基于PNA矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀的脈沖信號的S參數(shù)測量解決方案

傳統(tǒng)上，矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀被用來測量組件的連續(xù)波形(CW)S參數(shù)性能。在這些操作環(huán)境下，分析儀常常作為窄帶測量儀器工作。它向組件傳輸已知的CW頻率并測量CW頻率響應(yīng)。如果我們想查看單個(gè)CW頻率的響應(yīng)，我們可以在頻率看到單個(gè)的頻譜。分析儀具有一個(gè)內(nèi)置的源和接收器，它們被設(shè)計(jì)成工作在同步模式下，利用窄帶檢測來測量組件的頻率相應(yīng)。大多數(shù)的分析儀可以配置用來對許多頻率進(jìn)行頻率掃描。

　　在某些情況下，加到組件上的信號必須以一定的速度和持續(xù)時(shí)間進(jìn)行脈沖調(diào)制(開關(guān))。如果我們要查看一個(gè)單音脈沖調(diào)制的頻率響應(yīng)，它將包含無數(shù)的頻率成分從而使標(biāo)準(zhǔn)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(luò)分析儀進(jìn)行配置并獲得準(zhǔn)確測量脈沖信號的S參數(shù)。
　　
　　為了查看一個(gè)脈沖調(diào)制信號的頻率響應(yīng)的頻譜是什么樣子，我們首先從數(shù)學(xué)上分析時(shí)域響應(yīng)。公式1給出了一個(gè)脈沖調(diào)制信號的時(shí)域關(guān)系。它的產(chǎn)生步驟是首先建立一個(gè)用脈寬為PW的矩形窗加窗的信號。然后產(chǎn)生一個(gè)shah函數(shù)，這個(gè)函數(shù)包含一個(gè)間隔為1/PRF的周期脈沖序列，其中PRF是脈沖重復(fù)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(gè)和脈沖調(diào)制信號相應(yīng)的周期脈沖串：

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

　　式2表明脈沖調(diào)制信號的頻譜是一個(gè)抽樣的sinc函數(shù)，抽樣點(diǎn)(信號呈現(xiàn))和脈沖重復(fù)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(luò)分析儀通過對微波能量進(jìn)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(jìn)行數(shù)字濾波，從而進(jìn)行顯示和分析。有兩種不同的方法利用微波PNA來測量一個(gè)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(luò)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(jìn)來的單獨(dú)脈沖和分析儀離散抽樣之間提供同步定時(shí)。如果脈寬超過最小同步時(shí)間從而獲取了一個(gè)或更多的數(shù)據(jù)點(diǎn)，那么測量就落入同步脈沖獲取工作方式(圖2)并且接收機(jī)工作在無脈沖減敏現(xiàn)象得全CW敏感度和動(dòng)態(tài)范圍。脈沖到脈沖特征可以用這種方式測量，每一個(gè)顯示數(shù)據(jù)點(diǎn)和一個(gè)單獨(dú)的脈沖相對應(yīng)。這種測量通過利用觸發(fā)點(diǎn)模式和應(yīng)用外部觸發(fā)測量每個(gè)脈沖調(diào)整輸入的脈沖和分析儀的抽樣間隔來進(jìn)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(huì)導(dǎo)致測量性能下降)。這和PNA硬件濾波器的設(shè)置有關(guān)。在應(yīng)用觸發(fā)器和分析儀開始數(shù)字化一個(gè)離散點(diǎn)之間之間有70μs的時(shí)延。因此，需要在輸入脈沖和應(yīng)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(shí)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(gè)數(shù)據(jù)點(diǎn)的測量獲取時(shí)間增加。中頻帶寬為35kH時(shí)分析儀上的最小獲取時(shí)間是30μs。這和130μs的最小可測量脈沖寬度相對應(yīng)。

同步操作方式需要一個(gè)脈沖發(fā)生器為外部觸發(fā)和調(diào)制提供定時(shí)寬度和時(shí)延。調(diào)制可以通過調(diào)制測試設(shè)備的偏置或者調(diào)制源信號提供。一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)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(shí)間。在點(diǎn)模式下，應(yīng)用入觸發(fā)信號會(huì)導(dǎo)致分析儀在第一個(gè)頻率點(diǎn)獲取數(shù)據(jù)，把源頻率移動(dòng)到下一個(gè)點(diǎn)，然后發(fā)送一個(gè)出觸發(fā)信號通知脈沖發(fā)生器它已經(jīng)準(zhǔn)備好獲取下一個(gè)數(shù)據(jù)點(diǎn)。在這一點(diǎn)，脈沖發(fā)生器會(huì)發(fā)送一個(gè)觸發(fā)給分析儀從而獲取下一個(gè)數(shù)據(jù)點(diǎn)。