信号发生器的主要技术参数有哪些?

信号发生器是电子测试和测量中不可或缺的设备，用于生成各种类型的电信号以验证和调试电路、系统或设备的性能。其核心功能是通过精确控制信号的多个参数，模拟真实工作环境中的信号特征。以下是信号发生器的主要技术参数及其详细说明，涵盖基础参数、调制特性、动态性能及其他关键指标：

一、基础信号参数

1. 频率范围（Frequency Range）
   • 定义：信号发生器能够输出的最低频率至最高频率的区间。
   • 示例：1 MHz～40 GHz（覆盖射频至微波频段）。
   • 重要性：决定设备的应用场景，如音频测试（20 Hz～20 kHz）、通信测试（MHz至GHz级）。
2. 频率分辨率（Frequency Resolution）
   • 定义：频率设置的最小步进值。
   • 示例：1 Hz（可精确设置100.000001 MHz）。
   • 重要性：影响频率调整的精细度，尤其在需要精确对准载波频率的通信测试中。
3. 频率准确度（Frequency Accuracy）
   • 定义：实际输出频率与标称频率的偏差，通常以ppm（百万分之一）表示。
   • 示例：±1 ppm（在1 GHz时误差≤1 kHz）。
   • 来源：内部时钟源的稳定性、温度漂移、老化效应。
   • 校准意义：通过溯源至标准时钟（如铯原子钟）确保长期稳定性。
4. 幅度范围（Amplitude Range）
   • 定义：信号输出功率的可调范围，通常以dBm（分贝毫瓦）或Vpp（峰峰值电压）表示。
   • 示例：-120 dBm～+20 dBm（覆盖微弱信号到高功率信号）。
   • 应用：测试接收机灵敏度（-120 dBm）或发射机饱和功率（+20 dBm）。
5. 幅度分辨率（Amplitude Resolution）
   • 定义：幅度设置的最小步进值。
   • 示例：0.01 dB（可精确调整至-60.00 dBm）。
   • 重要性：在需要精细控制信号强度的场景（如衰减器校准）中至关重要。
6. 幅度准确度（Amplitude Accuracy）
   • 定义：实际输出幅度与标称幅度的偏差，通常以dB或百分比表示。
   • 示例：±0.5 dB（在0 dBm时误差≤0.5 dB）。
   • 来源：功率放大器线性度、衰减器精度、连接器损耗。
7. 相位噪声（Phase Noise）
   • 定义：信号相位随时间随机波动的程度，通常以单边带相位噪声（SSB PN）表示，单位为dBc/Hz（相对于载波的dB值每赫兹带宽）。
   • 示例：-120 dBc/Hz @ 10 kHz offset（在偏离载波10 kHz处相位噪声低于-120 dBc）。
   • 影响：相位噪声过大会降低通信系统的信噪比（SNR），影响调制解调性能。

二、调制特性参数

1. 调制类型（Modulation Types）
   • 常见类型：
     • 模拟调制：AM（幅度调制）、FM（频率调制）、PM（相位调制）。
     • 数字调制：ASK（幅移键控）、FSK（频移键控）、PSK（相移键控）、QAM（正交幅度调制）。
     • 脉冲调制：PWM（脉宽调制）、PPM（脉位调制）。
   • 应用：模拟通信系统测试（AM/FM广播）、数字通信系统测试（5G NR、Wi-Fi 6）。
2. 调制频率（Modulation Frequency）
   • 定义：调制信号的频率（如AM调制中的音频信号频率）。
   • 示例：10 Hz～100 kHz（覆盖音频至中频范围）。
3. 调制深度/指数（Modulation Depth/Index）
   • AM调制深度：调制信号幅度与载波幅度的比值（如30% AM）。
   • FM调制指数：频偏与调制频率的比值（如Δf=5 kHz，fm=1 kHz → 调制指数=5）。
   • 重要性：决定调制信号的强度，影响解调后的信号质量。
4. 矢量调制（Vector Modulation）
   • 定义：同时控制信号的幅度和相位，实现复杂调制格式（如QPSK、16-QAM）。
   • 应用：5G NR、LTE等数字通信系统的测试。

三、动态性能参数

1. 频率切换速度（Frequency Switching Speed）
   • 定义：信号发生器从当前频率切换到目标频率所需的时间。
   • 示例：≤100 μs（适用于跳频通信系统测试）。
2. 幅度切换速度（Amplitude Switching Speed）
   • 定义：信号发生器从当前幅度切换到目标幅度所需的时间。
   • 示例：≤50 μs（适用于脉冲信号测试）。
3. 建立时间（Settling Time）
   • 定义：信号发生器输出达到稳定状态（误差≤指定范围）所需的时间。
   • 示例：≤1 ms（在频率切换后输出频率稳定至±0.1 ppm内）。

四、其他关键参数

1. 输出阻抗（Output Impedance）
   • 定义：信号发生器输出端的等效阻抗。
   • 常见值：50 Ω（射频应用）、75 Ω（视频应用）、高阻（音频应用）。
   • 匹配重要性：阻抗不匹配会导致信号反射，影响测量精度。
2. 输出连接器类型（Output Connector Type）
   • 常见类型：SMA（射频）、N型（微波）、BNC（通用）、LEMO（高密度）。
   • 选择依据：根据测试设备的输入接口类型匹配。
3. 谐波失真（Harmonic Distortion）
   • 定义：输出信号中谐波分量与基波分量的功率比。
   • 示例：≤-40 dBc（二次谐波低于基波40 dB）。
   • 影响：谐波失真过大会干扰邻近频段信号。
4. 杂散信号（Spurious Signals）
   • 定义：输出信号中非谐波的无关信号分量。
   • 示例：≤-60 dBc（杂散信号低于基波60 dB）。
   • 来源：电源噪声、数字电路干扰、非线性失真。
5. 脉冲调制特性（Pulse Modulation）
   • 参数：
     • 脉冲宽度：10 ns～100 ms（可调）。
     • 占空比：1%～99%（可调）。
     • 上升/下降时间：≤5 ns（快速边沿用于高速数字测试）。

五、高级功能参数

1. 任意波形生成（Arbitrary Waveform Generation, AWG）
   • 定义：支持用户自定义波形（如脉冲串、 chirp信号、噪声）。
   • 参数：
     • 采样率：1 GSa/s（每秒10亿次采样）。
     • 垂直分辨率：16 bit（幅度分级数=2¹⁶=65536）。
     • 存储深度：1 Gpts（可存储10亿点波形数据）。
2. 自动化与控制接口（Automation & Control Interfaces）
   • 常见接口：GPIB、USB、LAN、LXI（局域网扩展仪器）。
   • 编程语言支持：SCPI（标准命令可编程仪器）、IVI（可互换虚拟仪器）。
   • 应用：通过PC远程控制信号发生器，实现自动化测试。

六、典型应用场景与参数匹配

总结

信号发生器的技术参数直接决定了其测试能力和应用范围。在选择设备时，需根据具体测试需求（如频率范围、调制类型、动态性能）综合评估参数指标。例如，通信测试需重点关注相位噪声和调制精度，而雷达测试则需优先考察脉冲特性和频率切换速度。通过理解这些参数，可更高效地完成设备选型、测试方案设计和结果验证。