原创 准确测量脉冲信号的S参数(二)

频谱归零方法通常在脉冲宽度小于需要数字化和获取一个离散时间数据点的最小时间的时候使用。因此，必须对一个数据点获取捕获多个脉冲。在单独的输入脉冲和分析仪的时域抽样之间没有严格的同步。脉冲调制信号的频域描述具有离散PRF单音，这可以通过滤波滤出，剩下的是基调，它载有测量信息。在分析仪的下变频过程中，通过滤波去除不希望的噪声和信号分量。一旦信号被数字化，分析仪应用一个由用户指定中频带宽的数字滤波器。通常，这个数字滤波器用来减小测量噪声并增加动态范围。对非脉冲调制信号来说数字滤波算法工作得很好，但是当接收机接收到一个脉冲调制信号的时候会发生什么呢？

利用窄带检测，利用一个数字矩形滤波器消弱接收信号中除了调制基调成分以外的所有成分是很有必要的。这需要一个最小阻带频率小于脉冲调制信号PRF的滤波器从而具有最优的阻碍。滤波器过渡斜度需要远离第一个PRF单音(图4，左)，这样对不需要的单音具有最大的阻碍。这个滤波器会很难设计因为PRF单音会和基频很近。严格的矩形滤波器在频域有一些折衷，例如在时域具有额外的抖动。对此，滤波器设计者在频域和时域采用不同的技术获得最佳的性能，同时提供有效的滤波性能。

图4的左面给出用于分析仪中的一个可能的中频数字滤波器的响应。它在形状上不是矩形，因此如果不加改变地使用，会在频域引入不需要的成分，从而导致测量误差。另外，这个数字滤波器在频域具有周期排列的零点。这些零点的周期与接收机的采样速率和数字滤波器的结构成正比。使用一个微波PNA，通过调整数字滤波器的零点对准不需要的脉冲调制谱成分有可能滤除不需要的信号分量，只留下基频(图5)。这种滤波技术的一个优点是滤波器的零点非常深，能为脉冲调制谱成分提供很大的阻碍。另一个优点是零点可以和基频很接近因为零点的过渡区非常陡峭。

图6给出脉冲调制信号和分析仪离散抽样在时域的代表性图形。由于下变频，抽样器数字化的脉冲丢失了原来的时域形状，并且当通过窄带接收机的时候不同的硬件滤波元件加到脉冲上。准确的脉冲调制测量信息在这个下变频过程中保持不变。在数字转换器看到的脉冲到脉冲形状由于PRF和扫描频率之间相位关系的不同而改变。一个数据点获取的抽样脉冲数量和中频带宽设置、脉冲周期和脉冲宽度有关。在这个例子中，测量了一个脉冲周期为100μs、脉冲宽度为1μs的脉冲调制信号。测量选择500Hz的中频滤波器，为了在分析仪上显示一个数据点需要292个抽样，每个间隔6μs。在一个数据点的获取时间中，分析仪得到17个脉冲，每个数字化的抽样包含从输入脉冲的不同部分而来的数据。

当使用频谱归零工作方式的时候，与占空周期相应的动态范围上会有一个损失，等于20log(占空周期)。这是由于窄带滤波器阻止脉冲调制信号中除了基调以外的一切成分。随着占空比的降低，更多的能量移入旁瓣，在基调中就会有更少的能量。

这可以通过分析公式2图解说明，并且注意到频域音调的下降与脉宽和脉冲重复频率成正比(即，占空周期=脉宽×PRF)。对一些分析仪来说，这会限制测量可用性。在这种配置下使用微波PNA的一个主要收益就是可以使用非常窄的脉冲宽度(即，远小于1μs)，只要占空周期足够大，从而提供可以接受的测量动态范围。随着占空周期的下降，动态范围达到一个点，在这一点测量结果没有足够的精度。微波PNA优于使用窄带检测，因为它在跟踪噪声和动态范围方面具有比其它网络分析仪(图7)和频谱归零更突出的性能。

使用频谱归零技术测量一个成分需要通过控制DUT偏置或者脉冲调制激励的调制。图8给出一个脉冲调制激励测量的硬件配置。门转换(调制器)放在源和接收机的前面，这里这些门的时延和宽度可以独立设置。这为分析仪的内部源提供脉冲并为接收机提供时间门从而可以进行点内脉冲和脉冲成型，这些将在下一部分讲述。外部调制器和脉冲发生器主要给出脉冲宽度限制。脉冲发生器必须有一个锁相环(PLL)参考(10MHz)输入来锁定分析仪和脉冲发生器到同一个时间基准。这对于确保滤波器和脉冲调制谱的频域成分在调整PRF成分零点过程中被锁定在一起是很重要的。微波PNA需要用选项H08和H11进行配置。选项H11为点内脉冲和脉冲成型提供中频门控硬件。选项H08为在频谱归零模式下配置分析仪提供应用软件。

作者：Loren Betts