脈沖S參數(shù)測(cè)量中的跟蹤技術(shù)

使用矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀測(cè)試 S參數(shù)通常是對(duì)被測(cè)器件施加連續(xù)波激勵(lì)來(lái)完成的，然而在某些情況下， S參數(shù)的測(cè)量必須使用脈沖激勵(lì)。例如，在測(cè)試諸如功率晶體管之類的非熱耦合被測(cè)器件的 S參數(shù)時(shí)，連續(xù)波激勵(lì)所積累的熱量可能會(huì)損壞被測(cè)器件，而使用脈沖激勵(lì)進(jìn)行測(cè)量則可以安全地對(duì)這類器件的特性進(jìn)行表征。通過(guò)正確選擇脈沖激勵(lì)的占空比，可以保證測(cè)量的平均功率保持在較低的水平，避免產(chǎn)生過(guò)熱現(xiàn)象。另一個(gè)需要進(jìn)行脈沖 S參數(shù)測(cè)量的例子是對(duì)通常工作在脈沖或猝發(fā)信號(hào)狀態(tài)下——例如雷達(dá)系統(tǒng)和許多數(shù)字調(diào)制通信系統(tǒng)中的器件進(jìn)行測(cè)量。今天，脈沖 S參數(shù)的測(cè)量已經(jīng)可以使用自身就能夠產(chǎn)生脈沖激勵(lì)并對(duì)脈沖正弦信號(hào)進(jìn)行精確測(cè)量的矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀來(lái)完成。

脈沖信號(hào)的頻譜可以借助一些數(shù)學(xué)分析工具表示出來(lái)。方程 1描述了時(shí)域中的脈沖信號(hào)。脈沖信號(hào)的產(chǎn)生過(guò)程可以直觀地表示為：首先為將要生成的脈沖寬度為 PW脈沖信號(hào)建立一個(gè)矩形窗口信號(hào)[rect(t)];

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

圖1

接著再產(chǎn)生一個(gè) shah函數(shù)，這個(gè)函數(shù)由彼此間隔為 1/PRF的周期性沖擊串組成，其中 PRF是需要產(chǎn)生的脈沖信號(hào)的重復(fù)頻率， Shah函數(shù)也可以被視為間隔等于脈沖信號(hào)周期的許多個(gè)沖擊。最后，把窗口信號(hào)與 shah函數(shù)進(jìn)行卷積之后就可以產(chǎn)生一個(gè)在時(shí)間關(guān)系上與所需脈沖信號(hào)相一致的周期性脈沖串。

方程 2表示的是時(shí)域脈沖信號(hào)的傅立葉變換。它表示脈沖信號(hào)的頻域譜是一個(gè)取樣點(diǎn)(信號(hào))出現(xiàn)的頻率等于脈沖重復(fù)頻率(PRF)取樣的 Sinc函數(shù)，。

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等于 1.69 kHz、脈沖寬度為 7 ?s的脈沖信號(hào)的頻譜。圖 1b放大顯示了同一脈沖頻譜在基波頻率——被脈沖化處理的信號(hào)頻率上的部分(圖 1a的中心部分)。注意，該頻譜包含諾干與基頻相距 nPRF的分量?；l中包含了測(cè)量所需要的信息;彼此間隔為 PRF的各個(gè)分量是在對(duì)基頻進(jìn)行脈沖化處理的過(guò)程中產(chǎn)生的，值得注意的是，靠近基音的頻譜分量的幅度相對(duì)較大一些。

圖1a

圖1b

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

Agilent PNA-X系列矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀自身即可提供脈沖激勵(lì)并對(duì)脈沖響應(yīng)進(jìn)行精確測(cè)試。這個(gè)高度集成的 S參數(shù)測(cè)量系統(tǒng)(圖 2a)內(nèi)部包含了復(fù)雜的信號(hào)產(chǎn)生和分配部件(圖 2b)，使其既可以進(jìn)行連續(xù)波的激勵(lì)響應(yīng)測(cè)試也可以進(jìn)行脈沖信號(hào)的激勵(lì)響應(yīng)測(cè)試。內(nèi)部信號(hào)源可對(duì)內(nèi)部測(cè)試信號(hào)發(fā)生器進(jìn)行調(diào)制，生成 10 MHz到26.5 GHz的脈沖激勵(lì)。這種矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀內(nèi)部信號(hào)源可產(chǎn)生最小脈沖寬度僅為 33 ns(典型值甚至更窄)的脈沖信號(hào)。

