信号发生器是一种能提供各种频率、波形和输出电平电信号的设备。在测量各种电信系统或电信设备的振幅特性、频率特性、传输特性及其它电参数时,以及测量元器件的特性与参数时,用作测试的信号源或激励源。
信号发生器又称信号源或振荡器,在生产实践和科技领域中有着广泛的应用。各种波形曲线以用三角函数方程式来表示。能够产生多种波形,如三角波、锯齿波、矩形波(含方波)、正弦波的电路被称为函数信号发生器。
随着各种应用的需求,矢量信号发生器在性能和功能等方面都得到了很大升级,如增加了射频通道、基带模块、衰落模拟模块等,使其在 3G、4G 基站验证测试以及国防、航空航天等科研领域都得到了广泛的应用。
矢量信号发生器结构及原理
矢量信号发生器通常由基带信号产生单元、载波产生单元、矢量调制单元等组成,原理框图如图所示。基带信号单元主要是采用两个 DAC 经基带成型滤波器创建 I 和 Q 两路基带信号;载波产生单元是用来产生连续载波信号;矢量调制单元首先将载波信号进行 90º相移得到两路正交的载波信号,然后分别与两路基带信号进行调制,再相加得到矢量调制信号,常见的矢量调制方式有:BPSK、QPSK、PSK、QAM、FSK、MSK 等,可用于 GSM、NADC、CDMA 等通信制式。
R&S、Agilent、Anritsu、NI、IFR、Advantest 几家著名仪器公司都供应性能不同的各种频段的矢量信号发生器,例如 R/S 公司的 SMXX 系列、Agilent 的 PSG 系列和 MXG 系列、Anritsu 公司的 MG8XXA、MG37XX 系列、NI 的 PXI 系列等等,以下是矢量信号发生器的关键功能,分别进行阐述。
1、频率范围
各家根据自己的特长推出各自性能突出的产品,总体来讲矢量信号发生器的射频频率上限分为 1GHz、2GHz、4GHz、6GHz、20GHz、30GHz 和 44GHz 等。Agilent 公司的 8267D 矢量信号发生器频率可达 44GHz,R&S 公司的 SMW200A 也可以达到 40GHz 的频率范围。
2、基带带宽
各种类型的矢量信号发生器都配备任意波形发生器作为数字调制源,任意波形发生器在原理上可仿真任何现实环境的复杂信号,但是受限于高速高比特的 DAC,内置的基带带宽无法实现当前的超宽带信号产生需求,,目前最高带宽的矢量信号源是 SMW200A,内置基带提供 160MHz 和 16 位分辨率。矢量信号源往往提供外调制功能,以解决内置基带带宽不够的问题,借助外基带产生器产生超宽带信号。SMW200A 可以提供高达 2GHz 的外调制带宽。
3、基带个数和通道个数
随着 MIMO 技术、阵列信号和抗干扰技术的研究,多基带多通道的矢量信号发射器营运而生,代表产品为 SMW200A,可以实现 2 路 RF 通道和 4 路基带通道的同时输出。
4、信道衰落
衰落是无线通信中非常普遍的现象,对接收机的影响非常大,造成衰落的原因多种多样,而衰落现象会直接导致:接收信号失真、信号强度快速变化、出现随机调频、回波、引入误码等。在进行接收机性能测试时,必须在衰落的环境中进行测量才能获得对其性能进行全面的衡量,那么能够产生衰落信号,模拟真实无线传输环境也是对测试测量仪器的重要要求。