信号发生器是什么? 全面掌握射频工程师必备信号源基础知识

信号发生器 ( Signal Generators ) 又称信号源 ( Signal Sources ), 是工程师用来输出各种电子信号的仪器，主要用在调试、测试电子电路、电子设备的参数, 在设计、测试和制造系统和元器件的过程中经常会用到。

图 1

我们为什么会需要信号发生器/信号源？

发射机从最初的一个01序列，经过调制器，混频器等信号处理，最后到天线将信号发射出去。在这一过程中，我们出现了各种各样的信号，调制器处有IQ矢量信号，混频器有本振信号等，其实最初的01序列也是一种信号，它是数字序列。

按频率高低我们可以将这些信号分为基带信号，IF信号和射频信号等。当我们需要测试这个系统或部分器件时，就需要给与相应的激励，信号源就用于合成这各种激励信号。同样接收机是其反过程，也需要用到这些信号。并且测试不同的指标和器件，需要的激励信号会不同，如CW信号，模拟或矢量调制信号等。

图 2

信号发生器基本原理

信号发生器基本原理是通过主振级产生低频正弦振荡信号，经电压放大器放大，达到电压输出幅度的要求，经输出衰减器可直接输出电压，用主振输出调节电位器调节输出电压的大小。信号发生器又被称为信号源或振荡器，用于产生被测电路所需的特定参数的电测试信号，在生产实践和科学技术中有着广泛的应用，各种波形都可以用三角函数方程表示，可以产生各种波形的电路，例如三角波、锯齿波、矩形波和正弦波，所以也被称为函数信号发生器。

一般来说， 信号发生器/信号源由三部分组成：

1. 参考源部分：决定整个信号源频率稳定度

2. 频率合成部分：决定输出信号频率参数；主要有三种频率合成技术

3. 输出功率控制部分：决定输出信号功率参数

图 3

矢量信号发生器框图结构信号发生器/信号源的信号类型

连续波信号(CW) - 连续波信号是最初始的最简单的信号，它的频率和幅值都是固定的一个正弦波的信号。定义一个连续波信号需要幅度和频率两方面指标。

图 4

定义一个连续波信号需要幅度和频率两方面指标。

理想的连续波信号在时域上是正弦波曲线，在频域上是一条单脉冲。而实际上随机噪声会对CW信号进行调幅和调相，使其偏离理想。因为调幅噪声一般比较小可以忽略不计，这里影响比较大的是相位噪声，其在时域上表现为随机的相位抖动，在频域上表现为噪声边带，就是有裙边，不再是一条单脉冲。我们实际的CW信号如右边图示，信号大多偏离理想，有随机的噪声对其幅度和相位进行调制。

图 5

A= 信号标称幅度, 应为常数f= 信号标称频率, 应为常数E(t)= 随机信号幅度抖动f(t)= 随机信号相位抖动

图 6

扫描信号 - 当我们连续波信号得不到满足的时候，我们的扫描信号它会使正弦波在一定频率范围和一定幅度范围之内进行变化，这是我们的扫描信号， 产生一定频率范围或者功率范围的正弦波信号。

调制信号 - 产生将信息调制至正弦波，产生实际通讯中或者“真实世界”的信号。而调制信号就是真实世界中携带一些信息，比如说的一些数据变化，我们将这些信息调制到我们正弦波上，然后通过我们的天线以及其他的方式进行发送出来。

幅度调制的重要参数

图 7

模拟调制信号 - 典型信号的时域和频域波形

调制频率 – rate the modulating signal varies the amplitude of the carrier

调制深度 – ratio of the peak of modulating signal to the carrier signal amplitude Vpeak mod / Vcarrier

–Distortion (%)

频率调制的重要参数

图 8

模拟调制信号 - 典型信号的时域和频域波形

–调制频偏(ΔFdev) – amplitude of modulating signal determines how far in frequency the carrier signal will shift

–调制频率(Fm) – determines how quickly carrier will shift from one frequency to another

– Accuracy

– Resolution

– Distortion (%)

– Sensitivity (dev/volt)

相位调制的重要参数

图 9

模拟调制信号 - 典型信号的时域和频域波形

– 调制相偏(Δθ) – amplitude of modulating signal determines the amount of phase deviation

– 调制率(Fm) – determines how quickly carrier will shift from one phase to another

– Accuracy

脉冲调制的重要参数

图 10

模拟调制信号 - 典型信号的时域和频域波形

– Pulse width (t)

– PRF (1/T)

– Duty cycle (t/T)

– On/Off ratio (dB)

– Rise time(ns)

KEYSIGHT的信号发生器不光能够提供CW连续波信号，扫描信号，还能够提供模拟调制信号以及各种各样复杂的矢量调制信号。

信号发生器/信号源有哪些类型？

信号发生器有多种类型：

1. 模拟信号发生器

•参考部分 

•频综部分 

•输出部分 

•模拟调制（AM、FM、ΦM、PM）

图 11

模拟信号发生器基于正弦波振荡器的模拟信号发生器（Analog Signal Generator）在数字电l路诞生之前是常见的，至今仍在使用。射频模拟信号发生器能够产生连续波音调。输出频率通常可以在其频率范围内任意调谐。一些型号可以提供各种类型的模拟调制，可能包括AM、FM、相位调制和脉冲调制。另一个常见功能是内置衰减器，它能够改变信号的输出功率。取决于制造商和型号，模拟射频信号发生器的输出功率范围可从135到30 dBm。

Keysight模拟信号发生器矢量信号发生器随着数字通信系统的出现，用传统的模拟信号发生器来测试这些系统已经不可能了。这就导致了矢量信号发生器（Vector Signal Genertor）的发展。这些信号发生器能够产生使用大量的数字调制格式如QAM、QPSK、FSK、BPSK和OFDM的数字调制无线电信号。此外，由于现代商业数字通信系统几乎都基于明确定义的行业标准，矢量信号发生器可以根据这些标准生成信号。相比之下，军事通信系统如JTRS，非常强调鲁棒性和信息安全的重要性，通常使用专有的方法。为了测试这些类型的通信系统，用户通常会创建自己的自定义波形，并将它们下载到矢量信号发生器中，以创建所需的测试信号。

2. 矢量信号发生器

•参考部分 

•频综部分 

•输出部分 

•I/Q调制器 

•基带发生器

图 12

矢量信号发生器技术原理

图 13

矢量信号发生器 I-Q调制器

是德科技全新的微波矢量信号发生器M9484C VXG，其具备高达54GHz频率，在配合 V3080A 矢量信号发生器频率扩展器使用时，可将频率范围扩展到高达 110 GHz，从而全面满足 5G/6G 研究、卫星通信和雷达解决方案的需求。M9484C VXG微波矢量信号发生器中使用的新型 ASIC 为数字上变频提供了强大的数字信号处理能力，并直接从高采样率14位数模转换器（DAC）生成高达8.5 GHz的中频/射频信号，而不会出现传统矢量信号发生器体系结构中存在的信号损伤。

DDS可消除由传统模拟I/Q调制器造成的信号损伤，例如增益失衡、时序偏斜、正交偏斜、直流偏置和相位噪声。这种新体系结构可以改善信号的动态范围并提供出色的信号保真度，特别适合用于生成宽带信号。

图 14 通过DDS的数字上变频系统，实现了更准确的I/Q调制

图 15

3. 任意波形发生器

任意波形发生器是信号发生器的一种，它能生成真实波形，提供广泛的激励信号。 它们所生成的各类信号常常用于对器件进行通信协议压力测试。

图 16

HP/Keysight公司从50年代到70年代生产的一系列函数发生器任意波形发生器任意波形发生器（Arbitrary Waveform Generator, 缩写AWG）是一个复杂的信号发生器，它能在频率范围、精度和输出电平的范围内产生任意波形。与产生一组特定波形的函数发生器不同，任意波形发生器AWG允许用户以各种不同的方式指定任意的源波形作为输出。任意波形发生器AWG通常比函数发生器更昂贵，主要用于高端设计和测试应用，AWG具有无可比拟的灵活性、速度和保真度，是高速串行、光通信、雷达测试和电子战领域的理想解决方案。

