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分類:儀器百科 發(fā)布時間:2024-07-10 340次瀏覽
一、信號源分類
信號源從分類角度來說,可以分為以下幾種
模擬信號源:
產(chǎn)生單音信號和模擬調(diào)制AM/FM/PhM/PM信號,頻率一般小于6GHz,用途一般作為射頻領(lǐng)域的通用儀器。
數(shù)字信號源(矢量信號源):
產(chǎn)生單音信號和模擬調(diào)制AM/FM/PhM/PM信號、數(shù)字調(diào)制、通信制式信號,頻率一般小于6GHz,用途主要為產(chǎn)生數(shù)字調(diào)制信號,2G/3G/4G及其他數(shù)字通信領(lǐng)域。
基帶信號源:
產(chǎn)生IQ基帶信號,無射頻,主要用于芯片測試
微波信號源:
產(chǎn)生單音信號和模擬調(diào)制AM/FM/PhM/PM信號,頻率較高,一般可以達到40GHz,用于微波領(lǐng)域。
二、模擬信號源基本原理
模擬信號源和微波信號源比較類似,主要分為頻率綜合部分和信號輸出部分。在頻率綜合部分,產(chǎn)生一個頻率穩(wěn)定的信號,并可以實現(xiàn)簡單的調(diào)制,如FM/PhM。信號輸出部分,主要有自動電平控制電路(ALC),放大器和衰減器。
自動電平控制電路的作用是在信號源的輸出端口建立穩(wěn)定的輸出,是一個負反饋電路。此外,ALC電路也用來做調(diào)幅AM和脈沖調(diào)制。
2.1 頻率綜合技術(shù)
鎖相環(huán)技術(shù)(Phase-Lock Loop)
直接模擬合成技術(shù)(Direct Analog Synthesis)—— 倍頻 分頻 混頻
直接數(shù)字合成技術(shù)(Direct Digital Synthesis)
自激振蕩源(Self-Oscillation Source)
鎖相環(huán)技術(shù)(PLL):
包括鑒相器PD、環(huán)路濾波器(低通濾波器LPF)、電壓控制振蕩器VCO、分頻器1/N、參考頻率f ref。VCO輸出信號的頻率隨著VCO的輸入電壓變化。
PLL是一個相位負反饋控制系統(tǒng),目的是穩(wěn)定輸出信號的頻率。當輸出頻率偏高,分頻后與參考頻率鑒相,輸出信號濾波后產(chǎn)生一個控制電壓是VCO振蕩頻率降低;當輸出頻率偏低時,經(jīng)過鑒相和信號濾波后產(chǎn)生一個控制電壓使VCO振蕩頻率升高。經(jīng)過不斷的控制和調(diào)整,后達到一個平衡,穩(wěn)定后鑒相器的兩個輸入端信號的頻率將會相等。
PLL的穩(wěn)定分為兩個過程,頻率鎖定和相位鎖定。那么PD首先是充當鑒頻器,然后是鑒相器。PLL可以直接完成調(diào)制過程,調(diào)制信號可以加在VCO前段,也可以直接加在參考頻率上。PLL其輸出頻率的長期穩(wěn)定度是與參考頻率源的精度一樣。另外,PLL輸出信號頻率短期穩(wěn)定度即為相位噪聲,近載頻處由參考源近端相位噪聲決定,遠載頻的相位噪聲由VCO自身特性所決定,中間部分有環(huán)路濾波器所決定。
鎖相環(huán)性能分析:
優(yōu)點:帶寬大,結(jié)構(gòu)相對簡單,轉(zhuǎn)換速度快,方便實現(xiàn)模擬調(diào)制。
缺點:頻率分辨率低,高穩(wěn)的參考晶振體積較大,數(shù)字調(diào)制能力有限。
直接數(shù)字合成技術(shù)DDS
原理框圖見下,此技術(shù)優(yōu)點是結(jié)構(gòu)緊湊,分辨率高達uHz級別,轉(zhuǎn)換速度快,相位連續(xù),方便實現(xiàn)數(shù)字調(diào)制。但缺點是帶寬有限制,且雜散嚴重。
自激振蕩器與YIG震蕩器
一般的振蕩器都是改變電容來實現(xiàn)頻率改變,YIG振蕩器是通過改變電感實現(xiàn)。通過線圈的電流發(fā)生變化,磁場也隨著變化,電感變化了。
2.2 自動電平控制( ALC)
