bande. 

​En savoir plus sur les solutions NI pour les radars et la guerre électronique.

​Système de validation de télémétrie et de liaison de données SATCOM

​Pour la télémétrie SATCOM, le PXIe-5842 avec extension de fréquence à 54 GHz offre les mêmes avantages que le PXIe-5842 standard.

​​En savoir plus sur les solutions de NI pour les systèmes de validation de télémétrie et de liaison de données SATCOM.