信号发生器基础知识

  在无线通信、军事通信或雷达应用中，频谱中充斥着各种干扰，导致面临着持续的带宽压力。通过信号仿真来对您的器件来测试至关重要。

  信号发生器对测量结果有很大的影响。为了能够更好的保证测量结果的准确性，有时我们会对信号发生器进行优化。

  在常见的测试设置中，我们会在信号发生器和被测器件之间使用无源器件和有源器件。这些额外的元器件会给检测系统带来插入损耗或增益。我们应该考虑上述因素并确保被测器件输入端具有精确的幅度电平。常用的方法是使用矢量网络分析仪（VNA）来测量整个信号路径上的增益或损耗，并将校正值输入到信号发生器中。

  当在信号发生器和被测器件之间添加元器件之后，校准面和测试面不在同一端面上。我们一定要校正这两个端面之间的差异。通过用户平坦度校正，可以对射频输出幅度进行数字调整，补偿电缆、开关或其他器件的外部损耗。使用功率计和传感器来校准测量系统，可以自动创建一个功率电平校正表格。

  USB功率传感器（Keysight U2000系列）可以直接连接是德科技X系列信号发生器。信号发生器可用作功率计，在测试面上测量功率。校正值可以保存到信号发生器的存储器中。在下一次使用相同的配置时，可以调用并应用校正值。两个频率点之间的校正值由插值确定。图1显示了使用信号发生器和USB功率传感器进行平坦度校正的设置。

  无论是在商业应用中，还是在航空航天和国防应用中，大多数无线系统都采用多天线技术，包括天线分集、MIMO（多路输入多路输出）空间复用、波束赋形或相控阵雷达。无线系统能通过上述的这些技术来提高接收机的稳定度、数据吞吐量和信噪比（SNR）。

  然而，随着天线数量的增加，其测试复杂度也在不断增加。为解决此问题，工程师需要生成多个射频信道用于接收机测试，并对发射机测试用到的多个射频信道进行分析。

  要对多信道器件进行有效测试，必须执行高度同步的多信道信号生成和分析。仪器之间的准确触发有助于确保所有测量都是在正确的时间精确启动。为了简化信道数量较多时的测试同步，可以考虑采用模块化的测试系统，将多个仪器精简成一个多信道测试系统。

  模块化仪器建立在标准仪器的基础上，如PXI、AXIe和VXI。这些仪器能够最终靠背板总线共享时钟和触发信号。这使得实现同步更加容易，触发事件的可重复性更高，因为测试环境是可控的，线缆连接更简单。

  例如，PXI触发总线由跨越背板连接器的八条触发线所示。每个触发线段之间的触发路由方向（蓝色剪头）也能够直接进行配置。

  图3显示了两个PXI机箱，这两个机箱作为WLAN 802.11ax测试解决方案部署，完全支持8x8MIMO。PXI背板总线将触发信号传输到目标模块，用于8信道信号生产和分析。该系统充分的利用了PXI标准的优势，将机箱的插槽到插槽间触发时间和时钟偏移缩短到几百皮秒。这样做才能够实现精确的时序同步，无需对MIMO收发信机和接收机测试进行调整。

  在射频测试中，最大输出功率是每个信号发生器的基本特性。信号发生器在提供最大输出功率的同时，还一定要能保持频谱纯度和电平精度。让我们仔仔细细地观察一下信号发生器的幅度技术指标。

  表1显示了Keysight MXG/EXG信号发生器的最大幅度技术指标。关于此表格，有几点需要注意：

  ●可设置范围不是信号发生器的实际输出范围。使用输出偏置，信号发生器可以输出偏离（正或负）输入值的幅度。这在某种程度上预示着可通过放大或衰减器扩展输出范围。

  ●步进衰减器（5dB步长）提供粗略的功率衰减以实现低功率电平。ALC（自动调平控制）电路能在衰减器的保持范围内对功率电平进行微调。

  信号发生器的幅度精度是指信号发生器的输出幅度符合其设定幅度的程度。通常幅度精度会有对应的频率和温度范围。当工作时候的温度偏离信号发生器的校准温度越多，幅度精度就会越差。

  如上所述，信号发生器的输出范围是由衰减器和ALC电路决定的。输出功率越低，所需的衰减器越多。每个衰减器都会带来一些不确定度。表2显示幅度精度受频率范围和幅度电平的影响。

  关于幅度精度的重要性，大多数表现在接收机的灵敏度测试中。接收机灵敏度测试能够确定接收机能否探测处于或低于指定功率电平的微弱信号。在这种情况下，测量结果对信号发生器的电平非常敏感，因而信号发生器的幅度精度指标非常重要。

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