Innovations d’instruments pour le test à ondes millimétriques

​À la base, le VST combine un générateur de signaux vectoriels à large bande, un analyseur 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 et l’incertitude croissantes des normes, protocoles et technologies sans fil.

​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 PXIe-5655 à double oscillateur local (LO) requis. Occupant seulement quatre emplacements PXI Express, le PXIe-5842 fournit une couverture de fréquence continue jusqu’à 23 GHz, et jusqu’à 2 GHz de bande passante RF instantanée avec d’excellentes performances RF.

​Pour le PXIe-5842 avec extension de fréquence à 54 GHz, un deuxième synthétiseur PXIe-5655 à double LO est inclus afin de fournir deux LO indépendants supplémentaires pour les deux ports RF bidirectionnels du module de mesure à distance RMM-5585. Un commutateur de port RF PXIe-5443 est également ajouté pour fournir des connexions vers et depuis les ports DUT à ondes millimétriques et DUT IF. Au total, la configuration à ondes millimétriques occupe six emplacements PXI Express et inclut l’ajout du module de mesure à distance RMM-5585.

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

​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 2 GHz de bande passante RF instantanée. 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 illustré à la Figure 2.

^{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. Ils permettent une couverture de test accrue et fournissent des mesures RF hautes performances, le tout dans un seul instrument PXIe hautement synchronisé.  

​Large couverture de fréquence

​Les allocations de spectre radio changent constamment, différentes bandes étant réservées aux communications sans fil, cellulaires, par satellite, 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 jusqu’à 54 GHz, le VST PXIe-5842 offre une couverture de spectre complet 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). Cela signifie qu’un seul instrument est nécessaire pour tester ces différentes normes. La couverture haute fréquence signifie également que vous pouvez utiliser le PXIe-5842 pour diverses applications aérospatiales et de défense utilisant les fréquences de la bande UHF à la bande V. Les applications incluent la simulation de cibles radar, la surveillance du spectre dans les systèmes de guerre électronique et de communication par satellite, ou encore le test paramétrique des composants ESA (Electronically Scanned Arrays) couramment utilisés dans les systèmes de communication radar et par 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 sur un seul instrument. La fréquence maximale passe de 44 GHz à 54 GHz, tout en incluant également la couverture de bandes WLAN, cellulaires, IdO et autres bandes inférieures à 6 GHz. 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 à ondes millimétriques

​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}

​Afin d’offrir la flexibilité nécessaire pour s’adapter aux exigences variables de chaque étape de la chaîne de signaux, le VST PXIe-5842 dispose de ports de test bidirectionnels dédiés aux fréquences à ondes millimétriques et intermédiaires. 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 fournissent une couverture de fréquence de 200 MHz à 23 GHz et offrent une interface directe pour les périphériques multifréquences tels que les convertisseurs élévateurs/abaisseurs de fréquence ou les circuits intégrés formeurs de faisceaux avec conversion de fréquence intégrée. Ces ports donnent au PXIe-5842 doté d’une extension de fréquence à 54 GHz la capacité de s’interfacer avec des périphériques multibandes sans instrumentation supplémentaire ni conditionnement de signal externe.

​Bande passante instantanée jusqu’à 2 GHz

​Dans le but d’atteindre des débits de données de pointe plus élevés, la demande en bande passante de signal plus large ne cesse de croître, allant des technologies sans fil de nouvelle génération telles que la 5G NR et la norme 802.11be (Wi-Fi 7), aux applications aérospatiales et de défense avancées telles que les tests radar et la surveillance du spectre. Utilisant un échantillonnage rapide, des convertisseurs numérique-analogique (C N/A) et des convertisseurs analogique-numérique (C A/N) à haute linéarité ainsi que des mécanismes d’étalonnage interne à large bande, le PXIe-5842 offre une bande passante RF instantanée de 2 GHz avec une excellente exactitude de mesure.

Figure 6 : Bande passante instantanée des transcepteurs de signaux vectoriels PXI

​Grâce à leur large bande passante instantanée et à leurs frontaux étalonnés, vous pouvez déployer les VST de NI efficacement pour des applications exigeantes telles que la simulation de cibles radar, l’agrégation de porteuses multiples, les implémentations d’algorithmes de prédistortion numérique (DPD), la recherche et le prototypage 5G et l’analyse de spectre en temps réel. De plus, les VST intègrent des algorithmes brevetés de correction d’amplitude et de phase pour une exactitude d’amplitude absolue élevée et un faible écart par rapport à la phase linéaire sur toute leur large bande passante instantanée.