图 17

任意波形发生器

测试工程师员可以使用任意波形发生器生成测试信号为被测器件提供激励，并使用示波器分析器件的工作状态。

图 18 任意波形发生器产生的高速调制信号

4. 射频信号发生器

射频信号发生器为使用射频的测试应用生成所需的波形。 其中一种射频信号发生器是模拟信号发生器（ASG），它可以生成幅度调制（AM）、频率调制（FM）、相位调制和脉冲调制等信号。 随着信号调制变得越来越复杂，您需要使用矢量信号发生器（VSG）来生成这类复杂的数字信号。 矢量信号发生器常用的调制格式有正交相移键控（QPSK）、正交幅度调制（QAM）和二进制相移键控（BPSK）。

5. 函数发生器

函数发生器（Function Generator）是一个可以生成简单重复波形的电子设备，可以用于生产测试、仪器维修和实验室，还广泛使用在其它科技领域。内部包括一个电子振荡器，一个具备生成重复波形的电路。函数发生器可以生成的最常见波形有正弦波、方波、三角波、锯齿波，这些波形可以是不断重复的或是单次脉冲的（需要内部或外部的触发源）。如果频率高于20kHz，函数发生器往往还具有调制的功能，可以进行调幅、调频、调相、脉宽调制和VCO控制。函数发生器通常不适合需要低失真或稳定频率信号的应用，主要还是用于模拟电路。

图 19

6. 脉冲发生器

脉冲发生器可以生成不同类型的脉冲信号。这些信号可以被用于各种测试、测量和控制应用,包括电子、通信、无线电、雷达、医疗等领域。它通常由多个元件组成，如计时器、振荡器和触发器等。使用脉冲发生器可以产生一定频率的脉冲信号，具有重复性，在某些特定情况下可以产生单一脉冲，一些特殊的脉冲发生器还可以产生有特定宽度和延迟的脉冲。

是德科技脉冲发生器为生成数字和模拟波形以及数据信号提供了全方位的解决方案产品组合。可以覆盖从 1 μHz 到 56 Gb/s 的频率范围，以及从 50 mV 到 20 V 的输出幅度范围。

图 20

Keysight 81160A 脉冲函数任意噪声发生器是一款高精度脉冲发生器，具有丰富的信号生成、调制和失真功能，可以为您的器件执行彻底的压力测试。 （如需拥有更具成本效益的相同集成功能，包括脉冲频率高达 120 MHz 和正弦频率高达 240 MHz，请考虑 Keysight 81150A 。

图 21

什么是射频信号发生器？

射频信号发生器为使用射频的测试应用生成所需的波形。 其中一种射频信号发生器是模拟信号发生器（ASG），它可以生成幅度调制（AM）、频率调制（FM）、相位调制和脉冲调制等信号。 随着信号调制变得越来越复杂，您需要使用矢量信号发生器（VSG）来生成这类复杂的数字信号。 矢量信号发生器常用的调制格式有正交相移键控（QPSK）、正交幅度调制（QAM）和二进制相移键控（BPSK）。

射频信号发生器/信号源有哪些应用？

信号发生器是用于评测射频应用的理想工具。 其日常应用包括全球导航卫星系统（GNSS）、5G、航空电子设备和雷达等等。 它们还支持您灵活地测试真实条件下的减损和接收机衰落。

信号发生器/信号源射频技术指标

主要介绍信号发生器及其射频技术指标，如功率、精度和速度以及高级的功能，如调制、频谱纯度和失真。

第1节 — 信号发生器关键属性

信号发生器种类繁多，它们拥有不同的外形，可以提供不同的功能。

图 22. Keysight PXIe 矢量信号发生器和分析仪。

外形：您需要的是台式仪器还是模块化仪器？

台式是许多信号发生器的传统外形。它是我们通常在工作台和机架上看到的典型框式仪 器。这种仪器配备前面板显示器和控件，能让您快速、轻松地设置和调试故障。台式信号发生器具有全面的功能，覆盖射频到微波以及模拟到矢量的范围。

图 23. N5182B MXG X 系列射频矢量信号发生器

另一种正在迅速普及的形式是 PXIe。PXIe 信号发生器的外形紧凑，因此通常用于需要 多个通道的应用中。第三代 PCIe 现在支持最高 24 GB/s 的系统带宽，从而提升了高性 能应用（例如采用 FPGA 流处理 streaming 方式将 I/Q 数据传输给基带发生器，或数 字预失真应用等）的测试吞吐量。PXIe 信号发生器使用的应用软件与台式信号发生器相 同，在从产品开发到制造和支持的全过程中保证了测量一致性和兼容性。

模拟、矢量和捷变信号发生器

信号发生器也根据能力进行了分类。最早的信号发生器，譬如用于测试声音设备的信号发生器，是模拟信号发生器。模拟信号发生器的基本功能是提供连续波（CW）正弦信 号。现代的模拟信号发生器也能够进行幅度、频率、相位和脉冲调制。当今模拟信号发生器的最大频率接近70 GHz。

矢量信号发生器则是更新一代的信号发生器，能够进行复杂的正交幅度调制（QAM）。 矢量信号发生器采用内置正交（也称为 IQ）调制器来生成复杂的调制制式，如正交相移键控（QPSK）和1024 QAM。

快速扫描频率和幅度列表的能力是一个重要的属性，特别是在制造测试中。捷变信号发生器的初衷是提高速度。这类信号发生器能够快速改变信号的频率、幅度和相位。这一功能非常适用于大批量的无线器件测试。

图 24. 一个 32-QAM 调制信号

信号发生器关键技术指标概览

要为工作任务选择合适的信号发生器，您需要对性能技术指标有所了解。技术指标代表的是信号发生器的能力，其中关键的三点是频率、幅度和频谱纯度性能。我们来分别看一看。

信号发生器的频率

频率技术指标定义的是信号发生器的范围、分辨率、精度和切换速度。

图 25

范围指的是信号发生器可以输出的最大和最小输出频率。

分辨率是最小的频率变化。

精度是信号源的输出频率与设定频率的接近程度。

切换速度指的是输出稳定到所需频率的快慢程度。

图 26. 具有频率和幅度读数的频谱分析。

信号发生器的功率

功率技术指标包括范围、分辨率和切换速度。

范围指信号发生器的最大和最小输出功率之间的差。信号发生器的输出衰减器的设 计决定了它的范围是多大。输出衰减器允许信号发生器输出极小的信号，用来测试 接收机的灵敏度。

信号源的分辨率表示可能的最小功率增量。

切换速度衡量的是信号源从一个功率电平变换到下一个功率电平的快慢程度。

图 27. 功率输出范围和输出精度示意图。

信号发生器的频谱纯度

频谱纯度技术指标包括相位噪声、杂散和谐波性能。

图 28

频谱纯度技术指标包括相位噪声、杂散和谐波性能

问题：频谱纯度中的F0是基波，0.5F0是什么意思，2F0是什么意思，来源是什么，代表什么？

答案：F0是基波的频率；2F0是由于功率控制部分中的放大器器件会产生非线性失真，导致出现各种频率，2F0也是其中之一；0.5F0是因为在频率合成部分的锁相环电路本身是对从参考源输入信号进行倍频，并通过一个X2乘法器来得到想要的输出信号F0，如果乘法器的隔离度不好，则输出会出现倍频后的信号0.5F0。

什么叫频谱纯度?

