信號(hào)發(fā)生器基礎(chǔ)知識(shí)

在無線通信、軍事通信或雷達(dá)應(yīng)用中，頻譜中充斥著各種干擾，導(dǎo)致面臨著持續(xù)的帶寬壓力。通過信號(hào)仿真來對(duì)您的器件進(jìn)行測(cè)試至關(guān)重要。信號(hào)發(fā)生器可以為各種元器件和系統(tǒng)測(cè)試提供精確而高度穩(wěn)定的測(cè)試信號(hào)。

信號(hào)發(fā)生器的優(yōu)化與校準(zhǔn)

信號(hào)發(fā)生器對(duì)測(cè)量結(jié)果有很大的影響。為了保證測(cè)量結(jié)果的準(zhǔn)確性，有時(shí)我們會(huì)對(duì)信號(hào)發(fā)生器進(jìn)行優(yōu)化。

優(yōu)化信號(hào)發(fā)生器可以從四個(gè)方面入手：

●提高幅度精度

●優(yōu)化寬帶寬信號(hào)的性能

●優(yōu)化切換速度

●優(yōu)化信號(hào)發(fā)生器的相位噪聲性能。

在常見的測(cè)試設(shè)置中，我們會(huì)在信號(hào)發(fā)生器和被測(cè)器件之間使用無源器件和有源器件。這些額外的元器件會(huì)給測(cè)試系統(tǒng)帶來插入損耗或增益。我們需要考慮上述因素并確保被測(cè)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(wǎng)絡(luò)分析儀（VNA）來測(cè)量整個(gè)信號(hào)路徑上的增益或損耗，并將校正值輸入到信號(hào)發(fā)生器中。

當(dāng)在信號(hào)發(fā)生器和被測(cè)器件之間添加元器件之后，校準(zhǔn)面和測(cè)試面不在同一端面上。我們必須校正這兩個(gè)端面之間的差異。通過用戶平坦度校正，可以對(duì)射頻輸出幅度進(jìn)行數(shù)字調(diào)整，補(bǔ)償電纜、開關(guān)或其他器件的外部損耗。使用功率計(jì)和傳感器來校準(zhǔn)測(cè)量系統(tǒng)，可以自動(dòng)創(chuàng)建一個(gè)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(hào)發(fā)生器。信號(hào)發(fā)生器可用作功率計(jì)，在測(cè)試面上測(cè)量功率。校正值可以保存到信號(hào)發(fā)生器的存儲(chǔ)器中。在下一次使用相同的配置時(shí)，可以調(diào)用并應(yīng)用校正值。兩個(gè)頻率點(diǎn)之間的校正值由插值確定。圖1顯示了使用信號(hào)發(fā)生器和USB功率傳感器進(jìn)行平坦度校正的設(shè)置。

圖1 使用USB功率傳感器進(jìn)行平坦度校正

模塊化測(cè)試：多信道射頻系統(tǒng)

無論是在商業(yè)應(yīng)用中，還是在航空航天和國(guó)防應(yīng)用中，大多數(shù)無線系統(tǒng)都采用多天線技術(shù)，包括天線分集、MIMO（多路輸入多路輸出）空間復(fù)用、波束賦形或相控陣?yán)走_(dá)。無線系統(tǒng)可以通過上述的這些技術(shù)來提高接收機(jī)的穩(wěn)定度、數(shù)據(jù)吞吐量和信噪比（SNR）。

然而，隨著天線數(shù)量的增加，其測(cè)試復(fù)雜度也在不斷增加。為解決此問題，工程師需要生成多個(gè)射頻信道用于接收機(jī)測(cè)試，并對(duì)發(fā)射機(jī)測(cè)試用到的多個(gè)射頻信道進(jìn)行分析。

要對(duì)多信道器件進(jìn)行有效測(cè)試，必須執(zhí)行高度同步的多信道信號(hào)生成和分析。儀器之間的準(zhǔn)確觸發(fā)有助于確保所有測(cè)量都是在正確的時(shí)間精確啟動(dòng)。為了簡(jiǎn)化信道數(shù)量較多時(shí)的測(cè)試同步，可以考慮采用模塊化的測(cè)試系統(tǒng)，將多個(gè)儀器精簡(jiǎn)成一個(gè)多信道測(cè)試系統(tǒng)。