ALC技術(shù)是穩(wěn)定輸出電平(功率)的一項負反饋環(huán)路技術(shù)
ALC(Automatic Level Control),自動電平控制與AGC(Automatic Gain Control)自動增益
控制是一樣的。當輸出功率變高時,檢波器得到的電壓相應(yīng)變大,他和參考值進行比較,輸出一個控制信號使PIN 管的衰減增加,那么輸出功率降低;當輸出功率變低時,檢波器得到的電壓相應(yīng)變小,和參考值比較,輸出一個控制信號使PIN 衰減變小,那么后的輸出功率就變高了。經(jīng)過環(huán)路的不斷調(diào)整和控制,后的輸出信號功率將會變得很穩(wěn)定。
輸出信號的準確度決定于參考電壓和整個自動控制環(huán)路。
信號源采用此技術(shù)來穩(wěn)定輸出信號的幅度,在大多數(shù)的情況下,ALC 的狀態(tài)時開啟的,但是當需要測量雙音互調(diào)時,需要兩臺信號源,這時候需要將信號源的ALC 狀態(tài)關(guān)閉。
三、矢量信號產(chǎn)生過程
和其他無線電發(fā)射機一樣,矢量信號源包括基帶部分和射頻部分。
基帶:實現(xiàn)編碼,產(chǎn)生IQ 基帶信號
射頻:將IQ 基帶信號進行頻譜搬移到設(shè)定的頻率上,并且保持輸出信號的功率穩(wěn)定
四、信號源技術(shù)指標
4.1 頻率參數(shù)
頻率范圍
頻率分辨率:頻率變化的小步進
射頻頻率有參考源(10MHz)通過頻率綜合技術(shù)實現(xiàn),精度決定于參考源
頻率進度= 誤差頻率/中心頻率,單位為ppm
例如,信號源的設(shè)置頻率為1GHz,實際頻率為1.0000000032GHz,那么頻率誤差為32Hz,所以其頻率精度為0.032ppm。
精度低或同精度的儀器不能度量精度高的儀器其性能指標。
4.2 功率/電平參數(shù)
1, 功率分辨率,表示功率變化的小步進
2, 功率范圍,信號輸出部分包括衰減器(機械或電子的),可以使輸出達到一個很大的范圍,例如從-140dBm到19dBm。
3, 功率精度:實際輸出功率和設(shè)置功率差值,測量實際輸出功率推薦使用精度更高的功率計。
4, 輸出端口的駐波比會影響輸出精度,一般駐波比越小越好。
注:儀器上設(shè)置的功率Level都是指平均功率,峰值功率與平均功率的差異取決于信號的類型。單音信號的峰值功率和平均功率相等。
4.3 速度參數(shù)
頻率設(shè)置時間,從開始頻率設(shè)置至達到穩(wěn)定輸出所需要的時間,這個與鎖相環(huán)的捕捉、入鎖時間有關(guān)系。
電平設(shè)置時間,從開始電平設(shè)置到達到穩(wěn)定輸出所需要的時間,與ALC電路,衰減器的形式、反反應(yīng)速度有關(guān)系。
IEEE(GPIB)總線傳輸時間,用以傳輸數(shù)據(jù)和控制信號。
快速的頻率設(shè)置和IEEE總線傳輸對于調(diào)頻、掃頻測量具有非常重要的意義。
4.4 雜散
信號源也會產(chǎn)生雜散信號,其中包括了信號諧波、子諧波和非諧波的雜散分量,從而對于信號源輸出信號的頻譜純度造成影響。
諧波分量主要是由信號產(chǎn)生器件的非線性因素造成的,基本不能夠被100%地抑制。子諧波是由于采用了倍頻器而產(chǎn)生的雜散分量。諧波和子諧波分布規(guī)律簡單,所以很容易被檢測出來。
非諧波的雜散信號和頻率綜合器有很大的關(guān)系,它的檢測必須給予對于頻率綜合器結(jié)構(gòu)有深入的了解。
4.5 信號源的掃描
頻率掃描:頻率隨著時間變化,輸出功率保持不變。技術(shù)參數(shù)包括步進頻率、每個掃描點的停留時間。
功率掃描:輸出功率隨著時間變化,頻率保持不變。技術(shù)參數(shù)包括步進功率、每個掃描點的停留時間。
List模式:信號源按照設(shè)定的頻率和輸出功率跳變。技術(shù)指標包括每個點的停留時間。
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