準確測量脈沖信號的S參數(shù)

在某些情況下，加到元件上的信號必須以一定的速度和持續(xù)時間進行脈沖調(diào)制(開關)。如果我們要查看一個單音脈沖調(diào)制的頻率響應，它將包含無數(shù)的頻率成分從而使標準窄帶VNA的使用變得很困難。本文講述了如何使用Agilent科技公司的PNA矢量網(wǎng)絡分析儀進行配置并獲得準確測量脈沖信號的S參數(shù)。

為了查看一個脈沖調(diào)制信號的頻率響應的頻譜是什么樣子，我們首先從數(shù)學上分析時域響應。公式1給出了一個脈沖調(diào)制信號的時域關系。它的產(chǎn)生步驟是首先建立一個用脈寬為PW的矩形窗加窗的信號。然后產(chǎn)生一個shah函數(shù)，這個函數(shù)包含一個間隔為1/PRF的周期脈沖序列，其中PRF是脈沖重復頻率。這也同可以看作是間隔和脈沖周期相等的脈沖。而后加窗信號和shah函數(shù)卷積，產(chǎn)生一個和脈沖調(diào)制信號相應的周期脈沖串：

為了查看這個信號在頻域的樣子，對脈沖調(diào)制信號y(t)進行傅立葉變換：

式2表明脈沖調(diào)制信號的頻譜是一個抽樣的sinc函數(shù)，抽樣點(信號呈現(xiàn))和脈沖重復頻率(PRF)相等。

圖1的左面給出在PRF為1.69kHz和脈沖寬度7μs情況下脈沖調(diào)制譜的樣子。圖1的右面給出在放大脈沖基調(diào)條件下同樣的脈沖調(diào)制譜。頻譜具有距離基調(diào)nPRF的成分，其中n是諧波數(shù)?；舭瑴y量信息。PRF音是基音的制造物，靠近基音的頻譜成分具有相對高的幅度。

PNA矢量網(wǎng)絡分析儀通過對微波能量進行窄帶檢測來工作。它把接收信號下變頻到中頻(IF)，然后數(shù)字化(在離散間隔上抽樣)并進行數(shù)字濾波，從而進行顯示和分析。有兩種不同的方法利用微波PNA來測量一個脈沖調(diào)制信號的S參數(shù):“同步脈沖獲取”和“頻譜消零”。同步脈沖獲取和在8510 矢量網(wǎng)絡分析儀上的“全脈沖表征”工作方式類似。頻譜清零和8510系列內(nèi)的“高PRF”工作方式相似，例外的是，盡管內(nèi)指脈沖和脈沖成型可行，但是它們不能工作在8510上的“高PRF”方式下。

同步脈沖獲取方法在進來的單獨脈沖和分析儀離散抽樣之間提供同步定時。如果脈寬超過最小同步時間從而獲取了一個或更多的數(shù)據(jù)點，那么測量就落入同步脈沖獲取工作方式(圖2)并且接收機工作在無脈沖減敏現(xiàn)象得全CW敏感度和動態(tài)范圍。脈沖到脈沖特征可以用這種方式測量，每一個顯示數(shù)據(jù)點和一個單獨的脈沖相對應。這種測量通過利用觸發(fā)點模式和應用外部觸發(fā)測量每個脈沖調(diào)整輸入的脈沖和分析儀的抽樣間隔來進行配置。分析儀必須在獲取周期之前看到100μs的脈沖調(diào)制信號(少于推薦的100μs會導致測量性能下降)。這和PNA硬件濾波器的設置有關。在應用觸發(fā)器和分析儀開始數(shù)字化一個離散點之間之間有70μs的時延。因此，需要在輸入脈沖和應用觸發(fā)器之間需要有30μs的延遲，從而獲得100μs的獲取前脈沖調(diào)制RF。分析儀上的最小獲取時間大約和中頻帶寬的倒數(shù)(1/IF)成反比。隨著中頻帶寬的減小，每個數(shù)據(jù)點的測量獲取時間增加。中頻帶寬為35 kH時分析儀上的最小獲取時間是30μs。這和130μs的最小可測量脈沖寬度相對應。

同步操作方式需要一個脈沖發(fā)生器為外部觸發(fā)和調(diào)制提供定時寬度和時延。調(diào)制可以通過調(diào)制測試設備的偏置或者調(diào)制源信號提供。一個標準的微波PNA有入觸發(fā)和出觸發(fā)BNC連接器，它們可以用來同步分析儀和脈沖發(fā)生器的觸發(fā)時間。在點模式下，應用入觸發(fā)信號會導致分析儀在第一個頻率點獲取數(shù)據(jù)，把源頻率移動到下一個點，然后發(fā)送一個出觸發(fā)信號通知脈沖發(fā)生器它已經(jīng)準備好獲取下一個數(shù)據(jù)點。在這一點，脈沖發(fā)生器會發(fā)送一個觸發(fā)給分析儀從而獲取下一個數(shù)據(jù)點。

作者：Loren Betts