脉冲S参数测量中的跟踪技术

图 3

对于 VNA中的宽带检波，检波器会与被测脉冲流进行同步，只在脉冲处于“通”状态时获取数据。由于 VNA中的脉冲触发与 PRF同步，这种测量方法通常称为同步采集模式。

宽带测试模式的优点是在测试占空比较大的脉冲信号(具有相对稳定的信噪比与占空比的关系)时动态范围几乎没有损失。缺点是能够测量的最小脉冲宽度受到了限制。当信号的脉冲宽度变得越来越窄时，信号频谱能量会分布在一个更宽的带宽内。当有足够多的脉冲能量落在了接收机的中频带宽以外时，接收机就不能够对脉冲进行适当的检测。从时域的观点来看，当脉冲的宽度小于接收机的上升时间时，接收机便不能对该脉冲进行检测。要测量更窄的脉冲，(如果继续使用宽带模式进行测试)就必须使用更宽的检波带宽。随着接收机带宽的增加，就会有更多的噪声进入接收机，因此降低了测量的动态范围。

PNA-X微波矢量网络分析仪宽带测试模式的检波(即 IFBW)带宽可达 5 MHz，时间分辨率大约为 250 ns(可精确测量的最小脉冲宽度)。在宽带模式下配置 PNA-X非常简单。脉冲发生器不仅可以配置为触发内部信号源调制器，而且还可以配置为从内部对测量进行触发，因此数据采集与输入的射频脉冲(无需外部触发电缆)是同步的。在这种情况下，可以把 PNA-X配置成在一个显示界面上同时对脉冲内的定点( Point-in?Pulse)、脉冲包络(Pulse Profile)和脉冲到脉冲之间的关系(Pulse-to-Pulse)进行测量的工作方式。

在窄带检波模式下，脉冲宽度通常远远小于对一个离散数据点进行数字化处理和数据采集所需要的最短时间(图 4)。使用窄带测试技术，脉冲频谱中除了代表 RF载波频率的中心频率成分之外，所有其它的频谱分量都被滤波处理掉了。滤波之后，脉冲射频信号变成了正弦(即连续波)信号。当矢量网络分析仪工作在窄带脉冲测量模式的时候，各个数据采样点不与输入脉冲同步，因此不需要同步测量触发信号，所以窄带检波技术也称为异步采集模式。一般情况下，在窄带测试模式应用中，因为被测脉冲信号的 PRF比接收机的中频带宽更高，所以这种方法又称“高 PRF”模式。

图 4

在窄带检波模式中，脉冲宽度通常比对一个离散数据进行数字化处理和数据采集所需的最小时间还小很多。

安捷伦在 PNA-X上开发出了一种更出色窄带测试技术，这种新的窄带测试技术可以使测试接收机的 IFBW比过去窄带测试模式中常用 IFBW更宽。这个独一无二的方法被称为“零点频谱技术”(图 5)。这个非常高效率的检波模式方法会根据脉冲信号的 PRF产成一个“匹配的”数字滤波器。这项技术允许用户能够用在动态范围上的一点损失来换取更快的测试速度，与传统滤波处理方法进行的脉冲测量相比，这种技术总是可以达到更快的测试速度。

图 5

在 PNA-X VNA中在较宽 IF带宽上部分实现窄带检波需要使用基于被测脉冲信号 PRF的匹配数字滤波器。

一般来说，由于窄带测试方式把除了中心频谱之外的所有其它脉冲频谱分量都滤波处理掉了，它在所能测试的最窄脉冲宽度方面受到的限制明显地小得多。缺点是测量的动态范围受占空比的影响。当占空比较小时(脉冲之间的间隔时间较长)，脉冲平均功率的下降会造成信噪比( SNR)的降低，这会导致测量动态范围

随占空比的降低而减小。我们把这种现象称为“脉冲的减敏感作用”。在安捷伦上一代具有脉冲测试能力的矢量网络分析仪(PNA系列产品)中，测试动态范围受到占空比下降而降低的量可以用 20log(占空比)关系式计算出来。而 PNA-X则通过采用全新的先进脉冲检波方法，极大改善了接收机的脉冲减敏感作用。

PNA-X通过采用新的硬件和软件技术和算法极大地改善了上述限制，显着地降低了关系为 20log(占空比)的脉冲减敏感作用。两大改进主要在于采用了增强型硬件选通和软件选通。为了提高 PNA-X的时间分辨率，在 PNA-X的 IF路径上增加了一个选通开关(图 6)。选通开关的定时信号来自于 PNA-X内部脉冲发生器的几个输出通道中的一个(图 2b)，这个输出通道设置了脉冲周期、脉冲宽度和延迟。选通开关的选通宽度给脉冲中定点测量和脉冲包络测量提供时间分辨率。

图 6

PNA-X通过多种新技术(包括在 IF路径中使用选通开关提高时间分辨率)将脉冲灵敏度降低程度减少到最小。

因为整个 IF路径的噪声系数经常是由接收机上游的前几级决定的，所以可以在来自接收机上游的信号(和噪声)到达 IF选通之前先给它们提供尽可能多的增益来改善信噪比(信号大小的选择要恰当，要使选通开关不会工作在压缩区域，这样峰值脉冲包络的能量可以相对不受影响地通过选通开关)，然后使用选通开关进行时间鉴别(时间分辨率)。由于占空比的变化是和选通开关的重复频率和选通宽度相关连的(因为选通开关的定时信号就是来自于脉冲发生器中确定脉冲周期、脉冲宽度和脉冲延迟的一个输出通道，如图 2b所示)，当噪声功率(以 dB为单位)按照 10log(占空比)的关系降低时，脉冲频谱中心频率分量的功率(以 dB为单位)会按照 20log(占空比)的关系降低(图 6)。总体结果就是测量动态范围以接近于 10log(占空比)的关系降低，而不像 PNA-X的上一代矢量网络分析仪那样以 20log(占空比)的关系降低。