信號發生器基礎知識

在無線通信、軍事通信或雷達應用中，頻譜中充斥著各種干擾，導致面臨著持續的帶寬壓力。通過信號仿真來對您的器件進行測試至關重要。信號發生器可以為各種元器件和系統測試提供精確而高度穩定的測試信號。

信號發生器的優化與校準

信號發生器對測量結果有很大的影響。為了保證測量結果的準確性，有時我們會對信號發生器進行優化。

優化信號發生器可以從四個方面入手：

●提高幅度精度

●優化寬帶寬信號的性能

●優化切換速度

●優化信號發生器的相位噪聲性能。

在常見的測試設置中，我們會在信號發生器和被測器件之間使用無源器件和有源器件。這些額外的元器件會給測試系統帶來插入損耗或增益。我們需要考慮上述因素并確保被測器件輸入端具有精確的幅度電平。常用的方法是使用矢量網絡分析儀（VNA）來測量整個信號路徑上的增益或損耗，并將校正值輸入到信號發生器中。

當在信號發生器和被測器件之間添加元器件之后，校準面和測試面不在同一端面上。我們必須校正這兩個端面之間的差異。通過用戶平坦度校正，可以對射頻輸出幅度進行數字調整，補償電纜、開關或其他器件的外部損耗。使用功率計和傳感器來校準測量系統，可以自動創建一個功率電平校正表格。

USB功率傳感器（Keysight U2000系列）可以直接連接是德科技X系列信號發生器。信號發生器可用作功率計，在測試面上測量功率。校正值可以保存到信號發生器的存儲器中。在下一次使用相同的配置時，可以調用并應用校正值。兩個頻率點之間的校正值由插值確定。圖1顯示了使用信號發生器和USB功率傳感器進行平坦度校正的設置。

圖1 使用USB功率傳感器進行平坦度校正

模塊化測試：多信道射頻系統

無論是在商業應用中，還是在航空航天和國防應用中，大多數無線系統都采用多天線技術，包括天線分集、MIMO（多路輸入多路輸出）空間復用、波束賦形或相控陣雷達。無線系統可以通過上述的這些技術來提高接收機的穩定度、數據吞吐量和信噪比（SNR）。

然而，隨著天線數量的增加，其測試復雜度也在不斷增加。為解決此問題，工程師需要生成多個射頻信道用于接收機測試，并對發射機測試用到的多個射頻信道進行分析。

要對多信道器件進行有效測試，必須執行高度同步的多信道信號生成和分析。儀器之間的準確觸發有助于確保所有測量都是在正確的時間精確啟動。為了簡化信道數量較多時的測試同步，可以考慮采用模塊化的測試系統，將多個儀器精簡成一個多信道測試系統。

模塊化儀器建立在標準儀器的基礎上，如PXI、AXIe和VXI。這些儀器可以通過背板總線共享時鐘和觸發信號。這使得實現同步更加容易，觸發事件的可重復性更高，因為測試環境是可控的，線纜連接更簡單。

例如，PXI觸發總線由跨越背板連接器的八條觸發線組成。觸發線（0-7）分為三個觸發總線段，插槽編號分別為1-6、7-12和13-18，如圖2所示。每個觸發線段之間的觸發路由方向（藍色剪頭）也可以進行配置。

圖2 使用是德科技I/O程序軟件進行的PXI觸發設置

圖3顯示了兩個PXI機箱，這兩個機箱作為WLAN 802.11ax測試解決方案部署，完全支持8x8MIMO。PXI背板總線將觸發信號傳輸到目標模塊，用于8信道信號生產和分析。該系統充分利用了PXI標準的優勢，將機箱的插槽到插槽間觸發時間和時鐘偏移縮短到幾百皮秒。這樣可以實現精確的時序同步，無需對MIMO收發信機和接收機測試進行調整。

圖3 WLAN 802.11ax測試解決方案完全支持用兩個PXI機箱組成8x8 MIMO配置

測量精度的關鍵：信號發生器的幅度精度

在射頻測試中，最大輸出功率是每個信號發生器的基本特性。信號發生器在提供最大輸出功率的同時，還必須能夠保持頻譜純度和電平精度。讓我們仔細觀察一下信號發生器的幅度技術指標。

表1顯示了Keysight MXG/EXG信號發生器的最大幅度技術指標。關于此表格，有幾點需要注意：

●可設置范圍不是信號發生器的實際輸出范圍。使用輸出偏置，信號發生器可以輸出偏離（正或負）輸入值的幅度。這意味著可以利用放大或衰減器擴展輸出范圍。

顯示的（可設置）幅度電平=輸出電平+幅度偏置

●此輸出幅度受頻率范圍和工作溫度的影響。

●步進衰減器（5dB步長）提供粗略的功率衰減以實現低功率電平。ALC（自動調平控制）電路可以在衰減器的保持范圍內對功率電平進行微調。

表1 輸出參數的幅度技術指標和最大輸出功率

信號發生器的幅度精度是指信號發生器的輸出幅度符合其設定幅度的程度。通常幅度精度會有對應的頻率和溫度范圍。當工作溫度偏離信號發生器的校準溫度越多，幅度精度就會越差。

如上所述，信號發生器的輸出范圍是由衰減器和ALC電路決定的。輸出功率越低，所需的衰減器越多。每個衰減器都會帶來一些不確定度。表2顯示幅度精度受頻率范圍和幅度電平的影響。

表2 Keysight MXG信號發生器的絕對電平精度

關于幅度精度的重要性，主要體現在接收機的靈敏度測試中。接收機靈敏度測試能夠確定接收機是否能夠探測處于或低于指定功率電平的微弱信號。在這種情況下，測量結果對信號發生器的電平非常敏感，因而信號發生器的幅度精度指標非常重要。

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