射頻信號源 / 信號發生器的應用及測量精度優化技巧
射頻信號源 / 信號發生器是射頻應用評測的核心工具,廣泛用于全球導航衛星系統(GNSS)、5G、航空電子設備、雷達等領域,可模擬真實條件下的信號減損和接收機衰落,支持器件性能測試與系統驗證。
提高測量精度的 8 個核心技巧
技巧 1. 減少有效諧波失真
信號源的諧波失真通常比基頻低 30-50dB,影響測量精度。在輸出端加低通濾波器(截止頻率需匹配基頻),可大幅削弱諧波,同時需補償基頻信號的損耗(可通過頻譜分析儀驗證)。
圖 1a. 典型的諧波失真測量結果
圖 1b. 使用低通濾波器降低有效諧波失真
技巧 2. 提高功率電平精度
信號源與被測器件(DUT)間的電纜、濾波器等會影響電平精度。通過功率計(需先校準并輸入傳感器系數)直接測量 DUT 端口電平,利用信號源的幅度偏置功能修正偏差,確保施加預定功率(如接收機靈敏度測試)。
圖 2. 提高功率電平精度的測試設置
技巧 3. 提高頻率精度
相對頻率精度:多信號源需統一時基(如將一臺設備的參考信號輸出連接至其他設備的參考輸入),降低間隔誤差(如 1kHz 間隔的誤差可從 ±0.2Hz 降至 ±0.001Hz)。
絕對頻率精度:選用高精度外部頻率參考(如溫控振蕩器),但需注意其相位噪聲對信號源性能的影響。
圖 3. 相對頻率誤差范圍示例
技巧 4. 改善信號源匹配
信號源與負載的失配會導致電平誤差,可在 DUT 輸入端插入固定衰減器,使等效匹配改善兩倍衰減量(dB)。需注意電纜、適配器等無源器件對匹配度的影響。
圖 4. 插入衰減器對失配誤差的改善
技巧 5. 優化三階互調(TOI)測量
多信號源組合測量時,需隔離信號源以避免互調干擾。優先使用三電阻式合路器(提供 6dB 隔離)或定向耦合器,避免雙電阻式合路器的匹配問題。
在每個信號源輸出端加 10dB 衰減器,可增加 20dB 隔離度;關閉自動電平控制(ALC)也能減少互調產物。
矢量信號發生器可直接生成多音頻信號,無需外部合成,相對間隔更精確。
圖 5a. 信號源互調產生的干擾示例
圖 5b. 三電阻式合路器的隔離效果
技巧 6. 擴大幅度范圍
需提高功率時,使用放大器(注意 1dB 壓縮點,可加低通濾波器降低諧波失真);
需降低功率時,使用衰減器(需用網絡分析儀校準以補償誤差)。
小信號測量時,需屏蔽環境干擾(如金屬箱或屏蔽室),減少外部輻射與信號泄漏。
圖 6a. 放大器配合低通濾波器擴展功率范圍
圖 6b. 屏蔽環境減少小信號干擾
技巧 7. 針對器件測試優化 EVM 和 ACLR
不同通信標準(如 LTE)對誤差向量幅度(EVM)和鄰道泄漏比(ACLR)的要求不同,可通過濾波技術權衡優化:
啟用基帶信號濾波器可改善 ACLR;
增加符號滾降長度(如 20 Ts)可優化 EVM;
結合兩者可在保證 ACLR 的同時提升 EVM 性能(如 Keysight MXG 信號發生器可實現 - 73dB 的 ACLR 和 0.46% 的 EVM)。
圖 7a. 默認濾波下的 ACLR **結果
圖 7b. 關閉濾波 + 長滾降的 EVM **結果
圖 7c. 結合濾波與長滾降的平衡效果
技巧 8. 選擇理想的相位噪聲特征
相位噪聲(單位 dBc/Hz)影響信道內外測量,可通過調整鎖相環帶寬優化:
寬環帶寬:優化低偏移(<150kHz)相位噪聲,適合信道內測量;
窄環帶寬:優化高偏移(>150kHz)相位噪聲,適合信道外測量。
部分信號源提供信噪比優化模式,可降低寬帶噪聲,適合測試寬帶接收機。
圖 8a. 調整鎖相環帶寬優化相位噪聲
圖 8b. 優化模式降低寬帶噪聲
通過上述技巧,可顯著提升射頻信號源的測量精度,滿足不同場景下的器件測試與系統驗證需求。
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