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

​Le VST utilise des techniques d’étalonnage IQ avancées et brevetées pour fournir les meilleures performances d’amplitude du vecteur d’erreur (EVM) aux signaux à 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 plate-forme PXI fournissent des capacités de synchronisation et de mise à l’échelle pour les mesures multivoies qui nécessitent 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 7 : 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. Avec son encombrement réduit, un seul châssis PXI permet de synchroniser deux VST PXIe-5842 avec extension de fréquence à 54 GHz. Vous pouvez étendre davantage vos systèmes en utilisant MXI afin d’intégrer plusieurs châssis en un seul système PXI.

Figure 8 : 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. Pour l’aspect logiciel, vous pouvez utiliser la technologie brevetée T-Clock (TClk) de NI pour synchroniser facilement plusieurs instruments à l’aide de l’API NI-TClk.

​Intégration multi-instruments avec la plate-forme PXI

^{​Figure 9 : 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 plate-forme PXIe, le VST PXIe-5842 avec extension de fréquence à 54 GHz partage les mêmes ressources fondamentales que n’importe quel instrument PXIe de NI pour rationaliser le développement des tests, simplifier le déclenchement et la synchronisation, et maximiser la vitesse de mesure. Vous pouvez recourir à la même technologie NI-TClk que vous utilisez pour synchroniser plusieurs VST pour synchroniser d’autres instruments et créer une solution de test et de mesure automatisée et unifiée.

​Le PXIe-5831est un autre produit de la famille des VST dotés d’extensions 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 convient aux applications de test de réseaux à commande de phase multivoies, d’architectures de formation de faisceaux et de prototypage radar. C’est une alternative utile au PXIe-5842 pour ce type d’applications.

Têtes radio à ondes millimétriques avec commutation intégrée

​Figure 10 :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 qui est câblée au sous-système IF basé sur PXI. Pour le PXIe-5831 avec têtes radio distantes, la couverture de fréquence s’étend ainsi jusqu’à 44 GHz. 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 supplémentaires sont créés avec un réseau de commutation qui est intégré dans les routines d’étalonnage de l’instrument, de manière à rendre précises les spécifications de performances, jusqu’aux ports de test.

^{Figure 11 : Vue détaillée du VST PXIe-5831}

​Le choix des options en matière de VST à fréquence étendue de NI signifie que vous pouvez sélectionner la meilleure option pour une application donnée. Cela peut offrir un niveau supplémentaire de polyvalence et d’évolutivité, souvent nécessaire pour maximiser l’efficacité des tests.

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^{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 périphériques, l’automatisation et la durée des tests ont un impact direct sur la réussite de l’entreprise. L’architecture matérielle et logicielle du VST PXIe-5842 est optimisée pour favoriser la vitesse de mesure sans sacrifier les performances de mesure.

​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.

​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 également l’utiliser pour automatiser vos programmes avec des mesures standard pour la 5G NR, le Wi-Fi 7, le Bluetooth, etc.

^{​Figure 12 : Mesures 5G NR} effectuées en utilisant NI RFmx dans LabVIEW et .NET

​La Figure 12 illustre une mesure de puissance de voie conforme à la norme 5G NR. La mesure est effectuée à l’aide d’un RFmx LabVIEW et .NET avec seulement quelques appels de fonction. Plus de 100 exemples de programmes en C, .NET, et LabVIEW sont disponibles pour vous aider à démarrer. Ces programmes sont conçus pour simplifier l’automatisation d’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, NI-RFmx dispose de fonctionnalités qui simplifient considérablement la complexité logicielle du parallélisme de plusieurs mesures et des mesures sur plusieurs DUT. Vous pouvez atteindre des vitesses de mesure de pointe en utilisant les dernières technologies de processeur ainsi que des mesures multithread faciles à programmer pour réduire le temps de test.

^{Figure 13 : 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.}

Watch an online demo of the PXIe-5842 and how it integrates with InstrumentStudio and RFmx

​Validation sans fil (OTA) à ondes millimétriques

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

Figure 14 : Test OTA à ondes millimétriques 5G avec le PXIe-5842

​Afin de rationaliser le test OTA, l’architecture de référence de validation OTA à ondes millimétriques 5G de NI combine le PXIe-5842 avec extension de fréquence à 54 GHz avec un ensemble cohérent de matériel et de logiciels. Grâce à sa proximité avec la chambre de test, l’architecture du module de mesure à distance permet de minimiser la perte de propagation aux fréquences d’ondes millimétriques. Le PXIe-5842 est intégré au système de la même manière que le PXIe-5831, ce qui facilite la transition d’un VST à l’autre.

​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.