脈沖S參數測量中的跟蹤技術

圖 3

對于 VNA中的寬帶檢波，檢波器會與被測脈沖流進行同步，只在脈沖處于“通”狀態(tài)時獲取數據。由于 VNA中的脈沖觸發(fā)與 PRF同步，這種測量方法通常稱為同步采集模式。

寬帶測試模式的優(yōu)點是在測試占空比較大的脈沖信號(具有相對穩(wěn)定的信噪比與占空比的關系)時動態(tài)范圍幾乎沒有損失。缺點是能夠測量的最小脈沖寬度受到了限制。當信號的脈沖寬度變得越來越窄時，信號頻譜能量會分布在一個更寬的帶寬內。當有足夠多的脈沖能量落在了接收機的中頻帶寬以外時，接收機就不能夠對脈沖進行適當的檢測。從時域的觀點來看，當脈沖的寬度小于接收機的上升時間時，接收機便不能對該脈沖進行檢測。要測量更窄的脈沖，(如果繼續(xù)使用寬帶模式進行測試)就必須使用更寬的檢波帶寬。隨著接收機帶寬的增加，就會有更多的噪聲進入接收機，因此降低了測量的動態(tài)范圍。

PNA-X微波矢量網絡分析儀寬帶測試模式的檢波(即 IFBW)帶寬可達 5 MHz，時間分辨率大約為 250 ns(可精確測量的最小脈沖寬度)。在寬帶模式下配置 PNA-X非常簡單。脈沖發(fā)生器不僅可以配置為觸發(fā)內部信號源調制器，而且還可以配置為從內部對測量進行觸發(fā)，因此數據采集與輸入的射頻脈沖(無需外部觸發(fā)電纜)是同步的。在這種情況下，可以把 PNA-X配置成在一個顯示界面上同時對脈沖內的定點( Point-in?Pulse)、脈沖包絡(Pulse Profile)和脈沖到脈沖之間的關系(Pulse-to-Pulse)進行測量的工作方式。

在窄帶檢波模式下，脈沖寬度通常遠遠小于對一個離散數據點進行數字化處理和數據采集所需要的最短時間(圖 4)。使用窄帶測試技術，脈沖頻譜中除了代表 RF載波頻率的中心頻率成分之外，所有其它的頻譜分量都被濾波處理掉了。濾波之后，脈沖射頻信號變成了正弦(即連續(xù)波)信號。當矢量網絡分析儀工作在窄帶脈沖測量模式的時候，各個數據采樣點不與輸入脈沖同步，因此不需要同步測量觸發(fā)信號，所以窄帶檢波技術也稱為異步采集模式。一般情況下，在窄帶測試模式應用中，因為被測脈沖信號的 PRF比接收機的中頻帶寬更高，所以這種方法又稱“高 PRF”模式。

圖 4

在窄帶檢波模式中，脈沖寬度通常比對一個離散數據進行數字化處理和數據采集所需的最小時間還小很多。

安捷倫在 PNA-X上開發(fā)出了一種更出色窄帶測試技術，這種新的窄帶測試技術可以使測試接收機的 IFBW比過去窄帶測試模式中常用 IFBW更寬。這個獨一無二的方法被稱為“零點頻譜技術”(圖 5)。這個非常高效率的檢波模式方法會根據脈沖信號的 PRF產成一個“匹配的”數字濾波器。這項技術允許用戶能夠用在動態(tài)范圍上的一點損失來換取更快的測試速度，與傳統(tǒng)濾波處理方法進行的脈沖測量相比，這種技術總是可以達到更快的測試速度。

圖 5

在 PNA-X VNA中在較寬 IF帶寬上部分實現(xiàn)窄帶檢波需要使用基于被測脈沖信號 PRF的匹配數字濾波器。

一般來說，由于窄帶測試方式把除了中心頻譜之外的所有其它脈沖頻譜分量都濾波處理掉了，它在所能測試的最窄脈沖寬度方面受到的限制明顯地小得多。缺點是測量的動態(tài)范圍受占空比的影響。當占空比較小時(脈沖之間的間隔時間較長)，脈沖平均功率的下降會造成信噪比( SNR)的降低，這會導致測量動態(tài)范圍

隨占空比的降低而減小。我們把這種現(xiàn)象稱為“脈沖的減敏感作用”。在安捷倫上一代具有脈沖測試能力的矢量網絡分析儀(PNA系列產品)中，測試動態(tài)范圍受到占空比下降而降低的量可以用 20log(占空比)關系式計算出來。而 PNA-X則通過采用全新的先進脈沖檢波方法，極大改善了接收機的脈沖減敏感作用。

PNA-X通過采用新的硬件和軟件技術和算法極大地改善了上述限制，顯著地降低了關系為 20log(占空比)的脈沖減敏感作用。兩大改進主要在于采用了增強型硬件選通和軟件選通。為了提高 PNA-X的時間分辨率，在 PNA-X的 IF路徑上增加了一個選通開關(圖 6)。選通開關的定時信號來自于 PNA-X內部脈沖發(fā)生器的幾個輸出通道中的一個(圖 2b)，這個輸出通道設置了脈沖周期、脈沖寬度和延遲。選通開關的選通寬度給脈沖中定點測量和脈沖包絡測量提供時間分辨率。

圖 6

PNA-X通過多種新技術(包括在 IF路徑中使用選通開關提高時間分辨率)將脈沖靈敏度降低程度減少到最小。

因為整個 IF路徑的噪聲系數經常是由接收機上游的前幾級決定的，所以可以在來自接收機上游的信號(和噪聲)到達 IF選通之前先給它們提供盡可能多的增益來改善信噪比(信號大小的選擇要恰當，要使選通開關不會工作在壓縮區(qū)域，這樣峰值脈沖包絡的能量可以相對不受影響地通過選通開關)，然后使用選通開關進行時間鑒別(時間分辨率)。由于占空比的變化是和選通開關的重復頻率和選通寬度相關連的(因為選通開關的定時信號就是來自于脈沖發(fā)生器中確定脈沖周期、脈沖寬度和脈沖延遲的一個輸出通道，如圖 2b所示)，當噪聲功率(以 dB為單位)按照 10log(占空比)的關系降低時，脈沖頻譜中心頻率分量的功率(以 dB為單位)會按照 20log(占空比)的關系降低(圖 6)?？傮w結果就是測量動態(tài)范圍以接近于 10log(占空比)的關系降低，而不像 PNA-X的上一代矢量網絡分析儀那樣以 20log(占空比)的關系降低。