评估连续波信号质量好坏的一个重要指标是频谱纯度。频谱纯度指的是输出信号的理想程度。理想的连续波信号在频域上是一条单脉冲，没有噪声的存在。 但实际上信号发生器由非理想元器件制成，因此输出的连续波信号会受到噪声的影响，偏离理想状态，因此会产生噪声和失真。

图 29

频谱纯度的技术指标包含相位噪声，杂散和谐波性能。

什么是相位噪声？

简单地说，相位噪声就是短期频率稳定度的频域表征方式，如果单频信号非常稳定的话，从频谱上看其边带会随着远 离主频的位置逐渐降低，一般我们比较关心偏离主频100Hz,1kHz,10kHz处的边带，若是对数坐标，此处边带的幅值与主频幅值相减，单位是 dBc，再换算成单位带宽内，单位为dBc/Hz。

通常定义为在某一给定偏移频率处的dBc/Hz值，其中，dBc是以dB为单位的该频率处功率与总功率的比值。一个振荡器在某一偏移频率处的相位噪声定义为在该频率处1Hz带宽内的信号功率与信号的总功率比值。

相噪表征的是信号频率的稳定度，频域上就是噪声边带，也就是相位噪声。在时域上与之对应的叫做信号的抖动。

相位噪声指标主要在频域上进行描述，用一定频偏（offset）下单边带（SSB）噪声功率谱密度与载波功率比值来表示，该指标等效为被测信号随机相位误差的功率谱密度。

图 30

相位噪声的作用主要讲三个场景：

一是雷达，雷达以特定频率发射脉冲，并测量返回脉冲的频率变化。相位噪声过高，会掩盖主频附近的微弱信号，接收机就无法识别运动目标。

二是数字调制中比如QPSK ，LO 信号的相位噪声转换成了混频器的输出。对于高阶的调制方案，相位噪声会导致符号重叠，导致误码率增加。

第三个场景是OFDM ，OFDM是使用许多较为接近的正交子载波信号来同时传输数据，本地振荡器的相位噪声会将子载波的相位噪声扩展到其他子载波，对其他子载波产生干扰。相位噪声会在OFDM系统中引入公共相位误差和载波间干扰，破坏子载波间的正交性，从而导致系统性能下降。

图 31

相位噪声主要来自本振，由信号源振荡器内部的噪声带来（如参考源中产生本振信号的振荡器，锁相环中的VCO）。

杂散是非随机的或确定性的信号，它是在混合和分割信号以获得载波频率时造成 的。这些信号可能与载波存在和谐或不和谐的关系。杂散输出是输入频率整数倍的和与差。宽带本底噪声来源于热噪声，主要影响灵敏度。

图 32. 信号纯度测量。

谐波是在基频的整数倍处出现的杂散。谐波杂散是由信号发生器中所用元器件的非线性特征引起的。倍频器是产生大范围频率和输出功率所需用到的非线性组件。

次谐波是频率低于基频的杂散。信号源中用来扩展频率输出的倍频器是次谐波的主要来源。

图 33. 杂散测量

第2节 — 功率

信号发生器可以为各种元器件和系统测试应用提供精准而稳定的测试信号。信号发生器 有一个重要的技术指标，那就是输出功率范围。在接收机灵敏度测试中，信号发生器通常 需要输出低至 -120 dBm 的信号，在射频功率放大器测试中，信号发生器通常需要输出 高达 +20 dBm 的信号。它们需要在满足关键技术指标（如精度、频谱纯度和噪声）的同 时实现这一宽动态范围。

功率有几种类型，包括平均功率、包络功率和峰值包络功率。在详细了解每一种功率之 前，我们首先来了解一下功率的基础知识。

什么是“功率”？

功率是能量传输的速率，测量单位为瓦（W）。一瓦等于一秒钟内传输的一焦耳能量。

在直流（DC）中，功率是电压和电流的乘积。在交流（AC）中也是如此，但是对于 交流而言，电压和电流的变化会导致瞬时功率发生变化。

信号发生器的输出功率是指输出的平均功率。要得到平均输出功率，我们只需要将 P 曲线下的面积求积分，如图所示。

图 34. 直流和低频功率测量。

关于 dB 和 dBm 的探讨

如果没有对 dB 标度进行探讨，那么关于功率的讨论就不能称之为完整。dB 代表分贝， 用于表示对数标度的比率。将比率转换为 dB 可以采用下面的公式：

公式 1

其中，P0是参考功率电平，P是感兴趣的功率电平。如果P0是1 mW，您将得到dBm。 换句话说，dBm是取1 mW做基准值。

为什么要使用 dB 和 dBm？当我们要表达非常大或者非常小的值时，dB和dBm非常 有用。例如，10,000,000,000的比率可以表示为 100 dB，而 0.000 000 000 1 的 比率则可以表示为 -100 dB。

使用 dB 的另一个优势是，它能够让您轻松计算总的系统增益或损耗。您只需对增益做 加法，对损耗做减法即可。这样做非常方便，特别是当您的射频系统中有多级放大器和 衰减器时。

图 35

什么是平均功率？

“平均功率”一词通常用于射频和微波系统，与之相对的是瞬时功率。瞬时功率变化 得太快，因此没有意义。平均功率是在具有最低频率分量的时间段内传递的平均能量。 功率传输始终是一个正值，不像电压和电流（可以在正负值之间波动）。

了解包络功率和峰值包络功率

在表征射频功率放大器时，您需要了解各种操作条件下的功耗。图 2.3 所示为高频调制 信号的功率测量。

包络功率是通过对一个时间段内的功率取平均值来确定的，这个时间段比具有最高调制 频率的时间段长，但比载波周期短。包络功率让您可以检查调制或瞬变条件对功耗的影 响。由于电池供电的移动器件内采用了许多射频功率放大器，因此这一点尤其重要。峰 值包络功率（PEP）是最大包络功率，它是表征发射机的重要参数之一。

图 36

信号发生器- 调制信号的电压包络

图 37. 高频调制信号的电压包络和功率包络。上图是调制信号的电压包络。左下方图中的绿色部分是信号的瞬时功率，红色是平均功率。右下方图中红色曲线的是包络功率。

了解功率技术指标

谈到功率技术指标时，许多信号发生器的产品资料中会列出功率输出范围、分辨率和适 用的频率范围。有几点需要注意：

输出幅度受频率范围和工作温度的影响。

通常会有选件可以满足更高的输出功率需求。

步进衰减器提供粗略的功率衰减（步长为 5 dB）来实现低功率电平。在衰减器的保 持范围（hold range）内由 ALC（自动电平控制）提供精细的功率电平调节。

技巧：源匹配非常重要，因为源阻抗和负载阻抗之间的不匹配 会改变被测器件的有效信号输入电平。

表 1. Keysight MXG/EXG 信号发生器的幅度技术指标 — 最大输出功率。

有了调制之后，问题变得有点复杂

在时域和频域内，大多数数字调制信号会出现类似噪声的情况，而峰值似乎是随机 的。您如何确定在这些峰值期间信号发生器未能达到饱和状态？功率互补累积分布函 数（CCDF）曲线可以告诉我们这些峰值能达到的高度。例如，图 2.4 中的最高峰均比 （PAR）是 5.95 dB。

如果信号发生器的最大输出功率为 18 dBm，那么信号发生器的最大功率输出可设置为 12.05 dBm（18 dBm – 5.95 dB）。请记住，信号发生器的功率输出是平均功率输 出。如果将信号发生器的输出设置为高于 12.05 dBm，那么峰值会被削减。

图 38. Keysight N5182B 信号发生器波形实用程序的 CCDF 图。此处显示的信号波形是符号速率为 1 Msps 的 64 QAM RRC（根升余弦）基带滤波器波形。

信号发生器测量应用

如果您需要的输出功率不在这个规定范围，则可以使用放大器增大输出功率，或使用衰减器降低输出功率。但是，您需要考虑放大器的增益不确定度和衰减器的平坦度和精 度。这里有几个高输出功率和低输出功率的测试应用。

