脈沖S參數測量中的跟蹤技術

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沖激勵。例如，在測試諸如功率晶體管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，而使用脈沖激勵進行測量則可以安全地對這類器件的特性進行表征。通過正確選擇脈沖激勵的占空比，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。另一個需要進行脈沖 S參數測量的例子是對通常工作在脈沖或猝發信號狀態下——例如雷達系統和許多數字調制通信系統中的器件進行測量。今天，脈沖 S參數的測量已經可以使用自身就能夠產生脈沖激勵并對脈沖正弦信號進行精確測量的矢量網絡分析儀來完成。

脈沖信號的頻譜可以借助一些數學分析工具表示出來。方程 1描述了時域中的脈沖信號。脈沖信號的產生過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的周期性沖擊串組成，其中 PRF是需要產生的脈沖信號的重復頻率， Shah函數也可以被視為間隔等于脈沖信號周期的許多個沖擊。最后，把窗口信號與 shah函數進行卷積之后就可以產生一個在時間關系上與所需脈沖信號相一致的周期性脈沖串。

方程 2表示的是時域脈沖信號的傅立葉變換。它表示脈沖信號的頻域譜是一個取樣點(信號)出現的頻率等于脈沖重復頻率(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等于 1.69 kHz、脈沖寬度為 7 ?s的脈沖信號的頻譜。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。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沖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、脈沖寬度為 7 ?s(a)的信號的脈沖頻譜，以及同一脈沖頻譜放大到基頻(圖中心)(b)的圖像。

Agilent PNA-X系列矢量網絡分析儀自身即可提供脈沖激勵并對脈沖響應進行精確測試。這個高度集成的 S參數測量系統(圖 2a)內部包含了復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沖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制，生成 10 MHz到26.5 GHz的脈沖激勵。這種矢量網絡分析儀內部信號源可產生最小脈沖寬度僅為 33 ns(典型值甚至更窄)的脈沖信號。

脈沖測量的定時信號是由 PNA-X內部的一個脈沖發生器產生的，這個脈沖發生器有四個主輸出信道，每個信道都有獨立的脈沖延遲和寬度控制。這些輸出通道可以經過 PNA-X內部的路徑直接驅動 PNA-X內部的調制器、數據采集電路，也可以從 PNA-X的后面板輸出到 PNA-X的外部以驅動其它的外圍測試設備。脈沖發生器的定時基于一個 60 MHz的時鐘信號，產生分辨率為 16.7 ns定時信號。由于這些脈沖發生器是獨立于

各個測量通道的，所以每個測量通道都可以獨立地對脈沖發生器進行設置，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沖包絡、脈沖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沖信號測量，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)可在內部復雜信號路由(b)的幫助下，使用寬帶和窄帶測量模式(b)進行脈沖 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沖測量，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制測量計劃。

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字信號處理技術實現。使用寬帶檢波技術，網絡分析儀的接收機檢波器與脈沖流保持同步，只有在脈沖出現的時候(脈沖處于“ ON”的狀態)才會進行數據采集。因為這種方法用一個同步到 PRF的脈沖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采集模式(圖 3)。這種模式的時間分辨率是接收機檢波帶寬(即中頻帶寬 IFBW)的函數，確定適當的時間分辨率的一個好的參考標準是用接收機中頻帶寬的倒數，即 1/IFBW作為時間分辨率的值。