本文概要

本文簡要介紹了目前用于測試測量的微波信號源技術。它從市場的總體趨勢開始，接著是對各種信號源技術的調(diào)查，對這些技術在性能、電路復雜性和成本影響方面進行了比較。包括直接模擬，直接數(shù)字和間接發(fā)生器結構，以及它們的主要特點和性能權衡。討論了最新的技術趨勢、設計挑戰(zhàn)和各種解決方案。

1、市場趨勢

信號發(fā)生器（又名頻率合成器）是幾乎所有射頻/微波測試測量系統(tǒng)的關鍵設備。它產(chǎn)生一個刺激信號或被用作接收器側的本振子。信號發(fā)生器廣泛應用于各種電子設備和系統(tǒng)的測試、維修和故障排除。根據(jù)市場咨詢公司Frost & Sullivan的預測，信號發(fā)生器將是未來幾年全球測試測量市場增長最快的領域之一。需求將受到無線通信、航空航天和國防、汽車以及5G等新技術的推動。微波信號發(fā)生器的總市場預計約為3億美元，年增長率約為7%。信號發(fā)生器市場的高頻部分（大于26.5 GHz）的增長將是最高的。這代表著信號發(fā)生器市場的一個重大變化，因為目前大部分銷售收入是由低于6 GHz頻率段產(chǎn)生的。

總的來說，業(yè)界一直面臨著設計出更高性能的信號發(fā)生器的壓力。理想的發(fā)生器應該是具有良好頻率分辨率的寬帶，允許處理更廣泛的潛在應用。除了頻率覆蓋范圍和分辨率外，相位噪聲和雜散性能也是限制系統(tǒng)分辨小振幅信號能力的關鍵參數(shù)。影響整個系統(tǒng)性能的另一個關鍵參數(shù)是頻率切換速度。在頻率之間轉換的時間越來越寶貴。例如，在100μs內(nèi)切換頻率的發(fā)生器比在1ms內(nèi)切換頻率的發(fā)生器具有更高的測量容量。與使用較慢的發(fā)生器進行單次測量相比，更快的切換發(fā)生器可提供十倍的吞吐量和更高的產(chǎn)品產(chǎn)量。然而，今天的系統(tǒng)要求快速的開關速度和低相位噪聲的性能，歷史上與較慢的頻率開關發(fā)生器有關。

此外，從傳統(tǒng)的模擬信號調(diào)制到如今的復雜矢量調(diào)制，都需要復雜的波形。由于如新一代無線蜂窩技術5G等新技術出現(xiàn)，預計市場需求將向更高的工作頻率和更寬的調(diào)制帶寬轉變。

2、體系架構

微波信號發(fā)生器是最具挑戰(zhàn)性的高頻設計之一。發(fā)生器的特性很大程度上取決于一個特定的體系結構，該體系結構可以分為幾個主要的組別，如圖1所示。直接結構旨在直接從可用基頻創(chuàng)建輸出信號，通過在頻域中操縱和組合這些基頻（直接模擬合成）或通過在時域中構造輸出波形（直接數(shù)字合成）。間接方法假設輸出信號在發(fā)生器內(nèi)以輸出頻率與輸入?yún)⒖夹盘栂嚓P（例如，鎖相）的方式再生。類似地，間接合成可以用模擬和數(shù)字技術來實現(xiàn)。然而，一個實用的發(fā)生器通常是一種混合設計，它結合了各種技術，以充分利用每種技術的優(yōu)點。

直接模擬發(fā)生器是通過混合一些固定頻率的基頻信號，然后用開關濾波器實現(xiàn)的，如圖2所示。直接模擬發(fā)生器的主要優(yōu)點是開關速度極快，從微秒到納秒不等。另一個顯著的優(yōu)點是能夠產(chǎn)生低相位噪聲，這是由于使用了與基頻源相比可以忽略的低殘留噪聲的組件。因此，直接模擬發(fā)生器的相位噪聲主要取決于可用固定頻率源的噪聲，并且可能非常低。該拓撲的主要缺點是頻率覆蓋范圍有限，步長小，成本高。可以通過使用更多的基頻和/或混頻器級來增加輸出頻率的數(shù)量。然而，這會迅速增加設計復雜性和整體組件數(shù)量。另一個嚴重的問題是混頻器級產(chǎn)生大量不希望的雜散產(chǎn)物。這些雜散必須被徹底過濾，這對于特定發(fā)生器頻率計劃開發(fā)來說是一個嚴重的挑戰(zhàn)。

圖2 直接模擬發(fā)生器概念

另一種有希望的方法是基于發(fā)生器工作頻率帶寬的連續(xù)擴展的概念。如圖3所示，這種發(fā)生器結構包括幾個級聯(lián)，包括可編程分頻器、混頻器和帶通濾波器（或開關濾波器組）。利用可編程分頻器產(chǎn)生的幾個本振頻率。輸入頻率帶寬和分頻系數(shù)的選擇方式為?