利用示波器和VSE軟件進(jìn)行脈沖分析

背景

脈沖雷達(dá)，是一種常用的測(cè)距和目標(biāo)識(shí)別雷達(dá)，廣泛應(yīng)用于航空航天、警戒系統(tǒng)、氣象預(yù)測(cè)等多個(gè)領(lǐng)域。通過(guò)在發(fā)送端發(fā)送窄脈沖，以及接收端收到的被目標(biāo)反射回的信號(hào)，來(lái)進(jìn)行測(cè)距與定位。

在雷達(dá)研發(fā)和測(cè)試工作中，工程師往往需要對(duì)發(fā)送的脈沖參數(shù)進(jìn)行驗(yàn)證，常見(jiàn)的參數(shù)例如：脈內(nèi)功率、脈沖重復(fù)間隔、脈沖上升時(shí)間、脈寬等。此時(shí)，頻譜儀經(jīng)常是工程師使用的首選儀表，通過(guò)簡(jiǎn)單的設(shè)置，具備脈沖分析功能的儀表可以自動(dòng)完成這些參數(shù)的測(cè)試，提供了很大的便利。

圖1 脈沖的主要參數(shù)定義及示意圖

示波器

傳統(tǒng)來(lái)說(shuō)屬于時(shí)域測(cè)量的常用儀表。而近些年來(lái)，隨著儀表功能“多合一”概念和技術(shù)的發(fā)展，示波器也逐漸拓寬了應(yīng)用領(lǐng)域，具備了更多的分析功能。例如，本文通過(guò)R&S RTO6系列示波器采集信號(hào)結(jié)合R&S VSE-K6脈沖分析選件和R&S VSE-K6A多通道脈沖分析選件，來(lái)介紹基于示波器如何測(cè)量脈沖信號(hào)，同時(shí)由于示波器往往具備多端口輸入能力，所以甚至可以用于分析多通道脈沖信號(hào)。

備注說(shuō)明：R&S VSE（Vector Signal Explorer）軟件，可安裝于示波器或個(gè)人電腦PC，只要具備對(duì)應(yīng)的選件功能licence，可以控制前端采集設(shè)備（例如示波器或頻譜儀）采集被測(cè)信號(hào)，在VSE軟件中進(jìn)行分析，得出測(cè)量結(jié)果。本實(shí)驗(yàn)為了簡(jiǎn)化連接，直接將VSE軟件直接安裝于RTO6示波器來(lái)進(jìn)行測(cè)試。

測(cè)試場(chǎng)景一

?單通道脈沖分析

圖2 單通道測(cè)試框圖

單通道信號(hào)源SMW200A輸出2.4GHz脈沖調(diào)制波形，同軸線輸出連接到RTO6示波器進(jìn)行接收。此時(shí)，在示波器RTO6可以看到發(fā)送的脈沖波形如圖3。可以看到，該信號(hào)的重復(fù)周期約10us，脈寬約2us。

圖3 示波器基本功能查看信號(hào)

在示波器的Apps菜單啟動(dòng)VSE選件，選擇脈沖分析選項(xiàng)，主要設(shè)置參數(shù)如圖5：頻率2.4GHz，測(cè)量帶寬100MHz，測(cè)量時(shí)間50us等。界面設(shè)置類似于頻譜儀，參數(shù)設(shè)置可靈活修改。然后運(yùn)行測(cè)試，可以得到圖6的分析結(jié)果。觀察圖6的結(jié)果中，可以看到脈沖包絡(luò)信號(hào)的功率，以及在右上方的測(cè)量結(jié)果統(tǒng)計(jì)表中，顯示出詳細(xì)的脈沖上升時(shí)間（Rise Time）、脈寬（Pulse Width）、重復(fù)間隔（PRI）等。

圖4 啟動(dòng)VSE軟件

圖5 VSE 脈沖分析設(shè)置界面

圖6 VSE脈沖分析結(jié)果

測(cè)試場(chǎng)景二

?雙通道脈沖分析

圖7 雙通道測(cè)試框圖

如圖7所示，單通道信號(hào)源SMW200A輸出2.4GHz脈沖信號(hào)，經(jīng)過(guò)功分器分為兩路分別接入示波器RTO6的通道1和通道3。同時(shí)，通道3故意采用很長(zhǎng)的線纜，以此來(lái)近似模擬多通道脈沖輸入效果。從圖8的示波器顯示可以看出，由于通道3的線纜較長(zhǎng)不僅影響了延遲（相位），同時(shí)也帶來(lái)了損耗（此處，通道1為20mV/div，通道3為10mV/div）。調(diào)整示波器看脈沖局部，如圖9，可看到通道3信號(hào)比通道1有明顯延遲。

圖8 示波器基本功能查看信號(hào)

圖9 查看脈沖局部波形

操作步驟與測(cè)試場(chǎng)景一雷同，啟動(dòng)VSE軟件，并更改設(shè)置分析通道為通道1和通道3。點(diǎn)擊運(yùn)行，可得到結(jié)果如圖10所示。在脈沖幅度欄中，可看到通道3的信號(hào)功率比通道1的信號(hào)功率小約3dB，與示波器界面看到的波形吻合。右上的測(cè)試結(jié)果表里可以顯示出所有輸入通道中的每一個(gè)脈沖的測(cè)量信息，包括脈寬，PRI，相位信息等，可根據(jù)需要增減測(cè)量項(xiàng)目。

圖10 VSE雙通道脈沖分析結(jié)果

總結(jié)：

示波器作為工程師最常使用的儀表之一，除了傳統(tǒng)的電壓、時(shí)序測(cè)試，已經(jīng)發(fā)展為可集成眾多射頻信號(hào)分析功能。本文介紹的VSE軟件脈沖分析即是其中一種，由于示波器本身具備多通道輸入，還可同時(shí)分析多路脈沖信號(hào)，拓展了應(yīng)用范圍。

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