如何提高射频信号发生器的性能

发布日期:2024-05-06     38 次

是我们常用的一种通用电子测试测量仪器,与传统的函数信号发生器不同,它主要用于产生射频的连续波信号,或者是以射频信号为载波的调制信号。可以作为激励源,广泛应用于电子产品的测试测量和各类电子实验室的电路实验。

决定一款性能的因素有很多,总结起来,起关键作用的有三个方面:

  1. 研发工程师的设计经验

  2. 消耗的硬件成本

  3. 生产所采用的校准测试平台和耗费的时间

许多经济型的射频信号发生器,其技术参数已经基本能够满足基础应用。但对于一些更高的专业领域,关键指标上还有些差距,那么在节省预算的前提下,怎么能够有效地提高射频信号发生器性能,从而拓展它的应用范围呢?本文将分享几个实用小技巧。

1. 通过外接功率计,提高射频信号发生器的幅度精度


受限于信号发生器本身的输出幅度精度,以及信号发生器和被测件之间连接件的频响特性,到达被测件的信号幅度可能会比预期具有更大的误差。
 


图1  射频信号发生器外接USB功率计


如图1所示,深圳市系列射频信号发生器,均支持主流的USB功率计,通过对多个频点的平坦度修正,可以方便地修正线损和信号发生器本身的精度误差。
 


图2  通过外接USB功率计修正多个频点的平坦度
 

2. 通过外接高精度恒温晶振,提高射频信号发生器的稳定性,并改善近端相噪水平

我们知道,决定信号发生器频率精度和稳定性的唯一因素,就是机器使用的参考晶体振荡器。出于成本的考虑,经济型的信号发生器普遍没有采用昂贵的恒温晶振,但是在某些特殊的测试场景,我们会非常关注信号发生器的绝对频率精度,或者随时间和温度的漂移导致的稳定度,这个时候只需要单独采购一个高精度的恒温晶振选件,作为信号发生器的外部参考,就可以有效地解决这个问题。

另外,当频率偏移小于1kHz时,信号发生器发出信号的稳定度和相位噪声将主要由参考时钟决定,采用高精度的恒温晶振,有利于改善信号的近端相噪水平。

3. 通过外接低通滤波器降低射频信号发生器的谐波和杂散

信号发生器在输出设定的基波信号的同时,会伴随有一定幅度的谐波、分谐波和杂波信号,大多数情况下我们是不需要谐波分量的,或者说这些谐波分量的存在会对正常的测试带来一定的干扰。
 


图3  通过外接低通滤波器提高频谱纯度
 

如图3所示,我们根据实际测试情况,选择一个合适的低通滤波器连接到信号发生器的输出端,可以有效地过滤掉高频的谐波分量,提高信号的频谱纯度。

接入低通滤波器,难免对输出信号的幅度和平坦度造成一定的影响,我们可以通过提高输出信号电平和外接USB功率计的方法,对平坦度和精度进行补偿。

4. 通过外接功率放大器提高射频信号发生器的最大输出电平

一般来说,经济型信号发生器的最大输出电平通常不会大于20dBm,如果你想得到更大的信号功率,外接功率放大器是一个不错的选择。在这里需要注意的是,大信号的谐波电平通常都比较高,外接功放以后,谐波电平增长的幅度会更大,如果你对信号的频谱纯度有一定的要求,可以参考方法三,在功放后面再加一个合适的低通滤波器,从而减小谐波分量对测试结果的影响,如图4所示。
 


图4  通过外接功率放大器提高最大输出电平


我们通过外接功放能够提高信号发生器的最大输出电平,那么外接一个衰减器,是不是能扩展信号发生器的最小输出电平呢?答案是否定的。通常一个射频信号发生器的最小输出电平是由这个产品的硬件结构决定的,设计方案决定了它的噪声水平,它能够输出的最小信号一般要高于这个噪声电平3~5dBm左右。在信号发生器输出小信号的时候,外接一个衰减器,由于衰减器只会对有效信号进行衰减,而对仪器的本底噪声不会有任何影响,这样会使小信号低于机器的底噪,从而无法得到检测。

5. 通过外接衰减器改善射频信号发生器的匹配

信号发生器的测量不确定度,是指由于信号发生器的输出阻抗不是理想的50Ω,使得输出信号进入理想负载后,有一部分会被反射回去,而信号发生器又不能完全吸收这部分反射信号,其中部分反射信号会再次输出到负载,这种来回反射会改变被测器件的有效输入电平,从而导致测量的不确定性。每一个信号发生器都会有一个关键指标VSWR,是专门用于度量它的测量不确定度的。

改善射频信号发生器测量不确定度的一个简单有效方法,就是在信号发生器输出端外接一个匹配良好的固定衰减器,如图5所示。

 


图5  通过外接衰减器提高测量不确定度
 

当我们对某个指标有较高要求,而手上的信号发生器达不到的时候,可以使用以上的几种方法作为临时的解决方案。但是这些方法,均需要增加一些额外的成本,并且会使整个测试系统变得更加复杂,所以在运用的时候,需要进行综合考虑,确保既能够达到我们的测试目的,又不引入新的误差。


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