羅德與施瓦茨公司新推出R&S SMA100B射頻及微波信號發(fā)生器，其具有在高功率輸出狀態(tài)下極低的諧波，極低的相噪，以及更準(zhǔn)確的脈沖信號輸出功率，這些技術(shù)特點能夠提高電磁兼容測試準(zhǔn)確度，以及在其他一些行業(yè)應(yīng)用中提升測試質(zhì)量。

射頻及微波信號發(fā)生器；諧波抑制；自動功率控制；相位噪聲；輸出功率

信號發(fā)生器是電磁兼容測試的重要設(shè)備之一，典型應(yīng)用是產(chǎn)生標(biāo)準(zhǔn)信號校準(zhǔn)接收鏈路以及在EMS測試中產(chǎn)生連續(xù)波和脈沖信號作為干擾源。EMS的測試方法向模擬真實電磁環(huán)境方向不斷演進，調(diào)幅、調(diào)頻等信號形式現(xiàn)在也被考慮進來。

電磁兼容測試關(guān)注功率測試精度，這就要求信號發(fā)生器無論在連續(xù)波狀態(tài)還是脈沖狀態(tài)，高功率還是低功率輸出下，都能輸出精準(zhǔn)、純凈的射頻信號。IEC 61000與CISPR 16等系列標(biāo)準(zhǔn)中對信號源的諧波抑制、輸出功率（特別是在脈沖調(diào)制狀態(tài)下）都有相應(yīng)的要求。

1. 信號源的諧波抑制

EMS測試時需要信號源輸出比較高的功率，用以驅(qū)動功率放大器（以下簡稱“功放”）。信號源在高功率輸出狀態(tài)下相應(yīng)的諧波與非諧波功率也較高。信號源的諧波和非倍頻程位置的諧波雜散（非諧波）等非線性成分對電磁兼容測試很不利。由于EMI接收機采用掃描測試機理，信號源的諧波被接收機接收會產(chǎn)生干擾項；當(dāng)諧波功率過高時，還有可能推高寬帶功放或?qū)拵Ы邮諜C，使其過飽和。

對此，IEC 61000-4-3對信號源的諧波抑制有明確的要求。標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定經(jīng)過功放輸出后信號的諧波抑制必須大于15dBc，考慮到功放自身的非線性效應(yīng)，信號源的諧波抑制要遠(yuǎn)遠(yuǎn)優(yōu)于15 dBc[1]。IEC 61000-4-3建議在信號源后端加入諧波濾波器以抑制諧波功率。加入/未加諧波濾波器的信號源諧波抑制見圖1。然而，諧波濾波器為了適應(yīng)EMC測試的頻率范圍，必然會采用大量的濾波器來濾除不同頻段的諧波，以保證頻譜的純度。同時，還要采用大量的開關(guān)，以保證不同濾波器之前的切換。濾波器和開關(guān)都會帶來額外的插入損耗，插入損耗會隨著頻率的增加逐漸變大。這將增加系統(tǒng)的成本和測試的不確定性。

內(nèi)置諧波濾波器可以解決上述問題，并且可在所有輸出電平狀態(tài)下實現(xiàn)–65 dBc（典型值）的諧波抑制，同時還能抑制寬帶噪聲。將高輸出功率、低諧波和極低的寬帶噪聲相結(jié)合，可有效簡化測試連接，減少測試附件數(shù)量。

圖1 配置/未配置諧波濾波器的信號源諧波抑制

圖2 實際測試SMA100B輸出的非諧波抑制

2. 保持準(zhǔn)確的輸出電平

EMS測試中需要使用脈沖調(diào)制信號。嚴(yán)格控制RF脈沖輸出功率至關(guān)重要，CISPR 16-1-1中規(guī)定信號輸出脈沖調(diào)制信號功率誤差不應(yīng)超過±0.5 dB[2]。

