了解射频信号生成的基础知识
了解射频信号生成的基础知识,本文由东莞全芯射频电源售后摘自网络整理而成，更多的射频电源维修电话13790663326，得到更多详细资讯。
射频信号发生器一直是测试和测量的主要工具。从射频电源诞生起，不管怎么发展，但基本原则保持不变。本文将概述RF信号发生器的基本结构和相关的优点。
无论RF信号发生器是用于生成连续波（CW）信号还是包括模拟和/或数字调制，它都有三个基本架构元素：参考部分、合成部分和输出部分——见图1。下面将描述每个部分。
图1。射频信号发生器的三个结构元件。
参考部分是确定输出频率精度的关键因素。其核心是一个基准振荡器，该振荡器必须极其稳定，且成本效益高，以纳入测试仪器。许多RF信号发生器依靠晶体石英的电致伸缩（或逆压电）特性作为基准振荡器（也称为XO）来产生基准频率。其稳定性将确保源的频率输出在校准之间保持准确。重要的特征是短期稳定性（相位噪声）和长期稳定性（或老化速率），这两者都会受到温度的影响。为了限制由于温度引起的频率变化，振荡器可以包括温度补偿（称为TCXO）或放置在温度控制（烤箱控制）封装中，该封装保持恒定温度（称为OCXO）。
信号发生器的合成部分直接或间接地使用一个或多个参考振荡器来产生期望的工作频率范围。直接合成有两种类型：模拟合成和数字合成——见图2。
图2:直接模拟合成（左）和直接数字合成（右）
直接模拟合成（DAS）利用一系列振荡器，这些振荡器经过乘法、除法、混合和滤波，产生一系列输出频率。DAS架构的优点是用户可以非常快速地（通常以纳秒为单位）改变频率，并且输出具有非常低的相位噪声。缺点是DAS设计通常使用许多组件，这会增加成本、形状因数和功耗，并降低可靠性。通过所有的乘法、除法和混频，也很难减轻所有不希望的频率混频产物（或杂散发射）。
直接数字合成（DDS）仪器使用基准振荡器对数字电路进行时钟控制，该数字电路包括数模转换器（DAC），以直接生成所需的输出频率。这种架构提供了快速的切换速度（通常以微秒为单位）和精细的频率生成分辨率，但DAC技术在频率上可能受到限制，并且通常具有高杂散含量。
间接合成利用压控振荡器（VCO）或钇铁石榴石（YIG）调谐振荡器（YTO）来产生期望的输出频率。VCO从输入电压产生输出频率。可以使用变容二极管来改变或调谐输出频率以改变电压，变容二极管是通常由反向偏置p-n结二极管制成的电压可变电容器。YTO利用磁共振原理在宽调谐范围（例如2-18GHz）上产生非常低的相位噪声信号。VCO比YTO更小、更便宜，并且可以更快地改变频率，而YTO具有更好的光谱纯度和更宽的调谐范围。
对于仪器而言，VCO和YTO缺乏足够的频率精度和稳定性。许多信号发生器采用锁相环（PLL）来提高性能。在PLL中，VCO或YTO输出频率被分频，并使用相位检测器与基准进行比较。如果存在差异，则产生错误信号。如果任一振荡器向上（或向下）漂移，相位检测器输出端的误差信号将向下（或向上）调整VCO/YTO输出，以保持稳定的频率输出。校正发生的速率是PLL环路带宽。由于频率范围有限，特别是VCO的频率范围，合成器输出之后通常是倍频器，以实现更高的期望频率。
信号发生器的输出部分通过测量输出功率并补偿与设定功率电平的偏差来保持期望的输出幅度。自动电平控制（ALC）电路对信号发生器输出功率进行采样，并调整增益或衰减以保持用户预期的输出功率。ALC电路提供了一个标称幅度调谐范围，可通过可调衰减来扩展
机械衰减器在功率放大器的输出和输出连接器之间引入非常小的损耗。然而，它们具有有限的寿命、较低的重复性、较慢的开关速度，并且可以引入相移。一个典型的机械衰减器可以被指定用于一到一千万个周期。对于一个ATE应用，在50周的工作日每天8小时内，功率电平每秒变化一次，衰减器可能会在几个月内失效。固态衰减器具有更长的寿命，不引入相移，切换速度更快。然而，它们可能具有增加的插入损耗和温度漂移、更有限的衰减和更窄的频率范围。
上述架构权衡将影响信号发生器性能。关键的优点可以分为三类：频率和幅度控制、频谱纯度和功率传输效率。当信号发生器输出的阻抗与被测器件（DUT）的输入阻抗匹配时，出现最大功率传输效率。当存在失配时，会产生驻波。驻波比（SWR）规范描述了如果信号发生器配备有具有完美50欧姆阻抗的DUT，将产生的SWR。
对于频率和幅度控制，重要的方面是范围、精度、稳定性、分辨率和切换速度。其中大多数都是不言自明的，但切换速度有一定的可变性和细微差别。切换速度可以指切换到特定频率或功率电平、以固定增量/减量扫描频率或功率级别范围或执行频率和功率级别更改列表所需的时间。细微差别与确定信号发生器何时达到特定频率或功率水平有关。当更新的频率或功率满足定义的“已确定”标准时，认为更改已完成。例如，当输出振幅稳定在其预期值的0.1dB以内时，SGX1006的振幅变化被视为完成。值得注意的是，使用PLL的信号发生器的频率切换速度将受到环路带宽的影响。相反，使用DAS或DDS架构的信号发生器不会产生这种影响。
信号发生器制造商通常有不同的解决标准。这使得很难比较开关速度规格。此外，它还可能导致仪器沉降标准与正在进行的测试要求之间的偏差。为了解决这种潜在的错位，许多信号发生器允许用户设置停留时间。停留时间是信号发生器在切换到下一个之前停留在指定频率或功率电平的最短时间。
对于频谱纯度而言，重要的方面是相位噪声、谐波振幅以及与预期信号相关的杂散发射。理想情况下，信号发生器将仅输出特定预期频率的CW信号。不幸的是，信号发生器由产生相位噪声和信号谐波的非理想部件构成，这两者都会产生互调产物，并导致杂散发射。谐波是以预期CW输出信号的整数倍出现的不需要的信号。倍频器通常用于信号发生器中，以扩展可能导致次谐波的频率范围。虚假排放可能来自多种来源，因此它们可能以各种频率出现，难以预测和缓解。幸运的是，它们的振幅通常比预期的CW信号和更可预测的谐波低得多——见图3。
图3。光谱纯度测量
在基于PLL的信号发生器中有四个主要的相位噪声源：基准振荡器、PLL相位检测器、VCO或YTO以及宽带噪声。宽带噪声主要是信号发生器内热噪声的结果，与工作频率无关。来自相位检测器的相位噪声也与工作频率无关。然而，相位噪声降低了20logN，其中N是将VCO/VTO信号转换为用于相位比较的参考频率的分频电路的除数。另一方面，参考振荡器和VCO/YTO的相位噪声贡献确实具有可预测的频率依赖性，最初以1/f3（-30 dB/十年）的速率下降，并过渡到1/f2（-20 dB/十）的关系。PLL的带宽决定了VCO/YTO对总相位噪声的贡献被抑制的点。图4说明了这些不同的贡献是如何结合在一起形成信号发生器相位噪声图的。
图4。相位噪声