信号发生器的其他关键性能指标有哪些?

信号发生器的关键性能指标直接影响其输出信号的精度、稳定性和适用性，尤其在通信、雷达、电子测量和科研领域中至关重要。以下从频率特性、幅度特性、相位特性、调制功能、杂散与噪声、动态特性、环境适应性七个维度详细阐述核心指标：

一、频率特性

1. 频率范围

• 定义：信号发生器能输出的最低频率（fmin）到最高频率（fmax）。
• 典型值：
  • 低频信号发生器：0.01Hz~1MHz（如音频测试）。
  • 射频信号发生器：10kHz~6GHz（如5G基站测试）。
  • 微波信号发生器：10MHz~40GHz（如卫星通信）。
• 重要性：决定设备能否覆盖目标应用频段（如Wi-Fi 6需支持5.925GHz）。

2. 频率分辨率

• 定义：频率调整的最小步进值（Δf）。
• 典型值：
  • 通用信号发生器：1Hz（如Keysight 33500B）。
  • 高精度信号发生器：1μHz（如R&S SMW200A）。
• 应用场景：需要精细频率控制的场景（如原子钟测试）。

3. 频率准确度

• 定义：输出频率与标称频率的偏差，通常以相对误差表示（fnom∣fout−fnom∣）。
• 典型值：
  • 普通设备：±50ppm（如函数发生器）。
  • 高精度设备：±0.1ppm（如铷钟参考的信号发生器）。
• 影响因素：参考源稳定性（如OCXO vs. TCXO）、温度漂移、老化效应。

4. 频率稳定度

• 短期稳定度：
  • 定义：1秒内频率的波动（如Allan方差）。
  • 典型值：1×10⁻¹²（如氢原子钟参考的信号发生器）。
• 长期稳定度：
  • 定义：1天或1年内的频率漂移。
  • 典型值：±1ppm/年（如OCXO参考设备）。
• 测试方法：通过频率计数器连续监测输出频率。

二、幅度特性

1. 输出幅度范围

• 定义：信号发生器能输出的最小幅度（Amin）到最大幅度（Amax）。
• 典型值：
  • 射频信号发生器：-130dBm~+20dBm（如Keysight E8257D）。
  • 功率放大器选项：可扩展至+30dBm（如1W输出）。
• 应用场景：接收机灵敏度测试（需低至-120dBm）或功率放大器测试（需高至+30dBm）。

2. 幅度准确度

• 定义：输出幅度与标称幅度的偏差，通常以dB表示（∣Aout−Anom∣）。
• 典型值：±0.5dB（如R&S SMB100A）。
• 影响因素：衰减器精度、功率计校准误差、温度漂移。

3. 幅度平坦度

• 定义：在频率范围内，输出幅度随频率变化的波动。
• 典型值：±0.2dB（10kHz~1GHz）（如Anritsu MG3690C）。
• 测试方法：使用功率计在不同频率点测量输出幅度。

三、相位特性

1. 相位噪声

• 定义：信号频谱纯度的度量，表示在偏离载波频率（foffset）处的单边带功率密度与载波功率的比值（dBc/Hz）。
• 典型值：
  • 普通设备：-100dBc/Hz@10kHz偏移（如函数发生器）。
  • 高精度设备：-160dBc/Hz@10kHz偏移（如OCXO参考的信号发生器）。
• 重要性：影响雷达距离分辨率、通信系统误码率。

2. 相位连续性

• 定义：频率或幅度切换时，输出信号的相位是否保持连续。
• 典型场景：
  • 相位连续：适合调制信号生成（如QPSK）。
  • 相位不连续：可能导致调制信号失真。
• 测试方法：使用示波器观察相位跳变。

四、调制功能

1. 模拟调制

• AM（调幅）：
  • 调制深度：0%~100%（如Keysight ESG-D系列支持100%深度）。
  • 调制频率：10Hz~100kHz（如音频调制）。
• FM（调频）：
  • 频偏：±1kHz~±10MHz（如R&S SMIQ03支持±75MHz）。
  • 调制频率：10Hz~100kHz。
• PM（调相）：
  • 相位偏移：±180°（如Anritsu MG3690C支持±360°）。
  • 调制频率：10Hz~100kHz。

2. 数字调制

• PSK（相移键控）：
  • 支持BPSK、QPSK、8PSK等（如R&S SMU200A支持1024QAM）。
• QAM（正交幅度调制）：
  • 支持16QAM、64QAM、256QAM等（如Keysight N5182B支持1024QAM）。
• OFDM（正交频分复用）：
  • 支持子载波数量、符号率等参数配置（如5G NR测试）。