脈沖測(cè)量的定時(shí)信號(hào)是由 PNA-X內(nèi)部的一個(gè)脈沖發(fā)生器產(chǎn)生的，這個(gè)脈沖發(fā)生器有四個(gè)主輸出信道，每個(gè)信道都有獨(dú)立的脈沖延遲和寬度控制。這些輸出通道可以經(jīng)過(guò) PNA-X內(nèi)部的路徑直接驅(qū)動(dòng) PNA-X內(nèi)部的調(diào)制器、數(shù)據(jù)采集電路，也可以從 PNA-X的后面板輸出到 PNA-X的外部以驅(qū)動(dòng)其它的外圍測(cè)試設(shè)備。脈沖發(fā)生器的定時(shí)基于一個(gè) 60 MHz的時(shí)鐘信號(hào)，產(chǎn)生分辨率為 16.7 ns定時(shí)信號(hào)。由于這些脈沖發(fā)生器是獨(dú)立于

各個(gè)測(cè)量通道的，所以每個(gè)測(cè)量通道都可以獨(dú)立地對(duì)脈沖發(fā)生器進(jìn)行設(shè)置，這樣就可以同時(shí)對(duì)各種不同的測(cè)試項(xiàng)目進(jìn)行測(cè)量和顯示，例如可以在一個(gè)顯示屏幕上同時(shí)顯示脈沖包絡(luò)、脈沖內(nèi)定點(diǎn)和增益壓縮等的測(cè)量結(jié)果。無(wú)論是進(jìn)行連續(xù)波測(cè)量還是進(jìn)行脈沖信號(hào)測(cè)量，PNA-X的接收機(jī)都是專為獲得最佳靈敏度而設(shè)計(jì)的。

圖 2a

圖 2b

Agilent PNA-X矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀(VNA)可在內(nèi)部復(fù)雜信號(hào)路由(b)的幫助下，使用寬帶和窄帶測(cè)量模式(b)進(jìn)行脈沖 S參數(shù)測(cè)量。

PNA-X微波矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀可在寬帶和窄帶兩種模式下進(jìn)行脈沖測(cè)量，這兩種模式各有其先進(jìn)和有所折衷之處。Agilent PNA-X這一系列的現(xiàn)代化矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀都具備這兩種檢波模式，因此儀表使用人員在測(cè)試測(cè)器件特性的時(shí)候可以非常靈活地定制測(cè)量計(jì)劃。

寬帶檢波方法適用于脈沖頻譜的絕大部分都能落在矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀接收機(jī)中頻帶寬之內(nèi)的情況。寬帶檢波技術(shù)既可以用模擬電路技術(shù)實(shí)現(xiàn)也可以用數(shù)字信號(hào)處理技術(shù)實(shí)現(xiàn)。使用寬帶檢波技術(shù)，網(wǎng)絡(luò)分析儀的接收機(jī)檢波器與脈沖流保持同步，只有在脈沖出現(xiàn)的時(shí)候(脈沖處于“ ON”的狀態(tài))才會(huì)進(jìn)行數(shù)據(jù)采集。因?yàn)檫@種方法用一個(gè)同步到 PRF的脈沖觸發(fā)信號(hào)來(lái)對(duì)矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀進(jìn)行觸發(fā)，所以通常稱這種模式為同步采集模式(圖 3)。這種模式的時(shí)間分辨率是接收機(jī)檢波帶寬(即中頻帶寬 IFBW)的函數(shù)，確定適當(dāng)?shù)臅r(shí)間分辨率的一個(gè)好的參考標(biāo)準(zhǔn)是用接收機(jī)中頻帶寬的倒數(shù)，即 1/IFBW作為時(shí)間分辨率的值。