信号源原理简介

一、信号源分类

信号源从分类角度来说，可以分为以下几种

模拟信号源：

产生单音信号和模拟调制AM/FM/PhM/PM信号，频率一般小于6GHz，用途一般作为射频领域的通用仪器。

数字信号源（矢量信号源）：

产生单音信号和模拟调制AM/FM/PhM/PM信号、数字调制、通信制式信号，频率一般小于6GHz，用途主要为产生数字调制信号，2G/3G/4G及其他数字通信领域。

基带信号源：

产生IQ基带信号，无射频，主要用于芯片测试

微波信号源：

产生单音信号和模拟调制AM/FM/PhM/PM信号，频率较高，一般可以达到40GHz，用于微波领域。

二、模拟信号源基本原理

模拟信号源和微波信号源比较类似，主要分为频率综合部分和信号输出部分。在频率综合部分，产生一个频率稳定的信号，并可以实现简单的调制，如FM/PhM。信号输出部分，主要有自动电平控制电路（ALC），放大器和衰减器。

自动电平控制电路的作用是在信号源的输出端口建立稳定的输出，是一个负反馈电路。此外，ALC电路也用来做调幅AM和脉冲调制。

2.1 频率综合技术

锁相环技术（Phase-Lock Loop）

直接模拟合成技术（Direct Analog Synthesis）—— 倍频 分频 混频

直接数字合成技术（Direct Digital Synthesis）

自激振荡源（Self-Oscillation Source）

锁相环技术（PLL）：

包括鉴相器PD、环路滤波器（低通滤波器LPF）、电压控制振荡器VCO、分频器1/N、参考频率f ref。VCO输出信号的频率随着VCO的输入电压变化。

PLL是一个相位负反馈控制系统，目的是稳定输出信号的频率。当输出频率偏高，分频后与参考频率鉴相，输出信号滤波后产生一个控制电压是VCO振荡频率降低；当输出频率偏低时，经过鉴相和信号滤波后产生一个控制电压使VCO振荡频率升高。经过不断的控制和调整，最后达到一个平衡，稳定后鉴相器的两个输入端信号的频率将会相等。

PLL的稳定分为两个过程，频率锁定和相位锁定。那么PD首先是充当鉴频器，然后是鉴相器。PLL可以直接完成调制过程，调制信号可以加在VCO前段，也可以直接加在参考频率上。PLL其输出频率的长期稳定度是与参考频率源的精度一样。另外，PLL输出信号频率短期稳定度即为相位噪声，近载频处由参考源近端相位噪声决定，远载频的相位噪声由VCO自身特性所决定，中间部分有环路滤波器所决定。

锁相环性能分析：

优点：带宽大，结构相对简单，转换速度快，方便实现模拟调制。

缺点：频率分辨率低，高稳的参考晶振体积较大，数字调制能力有限。

直接数字合成技术DDS

原理框图见下，此技术优点是结构紧凑，分辨率高达uHz级别，转换速度快，相位连续，方便实现数字调制。但缺点是带宽有限制，且杂散严重。

自激振荡器与YIG震荡器

一般的振荡器都是改变电容来实现频率改变，YIG振荡器是通过改变电感实现。通过线圈的电流发生变化，磁场也随着变化，电感变化了。

2.2 自动电平控制（ ALC）

ALC技术是稳定输出电平（功率）的一项负反馈环路技术

ALC（Automatic Level Control），自动电平控制与AGC（Automatic Gain Control）自动增益

控制是一样的。当输出功率变高时，检波器得到的电压相应变大，他和参考值进行比较，输出一个控制信号使PIN 管的衰减增加，那么输出功率降低；当输出功率变低时，检波器得到的电压相应变小，和参考值比较，输出一个控制信号使PIN 衰减变小，那么最后的输出功率就变高了。经过环路的不断调整和控制，最后的输出信号功率将会变得很稳定。

输出信号的准确度决定于参考电压和整个自动控制环路。

信号源采用此技术来稳定输出信号的幅度，在大多数的情况下，ALC 的状态时开启的，但是当需要测量双音互调时，需要两台信号源，这时候需要将信号源的ALC 状态关闭。

三、矢量信号产生过程

和其他无线电发射机一样，矢量信号源包括基带部分和射频部分。

基带：实现编码，产生IQ 基带信号

射频：将IQ 基带信号进行频谱搬移到设定的频率上，并且保持输出信号的功率稳定

四、信号源技术指标

4.1 频率参数

频率范围

频率分辨率：频率变化的最小步进

射频频率有参考源（10MHz）通过频率综合技术实现，精度决定于参考源

频率进度= 误差频率/中心频率，单位为ppm

例如，信号源的设置频率为1GHz，实际频率为1.0000000032GHz，那么频率误差为32Hz，所以其频率精度为0.032ppm。

精度低或同精度的仪器不能度量精度高的仪器其性能指标。

4.2 功率/电平参数

1, 功率分辨率，表示功率变化的最小步进

2, 功率范围，信号输出部分包括衰减器（机械或电子的），可以使输出达到一个很大的范围，例如从-140dBm到19dBm。

3, 功率精度：实际输出功率和设置功率差值，测量实际输出功率推荐使用精度更高的功率计。

4, 输出端口的驻波比会影响输出精度，一般驻波比越小越好。

注：仪器上设置的功率Level都是指平均功率，峰值功率与平均功率的差异取决于信号的类型。单音信号的峰值功率和平均功率相等。

4.3 速度参数

频率设置时间，从开始频率设置至达到稳定输出所需要的时间，这个与锁相环的捕捉、入锁时间有关系。

电平设置时间，从开始电平设置到达到稳定输出所需要的时间，与ALC电路，衰减器的形式、反反应速度有关系。

IEEE（GPIB）总线传输时间，用以传输数据和控制信号。

快速的频率设置和IEEE总线传输对于调频、扫频测量具有非常重要的意义。

4.4 杂散

信号源也会产生杂散信号，其中包括了信号谐波、子谐波和非谐波的杂散分量，从而对于信号源输出信号的频谱纯度造成影响。

谐波分量主要是由信号产生器件的非线性因素造成的，基本不能够被100%地抑制。子谐波是由于采用了倍频器而产生的杂散分量。谐波和子谐波分布规律简单，所以很容易被检测出来。

非谐波的杂散信号和频率综合器有很大的关系，它的检测必须给予对于频率综合器结构有深入的了解。

4.5 信号源的扫描

频率扫描：频率随着时间变化，输出功率保持不变。技术参数包括步进频率、每个扫描点的停留时间。

功率扫描：输出功率随着时间变化，频率保持不变。技术参数包括步进功率、每个扫描点的停留时间。

List模式：信号源按照设定的频率和输出功率跳变。技术指标包括每个点的停留时间。