一文解析测试测量的微波信号源技术

市场趋势

信号发生器（又名频率合成器）是几乎所有射频/微波测试测量系统的关键设备。它产生一个刺激信号或被用作接收器侧的本振子。信号发生器广泛应用于各种电子设备和系统的测试、维修和故障排除。根据市场咨询公司Frost & Sullivan的预测，信号发生器将是未来几年全球测试测量市场增长最快的领域之一。需求将受到无线通信、航空航天和国防、汽车以及5G等新技术的推动。微波信号发生器的总市场预计约为3亿美元，年增长率约为7%。信号发生器市场的高频部分（大于26.5 GHz）的增长将是最高的。这代表着信号发生器市场的一个重大变化，因为目前大部分销售收入是由低于6 GHz频率段产生的。 总的来说，业界一直面临着设计出更高性能的信号发生器的压力。理想的发生器应该是具有良好频率分辨率的宽带，允许处理更广泛的潜在应用。除了频率覆盖范围和分辨率外，相位噪声和杂散性能也是限制系统分辨小振幅信号能力的关键参数。影响整个系统性能的另一个关键参数是频率切换速度。在频率之间转换的时间越来越宝贵。例如，在100µs内切换频率的发生器比在1ms内切换频率的发生器具有更高的测量容量。与使用较慢的发生器进行单次测量相比，更快的切换发生器可提供十倍的吞吐量和更高的产品产量。然而，今天的系统要求快速的开关速度和低相位噪声的性能，历史上与较慢的频率开关发生器有关。 此外，从传统的模拟信号调制到如今的复杂矢量调制，都需要复杂的波形。由于如新一代无线蜂窝技术5G等新技术出现，预计市场需求将向更高的工作频率和更宽的调制带宽转变。

体系架构

微波信号发生器是最具挑战性的高频设计之一。发生器的特性很大程度上取决于一个特定的体系结构，该体系结构可以分为几个主要的组别，如图1所示。直接结构旨在直接从可用基频创建输出信号，通过在频域中操纵和组合这些基频（直接模拟合成）或通过在时域中构造输出波形（直接数字合成）。间接方法假设输出信号在发生器内以输出频率与输入参考信号相关（例如，锁相）的方式再生。类似地，间接合成可以用模拟和数字技术来实现。然而，一个实用的发生器通常是一种混合设计，它结合了各种技术，以充分利用每种技术的优点。

直接模拟发生器是通过混合一些固定频率的基频信号，然后用开关滤波器实现的，如图2所示。直接模拟发生器的主要优点是开关速度极快，从微秒到纳秒不等。另一个显著的优点是能够产生低相位噪声，这是由于使用了与基频源相比可以忽略的低残留噪声的组件。因此，直接模拟发生器的相位噪声主要取决于可用固定频率源的噪声，并且可能非常低。该拓扑的主要缺点是频率覆盖范围有限，步长小，成本高。可以通过使用更多的基频和/或混频器级来增加输出频率的数量。然而，这会迅速增加设计复杂性和整体组件数量。另一个严重的问题是混频器级产生大量不希望的杂散产物。这些杂散必须被彻底过滤，这对于特定发生器频率计划开发来说是一个严重的挑战。

图2 直接模拟发生器概念

另一种有希望的方法是基于发生器工作频率带宽的连续扩展的概念。如图3所示，这种发生器结构包括几个级联，包括可编程分频器、混频器和带通滤波器（或开关滤波器组）。利用可编程分频器产生的几个本振频率。输入频率带宽和分频系数的选择方式为∆