利用频谱分析仪加速脉冲信号分析

　　雷达系统中采用的脉冲信号难以定性分析，这是因为脉冲宽度和脉冲重复频率不是常数，并在很大程度上依赖于雷达的模式，其有力地阻止了采用射频功率计作为工具，通过平均功率来计算脉冲信号的峰值功率。此外，必须测量许多参数才能有效地表征脉冲信号，包括峰值和平均功率、脉冲波形及脉冲外形，其中包括了上升时间、下降时间、脉冲宽度和脉冲周期。其他测量包括载波频率、占用频谱、载波占空比、脉冲重复频率和相位噪声。频谱分析仪为工程师提供了测量脉冲宽度、峰值功率、相位噪声，以及许多其他重要参数的最佳解决方案。

考察脉冲信号

脉冲信号包含了很多跨越广泛频率范围的频谱线(图1)。结果可有三种显示方式，这有赖于脉冲和分辨带宽(RBW)等参数。如果RBW小于频谱线间距，改变它不会改变其测量水平。带宽窄于包络中第一个无效间距(1/脉冲宽度)就可以显示包络频谱。最后，如果带宽宽于无效间距，带宽内的整个频谱下降，这意味着该信号的频谱无法显示。随着带宽的进一步增加，响应接近脉冲的时域函数。依靠脉冲参数，还可以计算出脉冲降敏因子，这减少了频谱分析仪脉冲带宽内的测量水平。在这种情况下，标记读数加上降敏因子等于峰值功率。

RBW值对脉冲信号的测量很重要，这是因为在测量水平上RBW的改变产生变化。脉冲降敏因子取决于脉冲参数和RBW，如果带宽大于频谱线的间距，所测得的幅度依赖于带宽和总信号带宽内的频谱线数目。仪器中的滤波器形状决定着RBW校正因子，这是因为带宽的形状反映了滤波器带宽内的功率。如果RBW太宽，频谱线或包络频谱变成时域谱，并且RBW滤波器的脉冲响应变得很明显。

在时域使用频谱分析仪，就有可能获得脉冲宽度的直接测量。峰值标记允许峰值功率的测量，而增量标记允许参数的测量，例如上升时间、下降时间、脉冲重复间隔及过冲。通过宽RBW和视频带宽(VBW)，频谱分析仪可以追踪射频脉冲的包络，以便可以看到脉冲的冲击响应。最高RBW/VBW限制了频谱分析仪测量窄脉冲的能力，并且通用规则长期以来一直认为最短的脉冲是可测的，其脉冲宽度应大于或等于2/RBW 。

雷达系统通常在射频脉冲内采用调制。了解这种调制的功率特性很重要，这是因为雷达范围受到脉冲内可获得功率的限制。反过来说，更长的脉冲长度将导致有限的分辨率。调制制式可能的范围从简单的FM(调频)到复杂的数字调制制式，其可以支持现代频谱分析仪。频谱分析仪也可以测量传统的模拟调制脉冲(AM、FM、相位调制) 。此外，其还可以执行分析功能，这涉及许多数字调制制式的解调制，如射频脉冲内的巴克码BPSK调制、脉冲到脉冲的相位测量等。

脉冲功率测量和探测器

在雷达发射机中，测试输出功率是一个重要的测量，并且可以采用几种不同类型的测量。平均功率通常采用功率计作为均值功率测量。另一个重要的值是峰值功率，且如果脉冲重复频率(PRF)和脉冲宽度已知，就可以计算出所测到的平均功率。

在频谱分析仪上采用光栅扫描CRT显示器(或LCD)来显示时域信号波形。这些显示器中的象素数目，在振幅轴以及在时间(或频率)轴是有限的。这导致幅度和频率或时间的有限分辨率。为了显示扫描到的全部测量数据，探测器被用来将数据采样压缩到显示像素许可的数量。

对于峰值功率的测量，频谱分析仪具有峰值检测器，其可以显示某个给定测量区间内的最高功率峰值。然而，对于调幅信号的平均功耗测量，如脉冲调制信号，频谱分析仪中的峰值探测器是不适合的，这是因为峰值电压与信号功率无关。然而，这些仪器也提供了抽样探测器或rms探测器。

抽样探测器每个测量点检查包络电压一次，并显示结果，但这可能引起信号信息的总损耗，这是因为可在屏幕x轴上获得的像素数量是有限的。rms探测器在ADC的全采样率下采样包络信号，并且单个像素范围内的所有采样被用于rms功率的计算。因此，rns探测器显示了比抽样检测器更多的测量样本。

通过将功率计算公式用于所有样本，每个像素都代表了rms探测器测量的频谱功率。对于高重复性，可以通过扫描时间来控制每个象素的样本数量。越长的扫描时间，时间间隔上每个像素的功率积分也随之增加。在脉冲信号下，可重复性依赖于像素内的脉冲数量。对平滑部分，稳定的rms追踪结果，扫描时间必须设为足够长的值，以便在一个像素内捕捉几个脉冲。rms探测器计算所有样本的rms值，这由屏幕上的一个单一像素来线性地代表。

为了精确测量脉冲调制信号的峰值和均值功率，该仪器的IF带宽和ADC转换器的采样率必须足够高，以便其不会影响脉冲的形状。例如，罗德与施瓦茨(R&S)公司的F