脈衝S參數測量中的跟蹤技術

2021-01-15 電子產品世界

使用矢量網絡分析儀測試 S參數通常是對被測器件施加連續波激勵來完成的，然而在某些情況下， S參數的測量必須使用脈衝激勵。例如，在測試諸如功率電晶體之類的非熱耦合被測器件的 S參數時，連續波激勵所積累的熱量可能會損壞被測器件，而使用脈衝激勵進行測量則可以安全地對這類器件的特性進行表徵。通過正確選擇脈衝激勵的佔空比，可以保證測量的平均功率保持在較低的水平，避免產生過熱現象。另一個需要進行脈衝 S參數測量的例子是對通常工作在脈衝或猝發信號狀態下——例如雷達系統和許多數字調製通信系統中的器件進行測量。今天，脈衝 S參數的測量已經可以使用自身就能夠產生脈衝激勵並對脈衝正弦信號進行精確測量的矢量網絡分析儀來完成。

本文引用地址：http://www.eepw.com.cn/article/154816.htm

脈衝信號的頻譜可以藉助一些數學分析工具表示出來。方程 1描述了時域中的脈衝信號。脈衝信號的產生過程可以直觀地表示為：首先為將要生成的脈衝寬度為 PW脈衝信號建立一個矩形窗口信號[rect(t)];

y(t) = (rect pw (t)×x(t))×shah 1(t) (1)

圖1

接著再產生一個 shah函數，這個函數由彼此間隔為 1/PRF的周期性衝擊串組成，其中 PRF是需要產生的脈衝信號的重複頻率， Shah函數也可以被視為間隔等於脈衝信號周期的許多個衝擊。最後，把窗口信號與 shah函數進行卷積之後就可以產生一個在時間關係上與所需脈衝信號相一致的周期性脈衝串。

方程 2表示的是時域脈衝信號的傅立葉變換。它表示脈衝信號的頻域譜是一個取樣點(信號)出現的頻率等於脈衝重複頻率(PRF)取樣的 Sinc函數，。

Y (s) = ( pw·sinc( pw·s)·X (s))·( prf·shah( prf·s))

Y (s) = ( pw ·sinc( pw ·s))·( prf·shah( prf·s))

Y (s) = DutyCycle·sinc( pw·s)·shah( prf·s) (2)

圖 1a顯示的是 PRF等於 1.69 kHz、脈衝寬度為 7 ?s的脈衝信號的頻譜。圖 1b放大顯示了同一脈衝頻譜在基波頻率——被脈衝化處理的信號頻率上的部分(圖 1a的中心部分)。注意，該頻譜包含諾幹與基頻相距 nPRF的分量。基頻中包含了測量所需要的信息;彼此間隔為 PRF的各個分量是在對基頻進行脈衝化處理的過程中產生的，值得注意的是，靠近基音的頻譜分量的幅度相對較大一些。

圖1a

圖1b

這些圖形顯示了 PRF為 1.69 kHz、脈衝寬度為 7 ?s(a)的信號的脈衝頻譜，以及同一脈衝頻譜放大到基頻(圖中心)(b)的圖像。

Agilent PNA-X系列矢量網絡分析儀自身即可提供脈衝激勵並對脈衝響應進行精確測試。這個高度集成的 S參數測量系統(圖 2a)內部包含了複雜的信號產生和分配部件(圖 2b)，使其既可以進行連續波的激勵響應測試也可以進行脈衝信號的激勵響應測試。內部信號源可對內部測試信號發生器進行調製，生成 10 MHz到26.5 GHz的脈衝激勵。這種矢量網絡分析儀內部信號源可產生最小脈衝寬度僅為 33 ns(典型值甚至更窄)的脈衝信號。

脈衝測量的定時信號是由 PNA-X內部的一個脈衝發生器產生的，這個脈衝發生器有四個主輸出信道，每個信道都有獨立的脈衝延遲和寬度控制。這些輸出通道可以經過 PNA-X內部的路徑直接驅動 PNA-X內部的調製器、數據採集電路，也可以從 PNA-X的後面板輸出到 PNA-X的外部以驅動其它的外圍測試設備。脈衝發生器的定時基於一個 60 MHz的時鐘信號，產生解析度為 16.7 ns定時信號。由於這些脈衝發生器是獨立於

各個測量通道的，所以每個測量通道都可以獨立地對脈衝發生器進行設置，這樣就可以同時對各種不同的測試項目進行測量和顯示，例如可以在一個顯示屏幕上同時顯示脈衝包絡、脈衝內定點和增益壓縮等的測量結果。無論是進行連續波測量還是進行脈衝信號測量，PNA-X的接收機都是專為獲得最佳靈敏度而設計的。

圖 2a

圖 2b

Agilent PNA-X矢量網絡分析儀(VNA)可在內部複雜信號路由(b)的幫助下，使用寬帶和窄帶測量模式(b)進行脈衝 S參數測量。

PNA-X微波矢量網絡分析儀可在寬帶和窄帶兩種模式下進行脈衝測量，這兩種模式各有其先進和有所折衷之處。Agilent PNA-X這一系列的現代化矢量網絡分析儀都具備這兩種檢波模式，因此儀表使用人員在測試測器件特性的時候可以非常靈活地定製測量計劃。

寬帶檢波方法適用於脈衝頻譜的絕大部分都能落在矢量網絡分析儀接收機中頻帶寬之內的情況。寬帶檢波技術既可以用模擬電路技術實現也可以用數位訊號處理技術實現。使用寬帶檢波技術，網絡分析儀的接收機檢波器與脈衝流保持同步，只有在脈衝出現的時候(脈衝處於「 ON」的狀態)才會進行數據採集。因為這種方法用一個同步到 PRF的脈衝觸發信號來對矢量網絡分析儀進行觸發，所以通常稱這種模式為同步採集模式(圖 3)。這種模式的時間解析度是接收機檢波帶寬(即中頻帶寬 IFBW)的函數，確定適當的時間解析度的一個好的參考標準是用接收機中頻帶寬的倒數，即 1/IFBW作為時間解析度的值。

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