信號源控制輸出功率準(zhǔn)確性的關(guān)鍵技術(shù)是自動功率控制（ALC）。ALC是一種閉環(huán)功率控制電路，信號源內(nèi)部將輸出的部分信號耦合、實時采集并監(jiān)測功率，當(dāng)檢測到功率出現(xiàn)波動時立即控制放大器，通過閉環(huán)控制實現(xiàn)穩(wěn)定準(zhǔn)確的功率輸出。電路原理圖見圖3。

圖3 典型的ALC電路原理圖

ALC的處理響應(yīng)時間至少為信號接收測量時間長度Ty-min 。脈沖信號在每個周期內(nèi)信號打開時間 非常短，傳統(tǒng)信號源設(shè)計的ALC最小采集時間普遍大于脈沖信號打開時間：

因此傳統(tǒng)信號源的ALC不適用于脈沖信號。當(dāng)產(chǎn)生脈沖信號時，傳統(tǒng)信號源的ALC一般采用“Sample&Hold”處理方式，既命令信號源首先產(chǎn)生一段時間連續(xù)波信號，ALC采樣記錄其功率偏差值，這是“Sample”過程；然后ALC釋放控制，信號源正常輸出脈沖信號，在整個脈沖輸出時間內(nèi)，ALC將根據(jù)上一步保存的功率偏差值對信號源放大器進行恒定的功率修正，即“Hold”過程。放大器在輸出連續(xù)波時的增益Gcw與脈沖輸出狀態(tài)Gpulse一般不相同，即：

因此ALC的“Sample&Hold”處理誤差極大，實測某信號源輸出脈沖信號的真實功率與設(shè)置功率誤差達(dá)超過1dB，見圖4。

圖4 實測某型號信號源的ALC—“Sample&Hold”模式輸出脈沖功率誤差

為了提供準(zhǔn)確的脈沖輸出功率，R&S SMA100B重新設(shè)計了其脈沖調(diào)制器和ALC電路，使其脈沖調(diào)制器的上升/下降時間為 5 ns（典型值）且開關(guān)比 > 80 dB。可在低至數(shù)納秒的時間范圍內(nèi)提供具有高電平精確度以及電平可重復(fù)性的量化短脈沖，見圖5。

圖5 SMA100B輸出脈沖信號功率誤差不超過0.3 dB[3]

3. 更高的輸出功率

EMC測試同樣要求信號源具有較高高輸出功率。例如在EMS測試時，信號源輸出信號要彌補長距離傳輸電纜帶來的損耗給功放提供足夠高的驅(qū)動。在高頻頻段（例如：Ka）電纜損耗會急劇升高，這就要求信號源要輸出足夠的驅(qū)動功率。三級輸出功率選件適用于關(guān)注成本且要求嚴(yán)苛的應(yīng)用。高輸出功率選項+35 dBm可通過選件密鑰激活，甚至可以客戶現(xiàn)場激活。而工廠安裝的超高輸出功率選件則可提供最高達(dá) +38 dBm（針對6 GHz 的型號）的功率電平。

圖6 測量到的R&S SMA100B最大可輸出功率

當(dāng)信號源實際輸出功率超過27dBm以后，在使用時就需要注意安全問題，因為絕大多數(shù)接收機、頻譜儀的安全接收功率上限是27dBm或30dbm。

4. 提高信號源使用可靠性

EMC測試包含了一系列大測試量的測試項目，期間要大量重復(fù)設(shè)置操作測試設(shè)備，這就要求測試設(shè)備具有高使用可靠性。例如EMS測試需要在大量測試頻點控制信號源產(chǎn)生不同功率的信號，要不斷重復(fù)切換信號源的衰減器。對于最高6 GHz的信號發(fā)生器，早在十多年前就開始配置電子固態(tài)步進衰減器，電子衰減器在電平切換過程中沒有硬件失效，操作壽命遠(yuǎn)大于機械衰減器，但是在高于6 GHz的信號源中還廣泛使用機械衰減器。R&S SMA100B現(xiàn)將電子衰減器帶入高頻微波信號發(fā)生器領(lǐng)域，在所有頻率范圍（目前最高20 GHz）標(biāo)配了電子固態(tài)開關(guān)，以實現(xiàn)非常快速且無失效的電平轉(zhuǎn)換。