透過示波器 A-B-R 數位觸發技術：精準擷取雷達射頻脈衝
- Sonya Chan
- 9月21日
- 讀畢需時 4 分鐘
在空中交通管制 (ATC)、海事雷達或電離層科學量測等高精度脈衝雷達應用領域，對射頻 (RF) 脈衝的深入分析是不可或缺的關鍵環節，研發工程師時常面臨的挑戰是，如何在充滿多樣化脈衝寬度與調變的複雜訊號序列中，穩定且可重複地隔離出特定的目標脈衝，以便進行後續的特性分析傳統的觸發機制在此情境下往往力有未逮，無法提供研究所需的穩定性與精確度；本文將闡述如何運用 Rohde & Schwarz 的示波器，透過其先進的數位觸發功能，有效克服此一困境，實現對特定射頻脈衝的精準擷取。
使用示波器觸發雷達射頻脈衝
分析 RF 脈衝是脈衝雷達應用的核心任務，例如在空中交通管制 (ATC)、海事雷達或對電離層的科學量測等領域，對脈衝的封包 (envelope) 與調變 (modulation) 進行分析至關重要，因為它們包含了描述應用的關鍵資訊，R&S®RTO 和 R&S®RTP 示波器能夠精準地觸發特定脈衝，這是進行時域與頻域分析的先決條件，接下來將探討如何使用 R&S®RTO 和 R&S®RTP 示波器，針對特定脈衝進行精確觸發，為後續如 ATC 訊號的 RF 脈衝量測等深度分析做好準備。
測試任務
您必須量測雷達 RF 脈衝的頻率、調變、上升/下降時間、脈衝重複間隔 (PRI)、持續時間與振幅等參數，用以判斷其是否滿足您的設計要求，因此，您需要以一種可重複的方式觸發單一脈衝，以便將脈衝正確定位於量測視窗中，並有效率地僅儲存脈衝本身而非脈衝間的暫停時間。傳統的邊緣觸發無法產生穩定的顯示畫面，因為一個脈衝通常包含多個可以觸發的邊緣；在一個複雜的情境中（如下方截圖所示），當存在多個具有不同脈衝寬度（5.0/10.0/3.0/7.5/3.0 μs）和調變的脈衝時，邊緣觸發便無法適用。
Rohde & Schwarz 解決方案
R&S®RTO 與 R&S®RTP 示波器能夠分析頻率高達 6 GHz/8 GHz 的 RF 脈衝，其中，對於脈衝分析最重要的功能是精密數位觸發。與傳統類比觸發相比，數位觸發具有更佳的觸發靈敏度，且對於進階觸發類型沒有頻寬限制。為了有效分析 RF 脈衝，觸發點必須始終出現在相對於脈衝的同一位置。在此範例中，我們使用一個脈衝序列，設定一個專門針對脈衝寬度為 7.5 μs（紅色圈選處）、功率位準為 5.0 dBm (= 400 mV)、載波頻率 fC 為 2.8 GHz 的觸發條件。
本次擷取採用 A-B-R 觸發模式，當脈衝起始時觸發條件 A，而在指定的脈衝持續時間結束後，由脈衝的結尾觸發條件 B；接著，觸發條件 R 則用於重置那些脈衝持續時間過長或脈衝功率過高的條件。
A 觸發器
A 觸發器使用類型為「Width」並設定為負極性，此設定專注於兩個連續脈衝之間的暫停間隔，其寬度應大於數個載波週期 (360 ps)，在此範例中設定為 5 ns，位準則設定為可接受的最低功率位準 –3.9 dBm (= 142.25 mV)。由於寬度觸發是作用於雷達脈衝上，因此應啟用 robust trigger 選項（如下方截圖所示），此設定足以讓 A 觸發器在每個脈衝的起始點進行穩定觸發。
B 觸發器
B 觸發器（參見下方截圖）使用類型為「Timeout」，並採用與 A 觸發器相同的功率位準，且使用耦合觸發位準 (Coupled trigger levels)。與 A 觸發器相似，逾時時間應大於數個載波週期 (360 ps)，在此範例中設定為 1 ns。
R 觸發器
對於長度超過 7.5 μs 或功率超過 10 dBm 的脈衝應予以捨棄，此功能透過應用 R 觸發器來完成（參見下方截圖），它會重置 A 觸發器的條件。啟用重置逾時 (reset timeout) 並將逾時時間設定為最大允許的脈衝長度 (7.5 μs)，便可捨棄較長的脈衝；而功率較高的脈衝則會因為窗型觸發而被忽略，因此，觸發類型設定為「Window」，垂直條件為「Exit」，位準對稱設定於 7.0 dBm (= 501.46 mV)。
最終結果是，儀器能從一連串不同的脈衝序列中，僅擷取脈衝持續時間介於 7.0 μs 至 7.5 μs 之間、且功率位準介於 –3.9 dBm 至 7.0 dBm 的脈衝。這些被擷取的脈衝以極低的無效時間佔比進行儲存，並始終位於擷取畫面結尾的相同觸發位置（由下方截圖上半部的紅色三角形標示）。
在此範例中，配備 1 Gsample 記憶體容量的 R&S®RTO 能夠儲存約 36,000 個連續脈衝，其歷史模式 (history mode) 則允許存取所有擷取的波形，以便對每個脈衝以及進行脈衝間 (pulse-to-pulse) 的詳細分析。
下表概述了脈衝參數如何轉換為示波器的觸發參數：
脈衝參數 | 示波器參數 |
脈衝頂部 (最小) | (A) 觸發位準 |
脈衝頂部 (最大) | (R) 離開窗型之上/下位準 |
脈衝寬度 (最小) | (B) A ▷ B 延遲 |
脈衝寬度 (最大) | (R) 逾時 |
總結
R&S®RTO 與 R&S®RTP 示波器能夠在其型號支援的最大頻寬內分析 RF 脈衝，為了執行詳細分析，R&S®RTO 與 R&S®RTP 能夠依據脈衝寬度與功率位準等脈衝特性進行精準觸發，其功能類似於頻譜分析中的中頻功率觸發。
數位觸發功能可在全頻寬範圍內運作，是此應用的關鍵核心；一旦脈衝被成功擷取，由於其在擷取畫面中的位置已被妥善定位，R&S®RTO 與 R&S®RTP 便能對封包 (envelope) 2) 與調變 (modulation) 進行精確的特性分析，同時也支援對連續脈衝進行脈衝間分析 (Pulse-to-pulse analysis)。