3. 脉冲调制

• 脉冲宽度：10ns~1s（如R&S SMBV100A支持10ns分辨率）。
• 占空比：0.1%~99.9%（如Keysight 81160A支持0.001%分辨率）。
• 上升/下降时间：<5ns（如微波信号发生器）。

五、杂散与噪声

1. 谐波失真

• 定义：输出信号中基波的整数倍频率分量的功率与基波功率的比值（dBc）。
• 典型值：
  • 普通设备：-30dBc（二次谐波）。
  • 高精度设备：-60dBc（如R&S SGS100A）。
• 测试方法：使用频谱分析仪测量谐波分量。

2. 非谐波杂散

• 定义：输出信号中非基波整数倍频率分量的功率（如寄生调制、交叉调制）。
• 典型值：<-70dBc（如Keysight E8267D）。
• 重要性：影响通信系统接收机灵敏度。

3. 残余调幅/调频

• 定义：在未施加调制时，输出信号中残留的幅度或频率调制。
• 典型值：
  • 残余调幅：<0.1%（如R&S SMU200A）。
  • 残余调频：<1Hz（如OCXO参考设备）。

六、动态特性

1. 频率切换时间

• 定义：从当前频率切换到目标频率所需的时间。
• 典型值：
  • 普通设备：1ms~100ms（如函数发生器）。
  • 高精度设备：<10μs（如R&S SMT06支持5μs切换）。
• 应用场景：跳频通信系统测试。

2. 幅度切换时间

• 定义：从当前幅度切换到目标幅度所需的时间。
• 典型值：<10μs（如Keysight N5182B支持1μs切换）。
• 应用场景：功率控制测试。

3. 调制信号切换时间

• 定义：从当前调制类型切换到目标调制类型所需的时间。
• 典型值：<1ms（如R&S SMU200A支持100μs切换）。
• 应用场景：多模通信设备测试。

七、环境适应性

1. 温度范围

• 定义：信号发生器能正常工作的环境温度范围。
• 典型值：
  • 商用设备：0℃~+50℃（如Keysight 33600A）。
  • 军用设备：-40℃~+85℃（如R&S SMA100B）。
• 影响：温度过高可能导致参考源频率漂移。

2. 振动与冲击

• 定义：信号发生器能承受的振动和冲击强度。
• 典型值：
  • 振动：5Hz~500Hz，0.5g峰值（如机载设备）。
  • 冲击：50g，11ms半正弦波（如车载设备）。
• 测试标准：MIL-STD-810G。

3. 海拔与湿度

• 海拔：
  • 典型值：0~3000m（如R&S SMB100A）。
  • 高海拔设备：0~5000m（如高原测试用）。
• 湿度：
  • 典型值：5%~95%非凝结（如Keysight E8257D）。
  • 高湿度设备：支持凝结环境（如海洋测试用）。

八、其他关键指标

1. 接口与控制

• GPIB/USB/LAN：支持远程控制（如SCPI命令）。
• 触发输入/输出：支持外部触发同步（如10MHz参考输入）。
• 显示屏与按键：人机交互友好性（如触摸屏设计）。

2. 尺寸与重量

• 便携式设备：<2kg（如手持信号发生器）。
• 机架式设备：19英寸标准机架安装（如Keysight N5193A）。

3. 功耗

• 典型值：
  • 便携式设备：<20W（如电池供电）。
  • 机架式设备：<200W（如高功率输出）。

九、案例分析：5G NR信号发生器关键指标

需求场景

• 测试5G NR基站，需支持：
  • 频率范围：24.25GHz~52.6GHz（毫米波频段）。
  • 调制方式：256QAM、OFDM。
  • 相位噪声：<-120dBc/Hz@10kHz偏移。
  • 杂散抑制：<-70dBc。

设备选型

• 推荐型号：R&S SMW200A
  • 频率范围：100kHz~67GHz（支持毫米波）。
  • 调制功能：支持5G NR信号生成（包括256QAM和OFDM）。
  • 相位噪声：-135dBc/Hz@10kHz偏移（OCXO参考）。
  • 杂散抑制：<-80dBc（通过数字预失真技术）。
  • 动态特性：频率切换时间<50μs，幅度切换时间<10μs。

十、常见误区与注意事项

通过全面评估频率特性、幅度特性、相位特性、调制功能、杂散与噪声、动态特性及环境适应性，可精准选择满足应用需求的信号发生器，确保测试结果的准确性和可靠性。