keysight是德頻譜分析儀的時(shí)間門控測量詳解

在無線通信和雷達(dá)測試中，我們經(jīng)常會(huì)遇到這樣的信號：它像手電筒一樣，一亮一滅，而不是持續(xù)發(fā)光。這類脈沖信號的傳統(tǒng)頻譜測量會(huì)遇到一個(gè)難題——信號關(guān)閉時(shí)的噪聲會(huì)干擾我們觀察信號開啟時(shí)的真實(shí)頻譜特征。

這類信號的特點(diǎn)是在時(shí)間上不連續(xù)分布，傳統(tǒng)的頻譜分析方法難以準(zhǔn)確捕捉其真實(shí)頻譜特性。

時(shí)間門控頻譜測量技術(shù)成為解決這一挑戰(zhàn)的關(guān)鍵測量手段。 

01什么是時(shí)間門控？

想象一下，要在閃爍的燈光下拍攝一張清晰的照片。如果快門一直開著，拍到的照片肯定會(huì)模糊。但如果你只在燈光亮起的瞬間按下快門，就能捕捉到清晰的畫面。時(shí)間門控技術(shù)就是基于這個(gè)原理。

具體來說，時(shí)間門控通過精確控制測量時(shí)間窗口，只在對信號特定的時(shí)段（脈沖的導(dǎo)通期）進(jìn)行測量周期性信號的頻譜，使用觸發(fā)器來同步突發(fā)的發(fā)生時(shí)間，從而避免信號關(guān)閉時(shí)段噪聲的干擾。

實(shí)現(xiàn)時(shí)間門控需要四個(gè)關(guān)鍵要素：

門觸發(fā)信號：告訴分析儀何時(shí)開始關(guān)注信號；

觸發(fā)模式：根據(jù)信號特征選擇邊沿或電平觸發(fā)；

門延遲：設(shè)定觸發(fā)后多久開始測量；

門長度：決定測量窗口的持續(xù)時(shí)間。

02三種時(shí)間門控方法

1、本振門控（Gated LO）

這是目前最靈活且推薦的方法。它通過控制本振的掃描時(shí)機(jī)（斜坡掃描），只在門開啟期間進(jìn)行頻率斜坡掃描。就像攝影師在燈光亮起時(shí)才按下快門，這種方法測量速度快，頻譜儀可靈活設(shè)置。

2. 視頻門控（Gated Video）

頻譜儀連續(xù)掃描，但只記錄門開啟時(shí)的數(shù)據(jù)。這種方法好比連續(xù)拍攝，但只保存燈光亮起時(shí)的照片幀。雖然可靠，但測量速度較慢，且必須使用峰值檢測器以確保每個(gè)跡線點(diǎn)都能收集到數(shù)據(jù)。。

3、FFT門控（Gated FFT）

直接對門控時(shí)段內(nèi)的信號進(jìn)行快速傅里葉變換。這種方法適合脈沖較窄、周期較長的信號，但在頻率跨度較大時(shí)靈活性不足。

04時(shí)間門控詳細(xì)測量步驟

第一步：頻譜儀基本設(shè)置

首先將分析儀復(fù)位到默認(rèn)設(shè)置，根據(jù)待測信號設(shè)置中心頻率，零掃寬。

第二步：觸發(fā)與門源配置

進(jìn)入觸發(fā)菜單，根據(jù)信號特性選擇合適的觸發(fā)源、周期、觸發(fā)電平、檢波方式、門控延遲和門控長度（使信號80%被捕獲）。如果信號帶寬不大，選擇RF突發(fā)觸發(fā)；對于寬帶信號，建議使用周期觸發(fā)。

第三步：門參數(shù)精細(xì)調(diào)整

打開門控視圖功能，此時(shí)能看到信號的時(shí)域波形。調(diào)整門延遲，讓測量窗口避開脈沖的上升沿和下降沿；設(shè)置門長度，使其略小于脈沖寬度，確保只測量信號的穩(wěn)定部分。

第四步：RBW優(yōu)化

分辨率帶寬（RBW）的設(shè)置至關(guān)重要。根據(jù)公式來計(jì)算所需RBW：

例如，對于100μs的脈沖，RBW應(yīng)不大于1kHz。

05應(yīng)用場景

1、FMCW汽車?yán)走_(dá)信號測量

以脈沖FMCW汽車?yán)走_(dá)信號為例，通過設(shè)置周期觸發(fā)器為門源，調(diào)整門延遲和門長度以捕獲信號中心，可以清晰觀察到脈沖FMCW信號的頻譜特征。

2、快速功率測量中的時(shí)間門控

時(shí)間門控可與多種內(nèi)置功率測量結(jié)合使用，如信道功率、鄰道功率、占用帶寬和頻譜發(fā)射模板。使用RF突發(fā)作為門源隔離信號，通過調(diào)整門參數(shù)可有效去除雜散信號，獲得準(zhǔn)確測量結(jié)果。

3、門控相位噪聲測量

脈沖調(diào)制CW載波的相位噪聲測量面臨特殊挑戰(zhàn)：脈沖調(diào)制會(huì)無意中混疊為相位噪聲，高于PRF/2的偏移處信息會(huì)欠采樣。

通過設(shè)置門控（門源為周期且周期等于脈沖周期），可以有效測量精確到PRF/2的相位噪聲，獲得更準(zhǔn)確的結(jié)果。需要注意的是，脈沖調(diào)制會(huì)使載波功率降低20log(脈沖寬度?PRF)，這會(huì)影響系統(tǒng)的理論噪聲底限。

06常見問題快速排查

如果測量結(jié)果不理想，可以檢查以下幾個(gè)要點(diǎn)：

觸發(fā)電平是否設(shè)置在脈沖幅度的50%左右

門位置是否完全覆蓋脈沖穩(wěn)定期

RBW設(shè)置是否滿足脈沖寬度的要求

觸發(fā)保持時(shí)間是否適當(dāng)，避免誤觸發(fā)

時(shí)間門控頻譜分析技術(shù)為解決脈沖和時(shí)分復(fù)用信號的測量難題提供了有效方案，現(xiàn)在的頻譜儀時(shí)間門控測量的精度和易用性也能夠完全應(yīng)對各種測量場景。