射頻信號(hào)源 / 信號(hào)發(fā)生器的應(yīng)用及測(cè)量精度優(yōu)化技巧
射頻信號(hào)源 / 信號(hào)發(fā)生器是射頻應(yīng)用評(píng)測(cè)的核心工具,廣泛用于全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)(GNSS)、5G、航空電子設(shè)備、雷達(dá)等領(lǐng)域,可模擬真實(shí)條件下的信號(hào)減損和接收機(jī)衰落,支持器件性能測(cè)試與系統(tǒng)驗(yàn)證。
提高測(cè)量精度的 8 個(gè)核心技巧
技巧 1. 減少有效諧波失真
信號(hào)源的諧波失真通常比基頻低 30-50dB,影響測(cè)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(shí)需補(bǔ)償基頻信號(hào)的損耗(可通過(guò)頻譜分析儀驗(yàn)證)。
圖 1a. 典型的諧波失真測(cè)量結(jié)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(hào)源與被測(cè)器件(DUT)間的電纜、濾波器等會(huì)影響電平精度。通過(guò)功率計(jì)(需先校準(zhǔn)并輸入傳感器系數(shù))直接測(cè)量 DUT 端口電平,利用信號(hào)源的幅度偏置功能修正偏差,確保施加預(yù)定功率(如接收機(jī)靈敏度測(cè)試)。
圖 2. 提高功率電平精度的測(cè)試設(shè)置
技巧 3. 提高頻率精度
相對(duì)頻率精度:多信號(hào)源需統(tǒng)一時(shí)基(如將一臺(tái)設(shè)備的參考信號(hào)輸出連接至其他設(shè)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(duì)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(duì)信號(hào)源性能的影響。
圖 3. 相對(duì)頻率誤差范圍示例
技巧 4. 改善信號(hào)源匹配
信號(hào)源與負(fù)載的失配會(huì)導(dǎo)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(wú)源器件對(duì)匹配度的影響。
圖 4. 插入衰減器對(duì)失配誤差的改善
技巧 5. 優(yōu)化三階互調(diào)(TOI)測(cè)量
多信號(hào)源組合測(cè)量時(shí),需隔離信號(hào)源以避免互調(diào)干擾。優(yōu)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(wèn)題。
在每個(gè)信號(hào)源輸出端加 10dB 衰減器,可增加 20dB 隔離度;關(guān)閉自動(dòng)電平控制(ALC)也能減少互調(diào)產(chǎn)物。
矢量信號(hào)發(fā)生器可直接生成多音頻信號(hào),無(wú)需外部合成,相對(duì)間隔更精確。
圖 5a. 信號(hào)源互調(diào)產(chǎn)生的干擾示例
圖 5b. 三電阻式合路器的隔離效果
技巧 6. 擴(kuò)大幅度范圍
需提高功率時(shí),使用放大器(注意 1dB 壓縮點(diǎn),可加低通濾波器降低諧波失真);
需降低功率時(shí),使用衰減器(需用網(wǎng)絡(luò)分析儀校準(zhǔn)以補(bǔ)償誤差)。
小信號(hào)測(cè)量時(shí),需屏蔽環(huán)境干擾(如金屬箱或屏蔽室),減少外部輻射與信號(hào)泄漏。
圖 6a. 放大器配合低通濾波器擴(kuò)展功率范圍
圖 6b. 屏蔽環(huán)境減少小信號(hào)干擾
技巧 7. 針對(duì)器件測(cè)試優(yōu)化 EVM 和 ACLR
不同通信標(biāo)準(zhǔn)(如 LTE)對(duì)誤差向量幅度(EVM)和鄰道泄漏比(ACLR)的要求不同,可通過(guò)濾波技術(shù)權(quán)衡優(yōu)化:
啟用基帶信號(hào)濾波器可改善 ACLR;
增加符號(hào)滾降長(zhǎng)度(如 20 Ts)可優(yōu)化 EVM;
結(jié)合兩者可在保證 ACLR 的同時(shí)提升 EVM 性能(如 Keysight MXG 信號(hào)發(fā)生器可實(shí)現(xiàn) - 73dB 的 ACLR 和 0.46% 的 EVM)。
圖 7a. 默認(rèn)濾波下的 ACLR **結(jié)果
圖 7b. 關(guān)閉濾波 + 長(zhǎng)滾降的 EVM **結(jié)果
圖 7c. 結(jié)合濾波與長(zhǎng)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(nèi)外測(cè)量,可通過(guò)調(diào)整鎖相環(huán)帶寬優(yōu)化:
寬環(huán)帶寬:優(yōu)化低偏移(<150kHz)相位噪聲,適合信道內(nèi)測(cè)量;
窄環(huán)帶寬:優(yōu)化高偏移(>150kHz)相位噪聲,適合信道外測(cè)量。
部分信號(hào)源提供信噪比優(yōu)化模式,可降低寬帶噪聲,適合測(cè)試寬帶接收機(jī)。
圖 8a. 調(diào)整鎖相環(huán)帶寬優(yōu)化相位噪聲
圖 8b. 優(yōu)化模式降低寬帶噪聲
通過(guò)上述技巧,可顯著提升射頻信號(hào)源的測(cè)量精度,滿足不同場(chǎng)景下的器件測(cè)試與系統(tǒng)驗(yàn)證需求。
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