如何提高射頻信號發(fā)生器的性能

射頻信號發(fā)生器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。射頻信號發(fā)生器可以作為激勵源，廣泛應(yīng)用于電子產(chǎn)品的測試測量和各類電子實(shí)驗(yàn)室的電路實(shí)驗(yàn)。

決定一款射頻信號發(fā)生器性能的因素有很多，總結(jié)起來，起關(guān)鍵作用的有三個方面：

1. 研發(fā)工程師的設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)

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(fèi)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(shí)用小技巧。

1. 通過外接功率計(jì)，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(jì)

如圖1所示，深圳市鼎陽科技SSG3000X和SSG5000X系列射頻信號發(fā)生器，均支持主流的USB功率計(jì)，通過對多個頻點(diǎn)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(jì)修正多個頻點(diǎn)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(dú)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(shí)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(jì)的方法，對平坦度和精度進(jìn)行補(bǔ)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(jì)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(yùn)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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