脈沖信號用于電子和無線電的各個(gè)領(lǐng)域。一個(gè)特殊的例子是在雷達(dá)信號中，但還存在許多其他應(yīng)用。

鑒于它們的使用，通常需要使用頻譜分析儀來測量信號的特性。然而，它們被脈沖的事實(shí)提出了一些有趣的挑戰(zhàn)。

傳統(tǒng)上，脈沖頻譜分析技術(shù)和方法通常針對穩(wěn)定的模擬射頻信號。然而，脈沖頻譜分析需要對所分析的信號有一點(diǎn)了解，這可以獲得額外的信息。

射頻脈沖信號或任何形式的脈沖信號有多種形式，但盡管種類繁多，但它們具有許多共同特征。這意味著可以應(yīng)用常見的脈沖頻譜分析技術(shù)。

要了解用于脈沖信號頻譜分析的技術(shù)，首先需要了解脈沖波形的基本性質(zhì)。它的重復(fù)時(shí)間為 T，脈沖持續(xù)時(shí)間為 t。

使用傅里葉分析可以看出，該波形由基波和諧波組成。方波的基本波形可以由與方波重復(fù)率相同的基波正弦波組成，然后是奇次諧波，諧波幅度與其數(shù)量成反比。

矩形脈沖只是這一基本原理的延伸。通過改變諧波的相對幅度和相位（奇數(shù)和偶數(shù)）來獲得不同的波形形狀。

脈沖波形由基波及其諧波組成

然后可以繪制這些基帶信號，并繪制無限次諧波的幅度和相位，包括奇數(shù)和偶數(shù)，從而產(chǎn)生如下所示的平滑包絡(luò)。

完美矩形脈沖的頻譜

然后可以將該單波調(diào)制到射頻波形上以提供頻譜。隨著基帶信號的諧波延伸到無窮大，調(diào)制信號的邊帶也延伸到無窮大。然而，在現(xiàn)實(shí)中，帶寬永遠(yuǎn)不會(huì)是無限的，諧波，尤其是高階諧波會(huì)衰減。雖然這會(huì)導(dǎo)致信號失真，但電平通常是可以接受的。

調(diào)制到具有相位反轉(zhuǎn)的射頻載波上的脈沖波形頻譜

脈沖頻譜分析

已經(jīng)可以看到脈沖信號是如何產(chǎn)生的，以及由此產(chǎn)生的光譜。雖然邊帶的相位在上圖中得到了調(diào)整，但頻譜分析儀是標(biāo)量測試儀器，通常不會(huì)指示信號的相位。因此，頻譜分析儀的繪圖僅顯示“在線上方”。

調(diào)制到射頻載波上的脈沖波
形的標(biāo)量頻譜，即僅包括幅度。

為此，可以注意以下幾點(diǎn)：

光譜線：調(diào)制波形圖上顯示的各個(gè)頻譜線之間相隔的頻率等于 1/T。

信封中的空值：光譜包絡(luò)或整體形狀中的零點(diǎn)以 1/t 的間隔出現(xiàn)。在n / t處出現(xiàn)進(jìn)一步的零點(diǎn)

包絡(luò)零清晰度：由于調(diào)制信號的上升和下降時(shí)間有限，并且存在由此產(chǎn)生的不對稱性，因此脈沖頻譜形狀中的零點(diǎn)并不總是特別明顯。

脈沖脫敏

有時(shí)，脈沖脫敏問題在脈沖頻譜分析中會(huì)提到。問題在于，當(dāng)調(diào)制施加到載波時(shí)，包絡(luò)的峰值電平會(huì)降低，似乎信號的總功率已經(jīng)降低。

峰值幅度明顯降低是因?yàn)閷⒚}沖添加到信號中并用方波調(diào)制會(huì)導(dǎo)致功率在載波和邊帶之間分配。隨著調(diào)制電平的增加，邊帶電平也會(huì)增加。由于可用的功率有限，并且每個(gè)頻譜分量（即載波和邊帶）僅包含總功率的一小部分。

在頻譜分析儀上看到的總體效果是峰值功率降低，但它分布在更寬的帶寬上。

可以α定義脈沖脫敏因子。這可以用等式來描述：

應(yīng)該注意的是，這種關(guān)系只對真正的傅里葉線譜有效。為此，分析儀的分辨率帶寬應(yīng)<0.3 PRF。

信號的平均功率還取決于占空比，因?yàn)橹挥挟?dāng)信號處于可以粗略地稱為“ON”狀態(tài)時(shí)，才能輻射功率。這可以通過以下公式定義：

其中：

α = 脈沖“衰退因子

T = 脈沖重復(fù)率

PRF = 脈沖重復(fù)頻率 （1 / T）

t = 脈沖長度 teff = 有效脈沖長度

，考慮上升和下降時(shí)間

Pavg = 脈沖周期

內(nèi)的平均功率 Ppeak = 峰值功率

三角形和梯形波形

雖然脈沖頻譜分析通常應(yīng)用于方波或矩形波形，但類似的原理也適用于三角形和梯形波形。

波形的格式與脈沖波形具有許多相似的特征，但具有不同組成信號的電平，因此具有不同的邊帶。

因此，可以以類似的方式分析這些波形。

脈沖頻譜分析測量技巧

當(dāng)使用頻譜分析儀查看脈沖信號時(shí)，有必要采用技術(shù)來確保顯示信號以揭示所需的方面。

一些主要方面是：

小于行距的測量帶寬：為了分辨單個(gè)譜線，測量帶寬必須相對于譜線的偏移量很小，即帶寬< 1 / T。如果測量帶寬進(jìn)一步降低，它們譜線將保留其值（如預(yù)期的那樣），但噪聲水平將降低，盡管測量時(shí)間會(huì)更長。

行距和零點(diǎn)間距之間的測量帶寬：當(dāng)測量帶寬大于光譜線間距但小于零點(diǎn)間距時(shí)，將發(fā)生下一階段。在這種情況下，譜線無法分辨，包絡(luò)的振幅高度取決于帶寬。這是因?yàn)楦嗟墓庾V線，每條都有自己的功率貢獻(xiàn)，包含在測量帶寬內(nèi)。對于這種情況，1 / t > B > 1 / T。

大于零點(diǎn)間距的測量帶寬：對于測量帶寬大于信號頻譜包絡(luò)上的零點(diǎn)間距（即 B > 1 / T）的情況，無法識別信號的幅度分布。

隨著脈沖傳輸?shù)膹V泛應(yīng)用，脈沖頻譜分析是表征和測試任何開發(fā)的設(shè)備及其產(chǎn)生的信號的重要元素。

審核編輯：黃飛