脉冲S参数测量中的跟踪技术

使用矢量网络分析仪测试 S参数通常是对被测器件施加连续波激励来完成的，然而在某些情况下， S参数的测量必须使用脉冲激励。例如，在测试诸如功率晶体管之类的非热耦合被测器件的 S参数时，连续波激励所积累的热量可能会损坏被测器件，而使用脉冲激励进行测量则可以安全地对这类器件的特性进行表征。通过正确选择脉冲激励的占空比，可以保证测量的平均功率保持在较低的水平，避免产生过热现象。另一个需要进行脉冲 S参数测量的例子是对通常工作在脉冲或猝发信号状态下——例如雷达系统和许多数字调制通信系统中的器件进行测量。今天，脉冲 S参数的测量已经可以使用自身就能够产生脉冲激励并对脉冲正弦信号进行精确测量的矢量网络分析仪来完成。

脉冲信号的频谱可以借助一些数学分析工具表示出来。方程 1描述了时域中的脉冲信号。脉冲信号的产生过程可以直观地表示为：首先为将要生成的脉冲宽度为 PW脉冲信号建立一个矩形窗口信号[rect(t)];

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

图1

接着再产生一个 shah函数，这个函数由彼此间隔为 1/PRF的周期性冲击串组成，其中 PRF是需要产生的脉冲信号的重复频率， Shah函数也可以被视为间隔等于脉冲信号周期的许多个冲击。最后，把窗口信号与 shah函数进行卷积之后就可以产生一个在时间关系上与所需脉冲信号相一致的周期性脉冲串。

方程 2表示的是时域脉冲信号的傅立叶变换。它表示脉冲信号的频域谱是一个取样点(信号)出现的频率等于脉冲重复频率(PRF)取样的 Sinc函数，。

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)

图 1a显示的是 PRF等于 1.69 kHz、脉冲宽度为 7 ?s的脉冲信号的频谱。图 1b放大显示了同一脉冲频谱在基波频率——被脉冲化处理的信号频率上的部分(图 1a的中心部分)。注意，该频谱包含诺干与基频相距 nPRF的分量。基频中包含了测量所需要的信息;彼此间隔为 PRF的各个分量是在对基频进行脉冲化处理的过程中产生的，值得注意的是，靠近基音的频谱分量的幅度相对较大一些。

图1a

图1b

这些图形显示了 PRF为 1.69 kHz、脉冲宽度为 7 ?s(a)的信号的脉冲频谱，以及同一脉冲频谱放大到基频(图中心)(b)的图像。

Agilent PNA-X系列矢量网络分析仪自身即可提供脉冲激励并对脉冲响应进行精确测试。这个高度集成的 S参数测量系统(图 2a)内部包含了复杂的信号产生和分配部件(图 2b)，使其既可以进行连续波的激励响应测试也可以进行脉冲信号的激励响应测试。内部信号源可对内部测试信号发生器进行调制，生成 10 MHz到26.5 GHz的脉冲激励。这种矢量网络分析仪内部信号源可产生最小脉冲宽度仅为 33 ns(典型值甚至更窄)的脉冲信号。

脉冲测量的定时信号是由 PNA-X内部的一个脉冲发生器产生的，这个脉冲发生器有四个主输出信道，每个信道都有独立的脉冲延迟和宽度控制。这些输出通道可以经过 PNA-X内部的路径直接驱动 PNA-X内部的调制器、数据采集电路，也可以从 PNA-X的后面板输出到 PNA-X的外部以驱动其它的外围测试设备。脉冲发生器的定时基于一个 60 MHz的时钟信号，产生分辨率为 16.7 ns定时信号。由于这些脉冲发生器是独立于

各个测量通道的，所以每个测量通道都可以独立地对脉冲发生器进行设置，这样就可以同时对各种不同的测试项目进行测量和显示，例如可以在一个显示屏幕上同时显示脉冲包络、脉冲内定点和增益压缩等的测量结果。无论是进行连续波测量还是进行脉冲信号测量，PNA-X的接收机都是专为获得最佳灵敏度而设计的。

图 2a

图 2b

Agilent PNA-X矢量网络分析仪(VNA)可在内部复杂信号路由(b)的帮助下，使用宽带和窄带测量模式(b)进行脉冲 S参数测量。

PNA-X微波矢量网络分析仪可在宽带和窄带两种模式下进行脉冲测量，这两种模式各有其先进和有所折衷之处。Agilent PNA-X这一系列的现代化矢量网络分析仪都具备这两种检波模式，因此仪表使用人员在测试测器件特性的时候可以非常灵活地定制测量计划。

宽带检波方法适用于脉冲频谱的绝大部分都能落在矢量网络分析仪接收机中频带宽之内的情况。宽带检波技术既可以用模拟电路技术实现也可以用数字信号处理技术实现。使用宽带检波技术，网络分析仪的接收机检波器与脉冲流保持同步，只有在脉冲出现的时候(脉冲处于“ ON”的状态)才会进行数据采集。因为这种方法用一个同步到 PRF的脉冲触发信号来对矢量网络分析仪进行触发，所以通常称这种模式为同步采集模式(图 3)。这种模式的时间分辨率是接收机检波带宽(即中频带宽 IFBW)的函数，确定适当的时间分辨率的一个好的参考标准是用接收机中频带宽的倒数，即 1/IFBW作为时间分辨率的值。