高输出功率测试应用：

1. 降低自动测试设备（ATE）系统内的切换损耗

2. 解决长电缆内的信号衰减问题

3. 高功率放大器

4. 接收机阻塞测试

低输出功率测试应用：

5. 接收机灵敏度测量

6. 作为干扰信号

第3节 — 精度

精度往往会与精准度产生混淆。信号发生器的精度是它的输出值接近设定值的程度。精准度是信号发生器输出波动的程度。高精准度的发生器输出稳定，变化很小。但是，高 精准度发生器并不一定有精确的输出。左边图39所示为精度与精准度之间的区别。

图 39 信号发生器的精度与精准度

关键的精度技术指标

精度有两个关键的技术指标，即幅度精度和频率精度。需要多大的精度取决于具体应 用。如果您是测试无线接收机的灵敏度，其精度为 ± 4dB，则需使用幅度精度为 ± 1dB 的信号源，以便实现 4:1 的测试精度比（TAR）。

信号发生器的幅度精度

幅度精度是指信号发生器的输出幅度接近于设定幅度的程度。幅度精度通常在一个频率和温度范围内指定。

功率范围 ： 信号源能覆盖的信号功率范围 (-135dBm to +20dBm)

幅度精度： 输出功率与与设定输出功率的接近程度 (+/- 0.6dB)

幅度分辨率 ：最小功率增量 (0.01dB)

开关速度：从一个功率电平切换到另一个功率电平的快慢程度 (5ms to 650 µs)

反向功率保护：防止来自被测件的不当传输对信号源造成损害

由于信号发生器的输出精度会随温度的变化而降低，因此要指定温度范围。例如，当环境温度不在 20°C 至 30°C 的范围内时，N5182B的绝对电平精度会降低 0.01 dB/°C。表 2所示为 N5182B MXG 信号发生器的幅度精度技术指标。

表 2

N5182B MXG 信号发生器的精度技术指标技巧：为了提高进入被测器件的信号精度，我们可以在被测器件与测 试系统连接之处执行平坦度校正。执行平坦度 校正可以消除由电缆和切换损耗引起的误差。

信号发生器的幅度平坦度

幅度精度会影响信号发生器的频率扫描能力。在测试滤波器和功率放大器时通常会用到频率扫描。幅度从一个频率到另一个频率的改变越小，输出就越平坦。从 一个频率变换到另一个频率时幅度的变化称为平坦度。虽然平坦度与幅度精度密切相关，但它们并不相同。平坦度技术指标比幅度精度技术指标更为严格，它通常是参考启动频率的幅度。图 3.2 对这一点进行了说明。

图 40. 信号发生器幅度精度与平坦度之间的比较。

改善信号发生器的精度以提高良率

接收机灵敏度测试需要用到具有精确输出功率的信号发生器/信号源。接收机灵敏度测试可以确 定接收机是否能够检测到超过指定功率电平的弱信号。例如，4G 手机接收机的指定灵敏度水平为 -110 dBm。如果接收机不能检测到功率电平为 -110 dBm 或更高的信号，那么这样的接收机将不会被采用。

我们用 4G 接收机做为示例，来看一下较差的精度对测试良率的影响。假设有一个信号发生器，它的幅度精度为 ±5 dB。为避免过度接受（或误报）的情况出现，我们把信号发生器的输出设置为 -115 dBm。功率电平为 -115 dBm 时，信号发生器的输出功率将在 -110 dBm 到 -120 dBm 之间变化。在图 3.3 中可以看到，使用此信号发生器的话，您会无意中拒绝具有临界性能的四个完好的接收机。

图 41

理想的信号发生器

图42较差的幅度精度对测试良率的影响

要提高测试良率，您只需使用更精确的信号发生器。使用幅度精度技术指标为 ±1 dBm 的信号发生器，我们把它的输出设置为 -111 dBm。图43可见，之前测试过的同样六台接收机中的四台现在通过了灵敏度测试。通过使用更精确的信号源，我们将误报减少 了 75%。

更精确的信号发生器/信号源的成本可能会更高。然而，从长远来看，提高良率将使投资成本更快地 得到回报。

图 44. 提高幅度精度对测试良率的影响。

信号发生器的频率精度

号发生器的频率精度受两个主要因素的影响，即参考振荡器的稳定性和信号源自上一 次校准以来的时间。虽然温度和线路电压也会对频率稳定性造成影响，但其影响要比老 化效应的影响低几个量级。因此，要注意的关键技术指标是参考振荡器的老化率。

信号发生器中使用的典型参考振荡器具有每年 0.152 ppm 的老化率。具有该参考振荡 器的 10 GHz 信号发生器如果在过去一年未曾校准，则其频率精度为 ±1.52 kHz。算法如下：

频率精度（Hz）= 输出频率（Hz）x 老化率（ppm/年）x 自上次校准以来的时间

= 10 GHz x 0.152 ppm/年 x 1（年）

= 1.52 kHz

表 3. N5182B MXG 信号发生器的精度技术指标。

频谱是一种有限的资源

频谱信道间隔很窄，难以增加数据带宽。因此，接收机必须能够在抑制来自相邻信道干扰的同时处理弱信号。邻道选择性（ACS）测试测量的是接收机在其指定信道接收信号，并且同时拒绝相邻信道的强信号的能力。

这个测试用到了两个信号发生器。第一个信号发生器以高出接收机灵敏度的信道内频率输入测试信号。第二个信号发生器输出一个相邻信道信号。信道外信号的输出增加，直到接收机的灵敏度降低到规定的水平。

在 ACS 中，测试的频率精度和干扰信号很重要。较差的频率精度会使得信号之间以及信号与滤波器之间不是距离太近就是距离太远。例如，假设您想在两个 200 MHz 中心频率的信号之间设置 1 KHz 的间隔，而信号源的老化率为 ±1 x 10-6/年。那么， 信号源的频率误差将会是 200 MHz x 1 x 10-6，即 ±200 Hz。于是，该间隔可能是 600 Hz 到 1400 Hz 之间的任何一个值，如图 3.5 所示。

最好的情况是，这样会导致误报；而最坏的情况是，这样会导致漏报不符合标准的接收机。

图 45. 频率精度对相邻信道选择性测试的影响。相对于两个相邻信道之间的1 kHz间隔，我们知道它的间隔从600 Hz到1400 Hz不等。

第 4 节 — 速度

您的上级向您走来。他看起来忧心忡忡。他靠到了您的办公桌上。他刚刚与负责制造的 副总裁开完会。副总裁希望制造费用降低 25%，而您的上级要在本周末之前交出一份提 案。上级需要您的帮助。

测试不是一个增值活动，就如同质量控制中的检查一样。在理想的情况下，产品在制造完成后应当按设计意图起作用。但是，事情从来就不是理想的。因此，我们仍然需要测试。

而测试需要花钱，很多很多钱。测试的时间越短，测试的成本就越低。因此，信号发生器的测试速度在制造中非常重要。那么，什么才是快速的信号发生器？

快速的信号发生器能让您迅速地从一个频率切换到另一个频率，从一个幅度切换到另一个频率，或者从一个波形切换到另一个波形。速度以毫秒为单位。图46 所示为 N5182B MXG 信号发生器的频率切换速度技术指标。

表 4. N5182B MXG 信号发生器的切换速度技术指标。

1. 从接收到 SCPI 命令或触发信号至达到最终频率的 0.1 ppm 或 100 Hz 以内的时间，取两者 中的较大值。

2. 在内部通道校正功能开启时，利用列表模式和 SCPI 模式所缓存的频率点测得的频率切换速度 < 1.3 ms。SCPI 模式下的起始频率点的频率切换时间 < 3.3 ms（测量值）。仪器将自动缓 存最近使用的 1024 个频率。单纯的幅度变化不会影响测量速度。

3. 技术指标仅在状态寄存器更新关闭时适用。为遵守出口管制要求，达到最终频率 0.05% 范围内 的连续波切换速度应为 190 µs（测量值）。

影响速度的因素

切换速度受变化类型和命令来源的影响。技术指标中的时间指的是发送一个命令之后， 信号发生器的输出稳定下来所需的时间。显示的速度指标针对的是最坏的情况。典型的切换时间最多会再快 40%。