模塊化儀器建立在標(biāo)準(zhǔn)儀器的基礎(chǔ)上，如PXI、AXIe和VXI。這些儀器可以通過背板總線共享時(shí)鐘和觸發(fā)信號(hào)。這使得實(shí)現(xiàn)同步更加容易，觸發(fā)事件的可重復(fù)性更高，因?yàn)闇y(cè)試環(huán)境是可控的，線纜連接更簡(jiǎn)單。

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

圖2 使用是德科技I/O程序軟件進(jìn)行的PXI觸發(fā)設(shè)置

圖3顯示了兩個(gè)PXI機(jī)箱，這兩個(gè)機(jī)箱作為WLAN 802.11ax測(cè)試解決方案部署，完全支持8x8MIMO。PXI背板總線將觸發(fā)信號(hào)傳輸?shù)侥繕?biāo)模塊，用于8信道信號(hào)生產(chǎn)和分析。該系統(tǒng)充分利用了PXI標(biāo)準(zhǔn)的優(yōu)勢(shì)，將機(jī)箱的插槽到插槽間觸發(fā)時(shí)間和時(shí)鐘偏移縮短到幾百皮秒。這樣可以實(shí)現(xiàn)精確的時(shí)序同步，無需對(duì)MIMO收發(fā)信機(jī)和接收機(jī)測(cè)試進(jìn)行調(diào)整。

圖3 WLAN 802.11ax測(cè)試解決方案完全支持用兩個(gè)PXI機(jī)箱組成8x8 MIMO配置

測(cè)量精度的關(guān)鍵：信號(hào)發(fā)生器的幅度精度

在射頻測(cè)試中，最大輸出功率是每個(gè)信號(hào)發(fā)生器的基本特性。信號(hào)發(fā)生器在提供最大輸出功率的同時(shí)，還必須能夠保持頻譜純度和電平精度。讓我們仔細(xì)觀察一下信號(hào)發(fā)生器的幅度技術(shù)指標(biāo)。

表1顯示了Keysight MXG/EXG信號(hào)發(fā)生器的最大幅度技術(shù)指標(biāo)。關(guān)于此表格，有幾點(diǎn)需要注意：

●可設(shè)置范圍不是信號(hào)發(fā)生器的實(shí)際輸出范圍。使用輸出偏置，信號(hào)發(fā)生器可以輸出偏離（正或負(fù)）輸入值的幅度。這意味著可以利用放大或衰減器擴(kuò)展輸出范圍。

顯示的（可設(shè)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(jìn)衰減器（5dB步長(zhǎng)）提供粗略的功率衰減以實(shí)現(xiàn)低功率電平。ALC（自動(dòng)調(diào)平控制）電路可以在衰減器的保持范圍內(nèi)對(duì)功率電平進(jìn)行微調(diào)。

表1 輸出參數(shù)的幅度技術(shù)指標(biāo)和最大輸出功率

信號(hào)發(fā)生器的幅度精度是指信號(hào)發(fā)生器的輸出幅度符合其設(shè)定幅度的程度。通常幅度精度會(huì)有對(duì)應(yīng)的頻率和溫度范圍。當(dāng)工作溫度偏離信號(hào)發(fā)生器的校準(zhǔn)溫度越多，幅度精度就會(huì)越差。

如上所述，信號(hào)發(fā)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(gè)衰減器都會(huì)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(hào)發(fā)生器的絕對(duì)電平精度

關(guān)于幅度精度的重要性，主要體現(xiàn)在接收機(jī)的靈敏度測(cè)試中。接收機(jī)靈敏度測(cè)試能夠確定接收機(jī)是否能夠探測(cè)處于或低于指定功率電平的微弱信號(hào)。在這種情況下，測(cè)量結(jié)果對(duì)信號(hào)發(fā)生器的電平非常敏感，因而信號(hào)發(fā)生器的幅度精度指標(biāo)非常重要。

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