脈沖調制技術在雷達、電子戰(zhàn)和數(shù)字通信系統(tǒng)中應用十分廣泛,與連續(xù)波信號相比,脈沖信號的測量更為困難。表征脈沖調制信號的主要參數(shù)有:脈沖寬度、脈沖周期、脈沖重復頻率,峰值功率和平均功率等。
在時域里,用示波器很容易觀察脈沖調制信號,測量脈沖的上升時間和下降時間;但相比較而言,信號分析儀具有更大的動態(tài)范圍。隨著現(xiàn)代數(shù)字處理技術的廣泛應用,信號分析儀亦大面積用于脈沖調制信號的頻譜測量。
測試脈沖調制信號,可以使用普尚信號分析儀的Zero Span和脈沖分析選件,合理設置信號分析儀的分辨率帶寬(RBW)、掃頻寬度(span)、掃描時間(sweep time)等,是獲得真實脈沖信號的關鍵。
脈沖信號測量原理:
1.脈沖調制信號分析與測量
信號分析儀只能測量幅度信息,而不能測量相位信息,因此信號分析儀觀察的脈沖調制信號頻譜全部是正向的。
采樣信號分析儀測量脈沖射頻信號時,選擇不同的分辨率帶寬,將顯示不同的頻譜。當采用窄的分辨帶寬時,顯示頻譜呈現(xiàn)離散的譜線;當采用寬的分辨帶寬時,這些譜線便融合在一起,頻譜呈連續(xù)狀。
利用線狀譜和脈沖譜的頻譜特性,可以測量脈沖調制參數(shù)。
線狀譜
當信號分析儀的分辨率帶寬足夠窄,信號分析儀上將清楚地呈現(xiàn)出每一條譜線,對于線狀譜顯示的一般要求是:RBW<0.3PRF,其中PRF為脈沖重復周期。
此時,每一個帶寬內,只有一根譜線,所顯示的結果非常接近于脈沖信號頻譜。因此只要不要違背對分辨率帶寬的掃描限制,改變掃描時間,譜線之間的間距將不發(fā)生變化。利用這一特點,可以方便地計算出脈沖調制信號的PRF和脈寬指標。
例如設置載波信號的頻率為1GHz,幅度為0dBm,脈沖波形的脈寬為10us,周期T為100us。從理論計算可得:脈沖重復周期PRF=1/T=1/100us=10KHz。設置信號分析儀的RBW為1KHz,掃頻寬度為500KHz,可獲得圖1這樣的線譜圖。
從圖1可以觀察到,譜線間的間隔約為10KHz,所以,PRF=10KHz;頻譜包絡的第一個零點出現(xiàn)在第10根譜線上,頻率間隔約為100KHz,有效脈沖寬度S=1/100KHz=10us,測量數(shù)據(jù)與理論數(shù)據(jù)相比較,誤差較小。
脈沖譜
線狀譜表征的是脈沖譜單獨的譜線。在雷達和通信系統(tǒng)中,只關注單獨的譜線是不夠的。在大多數(shù)情況下,例如,在分析具有低PRF的短脈沖串的雷達信號時,往往更關注的是與脈沖有關的頻譜,而無須關注個別譜線的細節(jié)。
同樣以SP206V信號發(fā)生器和SP926B信號分析儀為例介紹脈沖譜:設置載波信號的頻率為1GHz,幅度為0dBm,脈沖波形的脈寬為10us,周期T為100us。
峰值功率:設置RBW足夠大,使頻譜主瓣剛好變模糊,用Peak Search測的點,即為脈沖的真實峰值功率,如圖2,此時測量結果為-0.52dB,與設置值誤差很小。
有效脈沖寬度:調整RBW,可以清晰地看到脈沖譜的包絡。如圖3,可觀察到脈沖譜的第一個零點出現(xiàn)在100KHz附近,所以有效脈沖寬度為τ=1/100KHz=10us.