图 46. 列表扫描配置表

当信号发生器设置为一个新频率时，频率合成器会把输出更改为所需频率。然后，输出放大器将会调整功率电平，使得输出功率在新频率下保持不变。实际上，频率切换需要频率合成器和输出放大器同时做出改变，这就是频率切换通常比幅度切换慢的原因。

在进行切换时，命令处理占用了大部分的时间。图47所示为处理一个 SCPI 命令请求 的时间分量。

为了加快切换速度，请使用列表/步进扫描模式，而不是发送单独的 SCPI 命令。在扫 描模式下，频率、功率和波形状态已预先获知，并且下载到了信号发生器中的非易失性 存储器中。信号发生器能够接连不断地对状态进行排序。扫描模式下的典型切换时间为 600 μs 至 800 μs，而 SCPI 模式下的切换时间为 2 ms。

某些信号发生器提供了高速切换选件。例如，N5182B MXG 信号发生器具有 UNZ 选件，可提供亚毫秒 级的切换速度，非常适用于进行大批量生产的测试环境。

图 47. 信号发生器中的 SCPI命令处理时间

从什么时候开始,测试速度对无线制造变得如此重要

就在不久之前，只需要减少测试点的数量就能缩短测试时间。如今这种策略不再奏 效。现在，由于现代无线器件中内置了更多功能，因此需要对它们进行更多测试。连 接功能在扩展，不仅包括语音，还包括各种数据连接，如 RFID、蓝牙（Bluetooth®）、 LTE、UWB 和 5G。这些模式需要在多个通道上以不同的功率电平，使用真实波形进行 测试和验证。您也在不断寻找提高测试吞吐量以降低成本的方法。要实现这一点，您需 要提高速度。

这里有几个制造场景，其中速度起着很关键的作用：

广播接收机测量 — 包含广播信号接收机的无线器件，广播信号包括调频立体声、GPS 或要求性能验证的数字视频。在某些情况下，这可能是简单的接收机灵敏度测量， 而在其他情况下，可能需要进行误码率（BER）测量。无论是哪一种情况，都需要 对频率、幅度和波形进行快速切换。

多波形测试 — 许多自动测试程序需要多个波形，例如，通过具有不同波形类型的放大器测量失真或验证可变自适应数据速率系统（如 8PSK 和 QPSK）的功能性。

增益压缩测试 — 可以通过改变输入功率来测量放大器的增益压缩。通过使用迭代测量来放大具体的增益压缩点，可以对精确的增益压缩点（如 1 dB 增益压缩）进行测量。

图4 8. 一个复杂的射频设计验证测试系统。

先进的电子战

电子战（EW）指的是利用电磁频谱来阻止雷达感测和无线通信，并防止这些攻击。为 了设计高效发挥作用的电子战系统，测试用的信号必须要能够准确、可重复地再现实际 电子战环境。多发射机环境的仿真对于确保逼真的和有代表性的测试至关重要。这种多 发射机环境通常采用复杂的大型定制测试系统来进行仿真，而这些测试系统主要是用于 系统验证和认证阶段。

图 49

电子战系统的验证和认证十分受制于使用逼真的信号环境进行测试。由于加入了高保真 发射机来提高密度，电子战测试的逼真度也随之增加。除了发射机保真度和密度之外， 平台移动、发射机扫描模式、接收机天线模型、到达方向以及多径和大气模型都会提升 测试电子战系统在真实条件下的能力。

电子战系统现在设计用于在每秒 800 万到 1000 万个脉冲的密集环境内使用精确的测 向和脉冲参数来识别发射机。现代频谱环境中存在成千上万个发射源，有射频，有无线 器件，还有成百上千的雷达威胁，它们会在背景信号和噪声中产生每秒几百万个雷达脉 冲。威胁频谱的概述如图49所示。

图 50. 电子战仿真中使用的威胁频谱示例

无线器件中集成了越来越多的功能，需要在更多条件下进行具有更多设置的测试。 无线器件包含多个无线标准、多个频段和多个天线。这给验证和生产测试带来了巨大的挑战。测试工程师一直在寻找提高测试吞吐量和降低成本的方法。一旦配备了 快速切换功能，在大多数情况下，这些信号发生器能在不到 1 毫秒的时间内切换频 率、幅度或波形。

下面我们将讨论更多高级主题，如调制、频谱纯度、失真和软件。学习不同类型的调制方案，并对谐波和杂散做更深入的了解。我们将分享为什么失真并不总是一件坏事，以及如何使用最新软件来提高您的工作效率。

第 5 节 一 IQ调制

I/Q调制

基本的调制方案包括幅度、频率和相位调制。调制信号可以使用幅度和相位（矢量）的极坐标来表示。I/Q调制由于频谱效率较高，因而在数字通信中得到广泛采用。

图 51

I/Q调制使用了两个载波，一个是同相 (I) 分量，另一个是正交 (Q) 分量，两者之间有90。的相移(见图52）。

图 52 I/Q 相量图

I/Q调制的主要优势是能够非常轻松地将独立的信号分量合成到一个复合信号中，随后再将这个复合信号分解为独立的信号分量。

在数字发射机中，丨信号和 Q 信号通过同一个本地振荡器 (LO) 混合，不过这个本振在其中一条 LO 路径上放置了一个90°的移相器 （见图53）。这个90° 的相移使 I 信号和 Q 信号彼此正交，互不干扰。

图53 基带 I/Q 调制

主要IQ调制参数

调制方案
矢量信号的变化在I/Q图上可以用幅度、相位、频率或这些指标的组合来表示。这些幅度和相位的变化产生了不同的调制格式。由于数据是用二进制传输的，星座图中的点数必须为2的幂。最基本的数字调制格式为：
PSK（相移鋰控)
FSK（频移繾控)
ASK（幅移繾控)
QAM（正交幅度调制)

星座图和符号

星座图展示了QAM格式的可用符号。以16QAM格式为例，每个符号表示着四个二进制位的一种可能组合。对于这四个二进制位来说，总共可能有16个组合。换言之，每个符号表示着四位。

为了提高数据带宽，我们可以增加每个符号表示的位数，这样可以提高频谱效率。不过，随着星座图中符号数量的增加，符号间的距离开始变小。符号越来越接近，因此就越容易受到噪声和失真的影响，出现错误。图54展示了当从16-QAM格式变为64-QAM格式时，符号密度的增加。

图54 16-QAM 和 64-QAM 格式的星座图

数字调制类型一变量

通信系统在基本调制方案中使用了三个主要变量。这些变量可以避免I/Q信号迹线通过零位（星座图的中心），从而在功率效率上占据优势。

IQ偏置调制：在 ZigBee 2450-MHz频段中使用OQPSK

差分调制：在蓝牙 2.0+EDR中使用 π/4 DQPSK

恒包络调制：GSM 使用 GMSK; Wi-SUN使用2-FSK

图 55 IQ调制变量

正交频分多路复用 (OFDM) 是另一种常用的调制方案。很多最新的无线和电信标准都采用了这种策略，例如数字广播、xDSL、无线网络 和 5G 新空口 （NR) 蜂窝技术。

OFDM 使用了多个重叠的射频载波。每个载波都在精心选择的频率上工作（这个频率与其他载波正交），并且采用了并行子载波方案，因此这种传输方案能够支持更高的比特率。此外，OFDM 方案在频谱效率、灵活性和稳定度等方面都具有优势。

比特率与符号率（波特率）
比特率是系统传输比特流的频率。符号率等于比特率除以每个符号可以传输的比特数。例如，在 QPSK 中，每个符号表示两个比特。QPSK 的符号率就是其比特率的一半。信号带宽和符号率成正比。

符号率=比特率/每个符号传输的比特数

误差矢量幅度（EVM）

误差矢量是理想 I/Q 参考信号与被测信号之间的矢量差。EVM 只是这个误差矢量的幅度。误差矢量是本地振荡器的相位噪声、功率放大器的噪声以及 I/Q 调制器减损等因素共同作用的结果。

为了确保能够评测被测器件的 EVM 性能，您所使用的信号发生器的 EVM 性能害要比被测器件的预期EVM性能好 5 至10 dB.

