準確測量脈沖信號的S參數(shù)(二)

頻譜歸零方法通常在脈沖寬度小于需要數(shù)字化和獲取一個離散時間數(shù)據(jù)點的最小時間的時候使用。因此，必須對一個數(shù)據(jù)點獲取捕獲多個脈沖。在單獨的輸入脈沖和分析儀的時域抽樣之間沒有嚴格的同步。脈沖調(diào)制信號的頻域描述具有離散PRF單音，這可以通過濾波濾出，剩下的是基調(diào)，它載有測量信息。在分析儀的下變頻過程中，通過濾波去除不希望的噪聲和信號分量。一旦信號被數(shù)字化，分析儀應用一個由用戶指定中頻帶寬的數(shù)字濾波器。通常，這個數(shù)字濾波器用來減小測量噪聲并增加動態(tài)范圍。對非脈沖調(diào)制信號來說數(shù)字濾波算法工作得很好，但是當接收機接收到一個脈沖調(diào)制信號的時候會發(fā)生什么呢？

利用窄帶檢測，利用一個數(shù)字矩形濾波器消弱接收信號中除了調(diào)制基調(diào)成分以外的所有成分是很有必要的。這需要一個最小阻帶頻率小于脈沖調(diào)制信號PRF的濾波器從而具有最優(yōu)的阻礙。濾波器過渡斜度需要遠離第一個PRF單音(圖4，左)，這樣對不需要的單音具有最大的阻礙。這個濾波器會很難設計因為PRF單音會和基頻很近。嚴格的矩形濾波器在頻域有一些折衷，例如在時域具有額外的抖動。對此，濾波器設計者在頻域和時域采用不同的技術獲得最佳的性能，同時提供有效的濾波性能。

圖4的左面給出用于分析儀中的一個可能的中頻數(shù)字濾波器的響應。它在形狀上不是矩形，因此如果不加改變地使用，會在頻域引入不需要的成分，從而導致測量誤差。另外，這個數(shù)字濾波器在頻域具有周期排列的零點。這些零點的周期與接收機的采樣速率和數(shù)字濾波器的結構成正比。使用一個微波PNA，通過調(diào)整數(shù)字濾波器的零點對準不需要的脈沖調(diào)制譜成分有可能濾除不需要的信號分量，只留下基頻(圖5)。這種濾波技術的一個優(yōu)點是濾波器的零點非常深，能為脈沖調(diào)制譜成分提供很大的阻礙。另一個優(yōu)點是零點可以和基頻很接近因為零點的過渡區(qū)非常陡峭。

圖6給出脈沖調(diào)制信號和分析儀離散抽樣在時域的代表性圖形。由于下變頻，抽樣器數(shù)字化的脈沖丟失了原來的時域形狀，并且當通過窄帶接收機的時候不同的硬件濾波元件加到脈沖上。準確的脈沖調(diào)制測量信息在這個下變頻過程中保持不變。在數(shù)字轉換器看到的脈沖到脈沖形狀由于PRF和掃描頻率之間相位關系的不同而改變。一個數(shù)據(jù)點獲取的抽樣脈沖數(shù)量和中頻帶寬設置、脈沖周期和脈沖寬度有關。在這個例子中，測量了一個脈沖周期為100μs、脈沖寬度為1μs的脈沖調(diào)制信號。測量選擇500Hz的中頻濾波器，為了在分析儀上顯示一個數(shù)據(jù)點需要292個抽樣，每個間隔6μs。在一個數(shù)據(jù)點的獲取時間中，分析儀得到17個脈沖，每個數(shù)字化的抽樣包含從輸入脈沖的不同部分而來的數(shù)據(jù)。

當使用頻譜歸零工作方式的時候，與占空周期相應的動態(tài)范圍上會有一個損失，等于20log(占空周期)。這是由于窄帶濾波器阻止脈沖調(diào)制信號中除了基調(diào)以外的一切成分。隨著占空比的降低，更多的能量移入旁瓣，在基調(diào)中就會有更少的能量。

這可以通過分析公式2圖解說明，并且注意到頻域音調(diào)的下降與脈寬和脈沖重復頻率成正比(即，占空周期=脈寬×PRF)。對一些分析儀來說，這會限制測量可用性。在這種配置下使用微波PNA的一個主要收益就是可以使用非常窄的脈沖寬度(即，遠小于1μs)，只要占空周期足夠大，從而提供可以接受的測量動態(tài)范圍。隨著占空周期的下降，動態(tài)范圍達到一個點，在這一點測量結果沒有足夠的精度。微波PNA優(yōu)于使用窄帶檢測，因為它在跟蹤噪聲和動態(tài)范圍方面具有比其它網(wǎng)絡分析儀(圖7)和頻譜歸零更突出的性能。

使用頻譜歸零技術測量一個成分需要通過控制DUT偏置或者脈沖調(diào)制激勵的調(diào)制。圖8給出一個脈沖調(diào)制激勵測量的硬件配置。門轉換(調(diào)制器)放在源和接收機的前面，這里這些門的時延和寬度可以獨立設置。這為分析儀的內(nèi)部源提供脈沖并為接收機提供時間門從而可以進行點內(nèi)脈沖和脈沖成型，這些將在下一部分講述。外部調(diào)制器和脈沖發(fā)生器主要給出脈沖寬度限制。脈沖發(fā)生器必須有一個鎖相環(huán)(PLL)參考(10MHz)輸入來鎖定分析儀和脈沖發(fā)生器到同一個時間基準。這對于確保濾波器和脈沖調(diào)制譜的頻域成分在調(diào)整PRF成分零點過程中被鎖定在一起是很重要的。微波PNA需要用選項H08和H11進行配置。選項H11為點內(nèi)脈沖和脈沖成型提供中頻門控硬件。選項H08為在頻譜歸零模式下配置分析儀提供應用軟件。

作者：Loren Betts