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          如何提高射頻信號發(fā)生器的性能

          作者: 時間:2024-05-06 來源: 收藏

          是我們常用的一種通用電子測試測量儀器,與傳統(tǒng)的函數(shù)信號發(fā)生器不同,它主要用于產(chǎn)生射頻的連續(xù)波信號,或者是以射頻信號為載波的調(diào)制信號。可以作為激勵源,廣泛應(yīng)用于電子產(chǎn)品的測試測量和各類電子實驗室的電路實驗。

          決定一款性能的因素有很多,總結(jié)起來,起關(guān)鍵作用的有三個方面:

          本文引用地址:http://www.ex-cimer.com/article/202405/458327.htm
          1. 研發(fā)工程師的設(shè)計經(jīng)驗

          2. 消耗的硬件成本

          3. 生產(chǎn)所采用的校準(zhǔn)測試平臺和耗費的時間


          許多經(jīng)濟(jì)型的射頻信號發(fā)生器,其技術(shù)參數(shù)已經(jīng)基本能夠滿足基礎(chǔ)應(yīng)用。但對于一些更高的專業(yè)領(lǐng)域,關(guān)鍵指標(biāo)上還有些差距,那么在節(jié)省預(yù)算的前提下,怎么能夠有效地提高射頻信號發(fā)生器性能,從而拓展它的應(yīng)用范圍呢?本文將分享幾個實用小技巧。

          1. 通過外接功率計,提高射頻信號發(fā)生器的幅度精度

          受限于信號發(fā)生器本身的輸出幅度精度,以及信號發(fā)生器和被測件之間連接件的頻響特性,到達(dá)被測件的信號幅度可能會比預(yù)期具有更大的誤差。
           


          圖1  射頻信號發(fā)生器外接USB功率計


          如圖1所示,深圳市系列射頻信號發(fā)生器,均支持主流的USB功率計,通過對多個頻點的平坦度修正,可以方便地修正線損和信號發(fā)生器本身的精度誤差。
           


          圖2  通過外接USB功率計修正多個頻點的平坦度
           


          2. 通過外接高精度恒溫晶振,提高射頻信號發(fā)生器的穩(wěn)定性,并改善近端相噪水平

          我們知道,決定信號發(fā)生器頻率精度和穩(wěn)定性的唯一因素,就是機(jī)器使用的參考晶體振蕩器。出于成本的考慮,經(jīng)濟(jì)型的信號發(fā)生器普遍沒有采用昂貴的恒溫晶振,但是在某些特殊的測試場景,我們會非常關(guān)注信號發(fā)生器的絕對頻率精度,或者隨時間和溫度的漂移導(dǎo)致的穩(wěn)定度,這個時候只需要單獨采購一個高精度的恒溫晶振選件,作為信號發(fā)生器的外部參考,就可以有效地解決這個問題。

          另外,當(dāng)頻率偏移小于1kHz時,信號發(fā)生器發(fā)出信號的穩(wěn)定度和相位噪聲將主要由參考時鐘決定,采用高精度的恒溫晶振,有利于改善信號的近端相噪水平。


          3. 通過外接低通濾波器降低射頻信號發(fā)生器的諧波和雜散

          信號發(fā)生器在輸出設(shè)定的基波信號的同時,會伴隨有一定幅度的諧波、分諧波和雜波信號,大多數(shù)情況下我們是不需要諧波分量的,或者說這些諧波分量的存在會對正常的測試帶來一定的干擾。
           


          圖3  通過外接低通濾波器提高頻譜純度
           

          如圖3所示,我們根據(jù)實際測試情況,選擇一個合適的低通濾波器連接到信號發(fā)生器的輸出端,可以有效地過濾掉高頻的諧波分量,提高信號的頻譜純度。

          接入低通濾波器,難免對輸出信號的幅度和平坦度造成一定的影響,我們可以通過提高輸出信號電平和外接USB功率計的方法,對平坦度和精度進(jìn)行補償。


          4. 通過外接功率放大器提高射頻信號發(fā)生器的最大輸出電平

          一般來說,經(jīng)濟(jì)型信號發(fā)生器的最大輸出電平通常不會大于20dBm,如果你想得到更大的信號功率,外接功率放大器是一個不錯的選擇。在這里需要注意的是,大信號的諧波電平通常都比較高,外接功放以后,諧波電平增長的幅度會更大,如果你對信號的頻譜純度有一定的要求,可以參考方法三,在功放后面再加一個合適的低通濾波器,從而減小諧波分量對測試結(jié)果的影響,如圖4所示。
           


          圖4  通過外接功率放大器提高最大輸出電平


          我們通過外接功放能夠提高信號發(fā)生器的最大輸出電平,那么外接一個衰減器,是不是能擴(kuò)展信號發(fā)生器的最小輸出電平呢?答案是否定的。通常一個射頻信號發(fā)生器的最小輸出電平是由這個產(chǎn)品的硬件結(jié)構(gòu)決定的,設(shè)計方案決定了它的噪聲水平,它能夠輸出的最小信號一般要高于這個噪聲電平3~5dBm左右。在信號發(fā)生器輸出小信號的時候,外接一個衰減器,由于衰減器只會對有效信號進(jìn)行衰減,而對儀器的本底噪聲不會有任何影響,這樣會使小信號低于機(jī)器的底噪,從而無法得到檢測。

          5. 通過外接衰減器改善射頻信號發(fā)生器的匹配

          信號發(fā)生器的測量不確定度,是指由于信號發(fā)生器的輸出阻抗不是理想的50Ω,使得輸出信號進(jìn)入理想負(fù)載后,有一部分會被反射回去,而信號發(fā)生器又不能完全吸收這部分反射信號,其中部分反射信號會再次輸出到負(fù)載,這種來回反射會改變被測器件的有效輸入電平,從而導(dǎo)致測量的不確定性。每一個信號發(fā)生器都會有一個關(guān)鍵指標(biāo)VSWR,是專門用于度量它的測量不確定度的。

          改善射頻信號發(fā)生器測量不確定度的一個簡單有效方法,就是在信號發(fā)生器輸出端外接一個匹配良好的固定衰減器,如圖5所示。

           


          圖5  通過外接衰減器提高測量不確定度
           

          當(dāng)我們對某個指標(biāo)有較高要求,而手上的信號發(fā)生器達(dá)不到的時候,可以使用以上的幾種方法作為臨時的解決方案。但是這些方法,均需要增加一些額外的成本,并且會使整個測試系統(tǒng)變得更加復(fù)雜,所以在運用的時候,需要進(jìn)行綜合考慮,確保既能夠達(dá)到我們的測試目的,又不引入新的誤差。

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