例如，802.11 ax 发射机EVM 标准要求1024 QAM 的 EVM 达到 -35dB。 对于在设计验证中使用的信号发生器，其剩余 EVM 本底应低于 -45dB。不过，在生产测试中，EVM 性能小于 -40 dB 就己经非常好了。

图 56 误差矢量图解

图 57 802.11 ax 星座图和误差概览

图 58 矢量信号发生器的EVM性能指标至少比待测件预期EVM好5~10dB

I/Q减损

I/Q减损可能会在您的设计中突然出现。当出现这种情况时，您需要仿真这些减损，以便对您的设计进行强化测试，或对信号路径上的时间和幅度变化予以补偿。您的信号发生器能鸲生成I/Q减损。使用下列I/Q调整来仿真您所需要的减损。I/Q调整的使用情况与影响汇总请参见表5。

I/Q偏置：I 信号和Q信号的直流偏置

正交角度：Q信号相位相对于 I 信号相位的偏移

I/Q偏移：I 信号和Q信号之间的相对时延

I/Q增益平衡：相对于Q信号幅度的 I 信号幅度

I/Q相位：通过同时旋转 I 信号和Q信号，获得内部I/Q信道的绝对相位

表5 I/Q调整的使用情况

除了I/Q调整之外，您还可以向载波添加相位噪声减损或 AM/FM 以仿真不完美信号，或向调制信号添加 AWGN 作为干扰源，以便您进行设计验证。

第 6 节 — 频谱纯度

在本节中，您将学习频谱纯度是什么，它为什么很重要？

谐波与杂散

谐波和杂散均是确定性（非随机）信号，它们是在对信号进行混合或分离以便获得输出信号时产生的。这些都是在射频系统中生的多余频率。谐波表现为载波频率的整数倍，而杂散频率则是载波频率的非整数倍。

图59所示的是1 GHz 的载波频率及其谐波和杂散。与基本载波（游标 1）相比，2次谐波（游标 2）为 -64.36 dBc, 3次谐波（游标 3）为 -72.83 dBc。 游标 4 和 5 指示的是毛刺。

图 59信号发生器在1 GHz 时生成的CW连续波信号

测量谐波和杂散需要选择高动态范围的信号分析仪。否则，您所探测到的谐波和杂散可能是来自信号分析仅，而不是来自被测器件(DUT)。

相位噪声

相位噪声是振荡器信号周围噪声频谱的频域视图。它描述的是振荡器的频率稳定性。频率稳定性可以分为两个部分：长期稳定性和短期稳定性，如下面的图60所示。

下面的显示了长期频率稳定性与短期频率稳定性之间的比较。短期变化会导致相位噪声，而长期漂移会影响精度。

图 60 长期和短期频率稳定性

表 6 长期和短期频率稳定性

定义相位噪声数量，最常用的方法是：在距离主频率的特定频率处，确定1 Hz带宽内所包含的单边带 (SSB) 功率值。请见下面的公式：

公式 2

图61显示了信号发生器的 SSB 相位噪声测量结果。黄色迹线表示瞬时功率测量结果，而蓝色迹线表示结果平均值。

图 61 SSB 相位噪声测量结果，包括对数图和十进制表

要想有效测量相位噪声，您使用的信号分析仪的相位声性能应至少比信号的预期相位声低10 dB。否则，相位声测量结柴会受到频谱分析仪的本振相嗪的影响。

图 62

相位噪声有什么作用

了解了相位噪声对测量结果的影响，您可以为测试选择恰当性能的分析仪。相位噪声过高，会掩盖主频附近的微弱信号。

雷达应用

雷达系统需要出色的相位噪声性能。雷达以特定频率发射脉冲，并测量每个返回脉冲的频率变化。根据多普勒效应，可以通过频率变化计算出目标的速度。如果目标移动非常缓慢，那么返回脉冲的频移很小。

在图63中，移动目标的返回脉冲是“有用信号"，固定目标（如地面）的返回脉冲是“干扰信号"。如果有用的下变频信号被相位噪声掩盖，那么雷达接收机就无法识别运动目标。

图 63 不良的 LO 相位噪声影响了接收机灵敏度。

数字调制

图64显示了正交相移键控 (QPSK) 数字接收机的简化方框图。LO 信号的相位噪声转换成了混频器的输出。相位噪声导致在星座图上的符号（绿色）发生径向涂抹。对于更高阶调制方案〈如 256 QAM）中间距较小的符号来说，径向涂抹可能会重叠，并会导致接收机灵敏度不佳。

图 64简化的数字接收机方框图

正交频分复用 (OFDM)

OFDM 是广泛用于宽带数字通信的制方案。OFDM 使用许多较为接近的正交子载波信号来同时传输数据（如图65所示）。本地振荡器的相位噪声会将子载波的相位噪声扩展到其他子载波，对其他子载波产生干扰。该相位噪声将会导致 OFDM 信号的调制质量降低。

正交颤分多路复用

图 65：OFDM 信号使用相位噪声性能较差的本振进行上变频

精密的信号发生器支持您在合成器部分调整相位声，以而降低信号发生器的相位噪声，并帮助评测接收枧设计的灵敏度。

第7节 — 失真性能

在现代无线通信和数字无线系统中，为了实现更高的频谱效率，各个频道之间相距很近。使用数字多载波调制方案的正交频分多路复用 (OFDM) 技术在宽带数字通信中得到广泛应用。

测试无用的非线性频谱失真对于频道间隔较窄、带宽较宽的通信系统至关重要。这些失真通常是由元器件、模块、子系统和整个设备造成的。

它们可能是信道内、频段内和频段外出现的多余频谱信号。它们不仅会降低发射机的性能，还会影响接收机的灵敏度。

失真可能会在信号发生器中累积。失真性能是信号发生器（信号源）的主要技术指标之一。失真性能可能对器件表征产生重大影响。在本章中，您将了解到各种不同类型的失真，以及它们对测量结果有何影响。

什么是失真？

我们都知道它听上去怎么样，它令我们的耳朵多么不舒适。当您加大数字设备的音量时，失真便会发生。当音频系统无法输出完整的幅度，峰值被削掉后，就会出现谐波失真。

失真是对原始波形的改变。在信号发生器中，有两种主要的非线性失真：谐波失真和互调失真

当纯正弦波的平滑电压变化突然遇到电压变化而中断时，便会发生谐波失真。这种突然变化通常是由非线性半导体造成的。谐波的频率是正弦波的整数倍。

互调失真是当您将两个或多个不同频率的信号混合在一起时，所获得的杂散输出。杂散输出是输入频率整数倍的和与差。

哪些是线性失真，哪些是非线性失真？

答：失真是对原始波形的改变。放大器的频率特性不好，对输入信号中不同频率成分的增益不同或延时不同，这样产生的失真称为线性失真。

非线性失真就是产生新的频率成分。在信号源中，有两种主要的非线性失真：谐波失真和互调失真。当纯正弦波的平滑电压变化突然遇到电压变化而中断时，便会发生谐波失真。这种突然变化通常是由非线性半导体造成的。谐波的频率是正弦波的整数倍。互调失真是当您将两个或多个不同频率的信号混合在一起时，所获得的杂散输出。杂散输出是输入频率整数倍的和与差。

测量失真

谐波失真
我们以一个连续波 (CW) 音频为例，介绍一下如何测量谐波失真。图7.1显示了一个谐波失真测量装置。被测器件 (DUT) 可能是一个放大器或混频器。信号发生器输出一个连续波，其频率为Fi。这个连续波通过一个低通滤波器，以便消除来自信号发生器的谐波失真。注意，这个低通滤波器的截止频率 Fc 小于 2Fi 。

图 66 谐波失真测量装置

谐波表示为基频功率与谐波频率功率之比。例如，一次谐波可以表示为:

