正是由于芯片、材料和工藝技術(shù)帶來的示波器帶寬和采樣率的快速提升,使得寬帶實時示波器開始在射頻信號的測試中發(fā)揮關(guān)鍵的作用。以下是一些典型應(yīng)用。
射頻信號時頻域綜合分析
實時示波器性能的提升使得其帶寬可以直接覆蓋到射頻、微波甚至毫米波的頻段,因此可以直接捕獲信號載波的時域波形并進行分析。從中可以清晰看到信號的脈沖包絡(luò)以及脈沖包絡(luò)內(nèi)部的載波信號的時域波形,這使得時域參數(shù)的測試更加簡潔和直觀。由于不需要對信號下變頻后再進行采樣,測試系統(tǒng)也更加簡單,同時避免了由于下變頻器性能不理想帶來的額外信號失真。
更進一步地,還可以借助于示波器的時間門功能對一段射頻信號的某個區(qū)域放大顯示或者做FFT變換等。下圖是在一段射頻脈沖里分別選擇了兩個不同位置的時間窗口,并分別做FFT變換的結(jié)果,從中可以清晰看出不同時間窗范圍內(nèi)信號頻譜的變化情況。
雷達脈沖參數(shù)測試
對于雷達等脈沖調(diào)制信號來說,對于脈沖信號其寬度、上升時間、占空比、重復(fù)頻率等都是非常關(guān)鍵的時域參數(shù)。按照IEEE Std 181規(guī)范的要求,一些主要的脈沖參數(shù)的定義如下圖所示。
當(dāng)用寬帶示波器已經(jīng)把射頻脈沖捕獲下來以后,就可以借助于示波器里內(nèi)置的數(shù)學(xué)函數(shù)編輯一個數(shù)學(xué)的檢波器。如下圖所示,黑色曲線是從原始信號里用數(shù)學(xué)檢波器檢出的包絡(luò)信號。包絡(luò)波形得到后,借助于示波器本身的參數(shù)測量功能,就可以進行一些基本的脈沖參數(shù)測試。
更進一步地,我們還可以借助于示波器的 FFT 功能得到信號的頻譜分布,借助示波器的抖動(Jitter)分析軟件得到脈沖內(nèi)部信號頻率或相位隨時間的變化波形,并把這些結(jié)果顯示在一起。下圖顯示的是一個Chirp雷達脈沖的時域波形、頻率/相位變化波形以及頻譜的結(jié)果,通過這些波形的綜合顯示和分析,可以直觀地看到雷達信號的變化特性,并進行簡單的參數(shù)測量。
在雷達等脈沖信號的測試中,是否能夠捕獲到足夠多的連續(xù)脈沖以進行統(tǒng)計分析也是非常重要的。如果要連續(xù)捕獲上千甚至上萬個雷達脈沖,可能需要非常長時間的數(shù)據(jù)記錄能力。比如某搜索雷達的脈沖的重復(fù)周期是5ms,如果要捕獲 1000個連續(xù)的脈沖需要記錄5s時間的數(shù)據(jù)。如果使用的示波器的采樣率是80G/s,記錄5s時間需要的內(nèi)存深度=80G/s*50s=400G樣點,這幾乎是不可能實現(xiàn)的。
為了解決這個問題,現(xiàn)代的高帶寬示波器里都支持分段存儲模式。所謂分段存儲模式(Segmented Memory Mode),是指把示波器里連續(xù)的內(nèi)存空間分成很多段,每次觸發(fā)到來時只進行一段很短時間的采集,直到記錄到足夠的段數(shù)。很多雷達脈沖的寬度很窄,在做雷達的發(fā)射機性能測試時,如果感興趣的只是有脈沖發(fā)射時很短一段時間內(nèi)的信號,使用分段存儲就可以更有效利用示波器的內(nèi)存。
在下圖中的例子里,被測脈沖的寬度是1us,重復(fù)周期是5ms。我們在示波器里使用分段存儲模式,設(shè)置采樣率為80G/s,每段分配200k點的內(nèi)存,并設(shè)置做 10000段的連續(xù)記錄。這樣每段可以記錄的時間長度=200k/80G=2.5 us,總共使用的示波器的內(nèi)存深度=200k點*10000段=2G點,實現(xiàn)的記錄時間=5ms*10000=50 s。也就是說,通過分段存儲模式實現(xiàn)了連續(xù)50s內(nèi)共10000個雷達脈沖的連續(xù)記錄。