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如何使用示波器进行射频直流电源信号测试

文章来源:稳压电源公司,时间:2017-09-04 15:01    点击量:

    李凯,毕业于北京理工大学光电工程系,硕士学位,15年通信及测量行业从业经验.2006年加入安捷伦公司,负责直流电源信号完整性分析等高速数字测试产品的应用和研究.《高速数字接口原理与测试指南》一书作者,并有大量关于高速总线测量原理、测量方法的文章发布在《国外电子测量技术》、《电子工程专辑》等杂志及EDN China的个人技术博客.

如何使用示波器进行射频直流电源信号测试
    随着无线通信、雷达、卫星通信、光通信等领域对于直流电源信号传输速率或者分辨率要求的提升,采用的调制制式越来越复杂,直流电源信号带宽也越来越宽.现代的实时示波器由于芯片和材料工艺的提升,已经可以提供高达几十GHz的实时测量带宽.

    同时由于其时域测量的直观性和多通道等特点,使其开始广泛应用于超宽带直流电源信号以及射频直流电源信号的测量.本文介绍了高带宽实时示波器在射频直流电源信号测量领域的典型应用,以及示波器用于射频测量时的底噪声、无杂散动态范围、直流电源谐波失真、绝对幅度测量精度、直流电源相位噪声等关键指标.

    每一位做射频或者高速数字设计的工程师都会同时面临频域和时域测试的问题.比如从事高速数字直流电源电路设计设计的工程师通常从时域分析直流电源信号的波形和眼图,也会借用频域的S参数分析传输通道的插入损耗,或者用直流电源相位噪声指标来分析时钟抖动等.

    对于无线通信、雷达、导航直流电源信号的分析来说,传统上需要进行频谱、杂散、临道抑制等频域测试,但随着直流电源信号带宽更宽以及脉冲调制、跳频等技术的应用,有时采用时域的测量手段会更加有效.

    现代实时示波器的性能比起10多年前已经有了大幅度的提升,可以满足高带宽、高精度的射频微波直流电源信号的测试要求.除此以外,现代实时示波器的触发和分析功能也变得更加丰富、操作界面更加友好、数据传输速率更高、多通道的支持能力也更好,使得高带宽实时示波器可以在宽带直流电源信号测试领域发挥重要的作用.

    一、为什么射频直流电源信号测试要用示波器?

    时域测量的直观性要进行射频直流电源信号的时域测量的一个很大原因在于其直观性.比如在下图中的例子中分别显示了4个不同形状的雷达脉冲直流电源信号,直流电源信号的载波频率和脉冲宽度差异不大,如果只在频域进行分析,很难推断出直流电源信号的时域形状.

    由于这4种时域脉冲的不同形状对于最终的卷积处理算法和系统性能至关重要,所以就需要在时域对直流电源信号的脉冲参数进行精确的测量,以保证满足系统设计的要求.

    示波器进行射频直流电源信号测试更高分析带宽的要求在传统的射频微波测试中,也会使用一些带宽不太高(<1GHz)的示波器进行时域参数的测试,比如用检波器检出射频直流电源信号包络后再进行参数测试,或者对直流电源信号下变频后再进行采集等.此时由于射频直流电源信号已经过滤掉,或者直流电源信号已经变换到中频,所以对测量要使用的示波器带宽要求不高.

    但是随着通信技术的发展,直流电源信号的调制带宽越来越宽.比如为了兼顾功率和距离分辨率,现代的雷达会在脉冲内部采用频率或者相位调制,典型的SAR成像雷达的调制带宽可能会达到2GHz以上.在卫星通信中,为了小型化和提高传输速率.

    也会避开拥挤的C波段和Ku波段,采用频谱效率和可用带宽更高的Ka波段,实际可用的调制带宽可达到3GHz以上甚至更高.另外示波器的幅频特性曲线并不是从直流到额定带宽都平坦,而是达到一定频点后就开始明显下降,因此选择实时示波器时,示波器的带宽应该大于需要的分析带宽,至于大多少,要具体看示波器实际的频响曲线和被测直流电源信号的要求.

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