公式 3

测过使用的信号发生器必须谐波失真很小，而月在信号发生器与被测器件之间必须有一个低通滤波器。这样可以确保测得的谐波是来自被测器件，而不是来自信号发生器。

互调失真一双音频互调

目前，评测互调失真的技术有很多。最简单的互调失真测量方法是使用双音频三阶互调法，也称 IP3 (三阶截获点）。IP3 法使用双音频输入信号，并测量被测器件非线性部分所生成的三阶失真信号。

图67显示了双音频三阶互调测量装置。被测器件可以是一个放大器或混频器。

F1和F2是双音频输入的频率。两个信号发生器输出的两个频率通过混频，生成了这个双音频信号。双音频信号必须不包含任何三阶信号。这个三阶失真信号发生在2F1-F2 和 2F2-F1 频率处（红色），它也是距离原始双音频频率最近的失真。事实证明，要想通过滤波消除它们非常困难。在通信系统中，它们对相邻信道形成了干扰。

图 67 双音频互调失真测量装置

假设两个测试音频的幅度相等，IP3是输入音频与三阶信号之差．

IP3(dB)=Po-Po3
其中，Po是其中一个输出音频的幅度，Po3 (红色）是双音频任何一侧三阶信号的幅度。

互调失真一频谱再生

在最新的无线标准中，通常使用更宽的带宽和多载波技术（例如载波聚合）来显著提高数据吞吐量。双音频三阶互调法无法全面表征宽带宽元器件的特性。

使用幅移和相移的数字调制会产生一定的失真，这也称为频谱再生。图68显示了数字调制信号的频谱再生（红色区域）。

频谱再生在主信道外扩散。此类失真可以通过相邻信道功率比 (ACPR) 测量来分析。它会测量主信道功率与落到相邻信道的功率之比。

图 68 数字调制信号的频谱再生

想要使用信号发生器来仿真失真？请试用我们的生成功率放大器测试信号 。

在大多数一致性测规范中，ACPR 测量都是一项关繾的发射枧特征。要执行ACPR测量，您需要使用失真极小的信号发生器，以生成符合特定标准的测试波形。

最大程度地提升器件性能

在长期演进 (LTE) 演进型节点 B (eNB) 功率放大器测试中，研发验证对 ACPR 测试的要求是在10 MHz 信道偏移时，失真大约为-60 dBc。N5182B 的典型失真性能为-69 dBc。由于发生器的失真极小，所以您可以充满信心地进行ACPR测量。表7.1显示了Keysight N5182B 信号发生器的3GPP LTE-FDD（频分复用）失真性能。

表7N5182B 矢量信号发生器的3GPPLTE-FDD失真性能

第 8 节 — 信号发生器软件

拥有高性能的信号发生器，但没有配备恰当的软件，就像尤塞恩．博尔特穿着高跟鞋赛跑一样。在这种情况下，您很难发挥出硬件的全部潜力。使用恰当的软件就像穿上恰当的跑鞋参加比赛一样。您可以获得动力和控制力，充分发挥身体潜能并赢得比赛。

Signal Studio

Signal Studio是集成在是德科技信号发生器（信号源）中的一款信号生成软件。您可以用它来为特定应用生成适合的基带、射频和微波测试信号。您还可以用它快速生成定制参考信号，以便测试您的器件。Signal Studio提供了三种风格的导航和图形界面，并且目前可支持最新的Windows操作系统。

图 69 Signal Studio 的三种风格的导航界面

为工作台和生产线应用生成信号

Signal Studio使您能够连接到信号发生器，然后通过局域网(LAN)或通用接口总线 (GPIB) 连接到计算机。内置配置工具让这个过程变得轻松快捷。Signal Studio用户界面包含一个控制窗口，用户通过这个窗口能够直接控制连接的仪器。在高级自动化和控制方面，它的应用程序编程接口(API)公布了软件的信号创建和生成参数。该功能还支持用户自定义用户界面，以方便信号生成。

在进行大规模生产部署时，您可以把在Signal Studio中创建的波形下载到信号发生器的非易失性存储器中。该软件还使您能够使用可编程仪器标准命令(SCPI)或通过前面板调用和回放这些波形。您还可以将定制的测试波形轻松、快速地下载到多个信号发生器中。不过，在您使用Signal Studio生成波形时，需要注意许可证要求。

图70使用 Signal Studio 与X系列信号发生器及分析仪的典型元器件测试配置

波形回放功能增强器件测试

Signal Studio的基本波形回放功能使您可以创建和定制波形文件，满足元器件和发射机测试需求。您可以处理各种信号参数，计算波形结果，并下载文件以便使用信号发生器进行回放。以下是您可以使用Signal Studio 软件实现以下功能：

创建频谱校正信号，用于信道功率、频谱模板和杂散测试

查看互补累积分布函数(CCDF)、频谱、时域和功率包络图，以分析功率斜波、调制格式、功率变化、限幅等对器件性能的影响

利用波峰因数缩减技术调整峰均比(PAPR)

选择SignalStudio软件产品，您将可以保存 89600 VSA或X系列测量应用软件的设置文件，以便进行进一步分析。

图71Signal Studio 的 CCDF 和综合频谱视图

利用实时功能进行接收机测试

Signal Studio还可以生成符合标准的信号或自定义信号，以便对包含信道编码和多天线端口的接收机系统和硬件组件进行早期测试。结合使用信号发生器（信号源）和/或示波器以及Keysight 89600 VSA软件或X系列测量应用软件，能够评测接收机链(RF、IF和 IQ)各个阶段的接收机性能。

所选 Signal Studio软件的实时功能还拥有其他额外特性，可以帮助您在开发过程中的各个阶段创建信号，用来测试接收机设计。高级选项使您能够创建完整的通道编码信号，用于分析接收机BER、FER、BLER和PER,从而在专用集成电路(ASIC）、数字信号处理(DSP)等应用中验证基带子系统编码。您还可以在射频/基带集成、系统级测试等过程中检查接收机的性能和功能。

是德科技波形下载工具
是德科技提供了下载程序，可以将波形自动转换成基带信号发生器要求的文件格式，极大简化了将波形下载到信号发生器（信号源）的步骤。

是德科技波形下载助手软件

下载助手软件是一个免费的软件工具。通过它，您能够将定制的I/Q数据下载到任何矢量信号发生器的基带信号发生器中，而后可以使用一条MATLAB软件命令进行回放。此外，您还可以从MATLAB软件命令行界面发送SCPI命令，控制您的信号发生器。

图 72

N6171A MATLAB 软件

N6171A MATLAB 软件特性：
1．易于在MATLAB软件中使用一使用下载助手的MATLAB软件功能连接到仪器，从MATLAB命令行界面下载波形数据、设置参数和回放波形。无需缩放或格式化数据；波形下载助手软件将为您完成此工作。

2. 灵活的仪器控制一使用波形下载助手软件，可以从MATLAB软件命令行界面发送 SCPI 命令，以控制信号发生器的设置。

3. 波形序列可编程一可以从MATLAB软件命令行界面使用一系列 SCPI 命令创建、下载和播放波形序列。我们提供了M文件示例，以便帮助您快速入门。

Keysight SystemVue软件
BenchVue软件是一个PC软件。您可以快速配置多种仪器最常用的测量和设置，包括图8.4左侧所示的信号发生器。您可以选择波形文件所在的文件夹，并将它们下载到信号发生器。此外，BenchVue软件还提供了一个易于使用的测试流程，它可以自动控制仪器〈见图73中的右图）。

图73 用于信号发生器的BenchVue软件用户界面

编程环境
您可以使用各种编程环境来创建波形数据，并将其下载到基带信号发生器。编程环境中包括：
1．仿真软件：Matlab、KeysightSystemVue等
2．高级编程语言：C++、VB、VEE、MS VisuaI Studio.Net、Labview等
您还可以使用仪器的SCPI、工具的API或FTP命令，将波形文件下载至基带信号发生器。

图 74

奠定坚实测量基础 - 信号发生器（信号源）虽然简单，但它却是先进射频技术的基石。

图 75

信号发生器/信号源的使用方法及注意事项

对于工程师来说信号发生器是常用的通用仪器之一，是电子工程师信号仿真实验的最佳工具，在许多领域都有广泛的应用。

E8257D信号发生器的使用方法

使用前请先检査电源电压是否为220V，正确后方可将电源线插头插入本仪器后面板电源插座内。

1 开机

插入220V交流电源线后，按下面板上的电源开关，频率显示窗口显示“1642”，整机开始工作。

2 函数信号输出设置
①频率设置：按动频率档位换档键（RANGE)，选定输出函数信号的频段，调节频率微调旋钮（FREQ)至所需频率。调节时可通过观察频率显示窗口得知输出频率。
②波形设置：按动波形选择按键(WAVE),可依次选择正弦波、矩形波或三角波，此时示波器屏幕上将分别显示正弦波、方波、三角波。
③幅度设置：调节输出幅度调节旋钮(AMPL),通过观察幅度显示窗口，调节到所需的信号幅度，如图8-31所示。若所需信号幅度较小，可按动衰减选择按键(ATT)来衰减信号幅度如图所示。
④对称性设置：调节对称性（占空比）调节旋钮（DUTY)可使输出的函数信号对称度发生改变。通过调节可改善正弦波的失真度，使三角波调频变为锯齿波，改变矩形波的占空比等对称特性。
⑤直流偏置设置：通过调节直流抵补（直流偏置）调节旋钮（DCOFFSET),可使输出信号中加入直流分量，通过调节可改变输出信号的电平范围。
⑥TTL信号输出：由TTL输出插座（TTL)输出的信号是与函数信号输出频率一致的同步标准TTL电平信号。
⑦功率信号输出：由功率输出插座（POWOUT)输出的信号是与函数信号输出完全一致的信号，当频率在0.6Hz~200kHz范围内时可提供5W的输出功率，如频率在第7档时，功率输出信号自动关断。
⑧保护说明：当函数信号输出或功率信号输出接上负载后，出现无输出信号，说明负载上存在有高压信号或负载短路，机器自动保护，当排除故障后仪器自动恢复正常工作。

3 频率测量
①内测量：按动计数器功能选择按键（FUN)，选择到内测频状态，此时“INT”指示灯亮起，表示计数器进人内测频状态，此时频率显示窗口中显示的为本仪器函数信号输出的频率。

②外测量：外测量频率时，分1Hz~10MHz和10~1000MHz两个量程，按动计数器功能选择按键，选择到外测频状态，“EXT”指示灯亮起表示外测频，测量范围为lHz~10MHz；“EXT”与“1GHz”指示灯同时亮起表示外测高频率，测量范围10~1000MHz。测量结果显示在频率显示窗口中。若输人的被测信号幅度大于3V时，应接通输人衰减电路，可用外测频输人衰减键（ATT)进行衰减电路的选通，外测频输入衰减指示灯亮起表示外测频输人信号被衰减20dB。外测频为等精度测量方式，测频闸门自动切换，不用手动更改。

图 76

信号发生器信号发生器/信号源使用中的注意事项

1)信号发生器采用大规模集成电路，调试、维修时应有防静电装置，以免造成仪器受损。

2)请勿在高温、高压、潮湿、强振荡、强磁场士强辐射、易爆环境、防雷电条件差、防尘条件差、温湿度变化大等场所使用和存放信号发生器。

3)请在相对稳定环境中使用信号发生器，并提供良好的通风散热条件。校准测试时，测试仪器或其他设备的外壳应良好接地，以免意外损害。

4)当信号发生器熔丝熔断后，请先排除成因故障。注意！更换熔丝以前，必须将电源线与交流市电电源切断，把仪表和被测线路断开、将仪器电源开关关断，以避免受到电击或人身伤害。并仅可安装具有指定电流、电压和熔断速度等额定值的熔丝。

5)信号发生器的负载不能存在高压、强辐射、强脉冲信号，以防止功率回输造成仪器的永久损坏。功率输出负载不要短路，以防止功放电路过载。当出现显示窗显示不正常、死机等现象出现时，只要关一下机重新启动即可恢复正常。

6)为了达到最佳效果，使用信号发生器前请先预热30分钟。

7)非专业人员请勿擅自打开机壳或拆装信号发生器，以免影响本仪器的性能，或造成不必要的损失。

矢量信号发生器为接收机测试和射频元件表征提供精确、稳定的测试信号。 了解矢量信号发生器的基础知识是第一步。信号发生器/信号源应用案例1. 优化幅度精度

当您将外部放大器、衰减器或其他无源附件与信号发生器 (信号源）搭配使用时，有几种方法可以优化幅度精度。第一种常用方法是使用矢量网络分析仪(VNA)来测量整个信号路径，并将校正值输入信号发生器 (信号源）。另外，使用新型信号发生器 (信号源）的内置功能，也有几种方法可以提高幅度精度。

使用平坦度校正

通过用户平坦度校正，可以对射频输出幅度进行调整，以补偿电缆、开关或其他器件的外部损耗。使用功率计/传感器来校准测量系统，可以自动创建一个功率电平校正表格。

USB功率传感器可以直接连接到信号发生器 (信号源）。信号发生器 (信号源）可用作功率计，在测试面上测量功率。校正值可以保存到信号发生器 (信号源）的存储器中。在下一次使用相同的测试配置时，您可以调回并应用这些校正值。下面的图7显示了使用信号发生器 (信号源）和USB功率传感器进行平坦度校正的设置。

图 77

使用USB功率传感器进行平坦度校正

2. 提供有干净的星座图的调制信号

图 78

我们测一个接收机，因为我们矢量信号的调制，会有比如相位噪声出现的一些镜像涂抹，还有热噪声产生的，包括空气中有一些噪声的引入，会产生它的一个星座图不够完整，所以我们使用信号发生器来提供有干净整洁的星座图的调制信号。

图 79

有时，正在测试的组件也会使信号发生器的信号失真，但从频谱再生中看不明显。根据测试的设备的不同，信号的星座可能会以许多不同的方式失真。噪声、IQ失真和压缩都会影响星座，因此星座点可能开始相互融合。

发生这种情况时，将发生bit错误，并且您发送的数据传输将出现故障。信号发生器可以为您提供一个非常干净的星座调制信号。

2. 相邻信道功率测量

在数字发射机中，相邻信道功率主要取决于设计中使用的放大器的非线性特性。具有多个输入信号的放大器会产生互调失真产物，通常称为频谱再生。

图 80

数字调制信号的频谱再生通过测量其相邻信道功率来确定。相邻信道功率比是频谱再生长边带中的功率与主信道中的功率之比。测量放大器ACPR时，信号发生器的ACPR性能应小于被测放大器的ACPR性能。

为了最大程度地减少信号发生器的影响，最好选择低于DUT 的ACPR 10 dB。

图 81

3. PA测试

当PA工作在通讯系统，如4G、5G通讯系统中，需要测试PA在通讯调制信号激励下的特性，使用矢量信号发生器和信号分析仪可以完成功放EVM、ACPR和CCDF等指标的测试。

图 82

PA测试解决方案

DPD(数字预失真)测试和ET(包络跟踪)测试

无线移动终端设备功能日益丰富，系统复杂程度不断提高，功耗同样持续增加，因此改善电池利用率和功效的需求持续高涨。射频功率放大器是无线移动终端设备中最大的功耗元件之一，因此包络跟踪和数字预失真等能够提升功效的技术开始得到广泛使用。Keysight提供完整的DPD和ET测试解决方案。

图  83

DPD和ET测试解决方案

新一代矢量信号发生器，面向密集型、宽带多通道应用。此外，信号发生器经过优化，与Pathwave 信号发生软件搭配使用，将成为用户心目中理想的信号发生器。